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1、第四篇第四篇 耐火材料耐火材料第一章第一章 耐火材料基础耐火材料基础第一节第一节 概概 述述一、概念v耐火材料是耐火度不低于1580的材料，一般是指主要由无机非金属材料构成的材料和制品。二、主要种类v1.按化学成分分为v（1）氧化硅质（以氧化硅为主包括硅砖和石英玻璃）；v（2）氧化铝质(以氧化铝和氧化硅为主又分为半硅质、粘土质和高铝质)；v（3）氧化镁质（又分为镁砖、镁铝砖、镁硅砖、镁钙砖、镁铬砖和镁碳砖）；v2.按矿物成分v（1）白云石质MgCa（CO3）2v（2）橄榄石质（Mg2SiO4）v（3）尖晶石质（Fe2MgO4）v（4）碳质（石墨制品）v（5）含锆质（氧化锆+莫来石+刚玉）v（6
2、）特殊耐火材料（碳化物、氮化物、硼化物）v3.按制造方法分为：v块状耐火材料;v不定形耐火材料;v烧制耐火材料;v熔铸耐火材料；v4.按耐火度分为：v普通（15801770）;v高级（17702000）;v特级（大于2000）；v5.按化学性质分为：v酸性耐火材料;v中性耐火材料;v碱性耐火材料；v6.按标准和尺寸分为：v标准砖;v异型砖;v管形材;v耐火器皿；v7.按使用场合：v冶金用;v水泥窑用;v玻璃窑用;v陶瓷窑用;v锅炉用。三、耐火材料的组成v1化学成分：主成分、杂质成分（有害）和外加组分（有益）；v2.物相组成：主晶相、次晶相和基质。第二节第二节 耐火材料的性质耐火材料的性质一、耐
3、火材料的宏观性质v1气孔：开孔、闭孔和贯通孔；v2气孔率：体积百分比v真气孔率Pt=（Vc+Vo）/Vb100%v闭气孔率Pc=Vc/Vb100%v显气孔率Pa=Vo/Vb100%vVc-闭孔体积；Vo-开孔+贯通孔；Vb-材料总体积vPt=Pc+Pav3密度（g/cm3）v体积密度d=M/Vv视密度或表观密度da=M/（Vc+Vt）v真密度dt=M/VtvVc-闭孔体积；Vt-除气孔外的材料体积；V-总体积；M质量v4吸水率（%）v是指全部显气孔被水填满时，水的质量与干燥材料的质量之比。vWa=（M-Mo）/Mo100%vWa吸水率；M吸水后质量；Mo吸水前质量二、耐火材料的力学性质v1常温
4、耐压强度S=P/AP材料破坏时的最大压力；A受压面积v2高温耐压强度在高于10001200条件下，单位面积所承受的最大压力。v3抗折强度（抗弯强度、断裂模量）材料单位面积所承受的极限弯曲应力。v4耐磨性材料抗机械磨损作用的能力。三、耐火材料的热学及电学性质v1热膨胀性包括线膨胀系数和体积膨胀系数；v2导热性导热系数；v3比热容常压下加热一公斤材料使之升高1所需要的热量（kJ）v4导电性电阻率。碳质和碳化硅质材料为导体，一般耐火材料为不良导体，但温度大于1000时导电性明显提高，熔融时导电能力很强。四、耐火材料的使用性质v1耐火度材料在高温作用下达到软化程度时的温度。v2荷重软化温度普通材料加恒
5、压0.2N/mm2下，升温测其软化温度。v3高温体积稳定性材料重烧线变化率和体积变化率。v4耐热震性（抗热震性）极限温差。v5抗渣性材料在高温下抵抗熔渣及其它熔融液侵蚀而不易损毁的性能。v6.耐真空性材料在真空和高温下服役时的耐久性，因高温减压时耐火材料中有些组分极易挥发。第三节第三节 耐火材料的生产过程耐火材料的生产过程v原料加工配料混炼（成型）干燥烧成（熔制）（成型）检验成品v即耐火材料的生产过程与陶瓷或玻璃的生产过程相似。第二章第二章 耐火材料各论耐火材料各论第一节第一节 硅质耐火材料硅质耐火材料为典型的酸性耐火材料。一、二氧化硅的相变v不同晶型之间的转变称为迟钝型转变，如：石英鳞石英方
6、英石。是不可逆的。v同一晶型之间的转变称为快速型转变，如：石英石英石英。是可逆的。二、硅砖的生产v以天然SiO2质岩石为原料，要求杂质组分（Al2O3、TiO2、碱金属氧化物）含量小于2%。v生产工艺与陶瓷相似。三、硅砖的性质和使用v1SiO293%，鳞石英：30%70%，方英石：20%80%，石英：3%15%，玻璃相：4%14%。v2真密度小于2.38g/cm3,体积密度：1.801.95g/cm3.v3使用性质：耐火度16901730，掺杂时16201670，耐酸性高，抗热震性很差，850冷水两次。主要用在玻璃窑。第二节第二节 硅酸铝质耐火材料硅酸铝质耐火材料以氧化铝和氧化硅为主，Al2O
7、3：30%46%。一、粘土质耐火材料v1原料：耐火粘土（高岭土、铝土矿等）v2生产：似陶瓷v3性质及应用：耐火度15801770，高温耐压强度大于58.8Mpa(10001200),荷重软化温度12501400，高温体积稳定小于1%，抗热震性好1100水冷50次以上，抗渣性好。v4应用：主要用于炼刚炉。二、高铝质耐火材料vAl2O3大于48%。原料和生产与粘土质耐火材料相似。v性质：耐火度17702000，荷重软化温度大于1400，导热性好，抗热震性较差850水冷30次以上，抗渣性好。v应用：为最广泛的一种，用于冶金、建材、陶瓷、电力锅炉等。其用作电炉顶寿命比硅砖高25倍。第三节第三节 镁质耐
8、火材料镁质耐火材料为典型的碱性耐火材料。种类较多。一、氧化镁砖v1种类v各种镁砖：Mg-Si、Mg-Ca、Mg-Al、Mg-Cr、Mg-C等。v2组成v方镁石、镁方铁矿、镁尖晶石、镁硅酸盐（橄榄石、辉石）等。v3原料v主要为菱镁矿。v4生产v首先将菱镁矿煅烧（1000轻烧，1400以上重烧）制得氧化镁。将氧化镁粉碎后加入添加剂和结合剂，混合后成型、煅烧即制得镁砖。v5性质v耐火度 大于1920，荷重软化温度 大于1500，抗热震性1100冷水大于25次，抗碱性好，最高使用温度大于1600。v6应用v用于各种炉衬，特别是碱性环境。二、白云石质耐火材料v以CaO和MgO为主要成分的耐火材料。v1种
9、类：含游离氧化钙的白云石质耐火材料和稳定型的白云石制品；v2组成：游离氧化钙型（方镁石和石灰石），稳定型（C3S、MgO为主，少量C2S、C4AF）v3生产：游离氧化钙型（天然白云石烧或不烧，粘结），稳定型（以天然白云石、石英、磷灰石为原料配合后共烧结而成，烧结温度小于1450）。v4性质：游离氧化钙型（耐火度 15001700，稳定性差，极易吸水分解，成本低）；稳定型（常温耐压5070Mpa，荷重软化温度1500，抗渣好，抗热震性差）。v5应用：游离氧化钙型（炼刚炉衬、电炉炉衬）；稳定型（可部分代替镁砖）。三、尖晶石质耐火材料v1种类：Mg-Al、Mg-Crv2组成：镁铝尖晶石和镁铬尖晶石v
10、3生产：首先需要合成尖晶石，然后烧结或不烧。也可制备不定形耐火材料。v4性质：强度高，抗蠕变性强，荷重软化温度17001750，抗渣性远大于镁砖，体积稳定。v5应用：有色金属冶炼炉衬及其它各类炉衬。第四节第四节 碳质耐火材料碳质耐火材料一、碳素耐火材料v即碳砖、碳块及无定形碳为主。v1原料：灰分小于8%的各种煤和少量石墨。配料为高碳有机物（沥青、煤焦油等）。v2生产：主料80%85%，配料20%15%，在温度5070下混炼后成型，冷却后在还原气氛下焙烧。v3原理：200500 结合剂逸出；450800焦化；10001300烧结；缓慢降温。v1性质：气孔率大（1525%），强度抗压3060Mpa
11、，抗渣性好，耐火度（还原气氛）3500升华，抗氧化能力差。v2应用：炼铁高炉，铝电解槽内衬及阳极。二、石墨耐火制品v1石墨黏土制品（坩埚、蒸馏罐、盛钢桶砖等）v原料：石墨、耐火黏土、可塑性黏土及少量碳化硅。v制备工艺：与碳素耐火材料相似。烧成温度10001150。v性质：强度高，抗腐和抗渣性好，热膨胀低，导热性高。v应用：熔融金属耐火材料。v2其它石墨制品v以可塑黏土作结合剂制得的石墨制品。也可加入碳化硅、氧化铝、氧化锆等制成复合制品。第五节第五节 含锆质耐火材料含锆质耐火材料指含有氧化锆或硅酸锆的耐火材料。一、纯锆英石耐火材料v1原料：天然锆英石（ZrSiO4）矿砂，含量大于90%。在150
12、01700（低于锆英石分解温度）煅烧出块，若加入碱金属氧化物可在10501300煅烧，之后急冷，然后细磨。v2生产：用有机结合剂黏结，用黏土可引起制品的耐火度和体积稳定性降低。可加入少量氧化钙等矿化剂以促进烧结。最高烧结温度为1700。v3组成：几乎全部由ZrSiO4晶体组成，含少量玻璃质和氧化锆。v4.性质：比重大（4.55），高温下黏度高，耐火度大（大于1825），荷重软化温度大于1650，耐磨，热膨胀低。抗热震性差，抗渣性差，抗碱腐蚀性差。v5.应用：用于连续铸钢的盛钢桶内衬，有色冶炼炉的铸口，还可用于玻璃窑等。二、含锆英石的其它耐火材料v包括：Zr-Al砖可提高抗热震性；vZr-Cr-
13、Al砖可提高强化基质的耐高温性和抗腐性；vZr-SiC砖可提高抗渣性和耐磨性。第六节第六节 不定形耐火材料不定形耐火材料一、概述v1.定义：有合理级配的粒状和粒状了与结合剂共同组成的不经成型和烧成而直接供使用的耐火材料。又称为散状耐火材料。v2.构成：粒料（骨料）、粉料（掺合料）、结合剂（胶结剂）。v3.形状：浆状、泥膏状和松散状。v4种类：浇注耐火材料、可塑耐火材料和其它不定形耐火材料。二、浇注耐火材料v在粉料、粒料中加入一定量的水和结合剂，使之具有流动性，适用于以浇注方法施工的不定形耐火材料。1脊性耐火材料v（1）粒状料：由各种耐火材料组成，以硅酸锆质和刚玉材料用得最多。硅质材料（硅石）用
14、得很少，因为氧化硅在高温下与碱性结合剂反应强烈，且体积膨胀较大，但由于其抗热震性很好可用于酸性环境下。v镁质材料可制造碱性耐火材料，但在配制浇注料时不应使用含水结合剂。v碳化硅是配制浇注料的优良材料，可作为耐高温、耐磨、高导热的浇注原料。v（2）粉状料：它实现粒状料的紧密堆积，保证混合料的均匀流动性，提高浇注料的结合强度。v要求：粒度必须合理，小于1微米的超细粉应含一定数量，一般由体积稳定的熟料制成或稍加入适量的膨胀剂以补充粒料的收缩。2结合剂v分为有机结合剂和无机结合剂。v根据其硬化特点可分为：气硬性、水硬性、热硬性及陶瓷结合剂。应用最广泛的有高铝水泥、水玻璃和磷酸盐。3配制与生产v（1）颗
15、粒料的配合：对各级颗粒根据最紧密堆积的原则进行配合。v（2）结合剂及促凝剂的确定：非碱性颗粒一般选用水泥结合剂，采用磷酸盐应注意浓度，应水玻璃注意控制模数及比重。v（3）困料：1528以上静止一段时间，使气体充分逸出。v（4）养护：成型并凝固后浇水或浸水养护37天或蒸汽养护24h。v（5）烘烤：干燥去水，600，保温1632h。4应用v是目前使用最广泛的一种不定形耐火材料，主要用于构筑各种加热炉的内衬等整体构筑物。三、可塑耐火材料v由粉状和粒状物与可塑黏土等结合剂和增塑剂配合，加少量水分，经充分混炼，所组成的一种呈硬泥状并在较长时间内保持较高可塑性的不定形耐火材料。v使用时应注意：黏土加热后的
16、收缩率要小于4%。v优点：抗热震性好。四、其它不定形耐火材料v1捣打料：几乎全部由粒料和粉料组成，结合剂很少。捣打料呈半干或干的松散状，在成型之前无黏结性。v2喷射料：是用于修补冶金炉的主要材料。v3投射料：用5060m/S的线速度投射机，投于基底。v耐火泥：抹于内衬。第七节第七节 特种耐火材料特种耐火材料是指人工合成的高纯的具有某些特殊性能的高温耐火材料。一、碳化硅耐火材料v1原理：SiO2+C=SiC+CO2v2种类：（1）黏土和氧化硅结合的碳化硅制品；v（2）氮化硅结合的碳化硅制品；v（3）自结合和再结晶的碳化硅制品。v3特性：抗热震性强，抗渣性好，耐磨性强，抗腐、抗氧化性好。v4应用：各种窑的受高温、重荷、磨损的部位。二、碳化钛耐火材料v1原理：TiO2+C=TiC+CO2v2性质：硬度9.0,熔点3140，抗腐，还原气氛中稳定。v3应用：在还原气氛或惰性气氛中使用的高温热电偶保护套及熔炼金属的坩埚。三、碳化硼耐火材料v1原理：2B2O3+4C=B4C+3CO2v2性质：硬度9.3,熔点2550，抗腐。v3应用：主要作磨具，用于特殊部位的加热部件。四、氮化物耐火材料v1种类：氮化硅、氮化铝、氮化硼；v1性能：热膨胀系数低，硬度高9.5，但抗机械冲击能力较差。v2应用：各种蒸发、熔炼金属等坩埚或合成半导体金属材料容器。