?。?）1963年～1968年，熱震和侵蝕是堿性耐火材料的主要損毀原因。隨操作的改善和直接結(jié)合鎂鉻磚的應(yīng)用，這一問題被化解。

　?。?）1968～1978年，機(jī)械應(yīng)力是主要損毀原因。機(jī)械應(yīng)力很大程度是由窯體變形引起的。機(jī)械制造技術(shù)提高減少了窯的變形，耐火磚所受應(yīng)力隨之降低。

　?。?）1978年～1983年，開始大量使用煤和替代燃料，氧化還原問題出現(xiàn)。這一問題因燃燒技術(shù)的改善和在過渡帶使用尖晶石磚而得到逐步緩解。

　?。?）1978年以后，使用替代燃料越來越多，替代燃料帶有的揮發(fā)性組分增大了鹽侵蝕。鹽侵蝕是發(fā)達(dá)國家當(dāng)前面臨的主要問題。

　　國外環(huán)境友好堿性耐火材料的現(xiàn)狀。德國耐火技術(shù)公司是世界最大的水泥窯用耐火材料專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，RHI集團(tuán)是全球最大的耐火材料跨國公司，占有30%的西歐和北美耐火材料市場的份額。Wülfrath是西方最大的白云石耐火材料廠家，該公司已和占有北美5%耐火材料市場的Baker公司合并，并在美國建起了年產(chǎn)15萬噸的環(huán)境友好堿性耐火材料生產(chǎn)基地，自動(dòng)化程度非常高，因此這幾家公司的產(chǎn)品代表著發(fā)達(dá)國家水泥窯用堿性耐火材料的最高水平。

　　德國耐火技術(shù)公司產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)。其中Almag85用于水泥窯過渡帶，MagPure93和MagPure95用于燒成帶。Almag85用高純、高鈣硅比燒結(jié)原料，經(jīng)高溫制成。MagPure93和Mag-Pure95所用原料和Almag85類似，但相當(dāng)摻加了1.5%C₂S的CaO和SiO₂，以提高掛窯皮性。Almag85在我國大型水泥窯的過渡帶使用良好。我國水泥廠反映MagPure93的掛窯皮性不好，易燒損。

　　RHI公司是奧地利Veitsch-Radex、德國Didier和美國Harbinson-Walker等大型企業(yè)組成的超大型跨國公司，也是全球最大的耐火材料公司。該公司產(chǎn)品占亞歐市場的30%、北美的30%、拉丁美洲的12%、非洲和遠(yuǎn)東的18%、亞太和東歐的3%。Veitsch-Radex的無鉻堿性磚分為合成原料系列和天然燒結(jié)原料系列兩大類。

　　AnKral-R17由燒結(jié)尖晶石引入氧化鋁。因CaO、SiO₂、Fe₂O₃的含量較低，適用于揮發(fā)性組分高和有氧化還原問題的過渡帶。AnKral-R19由剛玉引入低含量的氧化鋁，燒成中形成的原位尖晶石賦予了材料較好的結(jié)構(gòu)柔韌性，具有較好的熱態(tài)強(qiáng)度，耐熟料侵蝕性好。RadexAS90S的氧化鋁由剛玉和燒結(jié)氧化鋁同時(shí)引入，剛玉提供了抗熱震性、分散與基質(zhì)中的燒結(jié)氧化鋁改善了掛窯皮性。AnKral-R29由低鐵和含鐵鎂砂混合制成，但其基質(zhì)是低鐵的。AnKral-R69由含鐵鎂砂制成。Fe₂O₃降低了材料的高溫強(qiáng)度，但顯著促進(jìn)窯皮的形成并提高窯皮的穩(wěn)定性。AnKral-R16由剛玉和預(yù)合成尖晶石引入氧化鋁，其熱態(tài)強(qiáng)度和較貴的合成原料產(chǎn)品相當(dāng)，但價(jià)格大為降低。西方國家最近開發(fā)了水泥窯用鎂鐵尖晶石磚，該磚的物理性能和其他材料的對比。

　　鎂鐵尖晶石磚的主要優(yōu)點(diǎn)是粘掛窯皮較好，耐高溫性和抗氧化還原性能不佳。如能揚(yáng)長避短，發(fā)揮掛窯皮性和熱態(tài)短期物理性能較好的特點(diǎn)，鎂鐵尖晶石磚用于自動(dòng)化水平高、熱工制度穩(wěn)定水泥窯的特殊部位可以有良好的壽命。

　　水泥窯用堿性耐火材料的新進(jìn)展
　　10余年來國內(nèi)外進(jìn)行了大量鎂鉻磚替代材料的研究，但結(jié)果尚不理想。其原因在于：替代物并不完全具備鎂鉻尖晶石的優(yōu)點(diǎn)。

　　Cr₂O₃在鎂鉻質(zhì)耐火材料中的作用是：增大低熔相的潤濕角，提高直接結(jié)合程度并降低侵蝕速率，成鎂鉻尖晶石，改善抗熱震性；降低粘附窯皮的溫度；穩(wěn)定侵蝕產(chǎn)物C₂S。水泥熟料中的C3S將和耐火材料中的尖晶石反應(yīng)，形成大量新C₂S。βC₂S向γC₂S轉(zhuǎn)變伴隨14%的體積變化。如果C₂S的晶相轉(zhuǎn)化不能得到抑制，轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的應(yīng)力將導(dǎo)致粘附在耐火材料表面的窯皮垮落。這些有利作用賦予了鎂鉻質(zhì)材料良好的荷重軟化溫度、高溫強(qiáng)度、抗侵蝕性、熱震穩(wěn)定性和較好的掛窯皮性。鎂鋁尖晶石和鎂鐵尖晶石只具備其中第二個(gè)和第三個(gè)兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。所以，現(xiàn)有的無鉻磚不能全面地替代鎂鉻質(zhì)材料。一些“鎂鐵磚”中不得不摻有4%左右的Cr₂O₃。

　　為解決以上問題，2002年中國建筑材料科學(xué)研究總院提出的環(huán)境友好堿性耐火材料研究立項(xiàng)建議并獲得國家“863”計(jì)劃的支持。

　　經(jīng)過3年的研究，通過采用高技術(shù)與傳統(tǒng)材料制造技術(shù)相結(jié)合，研制出可以取代水泥窯用鎂鉻磚的無鉻堿性磚（鎂鋁鋯和鎂鐵尖晶石磚）并獲得4項(xiàng)國家發(fā)明專利。無鉻磚的性能達(dá)到：MgO≥88%、顯氣孔率≤18%、體積密度≥2.85g/cm³、冷壓強(qiáng)度＝55～85MPa、荷重軟化溫度（T0.6）≥1700℃、熱震穩(wěn)定性（950℃風(fēng)冷）>100次。研制的產(chǎn)品對我國水泥熟料有良好的掛窯皮性能，獲得良好使用結(jié)果，形成無鉻堿性磚的批量生產(chǎn)能力。

　　該研究的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是：
　?。?）采用鎂鋁尖晶石磚改性的技術(shù)路線，使用Al₂O₃－ZrO₂的混合粉與MgO的微粉作外加劑，以提高粘掛窯皮性能和抗熱震性。

　?。?）以占材料總量4%～8%的0.04～0.09mm的粗粒電熔鎂砂粉，和5%～10%的微粉同時(shí)等量取代普通球磨粉。使材料可被正常燒結(jié)，受高溫長期作用卻可避免發(fā)生過度的重新燒結(jié)、過致密化和降低抗熱震性，從而提高其使用壽命。

　?。?）用鋯英石、氧化鋁和石油焦炭等還原劑為原料，經(jīng)一步電熔還原制得成分為Al₂O₃－ZrO₂共晶點(diǎn)的細(xì)晶粒原料。該原料具有廉價(jià)、鋁鋯分散度高和高溫下易熔的特征，用于制造無鉻堿性磚等耐火材料將獲得極好的效果。

　　在上述技術(shù)的基礎(chǔ)上，復(fù)合使用各種形態(tài)的耐火原料，精心控制工藝過程，可以控制材料中各種方鎂石相、鎂鋁尖晶石相和含ZrO₂相的含量、尺寸、分布和致密度，可以形成合理的組成和結(jié)構(gòu)，從而使顆粒復(fù)合材料具有良好的耐火性、抗侵蝕性、抗熱震性、合乎要求的掛窯皮性和導(dǎo)熱率，并獲得滿意的使用效果。

　　成果轉(zhuǎn)化及應(yīng)用效果
　　中國建筑材料科學(xué)研究總院控股公司瑞泰科技有限公司于2008年為環(huán)境友好堿性耐火材料建立了產(chǎn)業(yè)化基地，同時(shí)成立河南瑞泰耐火材料科技有限公司，在河南新鄭建設(shè)了年產(chǎn)1.5萬噸的生產(chǎn)線，到目前為止已經(jīng)生產(chǎn)出各種無鉻耐火磚1萬多噸。創(chuàng)利稅約600萬元。2009年又增加投資規(guī)模建設(shè)了年產(chǎn)2.4萬噸的第二條全自動(dòng)生產(chǎn)線，新的生產(chǎn)線采用全自動(dòng)進(jìn)口壓機(jī)，無鉻堿性耐火材料的質(zhì)量和使用壽命得到了大幅度提高。

　　該產(chǎn)業(yè)化基地生產(chǎn)的產(chǎn)品先后在山東某廠日產(chǎn)1200噸水泥窯上試用，取得了良好的業(yè)績。壽命達(dá)到1年半。廣西某水泥公司日產(chǎn)5000噸水泥生產(chǎn)線試用，壽命穩(wěn)定在10個(gè)月。江西某水泥有限公司日產(chǎn)2500噸預(yù)分解窯于2009年4月在燒成帶砌筑長度6米的瑞泰科技的鎂鐵尖晶石磚，至今已安全運(yùn)轉(zhuǎn)近半年，預(yù)計(jì)使用壽命在1年左右。同時(shí)中聯(lián)水泥、南方水泥部分水泥窯也采用了環(huán)境友好堿性耐火材料。