直接结合镁铬砖和尖晶石砖作为水泥回转窑烧成带、过渡带窑衬材料已有悠久历史。早在上世纪60年代日本就开始着手研制直接结合镁铬砖，而尖晶石砖比直接结合镁铬砖略晚些。国外在70年代这两种砖已用于水泥回转窑，取得良好的使用效果。我国在80年代引进日本旭硝子公司生产的直接结合镁铬砖和尖晶石砖，用于淮海水泥厂Ф5.8m×97m预热器窑的烧成带和过渡带，以后又引进德国雷法公司和奥地利奥美公司的直接结合镁铬砖，用于冀东水泥厂、宁国水泥厂4000t/d的Ф4m×60m窑外分解窑。

　　我们对引进的直接结合镁铬砖和尖晶石砖进行解剖、分析、着手研制。上世纪80年代末在湿法水泥窑上试用，90年代用于2000t/d窑外分解窑上，砖的性能和使用效果均不如国外，其主要原因是我们采用电熔镁砂作为直接结合镁铬砖和尖晶石砖主要原料之一，电熔镁砂结晶颗粒大、致密，用于钢铁窑生产的衬砖较为合适，它抗侵蚀性强，不易渗透，但致命弱点是衬砖脆性大，热震稳定性差，因此在水泥窑上的使用效果不如国外砖寿命长。当时国内没有高纯烧结镁砂，只能用电熔镁砂来做砖，后来冶金系统引进国外高温竖窑烧镁砂，解决了水泥窑用高纯烧结镁砂来生产直接结合镁铬砖和尖晶石砖的问题。

　　这两种砖在水泥窑上应用已有40余年的历史，现在国内外直接结合镁铬砖和尖晶石砖已发展成系列化，有多种产品可供水泥窑应用，德国悟而发白云石公司曾经想用白云石砖来取代直接结合镁铬砖，这样可解决铬污染问题。因白云石砖极易水化，难于保管，并且使用效果也未证明优于直接结合镁铬砖，因此一直未能得到推广应用。直接结合镁铬砖和尖晶石砖能长期应用于水泥窑上，主要是它们的物化性能适用于水泥窑烧成带和过渡带的要求。

　　水泥窑烧成带、过渡带的窑衬材料要求耐高温、耐热变化、耐化学侵蚀及耐机械破坏等因素，要求比较苛刻，而且是几种因素复合、交叉破坏衬砖。

　　由于水泥窑大型化，对耐火材料的要求更高，更苛刻，这也促进了水泥行业用耐火材料的发展。窑径增大，窑衬寿命降低，窑径与寿命的关系如下式所示，h=K1/D2。

　　h：寿命D：窑径K：系数（系数K与操作条件、砌筑、衬砖质量、使用情况等有关）。

　　所以窑径越大，衬砖寿命越短。

　　针对上述所叙述的大型水泥窑烧成带、过渡带用衬砖的破坏因素，经多年来的研制和应用，现已研制成功适用于大型水泥窑烧成带、过渡带用的特种直接结合镁铬砖和特种尖晶石砖，已在大型水泥窑上应用取得良好的效果，并已推广。

　　现将研制和应用状况分别叙述如下：

　　特种直接结合镁铬砖

　　1.高纯原材料

　　我们对原材料要求是采用97%氧化镁含量的高档烧结球砂和氧化铬含量高、氧化硅含量低的铬铁矿石，并对铬铁矿石中的杂质坚持人工检选。因这种杂质中氧化铬含量低，而氧化硅与氧化铁含量高，对生产特种直接结合镁铬砖是不利的，它会降低砖的荷重软化温度，影响砖的耐高温性和耐侵蚀能力。铬铁矿石对直接结合镁铬砖作用很大，它对制品的高温性能、热震稳定性、粘掛窑皮保护衬砖均能起到至关重要的作用。并在制砖过程中与MgO形成(MgFe)（CrAl2O4）复合尖晶石，明显提高砖的热震稳定性，但加入铬铁矿石后当三价铬与水接触会转化成六价铬，它是有毒的，解决办法是使用后的废砖要保管好，不要放在露天，妥善处理，也可将废砖作为水泥的混合材掺入熟料混合粉磨。

　　另外加入3%~5%的添加剂来提高特种直接结合镁铬砖的热震稳定性。

　　2.高科技的破碎装备和微机自动配料系统

　　河南真金耐火材料公司生产的产品品种较多，有碱性耐火材料，也有硅酸质酸性耐火材料，所以破粉碎设备一定要单独使用，避免混杂，影响产品质量。最近，该公司为生产碱性耐火材料又新建了一个破粉碎混炼配料大楼，采用高级破粉碎设备，精确计量仪器、微机自动配料系统和高效率的收尘设备，严防粉尘污染。

　　颗粒微配和成品砖质量有着密切的关系，严格采用四级颗粒级配，使砖坯的堆积密度较为理想，烧制的砖符合要求。

　　3.高压成型

　　特种直接结合镁铬砖是固—固反应，矿物之间是直接结合，所以砖坯一定要致密，否则，在高温烧成时，由于颗粒之间不是紧密接触，就难于引起固—固反应。为此真金公司采用630t、800t摩擦压力机成型，要求砖坯的体积密度大于3100kg/m3。因成型压力较大，必须严防砖坯产生裂纹和分层。

　　4.高温烧成

　　特种直接结合镁铬砖采用节能型高温隧道窑，烧成温度大于1700℃，当温度低于1550℃时，尚未产生直接结合，只是硅酸盐结合，温度升至1600℃时方镁石与铬铁矿石中的尖晶石之间，以及方镁石之间开始产生直接结合，随着温度升高，直接结合率提高，当温度大于1700℃时，直接结合率更高，砖的性能也就更好。在使用过程中砖的破坏因素十分复杂，我们认为提高砖的热震稳定性能够减少砖的损坏。因此，采用添加外加剂来提高砖的热震稳定性。

　　5.质量检验

　　生产特种直接结合镁铬砖的工序按工厂规章制度严把质量关，决不允许不符合质量要求的中间产品流入下一个工序，尤其是最后一道工序检验特别重要，在产品包装前认真细致检查每一块砖的微细裂纹、尺寸、棱角是否符合要求，保证不合格产品决不出厂，出厂产品合格率为100%。

　　6.应用

　　特种直接结合镁铬砖，目前已应用在华新水泥集团有限公司、冀东水泥公司、内蒙古乌兰水泥有限公司、江苏鹤林水泥公司2000t/d~6000t/d水泥窑烧成带上，使用均取得很好的效果。仅以华新水泥阳新公司2条6000t/d水泥熟料生产线为例，采用真金牌特种直接结合镁铬砖作为烧成带衬砖，其中K2水泥窑，使用特种直接结合镁铬砖寿命高达456天，创造了该公司水泥窑安全运行新纪录，该公司对此砖的评价，质量优越，供货及时，现场服务到位。目前真金公司已成为华新水泥集团有限公司耐火材料主供应商，产品已在华新集团20多条窑上使用，其中13条大窑是全套采用真金产品，烧成带和过渡带均能同步运行。

　　从表中可见，特种直接结合镁铬砖的理化性能指标不逊于德国雷法公司、奥地利奥美公司的产品，但在某些方面仍有差距，尚存不足之处，如砖的性能不够稳定，抗压强度有高有低，强差有时达10MPa以上，砖的尺寸公差也稍大。国外强差小，砖的大小头尺寸公差小于±0.5mm，并在同一批砖中，砖的尺寸要么是正公差，要么是负公差，实测结果，砖尺寸公差不到0.5mm。国内砖的大小头尺寸公差规定小于±1mm，可在生产同一批砖时会出现有时正公差，有时负公差，这样砖的大小头尺寸公差会超过1mm。

　　造成国内砖的性能不稳定的因素是多方面的，如原材料质量不稳定，配料不够正确，成型压力有高有低等，但前面两个因素工厂均能控制克服，唯有成型压力的稳定性难于解决，采用人工操作摩擦压力机成型，每块砖需捶打多次，高度很难控制一致，造成砖的尺寸误差大，又是采用冲击式捶打，易破损颗粒，影响设计的颗粒级配，这是造成砖性能不稳定的重要原因。

　　高档尖晶石砖

　　高档尖晶石砖的生产工艺与特种直接结合镁铬砖相同之处不再描述。高档尖晶石砖的原料采用高纯烧结镁砂和氧化铝含量大于65%的高温烧结尖晶石砂，尖晶石砂的理论组成是Al2O371.68%，MgO28.32%，这里强调必须采用高铝含量的尖晶石砂和高纯镁砂，按一定配比成型，经1750℃以上高温煅烧，才能生产出高档尖晶石砖。

　　在制砖过程中，尖晶石砂的掺量一定要适当，加少了起不到尖晶石砖砂的作用，加多了反而对砖的性能不利，因尖晶石中的Al2O3与水泥熟料中CaO会反应，生成低熔点矿物。

　　高档尖晶石砖的特性：

　　1.抗热震稳定性好

　　高档尖晶石砖的重要矿物组成是方镁石（MgO）和镁铝尖晶石（MgAl2O4），它们的膨胀系数不同，砖在高温烧成时出现固相反应，同时也会造成一部分尖晶石颗粒与方镁石基质之间产生有效分离，尖晶石颗粒被气孔所包裹，当砖在使用过程中受到应力和温度变化时，这些微气孔可吸收能量和阻止砖的损坏。

　　2.体积稳定性强

　　水泥窑以煤为燃料时，窑中经常会在局部地区出现不完全燃烧，存在过量的一氧化碳，由于氧含量的变化，直接结合镁铬砖中的铁的组分就会发生氧化还原反应，如镁铁尖晶石砖变化（Mg·Fe2O3），当三价铁还原成二价铁时，即产生20%体积收缩，反之体积增大。反复循环，会损坏直接结合镁铬砖的结构，而高档尖晶石砖不存在铁，所出没有这种体积变化效应。

　　3.耐高温

　　高档尖晶石砖中SiO2含量低，所以熔点低的硅酸盐矿物很少，均是由熔点高的矿物组成，如方镁铝（熔点2850℃）镁铝尖晶石（熔点2135℃），因此它具有耐高温的性能。

　　4.抗侵蚀能力强

　　高档尖晶石砖组成主要是方镁石和镁铝尖晶石，硅酸盐相极少，所以抗碱侵蚀能力强。

　　5.无害环保

　　高档尖晶石砖中没有铬成分，它是一种环保产品。

　　高档尖晶石砖的理化性能很多方面比直接结合镁铬砖优越，如抗压强度高，大于50MPa，荷重软化温度高T0.6≥1650℃，热震稳定性好，大于12次，根据它的理化性能，适用于大型水泥回转窑过渡带。但高档尖晶石砖的导热系数比直接结合镁铬砖还要大些，800℃的导热系数为3.0W/mk，因此，高档尖晶石砖在水泥窑过渡带浮窑皮或无窑皮处使用较长时间后，残砖厚度到100mm~120mm时，最好不要采用较长火焰煅烧，如过渡带温度过高，由于砖的导热系数大，有可能产生胴体过热现象。