我國耐火材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策中明確提出，要減少使用含鉻耐火材料的用量。

1、鎂鋁尖晶石系耐火材料

      廣義上講，尖晶石是指屬于尖晶石族的礦物。它的化學(xué)通式為AO·B2O3或AB2O4，其中A是正二價離子，B是正三價離子。按照正三價離子的化學(xué)成分，分為鋁尖晶石、鉻尖晶石和鐵尖晶石三類。通常人們習(xí)慣于把鎂鋁尖晶石(MgAl2O4)簡稱為尖晶石。

      鎂鋁尖晶石耐火材料的國際標(biāo)準(zhǔn)定義是：尖晶石組成中鎂砂和氧化鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于20%的的耐火材料。鎂鋁尖晶石的化學(xué)式是MgA12O4(縮寫為MA)，氧化鎂占28.3%，氧化鋁占71.7%。通常情況下，按照所述尖晶石的理論化學(xué)成分，在Al2O3含量多的一側(cè)會形成富鋁尖晶石即氧化鋁固溶尖晶石，在MgO含量多的組成一側(cè)形成富鎂尖晶石即方鎂石-尖晶石共存尖晶石。如圖1所示，尖晶石是MgO-Al2O3二元系中的一個化合物，其熔點(diǎn)為2135℃。在MgO-Al2O3系統(tǒng)中有兩個低共熔體形成，它們分別存在于在尖晶石-方鎂石分二元系統(tǒng)以及尖晶石-剛玉分二元系統(tǒng)中，其中兩個低共熔體的化學(xué)組成分別為77/23和11/89，其低共熔溫度分別是2050℃和1925℃，高溫下，方鎂石在鎂鋁尖晶石中的溶解度可以達(dá)到10wt%，剛玉在鎂鋁尖晶石中的溶解度則更高。上述說明，由MgO和Al2O3構(gòu)成的尖晶石質(zhì)耐火材料毫無疑問是高耐火的。此外，尖晶石與白云磚和黃島鎂鉻磚相比的主要優(yōu)點(diǎn)是對還原氣氛、游離SO2/SO3以及游離K2O/Na2O的抗侵蝕性強(qiáng)，同時鎂鋁尖晶石還具有優(yōu)良的熱震穩(wěn)定性和耐磨性，并且鎂鋁尖晶石的熔點(diǎn)高、熱膨脹系數(shù)低、硬度高，從而使鎂鋁尖晶石成為耐火材料中不可缺少的一部分。

      Cho對含Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為47%、69%和94%的富鎂尖晶石、理論尖晶石和富鋁尖晶石的抗CaO-Al2O3-SiO2渣的侵蝕性能做了研究，結(jié)果表明：富鎂尖晶石的抗渣侵蝕性能較好，在渣和耐火材料的界面上反應(yīng)生成的Mg(Al,Fe)2O4復(fù)合尖晶石層的含量與富鎂尖晶石中MgO的含量成正比例關(guān)系，生成的復(fù)合尖晶石層對渣的直接侵蝕起到了很好的抑制作用。由于富鋁尖晶石中的Al2O3能與渣中的CaO在尖晶石與渣的界面上發(fā)生反應(yīng)，生成Al2O3-CaO化合物，能夠很好地抑制CaO/Al2O3比高的渣進(jìn)一步滲透耐火材料，因此，富鋁尖晶石具有良好的抗渣滲透性。

      結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基質(zhì)組成相同時，添加富鋁尖晶石的澆注料能吸收渣中較多的氧化鐵和氧化鈣，這是由于加熱時可以生成大量的原位尖晶石，且原位尖晶石對氧化鐵和氧化鈣的吸收能力比合成尖晶石強(qiáng)，大約是合成尖晶石的3~5倍，同時原位尖晶石的顆粒比較細(xì)，分散也均勻，由于合成二次尖晶石時伴隨著一定的膨脹，因此，當(dāng)材料整體膨脹受約束時，會使材料的結(jié)構(gòu)變的更加致密，進(jìn)而可以極大地提高材料的抗渣侵蝕性能。韓斌[13]研究了尖晶石粒度的不同對剛玉-尖晶石澆注料抗渣侵蝕性的影響，認(rèn)為加入尖晶石顆粒較多的澆注料對高堿度渣的抵抗性好;加入尖晶石細(xì)粉較多的澆注料對低堿度渣的抵抗性好。

2、Al2O3-SiO2系耐火材料

      硅酸鋁質(zhì)耐火材料是指基本化學(xué)組成是Al2O3和SiO2的耐火材料，依照Al2O3含量的高低，Al2O3-SiO2系耐火材料可以劃分為以下幾類。

      莫來石Al2O3-SiO2系統(tǒng)中穩(wěn)定的二元化合物，化學(xué)成分并不穩(wěn)定，2Al2O3·SiO2和3Al2O3·2SiO2是常見的兩種形式，莫來石的耐火度高、抗熱震性能較好、抗蠕變、抗化學(xué)侵蝕性好、荷重軟化溫度高、體積穩(wěn)定性能好以及電絕緣性強(qiáng)，因此，莫來石是理想的耐火材料，在陶瓷、玻璃、化學(xué)、水泥、國防、燃?xì)獾裙I(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。莫來石磚是以莫來石為主要的原料制備的，其蠕變率較低、熱膨脹率比較小、高溫強(qiáng)度較高、抗化學(xué)侵蝕性強(qiáng)以及抗熱震性好，可以應(yīng)用在熱風(fēng)爐的拱頂以及燃燒室的中、上部，也可作為陶瓷燃燒器用磚使用。剛玉-莫來石因同時具有莫來石和剛玉的優(yōu)良性能，因此，剛玉-莫來石具有耐高溫、耐侵蝕、熱震穩(wěn)定性能好以及機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于高溫窯爐。

3、剛玉質(zhì)耐火材料

      剛玉耐火材料指的是Al2O3含量大于90%并且主晶相是α-Al2O3的耐火材料。剛玉晶體屬于離子晶體，離子鍵的鍵力比較強(qiáng)，晶體屬三方晶系，晶形為短柱狀，其真密度為3.85~4.01g/cm3，硬度為9，熔點(diǎn)為2050℃，一般粒度在1~15mm范圍內(nèi)。剛玉具有熱力學(xué)強(qiáng)度高、抗熱震性和抗磨損性好、化學(xué)穩(wěn)定性好以及抵抗還原劑作用的能力強(qiáng)等特性，是耐火材料的重要原料。

4、鋁酸鈣系材料

      CaO-Al2O3二元系統(tǒng)中的化合物因具有良好的水硬化能力、良好的脫碳能力以及良好的高溫使用性能在建材、冶金以及國防等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。CaO-Al2O3二元體系相圖如圖2所示。由圖2可知在CaO-Al2O3二元體系中CaO的熔點(diǎn)是更高的為2572℃，隨著Al2O3含量的增加，二元體系中化合物的的熔點(diǎn)逐漸下降，同時在1817K析出化合物C3A，且隨著Al2O3的繼續(xù)加入，二元體系的熔融溫度進(jìn)一步下降，在1722K析出C12A7，隨著Al2O3含量的增加，二元系統(tǒng)的熔融溫度開始逐漸升高，在1873K析出化合物CA，在2048K析出化合物CA2，在2156K析出CA6。CaO-Al2O3二元系統(tǒng)中兩個重要的化合物是二鋁酸鈣(CA2)以及六鋁酸鈣(CA6)。

      六鋁酸鈣(CaAl12O19，簡寫為CA6)是CaO-Al2O3系中Al2O3含量更高的鋁酸鈣相，其理論密度為3.79g·cm-3，熔點(diǎn)高為1875℃，熱膨脹系數(shù)為8.0×10-6℃-1，在含鐵熔渣中的溶解度低;對還原氣氛不敏感;在堿性環(huán)境中具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性;對熔融金屬以及熔渣的潤濕性比較低;主要結(jié)晶區(qū)大，所以在幾種多元系中有較低的溶解性;另外，它的熱膨脹系數(shù)與Al2O3相近，可以和氧化鋁以任何比例配合使用。因此，CA6在高溫行業(yè)的應(yīng)用前景十分廣泛。

      Dr.GunterBüchel對博耐特(一種基于CA6礦物相的新型合成的致密耐火材料)的抗堿侵蝕性能進(jìn)行了研究。對博耐特、板狀剛玉和紅柱石三種材質(zhì)不同的澆注料進(jìn)行了對比，把試樣制備成70mm×70mm×70mm，孔洞為Ф50mm×45mm的帶有蓋子的坩堝，然后在1000℃燒成，燒完后在試樣的坩堝內(nèi)裝滿K2CO3，最后在1100℃下保溫×5h。結(jié)果表明：板狀剛玉質(zhì)坩堝產(chǎn)生了明顯的裂紋，鉀鹽的滲透約為11~12mm，紅柱石質(zhì)坩堝被鉀鹽全部滲透，滲透的深度超過20mm，坩堝已經(jīng)破裂，博耐特質(zhì)坩堝的滲透不是很明顯，滲透的深度約為4~5mm，這些都表明了博耐特的抗堿侵蝕性能比較好。

      二鋁酸鈣(CaAl4O7)是鋁酸鈣二元系統(tǒng)中重要的化合物之一，其熔點(diǎn)高((1765±25)℃)，在建材、冶金、國防等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。最近幾年的研究表明，二鋁酸鈣的熱膨脹系數(shù)低(在200℃的溫度下為1.4×10-6℃-1;在1400℃的溫度下為4.4×10-6℃-1)，引起了研究人員的濃厚興趣。Jonas把CA2作為基質(zhì)，然后和CaZrO3、MgAl2O4、SiC等高熔點(diǎn)的化合物進(jìn)行復(fù)合，制備出一種強(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù)比CA2本身更低的復(fù)合材料，同時表明因?yàn)镃A2的膨脹系數(shù)低以及CA2對材料的膨脹滯后(ExpansionIncrementHysteresis，簡稱EIH)效應(yīng)使得CA2以及CA2的復(fù)合材料在冶金、水泥和玻璃等行業(yè)的應(yīng)用前景廣泛。