直接結(jié)合鎂鉻磚和尖晶石磚作為水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶、過渡帶窯襯材料已有悠久歷史。早在上世紀(jì)60年代日本就開始著手研制直接結(jié)合。
直接結(jié)合鎂鉻磚和尖晶石磚作為水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶、過渡帶窯襯材料已有悠久歷史。早在上世紀(jì)60年代日本就開始著手研制直接結(jié)合鎂鉻磚，而尖晶石磚比直接結(jié)合鎂鉻磚鉻磚略晚些。國外在70年代這兩種磚已用于水泥回轉(zhuǎn)窯，取得良好的使用效果。我國在80年代引進(jìn)日本旭硝子公司生產(chǎn)的直接結(jié)合鎂鉻磚和尖晶石磚，用于淮海水泥廠Ф5.8m×97m預(yù)熱器窯的燒成帶和過渡帶，以后又引進(jìn)德國雷法公司和奧地利奧美公司的直接結(jié)合鎂鉻磚，用于冀東水泥廠、寧國水泥廠4000t/d的Ф4m×60m窯外分解窯。
我們對引進(jìn)的直接結(jié)合鎂鉻磚和尖晶石磚進(jìn)行解剖、分析、著手研制。上世紀(jì)80年代末在濕法水泥窯上試用，90年代用于2000t/d窯外分解窯上，磚的性能和使用效果均不如國外，其主要原因是我們采用電熔鎂砂作為直接結(jié)合鎂鉻磚和尖晶石磚主要原料之一，電熔鎂砂結(jié)晶顆粒大、致密，用于鋼鐵窯生產(chǎn)的襯磚較為合適，它抗侵蝕性強(qiáng)，不易滲透，但致命弱點(diǎn)是襯磚脆性大，熱震穩(wěn)定性差，因此在水泥窯上的使用效果不如國外磚壽命長。當(dāng)時(shí)國內(nèi)沒有高純燒結(jié)鎂砂，只能用電熔鎂砂來做磚，后來冶金系統(tǒng)引進(jìn)國外高溫豎窯燒鎂砂，解決了水泥窯用高純燒結(jié)鎂砂來生產(chǎn)直接結(jié)合鎂鉻磚和尖晶石磚的問題。
這兩種磚在水泥窯上應(yīng)用已有40余年的歷史，現(xiàn)在國內(nèi)外直接結(jié)合鎂鉻磚和尖晶石磚已發(fā)展成系列化，有多種產(chǎn)品可供水泥窯應(yīng)用，德國悟而發(fā)白云石公司曾經(jīng)想用白云石磚來取代直接結(jié)合鎂鉻磚，這樣可解決鉻污染問題。因白云石磚極易水化，難于保管，并且使用效果也未證明優(yōu)于直接結(jié)合鎂鉻磚，因此一直未能得到推廣應(yīng)用。直接結(jié)合鎂鉻磚和尖晶石磚能長期應(yīng)用于水泥窯上，主要是它們的物化性能適用于水泥窯燒成帶和過渡帶的要求。
水泥窯燒成帶、過渡帶的窯襯材料要求耐高溫、耐熱變化、耐化學(xué)侵蝕及耐機(jī)械破壞等因素，要求比較苛刻，而且是幾種因素復(fù)合、交叉破壞襯磚。
由于水泥窯大型化，對耐火材料的要求更高，更苛刻，這也促進(jìn)了水泥行業(yè)用耐火材料的發(fā)展。窯徑增大，窯襯壽命降低，窯徑與壽命的關(guān)系如下式所示，h=K1/D2。
h：壽命D：窯徑K：系數(shù)（系數(shù)K與操作條件、砌筑、襯磚質(zhì)量、使用情況等有關(guān)）。
所以窯徑越大，襯磚壽命越短。
針對上述所敘述的大型水泥窯燒成帶、過渡帶用襯磚的破壞因素，經(jīng)多年來的研制和應(yīng)用，現(xiàn)已研制成功適用于大型水泥窯燒成帶、過渡帶用的特種直接結(jié)合鎂鉻磚和特種尖晶石磚，已在大型水泥窯上應(yīng)用取得良好的效果，并已推廣。
現(xiàn)將研制和應(yīng)用狀況分別敘述如下：
特種直接結(jié)合鎂鉻磚
1.高純原材料
我們對原材料要求是采用97%氧化鎂含量的高檔燒結(jié)球砂和氧化鉻含量高、氧化硅含量低的鉻鐵礦石，并對鉻鐵礦石中的雜質(zhì)堅(jiān)持人工檢選。因這種雜質(zhì)中氧化鉻含量低，而氧化硅與氧化鐵含量高，對生產(chǎn)特種直接結(jié)合鎂鉻磚是不利的，它會(huì)降低磚的荷重軟化溫度，影響磚的耐高溫性和耐侵蝕能力。鉻鐵礦石對直接結(jié)合鎂鉻磚作用很大，它對制品的高溫性能、熱震穩(wěn)定性、粘掛窯皮保護(hù)襯磚均能起到至關(guān)重要的作用。并在制磚過程中與MgO形成(MgFe)（CrAl2O4）復(fù)合尖晶石，明顯提高磚的熱震穩(wěn)定性，但加入鉻鐵礦石后當(dāng)三價(jià)鉻與水接觸會(huì)轉(zhuǎn)化成六價(jià)鉻，它是有毒的，解決辦法是使用后的廢磚要保管好，不要放在露天，妥善處理，也可將廢磚作為水泥的混合材摻入熟料混合粉磨。
另外加入3%~5%的添加劑來提高特種直接結(jié)合鎂鉻磚的熱震穩(wěn)定性。
2.高科技的破碎裝備和微機(jī)自動(dòng)配料系統(tǒng)
顆粒微配和成品磚質(zhì)量有著密切的關(guān)系，嚴(yán)格采用四級顆粒級配，使磚坯的堆積密度較為理想，燒制的磚符合要求。
3.高壓成型
特種直接結(jié)合鎂鉻磚是固—固反應(yīng)，礦物之間是直接結(jié)合，所以磚坯一定要致密，否則，在高溫?zé)蓵r(shí)，由于顆粒之間不是緊密接觸，就難于引起固—固反應(yīng)。為此真金公司采用630t、800t摩擦壓力機(jī)成型，要求磚坯的體積密度大于3100kg/m3。因成型壓力較大，必須嚴(yán)防磚坯產(chǎn)生裂紋和分層。
4.高溫?zé)?/span>
特種直接結(jié)合鎂鉻磚采用節(jié)能型高溫隧道窯，燒成溫度大于1700℃，當(dāng)溫度低于1550℃時(shí)，尚未產(chǎn)生直接結(jié)合，只是硅酸鹽結(jié)合，溫度升至1600℃時(shí)方鎂石與鉻鐵礦石中的尖晶石之間，以及方鎂石之間開始產(chǎn)生直接結(jié)合，隨著溫度升高，直接結(jié)合率提高，當(dāng)溫度大于1700℃時(shí)，直接結(jié)合率更高，磚的性能也就更好。在使用過程中磚的破壞因素十分復(fù)雜，我們認(rèn)為提高磚的熱震穩(wěn)定性能夠減少磚的損壞。因此，采用添加外加劑來提高磚的熱震穩(wěn)定性。
5.質(zhì)量檢驗(yàn)
生產(chǎn)特種直接結(jié)合鎂鉻磚的工序按工廠規(guī)章制度嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，決不允許不符合質(zhì)量要求的中間產(chǎn)品流入下一個(gè)工序，尤其是最后一道工序檢驗(yàn)特別重要，在產(chǎn)品包裝前認(rèn)真細(xì)致檢查每一塊磚的微細(xì)裂紋、尺寸、棱角是否符合要求，保證不合格產(chǎn)品決不出廠，出廠產(chǎn)品合格率為100%。
6.應(yīng)用
特種直接結(jié)合鎂鉻磚，目前已應(yīng)用在華新水泥集團(tuán)有限公司、冀東水泥公司、內(nèi)蒙古烏蘭水泥有限公司、江蘇鶴林水泥公司2000t/d~6000t/d水泥窯燒成帶上，使用均取得很好的效果。僅以華新水泥陽新公司2條6000t/d水泥熟料生產(chǎn)線為例，采用真金牌特種直接結(jié)合鎂鉻磚作為燒成帶襯磚，其中K2水泥窯，使用特種直接結(jié)合鎂鉻磚壽命高達(dá)456天，創(chuàng)造了該公司水泥窯安全運(yùn)行新紀(jì)錄，該公司對此磚的評價(jià)，質(zhì)量優(yōu)越，供貨及時(shí)，現(xiàn)場服務(wù)到位。目前真金公司已成為華新水泥集團(tuán)有限公司耐火材料主供應(yīng)商，產(chǎn)品已在華新集團(tuán)20多條窯上使用，其中13條大窯是全套采用真金產(chǎn)品，燒成帶和過渡帶均能同步運(yùn)行。
從表中可見，特種直接結(jié)合鎂鉻磚的理化性能指標(biāo)不遜于德國雷法公司、奧地利奧美公司的產(chǎn)品，但在某些方面仍有差距，尚存不足之處，如磚的性能不夠穩(wěn)定，抗壓強(qiáng)度有高有低，強(qiáng)差有時(shí)達(dá)10MPa以上，磚的尺寸公差也稍大。國外強(qiáng)差小，磚的大小頭尺寸公差小于±0.5mm，并在同一批磚中，磚的尺寸要么是正公差，要么是負(fù)公差，實(shí)測結(jié)果，磚尺寸公差不到0.5mm。國內(nèi)磚的大小頭尺寸公差規(guī)定小于±1mm，可在生產(chǎn)同一批磚時(shí)會(huì)出現(xiàn)有時(shí)正公差，有時(shí)負(fù)公差，這樣磚的大小頭尺寸公差會(huì)超過1mm。
造成國內(nèi)磚的性能不穩(wěn)定的因素是多方面的，如原材料質(zhì)量不穩(wěn)定，配料不夠正確，成型壓力有高有低等，但前面兩個(gè)因素工廠均能控制克服，唯有成型壓力的穩(wěn)定性難于解決，采用人工操作摩擦壓力機(jī)成型，每塊磚需捶打多次，高度很難控制一致，造成磚的尺寸誤差大，又是采用沖擊式捶打，易破損顆粒，影響設(shè)計(jì)的顆粒級配，這是造成磚性能不穩(wěn)定的重要原因。
高檔尖晶石磚
高檔尖晶石磚的生產(chǎn)工藝與特種直接結(jié)合鎂鉻磚相同之處不再描述。高檔尖晶石磚的原料采用高純燒結(jié)鎂砂和氧化鋁含量大于65%的高溫?zé)Y(jié)尖晶石砂，尖晶石砂的理論組成是Al2O371.68%，MgO28.32%，這里強(qiáng)調(diào)必須采用高鋁含量的尖晶石砂和高純鎂砂，按一定配比成型，經(jīng)1750℃以上高溫煅燒，才能生產(chǎn)出高檔尖晶石磚。
在制磚過程中，尖晶石砂的摻量一定要適當(dāng)，加少了起不到尖晶石磚砂的作用，加多了反而對磚的性能不利，因尖晶石中的Al2O3與水泥熟料中CaO會(huì)反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)礦物。
高檔尖晶石磚的特性：
1.抗熱震穩(wěn)定性好
高檔尖晶石磚的重要礦物組成是方鎂石（MgO）和鎂鋁尖晶石（MgAl2O4），它們的膨脹系數(shù)不同，磚在高溫?zé)蓵r(shí)出現(xiàn)固相反應(yīng)，同時(shí)也會(huì)造成一部分尖晶石顆粒與方鎂石基質(zhì)之間產(chǎn)生有效分離，尖晶石顆粒被氣孔所包裹，當(dāng)磚在使用過程中受到應(yīng)力和溫度變化時(shí)，這些微氣孔可吸收能量和阻止磚的損壞。
2.體積穩(wěn)定性強(qiáng)
水泥窯以煤為燃料時(shí)，窯中經(jīng)常會(huì)在局部地區(qū)出現(xiàn)不完全燃燒，存在過量的一氧化碳，由于氧含量的變化，直接結(jié)合鎂鉻磚中的鐵的組分就會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，如鎂鐵尖晶石磚變化（Mg·Fe2O3），當(dāng)三價(jià)鐵還原成二價(jià)鐵時(shí)，即產(chǎn)生20%體積收縮，反之體積增大。反復(fù)循環(huán)，會(huì)損壞直接結(jié)合鎂鉻磚的結(jié)構(gòu)，而高檔尖晶石磚不存在鐵，所出沒有這種體積變化效應(yīng)。
3.耐高溫
高檔尖晶石磚中SiO2含量低，所以熔點(diǎn)低的硅酸鹽礦物很少，均是由熔點(diǎn)高的礦物組成，如方鎂鋁（熔點(diǎn)2850℃）鎂鋁尖晶石（熔點(diǎn)2135℃），因此它具有耐高溫的性能。
4.抗侵蝕能力強(qiáng)
高檔尖晶石磚組成主要是方鎂石和鎂鋁尖晶石，硅酸鹽相極少，所以抗堿侵蝕能力強(qiáng)。
5.無害環(huán)保
高檔尖晶石磚中沒有鉻成分，它是一種環(huán)保產(chǎn)品。
高檔尖晶石磚的理化性能很多方面比直接結(jié)合鎂鉻磚優(yōu)越，如抗壓強(qiáng)度高，大于50MPa，荷重軟化溫度高T0.6≥1650℃，熱震穩(wěn)定性好，大于12次，根據(jù)它的理化性能，適用于大型水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶。但高檔尖晶石磚的導(dǎo)熱系數(shù)比直接結(jié)合鎂鉻磚還要大些，800℃的導(dǎo)熱系數(shù)為3.0W/mk，因此，高檔尖晶石磚在水泥窯過渡帶浮窯皮或無窯皮處使用較長時(shí)間后，殘磚厚度到100mm~120mm時(shí)，最好不要采用較長火焰煅燒，如過渡帶溫度過高，由于磚的導(dǎo)熱系數(shù)大，有可能產(chǎn)生胴體過熱現(xiàn)象。
