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1、3.1 耐火材料定义及性质耐火材料定义及性质 3.2 耐火材料种类和特性耐火材料种类和特性 3.3 玻璃熔窑各部位耐火材料的运用玻璃熔窑各部位耐火材料的运用3 玻璃熔窑用耐火材料玻璃熔窑用耐火材料3.13.1耐火材料定义及性质耐火材料定义及性质3.1.1 定义定义 耐火材料是指耐火度不低于耐火材料是指耐火度不低于1580的无的无机非金属材料。机非金属材料。用做高温窑炉的结构材料，工业用高温用做高温窑炉的结构材料，工业用高温容器和部件的材料。容器和部件的材料。大部分以天然矿石（如耐火黏土、硅石、大部分以天然矿石（如耐火黏土、硅石、菱镁矿、白云石等）为原料制成。也有些采菱镁矿、白云石等）为原料制成
2、。也有些采用工业原料和人工合成原料（如工业氧化铝、用工业原料和人工合成原料（如工业氧化铝、碳化硅、合成莫来石、合成尖晶石的）。碳化硅、合成莫来石、合成尖晶石的）。玻璃窑用部分耐火材料隧道窑：隧道窑：陶瓷、耐陶瓷、耐火材料等火材料等工业上应工业上应用较多的用较多的现代化窑，现代化窑，连续生产连续生产的热工设的热工设备。备。玻璃熔窑：玻璃熔窑：熔化玻璃熔化玻璃的热工设备。分玻璃的热工设备。分玻璃池窑和坩埚窑。池窑和坩埚窑。玻璃池窑玻璃池窑坩埚窑坩埚窑玻璃池窑玻璃池窑3.1.2 耐火材料的性质耐火材料的性质3.1.2.1 耐火材料的结构性能耐火材料的结构性能3.1.2.2 耐火材料的热学性能耐火材料
3、的热学性能3.1.2.3 耐火材料的力学性能耐火材料的力学性能3.1.2.4 耐火材料的运用性能耐火材料的运用性能3.1.2.2 3.1.2.2 耐火材料的结构性能耐火材料的结构性能(1)(1)气孔率气孔率气孔率可占制品总容积的气孔率可占制品总容积的0 09090。气孔分开口气孔和闭口气孔。气孔分开口气孔和闭口气孔。开口气孔又分为毛细孔、非毛细孔和封闭开口气孔又分为毛细孔、非毛细孔和封闭的毛细孔。的毛细孔。毛细孔分为透气的和不透气的，孔径大于毛细孔分为透气的和不透气的，孔径大于5 5微米的透气孔，称为贯穿的气孔。微米的透气孔，称为贯穿的气孔。图图2-2 2-2 制品中的气孔形态制品中的气孔形态
4、11封闭气孔；封闭气孔；2-2-开口气孔；开口气孔；33贯穿气孔贯穿气孔图图2-3 耐火材料性质耐火材料性质和气孔率的关系和气孔率的关系1抗热震性；抗热震性；2线膨胀系数；线膨胀系数；3体积密度；体积密度；4热导率；热导率；5耐压强度耐压强度(2)(2)吸水率吸水率吸水率是耐火制品全部开口气孔所吸取吸水率是耐火制品全部开口气孔所吸取的水的质量与干燥试样的质量百分比。的水的质量与干燥试样的质量百分比。耐火原料生产中习惯上用吸水率来鉴定耐火原料生产中习惯上用吸水率来鉴定熟料的煅烧质量，原料煅烧得越好，吸熟料的煅烧质量，原料煅烧得越好，吸水率数值越低，一般应小于水率数值越低，一般应小于5 5。(3)
5、(3)体积密度体积密度体积密度是耐火制品的质量与其体积（包括体积密度是耐火制品的质量与其体积（包括气体）的比值。气体）的比值。它表征耐火材料的致密程度，是全部耐火原它表征耐火材料的致密程度，是全部耐火原料和耐火制品质量标准中的基本指标之一。料和耐火制品质量标准中的基本指标之一。体积密度高的制品，其气孔率小，强度、高体积密度高的制品，其气孔率小，强度、高温荷重软化温度等一系列性能好。温荷重软化温度等一系列性能好。(4)真密度真密度真密度是耐火制品的质量与其真体积真密度是耐火制品的质量与其真体积（不包括气孔体积）之比。在耐火材（不包括气孔体积）之比。在耐火材料中，硅砖的真密度是衡量石英转化料中，硅
6、砖的真密度是衡量石英转化程度的重要技术指标。程度的重要技术指标。SiO2组成的各种组成的各种不同矿物的真密度不同，鳞石英的真不同矿物的真密度不同，鳞石英的真密度最小，方石英次之，石英最大。密度最小，方石英次之，石英最大。(5)气孔孔径分布气孔孔径分布气孔孔径分布是耐火制品中各种孔径的气孔孔径分布是耐火制品中各种孔径的气孔所占气孔总体积的百分率。气孔所占气孔总体积的百分率。在气孔率相同时，孔径大的制品的强度在气孔率相同时，孔径大的制品的强度低。熔铸或隔热耐火制品气孔孔径可大低。熔铸或隔热耐火制品气孔孔径可大于于1mm，称为缩孔或大气孔；致密耐火，称为缩孔或大气孔；致密耐火制品的气孔主要为毛细孔，
7、孔径多为制品的气孔主要为毛细孔，孔径多为130m；气孔微细化的铝碳制品和致密高；气孔微细化的铝碳制品和致密高铝砖的平均孔径小于铝砖的平均孔径小于12m。电熔锆刚玉电熔锆刚玉砖横断面砖横断面(箭头所指为箭头所指为大的缩孔大的缩孔)3.1.2.3 耐火材料的热学性能(1)比热容比热容比热容是指比热容是指1kg耐火材料温度上升耐火材料温度上升1所吸取所吸取的热量。数值用于窑炉设计热工计算。蓄热的热量。数值用于窑炉设计热工计算。蓄热室格子砖接受高比热容的致密材料，以增加室格子砖接受高比热容的致密材料，以增加蓄热量和放热量，提高换热效率。蓄热量和放热量，提高换热效率。(2)(2)热膨胀性热膨胀性热膨胀性
8、指材料的线度和体积随温度升热膨胀性指材料的线度和体积随温度升降发生可逆性增减的性能。常以线膨胀降发生可逆性增减的性能。常以线膨胀系数或体积膨胀系数表示。系数或体积膨胀系数表示。名名 称称黏土砖黏土砖莫来石莫来石砖砖莫来石莫来石刚玉砖刚玉砖刚玉砖刚玉砖半硅砖半硅砖硅砖硅砖镁砖镁砖平均线平均线膨胀系膨胀系数数 10-6（201000）4.56.05.55.87.07.58.08.57.09.011.513.014.015.0各种耐火材料的平均线膨胀系数各种耐火材料的平均线膨胀系数各种耐火各种耐火砖的的热膨膨胀曲曲线1-1-镁砖;2-2-硅硅砖;3-3-铬镁砖；4-4-半硅半硅砖；5-5-粘土粘土砖
9、；6-6-高高铝砖；7-7-黏土黏土砖(3)(3)导热性导热性导热性表示耐火制品导热实力的大小，导热性表示耐火制品导热实力的大小，常以其导热系数表示。为了削减炉体的常以其导热系数表示。为了削减炉体的热损失，一般来说，要选用导热性小的热损失，一般来说，要选用导热性小的耐火材料。但是对于余热回收来说，又耐火材料。但是对于余热回收来说，又要选择导热性大的材料。要选择导热性大的材料。常见耐火材料的导热常见耐火材料的导热系数系数1碳化硅砖；碳化硅砖；2镁镁砖；砖；3碳化硅砖（含碳化硅砖（含SiC70）；）；4刚玉刚玉砖；砖；5碳化硅砖碳化硅砖（SiC50）；）；6烧烧结白云石砖；结白云石砖；7氧化氧化锆
10、砖；锆砖；8铬镁砖；铬镁砖；9刚玉砖刚玉砖(含含-Al2O390%)；10硅线硅线石砖；石砖；11橄榄石砖；橄榄石砖；12铬砖；铬砖；13硅砖；硅砖；14致密粘土砖；致密粘土砖；15粘土砖粘土砖3.1.2.4 耐火材料的力学性能(1)(1)耐压强度耐压强度 耐压强度是耐火材料在确定温度下单位耐压强度是耐火材料在确定温度下单位面积上所能承受的极限载荷。衡量耐火面积上所能承受的极限载荷。衡量耐火材料质量的重要性能之一。常温耐压强材料质量的重要性能之一。常温耐压强度是指制品在室温下测得的数值。度是指制品在室温下测得的数值。(2)(2)抗折强度抗折强度耐火材料抗折强度是指试样单位面积承受耐火材料抗折强
11、度是指试样单位面积承受弯矩时的极限折断应力，又称抗弯强度。弯矩时的极限折断应力，又称抗弯强度。耐火材料抗折强度分为常温抗折强度和高耐火材料抗折强度分为常温抗折强度和高温抗折强度。温抗折强度。(3)(3)粘结强度粘结强度粘结强度是指两种材料粘结在一起时，粘结强度是指两种材料粘结在一起时，单位界面之间的粘结力。耐火材料粘结单位界面之间的粘结力。耐火材料粘结强度主要是表征不定形耐火材料在运用强度主要是表征不定形耐火材料在运用条件下的强度指标。要有确定的粘结实条件下的强度指标。要有确定的粘结实力，以有效地粘结于施工基体。力，以有效地粘结于施工基体。(4)(4)高温蠕变性高温蠕变性耐火材料高温蠕变性是指
12、制品在高耐火材料高温蠕变性是指制品在高温下受应力作用随着时间变更而发温下受应力作用随着时间变更而发生的等温形变。分为高温压缩蠕变、生的等温形变。分为高温压缩蠕变、高温拉伸蠕变、高温弯曲蠕变和高高温拉伸蠕变、高温弯曲蠕变和高温扭转蠕变等。常用高温压缩蠕变。温扭转蠕变等。常用高温压缩蠕变。3.1.2.5 耐火材料的使用性能(1)(1)耐火度耐火度 耐火度是指耐火材料在高温下反抗熔耐火度是指耐火材料在高温下反抗熔化的实力。基本指标，可粗略识别耐火材化的实力。基本指标，可粗略识别耐火材料质量。耐火材料的实际运用温度总要比料质量。耐火材料的实际运用温度总要比材料的耐火度低，作为选材参考。材料的耐火度低，
13、作为选材参考。耐火度的测定方法是将材料做成截头三角锥。在规定的加热条件下，与标准高温锥弯倒状况作比较。直至试锥顶部弯倒接触底盘，此时与试锥同时弯倒的标准高温锥可代表的温度即为该试锥的耐火度。试锥在不同熔融阶段的弯倒状况试锥在不同熔融阶段的弯倒状况a熔融起先以前；熔融起先以前；b在相当于耐火度的在相当于耐火度的温度下；温度下；c在高于耐火度的温度下在高于耐火度的温度下一些耐火原料及制品的耐火度名称名称耐火度范围耐火度范围/名称名称耐火度范围耐火度范围/结晶硅石结晶硅石17301770硅砖硅砖16901730高铝砖高铝砖17702000粘土砖粘土砖16101750镁砖镁砖2000硬质粘土硬质粘土1
14、7501770白云石砖白云石砖2000(2)(2)高温荷重软化温度高温荷重软化温度荷重软化温度指耐火材料在恒定的荷重下，荷重软化温度指耐火材料在恒定的荷重下，对高温顺荷重共同作用的反抗性能。对高温顺荷重共同作用的反抗性能。也为高温荷重变形温度，耐火制品在持续升也为高温荷重变形温度，耐火制品在持续升温条件下，承受恒定载荷产生变形的温度。温条件下，承受恒定载荷产生变形的温度。耐火制品同时反抗高温顺载荷两方面作用的耐火制品同时反抗高温顺载荷两方面作用的实力。实力。测定荷重软化温度的方法有示差测定荷重软化温度的方法有示差-升温升温法和非示差法和非示差-升温法两种。升温法两种。测定一般是加压测定一般是加
15、压0.2MPa，从试样膨胀，从试样膨胀的最高点压缩至它原始高度的的最高点压缩至它原始高度的0.6为软为软化起先温度，化起先温度，4为软化变形温度及为软化变形温度及40变形温度。变形温度。耐火制品的耐火制品的0.2MPa0.2MPa荷重变形温度荷重变形温度/耐火砖种类耐火砖种类0.6变形变形温度（温度（TH）4变形变形温度温度40变形温变形温度（度（TK）TK-TH硅砖（耐火度硅砖（耐火度1730）1650167020刚玉砖刚玉砖（Al2O390%）18701900莫来石砖莫来石砖（Al2O370%）160016601800200镁砖（耐火度约镁砖（耐火度约2000）1550158030一级粘土
16、砖一级粘土砖（Al2O340%，耐火度耐火度1730）140014701600200三级粘土砖三级粘土砖125013201500250各种耐火材料的荷重变形曲线各种耐火材料的荷重变形曲线1高铝砖（高铝砖（Al2O370%）；）；2硅砖；硅砖；3镁砖；镁砖；4，6粘土砖；粘土砖；5半硅砖半硅砖(3)重烧线变更率重烧线变更率体积稳定性又称重烧收缩或膨胀。耐火体积稳定性又称重烧收缩或膨胀。耐火材料在高温长期停留时体积发生的不行材料在高温长期停留时体积发生的不行逆变更。逆变更。大多数耐火材料高温下会产生残余收缩，大多数耐火材料高温下会产生残余收缩，而硅砖却膨胀。而硅砖却膨胀。残余收缩或膨胀过大会使炉体
17、强度受到残余收缩或膨胀过大会使炉体强度受到影响，甚至发生倒塌。影响，甚至发生倒塌。选材时要求残余收缩或膨胀小，且不超选材时要求残余收缩或膨胀小，且不超过其运用温度。过其运用温度。(4)(4)抗热震性抗热震性热稳定性又称为耐急冷急热性。热稳定性又称为耐急冷急热性。耐火材料反抗温度的急剧变更而不裂开耐火材料反抗温度的急剧变更而不裂开或剥落的性能。或剥落的性能。对间歇式作业的设备特殊重要。对间歇式作业的设备特殊重要。(5)抗渣性抗渣性指耐火材料在高温下反抗炉渣侵蚀和冲刷作用的实力。熔渣侵蚀是材料在运用中最常见的一种损坏形式。约有50%损坏是由熔渣侵蚀引起。不同耐火材料间的相互反应温度不同耐火材料间的
18、相互反应温度/硅硅砖砖无无石英石英砖砖无无无无白泡石白泡石130013001300粘土粘土砖砖1300140013001400高高铝砖铝砖1300145013001400无无刚刚玉玉砖砖1400145014001300无无无无锆刚锆刚玉玉砖砖800800800900140015001400镁砖镁砖无无无无无无无无无无无无无无1000锆锆英石英石砖砖(6)高温玻璃相渗出温度高温玻璃相渗出温度 电熔耐火材料在高温下损毁的指标之一。电熔耐火材料在高温下损毁的指标之一。电熔材料玻璃相在确定条件和确定温度电熔材料玻璃相在确定条件和确定温度范围内熔融。从某一温度起先玻璃会面范围内熔融。从某一温度起先玻璃会
19、面渗出试样，显微镜视察到试样表面的玻渗出试样，显微镜视察到试样表面的玻璃液滴，以液滴出现时的温度定为玻璃璃液滴，以液滴出现时的温度定为玻璃相起先渗出温度。相起先渗出温度。(7)(7)耐玻璃侵蚀性耐玻璃侵蚀性是高温下反抗玻璃料粉、玻璃液及碱、是高温下反抗玻璃料粉、玻璃液及碱、硼蒸气等侵蚀的性能。硼蒸气等侵蚀的性能。以试样被侵入深度和侵蚀后矿相的变更以试样被侵入深度和侵蚀后矿相的变更来表示。来表示。坩埚法是将耐火材料制成小坩埚或在砖块上凿孔，装入玻璃料粉后在炉中加热确定时间，冷却后取出视察侵蚀状况，也可以剖开断面视察侵入深度和面积。浸渍法是将棒状耐火材料试样插入玻璃料液内，试样静置或转动，在确定温度下加热一段时间，然后取出视察被侵蚀状况或测量浸渍后的试样尺寸变更（如宽度或直径）。浸渍法浸渍法坩埚法坩埚法