耐火材料基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)ppt課件

耐火材料基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn),耐火材料可用作高溫窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料以及工業(yè)用的高溫容器和部件，能承受在其中進(jìn)行的各種物理化學(xué)變化及機(jī)械作用。耐火材料是冶金、玻璃、水泥、陶瓷、機(jī)械熱加工、石油化工、動(dòng)力和國(guó)防工業(yè)等高溫工業(yè)所必須的重要基礎(chǔ)材料。,本次培訓(xùn)主要介紹耐火材料的基本概念基本性能,一、耐火材料的定義傳統(tǒng)的定義：耐火度不小于1580的無機(jī)非金屬材料；（耐火度-指材料在高溫?zé)o荷重條件下，不熔融軟化的性能)耐火材料大部分是以天然礦石為原料制成，但目前采用某些工業(yè)原料和人工合成原料制造的耐火材料也日益增多。,二、耐火材料的分類耐火材料品種繁多、用途各異，有必要對(duì)耐火材料進(jìn)行科學(xué)分類，以便于科學(xué)研究、合理選用和管理。耐火材料的分類方法很多，其中主要有化學(xué)屬性分類法、化學(xué)礦物組成分類法、生產(chǎn)工藝分類法、材料形態(tài)分類法等多種方法。,1、根據(jù)耐火度的高低分：普通耐火材料：15801770高級(jí)耐火材料：17702000特級(jí)耐火材料：2000,標(biāo)準(zhǔn)型：230mm113mm65mm；不多于4個(gè)量尺，（尺寸比）Max:Min4:1；異型：不多于2個(gè)凹角，（尺寸比）Max:Min6:1；或有一個(gè)5070的銳角；特異型：（尺寸比）Max:Min60%，Cr2O3含量一般在20%以下，主要礦物成分為方鎂石和鉻尖晶石;,鎂橄欖石質(zhì)及鎂硅質(zhì)制品：此種鎂質(zhì)材料中除含有主成分MgO外，第二化學(xué)成分為SiO2。鎂橄欖石磚比鎂硅磚含有更多的SiO2，前者的主要礦物成分為鎂橄欖石，其次為方鎂石；后者的主要礦物為方鎂石，其次鎂橄欖石；鎂鈣質(zhì)制品：此種鎂質(zhì)材料中含有一定量的CaO,主要礦物成分除方鎂石外還含有一定量的硅酸二鈣（2CaOSiO2）。,白云石質(zhì)耐火材料以天然白云石為主要原料生產(chǎn)的堿性耐火材料稱為白云石質(zhì)耐火材料。主要化學(xué)成分為：30-42%的MgO和40-60%的CaO，二者之和一般應(yīng)大于90%。主要礦物成分為：方鎂石和方鈣石（氧化鈣）。,（5）碳復(fù)合耐火材料碳復(fù)合耐火材料是指以不同形態(tài)的碳素材料與相應(yīng)的耐火氧化物復(fù)合生產(chǎn)的耐火材料。,（6）含鋯耐火材料含鋯耐火材料是指以氧化鋯（ZrO2）、鋯英石等含鋯材料為原料生產(chǎn)的耐火材料。含鋯耐火材料制品通常包括鋯英石制品、鋯莫來石制品、鋯剛玉制品等。,（7）特種耐火材料特種耐火材料又可分為如下品種：,碳質(zhì)制品：包括碳磚和石墨制品；純氧化物制品：包括氧化鋁制品、氧化鋯制品、氧化鈣制品等；非氧化物制品：包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、硼化鋯、硼化鈦、塞倫(Sialon）、阿倫(Alon)制品等；,6.不定形耐火材料分類（根據(jù)使用方法分類）,5000年前出現(xiàn)了陶器；2000年前有了瓷器；后來，天然的原料開始使用，如硅線石磚；1637年，石墨粘土坩鍋投入使用。我國(guó)，解放前僅有少量的耐火材料工廠，生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量較低，嚴(yán)重依賴進(jìn)口；,三、耐火材料的發(fā)展歷史悠久,四.中國(guó)耐火材料工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展,1）計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代中國(guó)耐火材料由33家重點(diǎn)企業(yè)扶持；2）改革開放以后，隨著鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展，耐火材料行業(yè)快速發(fā)展起來；2004年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)有1136家耐火材料生產(chǎn)企業(yè)2005年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)有1359家耐火材料生產(chǎn)企業(yè)2006年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)有1505家耐火材料生產(chǎn)企業(yè),連鑄比的提高和冶煉技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致噸鋼耐火材料消耗（x公斤耐火材料/噸鋼）下降；另一方面，鋼產(chǎn)量增加；使得2002年以后中國(guó)耐火材料產(chǎn)量呈上升趨勢(shì)。2002年、2004年和2006年，中國(guó)粗鋼產(chǎn)量分別為：1.8、2.8和4.1億噸；2007年在4.9億噸左右。,鋼鐵工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，耐火材料生產(chǎn)廠家面臨更大的成本壓力；潔凈鋼的生產(chǎn)對(duì)耐火材料提出了更高的要求，除了要求長(zhǎng)壽以外，還要求對(duì)鋼水無污染；中國(guó)耐火材料企業(yè)的研發(fā)力量有待加強(qiáng)。不能僅僅作為一個(gè)加工基地；應(yīng)注意可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。如：礦山的管理、耐火材料的回收利用、環(huán)境友好耐火材料的使用。,3）存在的問題和今后的發(fā)展,第一章耐火材料的組成與性質(zhì),耐火材料的化學(xué)成分、礦物組成及微觀結(jié)構(gòu)決定了耐火材料的性質(zhì)；正確合理選用耐火材料也是以其性質(zhì)作為主要依據(jù)。,各國(guó)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有所不同，由于實(shí)驗(yàn)室條件下的檢驗(yàn)和實(shí)際有一定的差距；實(shí)驗(yàn)室的檢驗(yàn)結(jié)果僅起到預(yù)測(cè)作用；蘇聯(lián)：TOCT日本：JIS（JapaneseIndustrialStandards）英國(guó)：BSI（BritishStandardsInstitution）美國(guó)：ASTM（AmericanSocietyofTestingMaterials）中國(guó)：GB（始于1959年，重標(biāo)ZB冶標(biāo)YB國(guó)標(biāo)GB）,1.1前言耐火材料是耐火度不低于1580的無機(jī)非金屬材料。耐火材料在無荷重時(shí)抵抗高溫作用的穩(wěn)定性，即在高溫?zé)o荷重條件下不熔融軟化的性能稱為耐火度，它表示耐火材料的基本性能。,1.2耐火材料的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)耐火材料是構(gòu)筑熱工設(shè)備的高溫結(jié)構(gòu)材料，面臨：承受高溫作用；機(jī)械應(yīng)力；熱應(yīng)力；高溫氣體；熔體以及固體介質(zhì)的侵蝕、沖刷、磨損。耐火材料的質(zhì)量取決于其性質(zhì)，為了保證熱工設(shè)備的正常運(yùn)行，所選用的耐火材料必須具備能夠滿足和適應(yīng)各種使用環(huán)境和操作條件。,耐火材料的性質(zhì)主要包括化學(xué)-礦物組成、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)及高溫使用性質(zhì)等。根據(jù)這些性質(zhì)可以預(yù)測(cè)耐火材料在高溫環(huán)境下的使用情況。耐火材料所具有的各種性質(zhì)是熱工設(shè)備選擇結(jié)構(gòu)材料的重要依據(jù)。,1.3耐火材料的化學(xué)-礦物組成（1）化學(xué)組成化學(xué)組成是耐火材料最基本的特性，是決定耐火材料的物相組成以及很多重要性質(zhì)如抗渣侵蝕性能、耐高溫性能、力學(xué)性能等的重要基礎(chǔ)。通常將耐火材料的化學(xué)組成按各個(gè)成分含量的多少及作用分為以下幾類：,主成分主成分是指在耐火材料中對(duì)材料的性質(zhì)起決定作用并構(gòu)成耐火基體的成分。一般為氧化物、元素或某些元素的化合物。耐火材料按其主成分的化學(xué)性質(zhì)可分為酸性耐火材料、中性耐火材料和堿性耐火材料。,雜質(zhì)成分耐火材料中由原料及加工過程中帶入的非主要成分的化學(xué)物質(zhì)（氧化物、化合物等）稱為雜質(zhì)。雜質(zhì)的存在往往能與主要成分在高溫下發(fā)生反應(yīng)，生成低熔性物質(zhì)或形成大量的液相，從而降低耐火材料基體的耐火性能，故也稱之為熔劑。即雜質(zhì)成分對(duì)耐火基體起一定的熔劑作用，降低耐火制品的耐火性能。有利作用是降低制品（原料）的燒成溫度，促進(jìn)燒結(jié)。注:雜質(zhì)的熔劑作用只是相對(duì)的，這種作用取決于基體的性質(zhì)和雜質(zhì)的組成和比例。,添加成分耐火材料的化學(xué)組成中除主要成分和雜質(zhì)成分外有時(shí)為了制作工藝的需要或改善某些性能往往人為地加入少量的添加成分，引入添加成分的物質(zhì)稱為添加劑。作用是促進(jìn)耐火制品在生產(chǎn)中的高溫變化和降低燒結(jié)溫度等。按照添加劑的目的和作用不同可分為礦化劑、穩(wěn)定劑、促燒劑（燒結(jié)劑）等。,耐火材料化學(xué)組成的分析方法,專門標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。較新方法：比色法、有機(jī)試劑（絡(luò)合物）滴定法、火焰光度法、光譜分析法、x射線熒光分析法等,（2）礦物組成耐火材料一般說來是一個(gè)多相組成體，其礦物組成取決于耐火材料的化學(xué)組成和生產(chǎn)工藝條件，礦物組成可分為兩大類：結(jié)晶相與玻璃相，其中結(jié)晶相又分為主晶相和次晶相。,主晶相是指構(gòu)成耐火制品結(jié)構(gòu)的主體而且熔點(diǎn)較高的結(jié)晶相。主晶相的性質(zhì)、數(shù)量、結(jié)合狀態(tài)直接決定著耐火制品的性質(zhì)。,次晶相又稱第二固相，是在高溫下與主晶相共存的第二晶相。如鎂鉻磚中與方鎂石并存的鉻尖晶石，鎂鋁磚中的鎂鋁尖晶石，鎂鈣磚中的硅酸二鈣，鎂硅磚中的鎂橄欖石等。次晶相也是熔點(diǎn)較高的晶體，它的存在可以提高耐火制品中固相間的直接結(jié)合，同時(shí)可以改善制品的某些特定的性能。如：高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及抗熔渣滲透、侵蝕的能力。,填充于主晶相之間的不同成分的結(jié)晶礦物（次晶相）和玻璃相統(tǒng)稱為基質(zhì)，也稱為結(jié)合相?；|(zhì)的熔點(diǎn)一般較低，其組成和形態(tài)對(duì)耐火制品的高溫性質(zhì)和抗侵蝕性能起著決定性的影響。采用調(diào)整和改變耐火制品的基質(zhì)成分是改善制品性能的有效工藝措施。基質(zhì)對(duì)于主晶相而言是制品的相對(duì)薄弱之處。,1.4耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)耐火材料是由固相（包括結(jié)晶相與玻璃相）和氣孔兩部分構(gòu)成的非均質(zhì)體。它們之間的相對(duì)數(shù)量及其分布和結(jié)合形態(tài)構(gòu)成了耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)。而耐火制品的顯微組織結(jié)構(gòu)表征的是耐火材料中主晶相與基質(zhì)間的結(jié)合形態(tài)。,圖1-1硅酸鹽結(jié)合與直接結(jié)合顯微結(jié)構(gòu)示意圖,耐火材料主晶相與基質(zhì)的結(jié)合形態(tài)有兩種：陶瓷結(jié)合（硅酸鹽結(jié)合）與直接結(jié)合。,陶瓷結(jié)合又稱為硅酸鹽結(jié)合，其結(jié)構(gòu)特征是耐火制品主晶相之間由低熔點(diǎn)的硅酸鹽非晶質(zhì)和晶質(zhì)聯(lián)結(jié)在一起而形成結(jié)合（圖1-1a），如普通鎂磚中硅酸鹽基質(zhì)與方鎂石之間的結(jié)合。此類耐火制品在高溫使用時(shí)，低熔點(diǎn)的硅酸鹽首先在較低的溫度下成為液相（或玻璃相軟化），大大降低了耐火制品的高溫性能。,MgOSiO2CaO(wt%)A24.8339.0936.08B11.7037.0051.30C11.5436.2952.17,耐火材料中陶瓷結(jié)合示意圖,直接結(jié)合是指耐火制品中，高熔點(diǎn)的主晶相之間或主晶相與次晶相間直接接觸形成結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)的一種結(jié)合。直接結(jié)合耐火制品一般具有較高的高溫力學(xué)性能，與材質(zhì)相近的硅酸鹽結(jié)合的耐火制品相比高溫強(qiáng)度可成倍提高，其抗渣蝕性能和體積穩(wěn)定性也較高。,一種致密氧化鋁材料圖示,（1）氣孔率耐火材料中氣孔體積與總體積之比稱為氣孔率。耐火材料中的氣孔可分為三類：開口氣孔（顯氣孔）、貫通氣孔、封閉氣孔。若把開口氣孔與貫通氣孔合并為一類，則耐火材料的氣孔可分為開口氣孔和封閉氣孔兩類。,1.5耐火材料的常溫物理性質(zhì)耐火材料制品中各種形狀和大小的氣孔與固相之間的宏觀關(guān)系（它們的數(shù)量、分布等）構(gòu)成了耐火材料的宏觀組織結(jié)構(gòu)。制品的宏觀組織結(jié)構(gòu)特征是影響其高溫使用性質(zhì)的主要因素。,耐火材料中氣孔的類型,耐火材料中存在的氣孔,材料中氣孔產(chǎn)生的原因？,氣孔產(chǎn)生的原因：1）原料中的氣孔（原料沒有燒好）；2）制品成型時(shí)，顆粒間的氣孔；3）制品燒成時(shí)，由于物化反應(yīng)形成的氣孔。,由于顯氣孔率的測(cè)定較為容易，所以耐火材料氣孔率的指標(biāo)常以顯氣孔率來表示：式中：Pa-為顯氣孔率；V1-為制品中開口氣孔的體積；V0-為制品的總體積，即試樣外表面圍成的體積，亦稱表觀體積。,如何測(cè)量顯氣孔率：干重W1；飽和重W2；懸浮重W3；懸浮金屬絲重量WW；Po顯氣孔率,真氣孔率顯氣孔率閉口氣孔率,（2）吸水率吸水率是指耐火制品中全部開口氣孔吸滿水時(shí)，制品所吸收水的重量與制品重量之比。吸水率實(shí)質(zhì)上是反映制品中開口氣孔量的一個(gè)指標(biāo)。,測(cè)定意義：判斷原料或制品質(zhì)量的好壞、燒結(jié)與否、是否致密。同時(shí)可以預(yù)測(cè)耐火材料的抗渣性、透氣性能和熱震穩(wěn)定性能。,（3）體積密度耐火制品單位表觀體積的質(zhì)量稱為體積密度，通常用kg/m3或g/cm3表示。對(duì)于同一種耐火制品而言，其體積密度與顯氣孔率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即制品的體積密度大則顯氣孔率就低。式中：Db為體積密度，g/cm3；G為試樣質(zhì)量，g；Vb為試樣表觀體積，cm3,如何測(cè)量體積密度：干重W1；飽和重W2；懸浮重W3；懸浮金屬絲重量WW；D體積密度,浸漬液體的比重,（4）真密度與真比重耐火材料的質(zhì)量與其真體積（即不包括氣孔體積）之比，稱為真密度，通常也用g/cm3來表示。式中：Dt為真密度，g/cm3G為試樣質(zhì)量，gVt為試樣真體積，cm3,真比重的概念：?jiǎn)挝惑w積耐火材料的重量與4單位體積水的重量之比值。從數(shù)值上來說，真密度和真比重是相等的。體積密度和真密度通常采用浸液稱量法測(cè)定。,（5）透氣度其物理意義是在一定時(shí)間內(nèi)和一定壓差下氣體透過一定斷面和厚度的試樣的量。,式中：Q-為氣體透過的數(shù)量（升）；d-為試樣的厚度（米）；A-為試樣的橫截面積（平方米）；t-為氣體透過時(shí)間（小時(shí)）；P1-P2為試樣兩端氣體壓力差（牛頓/平方米）；K-為透氣度系數(shù)，也稱透氣率（升米/牛頓小時(shí)）,氣孔率和體積密度等技術(shù)指標(biāo)只是表征耐火制品中氣孔體積的多少和制品的致密程度，并不能夠反映氣孔的大小、分布和形狀。耐火制品在使用過程中，侵蝕介質(zhì)浸入、滲透的程度與耐火制品氣孔的大小、形狀等密切相關(guān)，一般而言，耐火制品的透氣度越高，其抵抗熔渣滲透、侵蝕的能力越差。透氣度與耐火制品的氣孔的構(gòu)造和狀態(tài)有關(guān)，并隨耐火制品成型時(shí)的加壓方向而異。它和氣孔率既有一定關(guān)系，又無規(guī)律性。,1.6耐火材料的熱學(xué)性質(zhì)和導(dǎo)電性質(zhì)（1）熱膨脹耐火材料的體積或長(zhǎng)度隨著溫度的升高而增大的物理性質(zhì)稱為熱膨脹。產(chǎn)生原因：原子的非諧性振動(dòng)增大了原子的間距，從而使材料體積膨脹。耐火材料的熱膨脹可以用線膨脹系數(shù)或體膨脹系數(shù)表示，也可以用線膨脹百分率或體積膨脹百分率表示。,體積膨脹系數(shù)：-1線膨脹系數(shù)：-1,膨脹系數(shù)是指耐火材料由室溫加熱至試驗(yàn)溫度的區(qū)間內(nèi)，溫度每升高1，試樣體積或長(zhǎng)度的相對(duì)變化率。意義：窯爐設(shè)計(jì)的重要參數(shù)、預(yù)留膨脹縫的依據(jù)，可間接判斷耐材熱震穩(wěn)定性能等。,膨脹百分率則是指耐火材料由室溫加熱至試驗(yàn)溫度時(shí)，試樣體積或長(zhǎng)度的變化百分率。,耐火材料作為構(gòu)筑熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料，常常在溫度變化條件下使用。因此，耐火材料的熱膨脹既是其重要的使用性能，也是工業(yè)窯爐等高溫?zé)峁ぴO(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。,耐火材料的熱膨脹性能取決于它的化學(xué)礦物組成，且與耐火材料中結(jié)晶相的晶體結(jié)構(gòu)及鍵強(qiáng)密切相關(guān)。通常：鍵強(qiáng)高的材料具有低的熱膨脹系數(shù)(SiC)；組成相同的材料，晶體結(jié)構(gòu)不同，其熱膨脹系數(shù)也不同(石英和石英玻璃）；加熱過程中，存在多晶轉(zhuǎn)變的材料，其熱膨脹系數(shù)也要發(fā)生相應(yīng)的變化（鱗石英、方石英）。,（2）熱導(dǎo)率耐火材料的熱導(dǎo)率是指單位溫度梯度下，單位時(shí)間內(nèi)通過單位垂直面積的熱量，用表示：,式中：導(dǎo)熱率（W/mK）；Qt時(shí)間沿x軸方向穿過F截面上的熱量（W/m2）；沿x軸方向的溫度梯度（K/m）。,耐火材料中所含的氣孔對(duì)其熱導(dǎo)率的影響最大。一般說來，在一定的溫度范圍內(nèi)，氣孔率越大，熱導(dǎo)率越低。耐火材料的化學(xué)礦物組成也對(duì)材料的導(dǎo)熱率也有明顯影響。晶體中的各種缺陷、雜質(zhì)以及晶粒界面都會(huì)引起晶格波的散射，也等效于聲子平均自由程的減小，從而降低熱導(dǎo)率。,（3）熱容熱容是耐火材料的另一重要的熱學(xué)性質(zhì)，它是表征材料受熱后溫度升高情況的參數(shù)。任何物質(zhì)受熱后溫度都要升高，但不同的物質(zhì)溫度升高1所需要的熱量不同。工程上用在常壓下加熱1公斤物質(zhì)使之升溫1所需要的熱量（以KJ計(jì)）來表示和衡量這一性質(zhì)，稱為熱容（又稱比熱容）。,工程上所用的平均熱容是指從溫度T1到T2所吸收的熱量的平均值。平均熱容是比較粗略的，溫度范圍越大，精度越差，應(yīng)用時(shí)要特別注意使用的溫度范圍。,耐火材料的熱容取決于它的化學(xué)礦物組成和所處的溫度。作用：耐火材料的熱容除影響爐體的加熱、冷卻速度外，在蓄熱磚中也具有重要意義。測(cè)定方法:多采用量熱計(jì)法。,（4）導(dǎo)電性耐火材料通常在室溫下是電的不良導(dǎo)體，隨溫度升高，電阻減小，導(dǎo)電性增強(qiáng)。若將材料加熱至熔融狀態(tài)，則會(huì)呈現(xiàn)較強(qiáng)的導(dǎo)電能力。某些耐火材料具有導(dǎo)電性，如含碳耐火制品具有導(dǎo)電性，而二氧化鋯制品在高溫下也具有較好的導(dǎo)電性，可以作為高溫下的發(fā)熱體。,1.7耐火材料的力學(xué)性質(zhì)耐火材料的力學(xué)性質(zhì)是指制品在不同條件下的強(qiáng)度等物理指標(biāo)，是表征耐火材料抵抗不同溫度下外力造成的形變和應(yīng)力而不破壞的能力。耐火材料的力學(xué)性質(zhì)通常包括耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、耐磨性、彈性模量及高溫蠕變等。,（1）耐壓強(qiáng)度耐火材料的耐壓強(qiáng)度包括常溫耐壓強(qiáng)度和高溫耐壓強(qiáng)度，分別是指常溫和高溫條件下，耐火材料單位面積上所能承受的最大壓力，以牛頓/毫米2（或MPa）表示?？砂聪率接?jì)算：,式中：Cs耐火制品的耐壓強(qiáng)度，單位：MPa；P試樣破壞時(shí)所承受的極限壓力，牛頓；A試樣承受載荷的面積，平方毫米。,常溫耐壓強(qiáng)度指標(biāo)通常可以反映生產(chǎn)中工藝制度的變動(dòng)。高耐壓強(qiáng)度表明制品的成型坯料加工質(zhì)量、成型坯體結(jié)構(gòu)的均一性及磚體燒結(jié)情況良好。因此，常溫耐壓強(qiáng)度也是檢驗(yàn)現(xiàn)行工藝狀況和制品均一性的可靠指標(biāo)。耐火材料的高溫耐壓強(qiáng)度則反映了耐火材料在高溫下結(jié)合狀態(tài)的變化。特別是加入一定數(shù)量結(jié)合劑的耐火可塑料和澆注料，由于溫度升高，結(jié)合狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，高溫耐壓強(qiáng)度的測(cè)定更為有用。,（2）抗折強(qiáng)度耐火材料的抗折強(qiáng)度包括常溫抗折強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度，分別是指常溫和高溫條件下，耐火材料單位截面積上所能承受的極限彎曲應(yīng)力，以牛頓/毫米2（或MPa）表示。它表征的是材料在常溫或高溫條件下抵抗彎矩的能力。采用三點(diǎn)彎曲法測(cè)量。,式中：R抗折強(qiáng)度，N/mm2（MPa）；F試樣斷裂時(shí)所施加的最大載荷，N；l試樣底面兩支撐點(diǎn)之間的距離，mm；b上刀口部位試樣的寬度，mm；d上刀口部位試樣的厚度（高度）mm。,（3）高溫蠕變性能蠕變：指材料在高溫下承受小于其極限強(qiáng)度的某一恒定荷重時(shí)，產(chǎn)生塑性變形，變形量會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸增加，甚至?xí)共牧掀茐牡默F(xiàn)象。耐火材料的高溫蠕變性能是指在某一恒定的高溫以及固定載荷下，材料的形變與時(shí)間的關(guān)系。根據(jù)施加荷重形式的不同可分為高溫壓縮蠕變、高溫拉伸蠕變、高溫抗折蠕變等。由于高溫壓縮與高溫抗折蠕變較易測(cè)定，故應(yīng)用較多。我國(guó)通常采用壓縮蠕變。,高溫壓縮蠕變的表示方法一般以某一恒定溫度（）和荷重（MPa）條件下，制品的變形量（%）與時(shí)間（h）的關(guān)系曲線即蠕變曲線來表示（后頁(yè)圖所示），也可用某一時(shí)段內(nèi)（如25-50小時(shí)）制品的變形量（%）來表示。典型高溫壓縮蠕變過程：第一階段（1次蠕變，或稱初期蠕變或減速蠕變）曲線斜率越來越小，曲線越來越平緩，較短暫。第二階段（2次蠕變，或粘性蠕變或均速蠕變或穩(wěn)態(tài)蠕變）曲線速率最小，應(yīng)變速度幾乎不變，與時(shí)間無關(guān)。第三階段（3次蠕變，或加速蠕變）應(yīng)變速率迅速增加直至材料斷裂。,下圖給出了耐火材料典型的高溫蠕變曲線。,材料不同或材料測(cè)試或使用的具體條件不同，其高溫蠕變曲線也不盡相同。影響高溫蠕變的因素：使用條件，如溫度、荷重、時(shí)間、氣氛性質(zhì)等；材質(zhì)，如化學(xué)組成和礦物組成；制品的顯微組織結(jié)構(gòu)。測(cè)定耐材高溫蠕變意義：研究耐材在高溫下應(yīng)力作用產(chǎn)生的組織結(jié)構(gòu)變化；檢驗(yàn)制品質(zhì)量；評(píng)價(jià)生產(chǎn)工藝；窯爐設(shè)計(jì)中預(yù)測(cè)耐火制品在實(shí)際應(yīng)用中承受負(fù)荷的變化；評(píng)價(jià)制品的使用性能等。,（4）彈性模量材料在其彈性范圍內(nèi)（即符合虎克定律的彈性體），在荷載（應(yīng)力）的作用下，產(chǎn)生變形（應(yīng)變），當(dāng)荷載去除后，材料仍恢復(fù)原來的形狀和尺寸，此時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變的比值稱為彈性模量，也稱楊氏模量。它表示材料抵抗變形的能力，可用下式表示：,式中：E彈性模量；材料所受應(yīng)力；材料相對(duì)長(zhǎng)度變化。,1.8耐火材料的高溫使用性質(zhì)耐火制品在各種不同的窯爐中使用時(shí)，長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)下，耐火材料耐高溫的性質(zhì)能否滿足各類窯爐工作條件的要求，是材料選用的主要依據(jù)，因此耐火制品的高溫性質(zhì)也是最重要的基本性質(zhì)。,（1）耐火度耐火材料在無荷重條件下，抵抗高溫作用而不熔化的性質(zhì)稱為耐火度。與有固定熔點(diǎn)的結(jié)晶態(tài)物質(zhì)不同，耐火材料一般是由多種礦物組成的多相固體混合物，沒有固定的熔點(diǎn)。其熔融是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，當(dāng)對(duì)其加熱升溫至某一溫度時(shí)開始出現(xiàn)液相（即固定的開始熔融溫度），繼續(xù)加熱溫度仍然繼續(xù)升高、液相量也隨之增多，直至升至某一溫度全部變?yōu)橐合?，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，液相與固相同時(shí)存在。,耐火度是一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，將被測(cè)制品按一定方法制成截頭三角錐（2830mm）。試錐以一定升溫速度加熱，達(dá)到某一溫度開始出現(xiàn)液相，溫度繼續(xù)升高液相量逐漸增加,粘度減小，試錐在重力作用逐漸軟化彎倒,當(dāng)其彎倒至頂點(diǎn)與底接觸的溫度，即為試樣的耐火度。,耐火度與熔點(diǎn)的區(qū)別：1、熔點(diǎn)指純物質(zhì)的結(jié)晶相與液相處于平衡時(shí)的溫度；2、熔點(diǎn)是一個(gè)物理常數(shù)；3、耐火材料為多相混合體，其熔融是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，是一個(gè)工藝指標(biāo)。（常見耐火原料及制品耐火度指標(biāo)見教材P20）,耐火材料達(dá)到耐火度時(shí)實(shí)際上已不具有機(jī)械強(qiáng)度了，因此耐火度的高與低與材料的允許使用溫度并不等同，也就是說耐火度不是材料的使用溫度上限，只有綜合考慮材料的其它性能和使用條件，才能作為合理選用耐火材料的參考依據(jù)。以鎂磚為例，其耐火度高達(dá)2000以上，但允許使用溫度大大低于耐火度。耐火度的意義：評(píng)價(jià)原料純度和難熔程度。,耐火制品的化學(xué)礦物組成及其分布狀態(tài)是影響其耐火度的主要因素。雜質(zhì)成分特別是具有強(qiáng)熔劑作用的雜質(zhì)，將嚴(yán)重降低制品的耐火度。測(cè)定條件也將影響到耐火度的大小，如：粉末的粒度、測(cè)溫錐的安裝、升溫的速率及爐內(nèi)的氣氛（針對(duì)變價(jià)元素，如Fe2與Fe3之間的轉(zhuǎn)變）。,影響因素,（2）高溫荷重軟化溫度耐火材料的高溫荷重軟化溫度也稱為高溫荷重變形溫度，表示材料在溫度與荷重雙重作用下抵抗變形的能力，即指耐火材料試樣在固定壓力下，不斷升高溫度，試樣發(fā)生一定變形量和坍塌時(shí)的溫度。高溫荷重軟化溫度在一定程度上能表明耐火制品在與其使用情況相近的條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與變形情況，因而是耐火制品的重要性能指標(biāo)。耐火制品的荷重軟化溫度取決于制品的化學(xué)-礦物組成、組織結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)、液相的性質(zhì)、結(jié)晶相與液相的比例及相互作用等。,耐火制品荷重軟化溫度的測(cè)定：一般是在0.2MPa的固定載荷下，以一定的升溫速度均勻加熱，測(cè)定試樣（3650mm直圓柱體）壓縮0.6%、4%、40%時(shí)的溫度。試樣壓縮0.6%時(shí)的變形溫度即為試樣的荷重軟化開始溫度，即通常所說的荷重軟化點(diǎn)。試樣壓縮4（2mm）變形溫度；試樣壓縮40（20mm）潰裂點(diǎn)；,各種耐火材料的荷重變形曲線1-高鋁磚（Al2O370%）；2-硅磚；3-鎂磚；4-粘土磚；5-半硅磚；6-粘土磚,影響荷軟的因素：化學(xué)礦物組成。晶相構(gòu)造和性狀、晶相與液相的比例和相互作用、液相粘度等。生產(chǎn)工藝。制品燒成溫度和氣孔率等。原料純度、雜質(zhì)成分的性質(zhì)和含量。測(cè)定條件。升溫速率快，荷軟溫度較高。測(cè)定荷軟的意義：可以作為材料最高的使用溫度。,（3）高溫體積穩(wěn)定性高溫體積穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)耐火材料質(zhì)量的一項(xiàng)重要物理指標(biāo)，表示耐火材料在高溫下長(zhǎng)期使用時(shí)，其外形及體積保持穩(wěn)定而不發(fā)生變化的性能。,一般而言，燒成耐火制品在高溫煅燒過程中，由于各種原因制品在燒成結(jié)束時(shí)，其物理化學(xué)反應(yīng)往往未達(dá)到平衡狀態(tài)；另一方面，制品在燒成過程中由于窯爐溫度分布不均等原因，不可避免地存在欠燒現(xiàn)象，這些燒結(jié)不充分的欠燒制品中，其間的物理化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行得也不充分。因此制品在使用過程中受到高溫長(zhǎng)期作用時(shí)，一些物理化學(xué)變化會(huì)繼續(xù)進(jìn)行并伴隨有不可逆的體積變化。,這些不可逆的體積變化稱為殘余膨脹或殘余收縮，也稱重?zé)蛎浕蚴湛s。重?zé)w積變化的大小表征了耐火制品的高溫體積穩(wěn)定性，對(duì)高溫窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工況的穩(wěn)定性具有十分重要的意義。測(cè)定意義：衡量材料燒結(jié)性能的好壞。,重?zé)w積變化可用體積變化百分率或線變化百分率表示：式中：V，V0分別表示重?zé)昂笤嚇拥捏w積；L，L0分別表示重?zé)昂笤嚇拥拈L(zhǎng)度。,（4）熱震穩(wěn)定性耐火材料抵抗溫度急劇變化而不被破壞的性能稱為熱震穩(wěn)定性或抗熱沖擊性能。高溫窯爐等熱工設(shè)備在運(yùn)行過程中，其運(yùn)行溫度常常發(fā)生變化甚至劇烈的波動(dòng).這種溫度的急劇變化常常會(huì)導(dǎo)致耐火材料產(chǎn)生裂紋、剝落、崩裂等結(jié)構(gòu)性的破壞，而影響熱工設(shè)備操作的穩(wěn)定性、安全性和生產(chǎn)的連續(xù)性。,產(chǎn)生熱應(yīng)力的因素：材料的熱膨脹系數(shù)、材料的導(dǎo)熱系數(shù)、緩沖熱應(yīng)力的因素（彈性模量的大?。?。耐火材料的熱震穩(wěn)定性與其熱膨脹率(小）、導(dǎo)熱率（大）以及彈性模量（?。┟芮邢嚓P(guān)，也與制品的宏觀、微觀組織結(jié)構(gòu)，外形結(jié)構(gòu)及尺寸有關(guān)。,一般而言，耐火制品在溫度變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生體積膨脹或收縮。當(dāng)這種膨脹和收縮受到約束時(shí)，材料內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力稱之為熱應(yīng)力。當(dāng)材料內(nèi)部由于溫度變化而產(chǎn)生的熱應(yīng)力超過制品的強(qiáng)度時(shí)，制品將會(huì)產(chǎn)生開裂、崩落或斷裂。另一個(gè)方面，不同礦相之間熱膨脹性的差異，產(chǎn)生的應(yīng)力。,耐火材料熱震穩(wěn)定性試驗(yàn)后的電鏡圖片,熱應(yīng)力可由下式計(jì)算：,式中：Q熱應(yīng)力；E彈性模量；熱膨脹系數(shù)；T材料的初始溫度與表面溫度之差；泊松比(在材料的比例極限內(nèi)，由均勻分布的縱向應(yīng)力所引起的橫向應(yīng)變與相應(yīng)的縱向應(yīng)變之比的絕對(duì)值)。,上式表明，材料內(nèi)部的熱應(yīng)力與材料的彈性模量、熱膨脹系數(shù)以及溫度差成正比。當(dāng)熱應(yīng)力達(dá)到材料的強(qiáng)度極限時(shí)也就是材料的強(qiáng)度不足以抵抗熱應(yīng)力時(shí)，制品就會(huì)產(chǎn)生破壞。導(dǎo)熱率高的制品，材料中溫度分布易于均勻，其表層與內(nèi)部的溫度差（溫度梯度）就小，因而產(chǎn)生的熱應(yīng)力相對(duì)較??；反之，導(dǎo)熱率低的材料，其中的溫度分布難以均勻，材料中的溫度梯度大，由此而產(chǎn)生的熱應(yīng)力也大。因此導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，其熱震穩(wěn)定性也相對(duì)較高。,材料因熱震破壞的情況可以分為兩大類：一類是材料發(fā)生瞬時(shí)斷裂；對(duì)這類破壞的抵抗稱之為抗熱震斷裂性能。人們從熱彈性力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，以強(qiáng)度應(yīng)力為判據(jù)，認(rèn)為材料中的熱應(yīng)力達(dá)到抗張強(qiáng)度極限后，材料就產(chǎn)生開裂，而一旦有裂紋產(chǎn)生就會(huì)導(dǎo)致材料完全破壞。所導(dǎo)出的結(jié)果對(duì)于一般的玻璃、瓷器和電子陶瓷等都能較好的適應(yīng)，但是對(duì)于一些含有微孔的材料和非均質(zhì)的金屬陶瓷等都不適合。根據(jù)這種觀點(diǎn)，材料抗熱震損傷的能力和其彈性模量呈反比的關(guān)系。,彈性模量對(duì)熱震穩(wěn)定性的影響,另一類是在熱沖擊循環(huán)作用下，材料表面發(fā)生開裂、剝落，并不斷發(fā)展，以致最終破裂或變質(zhì)而破壞；對(duì)于這類破壞的抵抗稱為抗熱震損傷性能；人們從斷裂力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)以應(yīng)變能斷裂能為判據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)這種觀點(diǎn)，材料抗熱震的能力同其彈性模量呈正比的關(guān)系。,由于抗熱震穩(wěn)定性問題的復(fù)雜性（除了彈性模量因素影響以外還有材料的強(qiáng)度、膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、形狀和尺寸等），至今還未能建立一個(gè)十分完善的理論，因此任何試圖改進(jìn)材料抗熱震性能的措施，都必須結(jié)合具體的使用條件和要求，綜合各種因素的影響，同時(shí)必須和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。目前人們所認(rèn)可的是：材料的膨脹系數(shù)越小，熱導(dǎo)率越大，其抗熱震穩(wěn)定性能越好。,熱震穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法：風(fēng)冷（1000，30分鐘，風(fēng)冷，重復(fù)）水冷（1100，20分鐘，水冷，自然干燥，重復(fù)）評(píng)價(jià)：試樣被破壞的程度試樣強(qiáng)度的保持率,熱震試驗(yàn)后強(qiáng)度變化,此外，耐火制品的宏、微觀組織結(jié)構(gòu)對(duì)制品的熱震穩(wěn)定性也有一定影響。當(dāng)耐火制品內(nèi)部存在某些細(xì)微缺陷，如微氣孔、微裂紋等，有利于延緩或終止裂紋的擴(kuò)展。采取一定的工藝措施使制品內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋而達(dá)到阻止裂紋擴(kuò)展的目的，是目前普遍采用的提高制品熱震穩(wěn)定性有效措施之一。耐火制品外形結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)的不合理，會(huì)導(dǎo)致制品局部應(yīng)力集中而產(chǎn)生破壞。,（5）含碳耐火材料的抗氧化性含碳耐火材料在氧化性氣氛中，其中的碳素材料會(huì)同空氣中的氧氣發(fā)生發(fā)應(yīng)。試樣：502mm的立方體或直徑與高為502mm的圓柱體；溫度：1400，保溫3小時(shí)，固定流量向爐內(nèi)通空氣；評(píng)價(jià)：切開試樣，測(cè)量脫碳層厚度。也可由雙方協(xié)商測(cè)量方法。,抗氧化性試樣試樣：505050mm。將試驗(yàn)置于爐內(nèi)，在氧化氣氛中加熱至1400并保溫2小時(shí)，冷卻至室溫后切成兩半，測(cè)量其脫碳層厚度。按