本课题针对新型干法水泥回转窑前窑口和喷煤咀部位严苛的使用环境,以及现有材料使用效果的不理想,研究开发新型的刚玉—尖晶石浇注料作为大中型水泥窑前窑口和喷煤咀部位的适用材料,同时,进一步研究通过添加ZrO2提高刚玉—尖晶石材料的热震稳定性。在本课题的研究工作中,首先通过调整基质中各组分的含量,优化基质的组成,以获得最佳的性能。研究发现,在试样经过高温热处理的过程中,基质中的镁砂和Al2O3微粉将在1100℃开始尖晶石生成反应,此反应在1300℃基本完成,在1300℃至1500℃的过程为尖晶石晶粒的长大并完成生长。因此,镁砂的含量将影响材料的整体性能,研究发现9wt%为基质中镁砂的最佳含量,此时,试样呈现烧后微膨胀,强度及耐碱性能均最好;同时,在基质中添加1wt%的硅灰,可以增加试样流动性,促进试样的烧结;而由镁砂和硅灰组成的结合体系,满足材料在低、中和高温时的强度及其他性能,因此,本实验采用无水泥技术,降低了CaO对材料使用性能的影响。为了提高刚玉—尖晶石材料的热震稳定性,本课题研究了添加ZrO2提高材料热震性能的影响。研究发现,添加ZrO2可显著提高材料的热震稳定性,试样的抗折强度残余保持率K由添加前的56%提高到了83%,而其他的理化性能均满足要求,其作用机理为:1.微裂纹增韧:ZrO2马氏体相变效应;2.弥散增韧:ZrO2作为第二相粒子。最终确定添加6wt%的粒度为d50= 300μm的ZrO2的试样热震性能最佳。同时研究了材料的弹性模量E与热震性能的关系,得出结论:材料的弹性模量E和热震性能呈反比,同时随着热震次数的增加,材料的弹性模量E逐渐降低,因此弹性模量E可以作为评价这一类材料热震性能的指标,同时可以通过定期的检测材料的弹性模量E来预测和判定材料是否失效。通过本课题的研究,已经成功的研制出了新型ZrO2增韧的刚玉—尖晶石浇注料,并进行了工业化生产,已经在河南宏昌水泥4500T/d的水泥熟料生产线上得到应用,使用效果良好。