Магнезиально-хромовые кирпичи были первыми и наиболее часто используемыми огнеупорными материалами для зоны обжига цементных печей.
Однако их опасность для окружающей среды становится все более очевидной, что создает острую потребность в экологически чистых, безопасных для здоровья и экономически эффективных альтернативах.
В последние годы в качестве огнеупорного материала для зоны обжига цементных печей появились магнезиально-железные (алюминиевые) шпинелевые кирпичи, служащие преимущественно заменой магнезиально-хромового кирпича.
Доломитовый кирпич уже много лет используется во всем мире и является наиболее распространенным огнеупорным материалом для зоны обжига цементных печей во всем мире; они успешно применяются во многих крупных цементных печах.
Доломитовый кирпичобеспечивают превосходную стойкость к термическому удару, прочность на сжатие, стойкость к щелочам и стойкость к химической коррозии. Кроме того, они не содержат хрома и не загрязняют окружающую среду.
При нормальных условиях эксплуатации их средний срок службы превышает 12 месяцев. Следовательно, доломитовые кирпичи предлагают лучшее соотношение цены и качества, чем другие альтернативы, не содержащие хрома, такие как кирпичи из магнезиально-алюминиевой шпинели или кирпичи из магнезиально-железной шпинели.
Цирконийсодержащие доломитовые огнеупорные кирпичи имеют относительно высокое содержание оксида кальция (CaO). Во время эксплуатации оксид кальция в кирпичах реагирует с силикатом дикальция (C₂S), присутствующим в клинкере, образуя силикат трикальция (C₃S) на поверхности огнеупорного кирпича.
Этот защитный слой обладает высокой огнеупорностью и хорошей совместимостью с клинкером, что способствует образованию толстого и стабильного печной оболочки.
Это покрытие печи защищает футеровку печи от химического воздействия, термической эрозии и прямого механического истирания, одновременно повышая термический КПД цементной печи.
Напротив, печные покрытия не так легко прилипают к магнезиально-хромовым кирпичам, и связь между покрытием и кирпичом часто бывает слабой.
Расплав клинкера, сера и щелочи могут легко проникать в высокотемпературный поверхностный слой кирпичей через эту менее плотную границу раздела, вызывая разрушение кирпичного материала под покрытием печи.
Во время остановки и охлаждения печи покрытие печи может почернеть. -C₂S внутри покрытия превращается в -C₂S, в результате чего покрытие увеличивается в объеме и измельчается.
При повторном запуске печи покрытие часто сильно отслаивается в течение нескольких смен, а также может отслоиться деградировавший поверхностный слой огнеупорного кирпича.
Когда высокотемпературные поверхности только что обожженных магнезиально-хромовых кирпичей быстро подвергаются воздействию огня, они очень восприимчивы к разрушению, вызванному чрезмерным тепловым расширением и эрозией, что впоследствии приводит к дальнейшему повреждению.
Это явление особенно выражено в печах, которые подвергаются частым циклам запуска и остановки. Следовательно, срок службы магнезиально-хромового кирпича значительно меньше, чем у доломитового кирпича.
Обширный практический опыт показывает, что при идентичных условиях технологического процесса и оборудования доломитовый кирпич обычно имеет более длительный срок службы, чем аналогичные марки магнезиально-хромового кирпича.
В случае цирконийсодержащих доломитовых кирпичей в состав добавляют оксид циркония. В процессе прокаливания оксид циркония реагирует с известью с образованием цирконатов — очень тугоплавких материалов с температурой плавления до 2430 градусов.
Эта реакция приводит к образованию микротрещин внутри кирпичей, которые помогают остановить распространение трещин, вызванных напряжением. Это повышает термостойкость кирпичей и уменьшает термическое растрескивание во время остановок печи.
Доломитовый кирпич также способен подвергаться деформации без растрескивания. При испытаниях на высокотемпературную несущую способность (1550 градусов, 0,17 Н/мм²) доломитовые кирпичи могут деформироваться более чем на 10 % без разрушения, тогда как огнеупоры на основе магнезии обычно растрескиваются после деформации менее 1 %.
При воздействии высоких температур, особенно в переходных зонах с более низкими температурами, доломитовые кирпичи имеют тенденцию проявлять ползучесть, а не хрупкое разрушение, характерное для магнезиальных или магнезиально-шпинельных кирпичей.