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1、1第九章第九章 不定形耐火材料不定形耐火材料2不定形耐火材料是由合理级配的粒状和粉状料与不定形耐火材料是由合理级配的粒状和粉状料与结合剂共同组成的不经成型和烧成而直接供使用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。的耐火材料。种类种类 ：按工艺特性分，浇注料，可塑料，捣打料，：按工艺特性分，浇注料，可塑料，捣打料，喷射料，投射料，耐火泥等等。喷射料，投射料，耐火泥等等。制品的密度主要与组成材料及其配比有关，在很制品的密度主要与组成材料及其配比有关，在很大程度上取决与施工方法和技术；大程度上取决与施工方法和技术；过程简便，成品率高，供应较快，热能消耗较低。过程简便，成品率高，供应较快
2、，热能消耗较低。3第一节第一节 结合剂和外加剂结合剂和外加剂结合剂的要求：结合剂的要求：具有高的结合强度；具有高的结合强度；具有良好的凝结硬化特性；具有良好的凝结硬化特性；能形成高度分散和易流动的体系；能形成高度分散和易流动的体系；良好的润湿性；良好的润湿性；硬化时的体积稳定性；硬化时的体积稳定性；硬化后的耐火性；硬化后的耐火性；4结合剂的种类：结合剂的种类：根据化学组成，可分为无机结合剂和有机结合根据化学组成，可分为无机结合剂和有机结合剂；剂；根据硬化特点，可分为气硬性结合剂、水硬性根据硬化特点，可分为气硬性结合剂、水硬性结合剂、热硬性结合剂和陶瓷结合剂；结合剂、热硬性结合剂和陶瓷结合剂；根
3、据常温和高温下所起结合作用的特点，分为根据常温和高温下所起结合作用的特点，分为暂时性结合剂和永久性结合剂。暂时性结合剂和永久性结合剂。5气硬性结合剂：在大气中和常温下即可逐气硬性结合剂：在大气中和常温下即可逐渐凝结硬化而具有相当高强度的结合剂。渐凝结硬化而具有相当高强度的结合剂。如水玻璃等；如水玻璃等；水硬性结合剂：必须同水进行反应并在潮水硬性结合剂：必须同水进行反应并在潮湿介质中养护才可逐渐凝结硬化者，如各湿介质中养护才可逐渐凝结硬化者，如各种水泥；种水泥；热硬性结合剂：在常温下硬化很慢和强度热硬性结合剂：在常温下硬化很慢和强度很低，在高于常温但低于烧结温度下可较很低，在高于常温但低于烧结温
4、度下可较快地硬化的结合剂，如磷酸铝；快地硬化的结合剂，如磷酸铝；6一、有机结合剂一、有机结合剂水溶性结合剂水溶性结合剂非水溶性结合剂非水溶性结合剂碳素结合剂碳素结合剂7水溶性结合剂水溶性结合剂具有大分子结构的可溶于水的有机物；具有大分子结构的可溶于水的有机物；具有良好的润湿性；具有良好的润湿性；可形成粘结膜且有较高的结合力；可形成粘结膜且有较高的结合力；如糊精、羧甲基纤维素、木质素磺酸盐、如糊精、羧甲基纤维素、木质素磺酸盐、聚乙烯乙醇、聚丙烯酸等；聚乙烯乙醇、聚丙烯酸等；8非水溶性结合剂非水溶性结合剂热塑性树脂，硬沥青，石蜡等；热塑性树脂，硬沥青，石蜡等；使用时需加热；使用时需加热；9碳素结合
5、剂碳素结合剂焦油沥青焦油沥青 ，石油沥青，酚醛树脂等；，石油沥青，酚醛树脂等；常温下为固态或半固态，加热过程中，在常温下为固态或半固态，加热过程中，在一定程度温度范围内具有热塑性；一定程度温度范围内具有热塑性；高温下，发生分解、接桥、脱氢、缩聚作高温下，发生分解、接桥、脱氢、缩聚作用；用；10二、无机结合剂二、无机结合剂铝酸盐水泥铝酸盐水泥硅酸盐结合剂硅酸盐结合剂磷酸及磷酸盐结合剂磷酸及磷酸盐结合剂氯化盐和硫酸盐结合剂氯化盐和硫酸盐结合剂11铝酸盐水泥铝酸盐水泥化学组成主要是化学组成主要是AlAl2 2O O3 3和和CaOCaO，还有，还有FeFe2 2O O3 3和和SiOSiO2 2。其
6、矿物组成为其矿物组成为CACA、CACA2 2、C C1212A A7 7、C C2 2ASAS、C C4 4AFAF。其。其中中C C1212A A7 7水化快，强度低；水化快，强度低；高铝水泥与水接触后可发生水化反应，然后在适高铝水泥与水接触后可发生水化反应，然后在适当的条件下硬化。水化的矿物主要是当的条件下硬化。水化的矿物主要是CACA和和CACA2 2。其中含钙较高的水泥中以含其中含钙较高的水泥中以含CACA为主；低钙水泥中为主；低钙水泥中CACA2 2与与CACA含量之比约等于含量之比约等于1 1。CACA具有很高的水硬活具有很高的水硬活性；硬化迅速，是获得早期强度的主要原因。性；硬
7、化迅速，是获得早期强度的主要原因。12CaOCaO AlAl2 2O O3 3+H+H2 2O O 2020 22 22 CaO CaO AlAl2 2O O3 3 10H10H2 2O O（六方）（六方）2525 CaO CaO AlAl2 2O O3 3 8H8H2 2O O（六方）（六方）+Al+Al2 2O O3 3 3H3H2 2O O 35 354545 CaO CaO AlAl2 2O O3 3 6H6H2 2O O（立方）（立方）+Al+Al2 2O O3 3 3H3H2 2O OCACA2 2的水化反应与的水化反应与CACA基本相似。但其水化反应速基本相似。但其水化反应速度较
8、慢，早期强度较低。度较慢，早期强度较低。而后期强度较高。而后期强度较高。CaOCaO 2Al2Al2 2O O3 3H H2 2O O CaO CaO AlAl2 2O O3 3 10H10H2 2O OAlAl2 2O O3 3 3H3H2 2O O13水化产物对水泥石强度的影响水化产物对水泥石强度的影响:CAHCAH1010和和C C2 2AHAH8 8属于六方晶系，晶体呈片状和针状，属于六方晶系，晶体呈片状和针状，互相交错重叠结合，形成坚强的结晶合生体。互相交错重叠结合，形成坚强的结晶合生体。C3AH6C3AH6属于立方晶系，常存在较多的位错等缺属于立方晶系，常存在较多的位错等缺陷，且多
9、为粒状晶体，晶体之间的结合较差，陷，且多为粒状晶体，晶体之间的结合较差，故由此种水化产物构成的水泥石的强度一般都故由此种水化产物构成的水泥石的强度一般都较低。较低。14水灰比对水泥石强度的影响水灰比对水泥石强度的影响:水灰比的提高有利于水泥的水化，但是水分过水灰比的提高有利于水泥的水化，但是水分过高，水泥石结构密实度也随之降低，水泥石的高，水泥石结构密实度也随之降低，水泥石的强度下降；强度下降；水分过少使泥浆的流动性降低，不易获得结构水分过少使泥浆的流动性降低，不易获得结构密实的水泥石；密实的水泥石；15以铝酸钙水泥为结合剂，必须严格控制配料时的以铝酸钙水泥为结合剂，必须严格控制配料时的水灰比
10、，并应采取正确的养护措施，使混合料在水灰比，并应采取正确的养护措施，使混合料在适当的温度和湿度下水化和硬化。适当的温度和湿度下水化和硬化。水泥产物在加热过程中强度的变化。铝酸钙水泥水泥产物在加热过程中强度的变化。铝酸钙水泥硬化后的水化产物在加热过程中可发生脱水分解硬化后的水化产物在加热过程中可发生脱水分解反应和结晶化等变化。反应和结晶化等变化。铝酸钙水泥的耐火性能：铝酸钙水泥的耐高温性铝酸钙水泥的耐火性能：铝酸钙水泥的耐高温性能较低对浇注料的耐高温性能有不利的影响。特能较低对浇注料的耐高温性能有不利的影响。特别是别是AlAl2 2O O3 3较低而含较低而含 CaOCaO较高的水泥影响尤为显著
11、。较高的水泥影响尤为显著。16硅酸盐结合剂硅酸盐结合剂水玻璃（气硬性结合剂）水玻璃（气硬性结合剂）化学式为化学式为NaNa2 2O O nSiOnSiO2 2或或NaNa2 2O O nSiOnSiO2 2 xHxH2 2O;SiOO;SiO2 2与与NaNa2 2O O的分子比，统称模数。促凝剂为氟硅酸钠的分子比，统称模数。促凝剂为氟硅酸钠（NaNa2 2SiFSiF6 6）。）。硅酸乙脂硅酸乙脂 Si(OCHSi(OCH3 3CHCH2 2)4 4 水解生成络合硅酸盐和乙醇，然后经缩合作用形水解生成络合硅酸盐和乙醇，然后经缩合作用形成凝胶。成凝胶。17磷酸及磷酸盐结合剂磷酸及磷酸盐结合剂磷
12、酸及磷酸盐结合剂磷酸及磷酸盐结合剂磷酸与耐火材料反应形成磷酸铝或直接使用酸式磷酸与耐火材料反应形成磷酸铝或直接使用酸式磷酸盐作为结合剂，都具有相当强的胶凝性。磷酸盐作为结合剂，都具有相当强的胶凝性。磷酸铝的凝结与硬化磷酸铝的凝结与硬化酸式磷酸铝在加热过程中，变成焦磷酸铝和偏磷酸铝。酸式磷酸铝在加热过程中，变成焦磷酸铝和偏磷酸铝。热硬性结合剂（约热硬性结合剂（约500500）。）。磷酸铝硬化体在高温下的变化；与水泥相比，此种结磷酸铝硬化体在高温下的变化；与水泥相比，此种结合剂硬化体所中温强度较高。合剂硬化体所中温强度较高。磷酸钠的凝结与硬化磷酸钠的凝结与硬化18氯化盐和硫酸盐结合剂氯化盐和硫酸盐
13、结合剂氯化镁氯化镁硫酸铝硫酸铝19三、外加剂三、外加剂减水剂减水剂调凝剂调凝剂缓蚀剂缓蚀剂其他外加剂其他外加剂20减水剂减水剂木质素磺酸盐：木质素磺酸盐：0.25%0.25%萘系（萘系（MFMF，FDNFDN，UNF):0.3-0.7%UNF):0.3-0.7%密胺树脂：密胺树脂：0.2-0.3%0.2-0.3%21调凝剂调凝剂促凝剂：促凝剂：MgOMgO，NaNa2 2SiFSiF6 6缓凝剂：酒石酸，柠檬酸，水杨酸等缓凝剂：酒石酸，柠檬酸，水杨酸等22其他外加剂其他外加剂膨胀剂膨胀剂助熔剂助熔剂加气剂加气剂引气剂引气剂23第二节第二节 浇注耐火材料浇注耐火材料浇注料是一种由耐火物料制成的粒
14、状和粉状材料浇注料是一种由耐火物料制成的粒状和粉状材料（及结合剂加水）（及结合剂加水）浇注料用的脊性耐火原料浇注料用的脊性耐火原料浇注料用的结合剂浇注料用的结合剂浇注料的配制与施工浇注料的配制与施工浇注料的性质浇注料的性质浇注料的应用浇注料的应用24一、浇注料用的脊性耐火原料一、浇注料用的脊性耐火原料粒状料粒状料 粒状料可以由各种材质的耐火原料制成。粒状料可以由各种材质的耐火原料制成。粉状料粉状料 浇注料中的细状料，对实现脊性料的紧密浇注料中的细状料，对实现脊性料的紧密堆积，避免粒度偏析，保证混合料的流动性，提堆积，避免粒度偏析，保证混合料的流动性，提高浇注料的致密性与结合强度，保证其体积稳定
15、高浇注料的致密性与结合强度，保证其体积稳定性，促进在使用过程中的烧结和耐侵蚀性都是极性，促进在使用过程中的烧结和耐侵蚀性都是极其重要的。其重要的。25二、浇注料用的结合剂不定形耐火材料在使用前未经烧结，只有靠结合不定形耐火材料在使用前未经烧结，只有靠结合剂的作用，才能使其粘结为整体。可作为不定形剂的作用，才能使其粘结为整体。可作为不定形耐火材料结合剂的物质很多。根据其化学组成，耐火材料结合剂的物质很多。根据其化学组成，可分为无机结合剂和有机结合剂。可分为无机结合剂和有机结合剂。26三、浇注料的配制与施工三、浇注料的配制与施工浇注料的配合浇注料的配合颗粒料的配合颗粒料的配合 对各级粒度的颗粒料，
16、根据最紧密堆积原则进行配合。对各级粒度的颗粒料，根据最紧密堆积原则进行配合。各级颗粒料的配比，一般为各级颗粒料的配比，一般为3 34 4级，颗粒料的总量约占级，颗粒料的总量约占60607070。细粉用量在。细粉用量在30304040为宜。为宜。结合剂及促凝剂的确定结合剂及促凝剂的确定 结合剂的品种取决于对构筑物或制品性质的要求，应结合剂的品种取决于对构筑物或制品性质的要求，应与所选粒状和粉状的材质相对应，也与施工条件有关。与所选粒状和粉状的材质相对应，也与施工条件有关。用水量用水量 各种浇注料皆含有与结合剂用量相应的水分。各种浇注料皆含有与结合剂用量相应的水分。27浇注料的困料：浇注料的困料：
17、水泥结合不困料；水玻璃结合的也不困料；磷酸水泥结合不困料；水玻璃结合的也不困料；磷酸或磷酸盐结合的需要困料，若加入抑制剂也不困或磷酸盐结合的需要困料，若加入抑制剂也不困料。料。浇注料的浇注与成型浇注料的浇注与成型养护：养护：必须根据结合剂的硬化特性进行养护。必须根据结合剂的硬化特性进行养护。28烘烤烘烤 排除游离水排除游离水以以101020/h20/h的速度升温到的速度升温到 110110115115；排除结晶水排除结晶水以以151530/h30/h的速度升温到的速度升温到359359；均热阶段均热阶段以以101020/h20/h的速度升温到的速度升温到600600。29四、浇注料的性质四、浇
18、注料的性质浇注料的性质受所用原料决定，其中许多性质在浇注料的性质受所用原料决定，其中许多性质在相当大程度上取决于结合剂的品种和数量。也在相当大程度上取决于结合剂的品种和数量。也在一定程度上受施工技术控制。一定程度上受施工技术控制。强度 ：浇注料的常温强度实际上取决于结合剂硬化体的浇注料的常温强度实际上取决于结合剂硬化体的强度。强度。耐高温性能 浇注料的耐高温性能在相当大程度上受结合剂控浇注料的耐高温性能在相当大程度上受结合剂控制。制。30五、浇注料的应用主要用于构筑各种加热炉内衬等整体构筑物。主要用于构筑各种加热炉内衬等整体构筑物。31第三节第三节 可塑耐火材料可塑耐火材料可塑耐火材料是由粒状
19、和粉状物料与可塑可塑耐火材料是由粒状和粉状物料与可塑粘土等结合剂和增塑剂配合，加少量水分，粘土等结合剂和增塑剂配合，加少量水分，经充分很练，所组成的一种呈硬泥膏状并经充分很练，所组成的一种呈硬泥膏状并在较长时间内保持较高的不定形耐火材料。在较长时间内保持较高的不定形耐火材料。可塑料的性质可塑料的性质可塑料的配制与使用可塑料的配制与使用32可塑料的工作性可塑料的工作性 一般要求可塑料应具有较高的可塑性，而且经长时间储存一般要求可塑料应具有较高的可塑性，而且经长时间储存后，仍具有一定的可塑性。后，仍具有一定的可塑性。可塑料的硬化与强度可塑料的硬化与强度 加入适量的气硬性和热硬性结合剂。加入适量的气
20、硬性和热硬性结合剂。可塑料在加热过程中的收缩可塑料在加热过程中的收缩 可塑料因含有软质粘土和水分，在干燥和可塑料因含有软质粘土和水分，在干燥和10001000以上加热以上加热过程中，往往产生很大的干燥和烧缩。过程中，往往产生很大的干燥和烧缩。可塑料的耐热震性可塑料的耐热震性 与相同材质的其它材料相比，可塑料的耐热震性较好。与相同材质的其它材料相比，可塑料的耐热震性较好。一、可塑料的性质33可塑料的配制过程可塑料的配制过程 配料，再混练，脱气，挤压成条，最后切割配料，再混练，脱气，挤压成条，最后切割或再挤压成块、饼或其他需要的形状。或再挤压成块、饼或其他需要的形状。使用使用 普通粘土质可用于普通
21、粘土质可用于1300130014001400；优质者用于优质者用于1400140015001500；高铝质者用于高铝质者用于1600160017001700；铬质者铬质者1500150016001600。二、可塑料的配制和使用二、可塑料的配制和使用34第四节第四节 其他不定形耐火材料其他不定形耐火材料捣打料捣打料喷射耐火材料和投射耐火材料喷射耐火材料和投射耐火材料耐火泥耐火泥35一、捣打料一、捣打料捣打料的组成捣打料的组成 粒状和粉状的合理级配及少量的结合剂。粒状和粉状的合理级配及少量的结合剂。捣打料的性质捣打料的性质 捣打料的施工和使用捣打料的施工和使用36二、二、喷射耐火材料和投射耐火材料
22、喷射料喷射料 用于施工不方便的地方。用于施工不方便的地方。喷射料的组成喷射料的组成 粒状和粉状料：粒状和粉状料：根据使用要求选用材质。根据使用要求选用材质。结合剂：结合剂：冷态用水泥；热态用化学结合剂或有机结合剂。冷态用水泥；热态用化学结合剂或有机结合剂。助熔剂：以利于其快速烧结。助熔剂：以利于其快速烧结。水分：水分的作用有利也有蔽。水分：水分的作用有利也有蔽。喷射料的性质和应用喷射料的性质和应用性质：附着性是其重要性质之一。性质：附着性是其重要性质之一。应用：修补冶金炉的主要材料。应用：修补冶金炉的主要材料。37投射料的组成和性质与喷射料相同，只是将喷射投射料的组成和性质与喷射料相同，只是将
23、喷射施工法改为用高速运转的投射机具；施工法改为用高速运转的投射机具；投射料投射料38耐火泥的重要作用耐火泥的重要作用 用作接缝材料时，其质量优劣对砌体的质量用作接缝材料时，其质量优劣对砌体的质量有相当大的影响。有相当大的影响。对耐火泥的基本要求对耐火泥的基本要求 具备良好的流动性和可塑性等。具备良好的流动性和可塑性等。耐火泥的配制耐火泥的配制粉料粉料 选用适合的材料，将其制成细粉。选用适合的材料，将其制成细粉。结合剂结合剂 塑性粘土、化学结合剂等。塑性粘土、化学结合剂等。耐火泥的应用耐火泥的应用三、耐火泥三、耐火泥39第十章第十章 隔热耐火材料隔热耐火材料40概述概述隔热耐火材料的分类标准隔热
24、耐火材料的分类标准一般分类方法一般分类方法按使用温度：低温（按使用温度：低温（90012001200）：轻质刚玉砖。）：轻质刚玉砖。按使用方式分：不直接向火，直接向火；按使用方式分：不直接向火，直接向火；按体积密度分：按体积密度分：一般轻质（一般轻质（0.6-1.0g/cm30.6-1.0g/cm3）,超轻质（超轻质（0.3-0.4g/cm30.3-0.4g/cm3）;41按生产方法分：可燃加入物法、泡沫法、按生产方法分：可燃加入物法、泡沫法、化学法；化学法；按原料分：粘土质、高铝质、硅质、镁质按原料分：粘土质、高铝质、硅质、镁质等等我国按密度和使用部位分。我国按密度和使用部位分。42大多数耐
25、火材料导热是通过晶体点阵或晶大多数耐火材料导热是通过晶体点阵或晶格振动完成的，由于晶格振动的能量是量格振动完成的，由于晶格振动的能量是量子化的，通常把晶格振动的量子称为声子。子化的，通常把晶格振动的量子称为声子。隔热原理隔热原理43隔热耐火材料的类型隔热耐火材料的类型按材料的显微结构或织构的不同：颗粒型，纤按材料的显微结构或织构的不同：颗粒型，纤维型，纤维维型，纤维-颗粒型，多层反射复合型。颗粒型，多层反射复合型。隔热耐火材料分布与热导率的关系隔热耐火材料分布与热导率的关系三种模型：平板式的相分布，主要相为连续相，三种模型：平板式的相分布，主要相为连续相，主要相为不连续相。主要相为不连续相。热
26、传递方式及研制新型高效隔热耐火材料热传递方式及研制新型高效隔热耐火材料的原则的原则传导，辐射，对流。传导，辐射，对流。44第二节、轻质耐火材料的生产工艺第二节、轻质耐火材料的生产工艺轻质粘土制品的生产轻质粘土制品的生产坯料组成。坯料组成。混练，水分（混练，水分（25-35%25-35%），一定量的糖浆和亚硫酸纸浆废液。干），一定量的糖浆和亚硫酸纸浆废液。干混混3-43-4分钟，湿混分钟，湿混3-43-4分钟。分钟。干燥：干燥：30-40h30-40h，残存水分，残存水分10%0.54mm,65-80%70%锯木屑：木炭锯木屑：木炭=1:5-1:7 45轻质高铝砖的生产轻质高铝砖的生产泡沫：松香
27、（泡沫：松香（31%31%）,NaOH,NaOH（6.1%6.1%）,水（水（62.9%62.9%）混合在混合在70-9070-90，盐水清水洗涤，盐水清水洗涤6-76-7次，过次，过100100目筛，目筛，加入明矾稳定剂。加入明矾稳定剂。泥浆：高铝熟料泥浆：高铝熟料:粘土粘土=6:4(=6:4(灰矸粘土灰矸粘土:水曲柳粘土水曲柳粘土=3:1),=3:1),泥浆：泡沫泥浆：泡沫=1=1：0.25,0.25,水分（水分（35-37%35-37%）；）；浇注成型浇注成型干燥：低温干燥（干燥：低温干燥（40 40 左右）左右）18-20h18-20h，（，（80-80-9595）2-32-3天，残存
28、水分：天，残存水分：3-5%3-5%；烧成：烧成：1300-13501300-1350，4-6h4-6h。46第三节第三节 耐火纤维耐火纤维纤维的分类及使用温度纤维的分类及使用温度无机纤维分为天然（无机纤维分为天然（600600）、非晶质（）、非晶质（400-1400400-1400）、多）、多晶质晶质(1100-1600)(1100-1600)、单晶质、单晶质(1800-2000)(1800-2000)、复合纤维、复合纤维(1700-1900)(1700-1900)、金属纤维、金属纤维(1400-3400)(1400-3400)纤维生产方法纤维生产方法熔融喷吹法熔融喷吹法熔融提炼和回转法熔融提炼和回转法高速离心法高速离心法胶体法胶体法形成机理形成机理生产工艺及设备生产工艺及设备