耐火材料培訓(貴港).ppt

1、華潤水泥（貴港）有限公司 耐火材料培訓 2008年7月15日,一、耐火材料的定義,耐火材料是耐火度不低于1580的無機非金屬材料。它是為高溫技術服務的基礎材料。盡管各國規(guī)定的定義不同，但基本概念是相同的，即耐火材料是用作高溫窯爐等熱工設備的結構材料，以及工業(yè)用高溫容器和部件的材料，并能承受相應的物理化學變化及機械作用。,二、耐火材料的分類,耐火材料的種類很多，為了便于研究和合理使用，有必要進行科學分類，通常按其共性與特性劃分類別。其中按材料的化學礦物組成分類是一種常用的基本分類方法。也常按材料的制造方法、材料的性質(zhì)、材料的形狀尺寸及應用等來分類。 按礦物組成可分為氧化硅質(zhì)、硅酸鋁質(zhì)、鎂質(zhì)、白云

2、石質(zhì)、橄欖石質(zhì)、尖晶石質(zhì)、含碳質(zhì)、含鋯質(zhì)耐火材料及特殊耐火材料。按制造方法可分為天然礦石和人造制品。按其方式可分為塊狀制品和不定形耐火材料。按熱處理方式可分為不燒制品、燒成制品和熔鑄制品。按耐火度可分為普通、高級及特級耐火制品。按化學性質(zhì)可分為酸性、中性及堿性耐火材料。按其密度可分為輕質(zhì)及重質(zhì)耐火材料。按其制品的形狀和尺寸可分為標準磚、異形磚、特異形磚、管和耐火器皿等。還可按其應用分為高爐用、水泥窯用、玻璃窯用、陶瓷窯用耐火材料等。,三、耐火材料的組成與性質(zhì),一、化學成分 耐火材料的化學成分由原料的成分確定，分為主要成分和雜質(zhì)成分，如：鎂鉻磚的主要原料是鎂砂和鉻礦，因而MgO和Cr2O3是鎂鉻

3、磚的主要成分。SiO2是雜質(zhì)成分。SiO2和CaO、MgO生成低熔點物質(zhì)，降低產(chǎn)品的耐火性能，在堿性耐火材料中是最為有害的雜質(zhì)。K2O、NaO、CaO、Mg2O是硅質(zhì)產(chǎn)品（粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)、莫來石質(zhì)材料）中最為有害的雜質(zhì)。國家標準中對有害雜質(zhì)的最高含量都做了明確規(guī)定。,化學成分中給出的氧化物并不是耐火材料制品的真實組成，耐火材料是人造礦物組成，有多種礦物組成。以鎂鉻磚為例，組成礦物有方鎂石MgO、鎂鉻尖晶石MgOCr2O3、鎂鋁尖晶石MgOAL2O3、鎂橄欖石2MgOSiO2、鈣鎂橄欖石CaOMgOAL2O3等,就是主晶相方鎂石也不是純MgO，而是MgO和Fe2O3、Fe2O3、Cr2O3、Si

4、O2、等成分的固熔體。 化學分析是將礦物破壞以后以氧化物的形式表示，雖然將氧化物轉(zhuǎn)化成礦物需要專門知識，但此法簡單易于實施，也能達到監(jiān)控原材料和產(chǎn)品質(zhì)量的目的。,二、常規(guī)物理指標 耐火材料的常規(guī)物理指標包括組織結構、力學性質(zhì)、熱學性質(zhì)和高溫使用性質(zhì)。其中有些是在常溫下測定的性質(zhì)。如“氣孔率、體積密度、耐壓強度等。根據(jù)這些性質(zhì)，可以預知耐火材料在高溫下的使用情況，另一些是在高溫下測定的性質(zhì)，如：耐火度、荷重軟化溫度、熱震穩(wěn)定性、抗渣性、高溫體積穩(wěn)定性等，這些性質(zhì)反映在一定高溫下耐火材料所處的狀態(tài)或者反映在該溫度下它與外界作用的關系。,1、顯氣孔率： 耐火材料內(nèi)的氣孔是由原料中的氣孔和成型后顆粒間

5、的氣孔所構成。它大致可以分為三類： 、開口氣孔：存在于制品表面，一端封閉，另一端與外界相通。 、閉口氣孔：封閉于制品內(nèi)部，與外界處于隔絕狀態(tài)。 、貫通氣孔：貫通制品兩面與外界相通的氣孔，能為流體通過。,通常將上述三類氣孔合并為兩類，即：開口氣孔（包括貫通氣孔）和閉口氣孔。開口氣孔體積占總氣孔體積絕大多數(shù)，閉口氣孔體積則很小，并且難于直接測定，因此制品的氣孔率指標常用開口氣孔（即顯氣孔率）表示，即制品中所有開口氣孔的體積占制品總體積的百分數(shù)。它直接表示制品的致密程度，直接影響耐火制品的其它物理指標和使用性能。 一般常識，不管何種耐火材料原料中如果氣孔率15%不能用來制作耐火材料，中高檔以上原料的

6、氣孔率應10，以56為好。,耐火材料的氣孔分布主要集中在細粉中和細粉與顆粒的接觸之間，35左右的細粉制造了占總量50的氣孔率，侵蝕介質(zhì)如水泥液相、K2O、NaO熔體等都是通過氣孔進入耐火材料機體內(nèi)部的，而這正是耐火材料制品中最薄弱的部分。氣孔率雖不表示耐火材料的使用性能，但它卻關系到耐火材料的使用壽命。合理的氣孔率指標是很重要的，氣孔率過低會提高耐火制品的彈性模量、劣化熱震性，氣孔率的降低受到限制，主要通過先進的生產(chǎn)工藝，把開口氣孔轉(zhuǎn)變成閉氣孔（如抗剝落磚中加入適量的ZrO2），或產(chǎn)品在使用中與水泥料中的K2O、Na2O、CaO等堿性氧化物反應，形成高粘度的玻璃相，覆蓋在制品表面，堵塞了制品表

7、面的氣孔。,2、耐壓強度 常溫耐壓強度是指一定條件下耐火材料單位面積上所承受的最大壓力。耐火材料內(nèi)部有各種形狀氣孔，使物料形成無規(guī)則的物理接觸，構成纖維物理結構，需要施加能量才能被破壞，耐壓強度主要是表明制品的燒結情況以及與其組織結構相關的性質(zhì)，另一方面能通過耐壓強度間接地評價其它指標。如：耐磨性、耐沖擊性以及不燒制品的結合強度。,3、荷重軟化溫度，一般指在荷重0.2Mpa/cm2軟化變形的溫度。 荷重變形指標是耐火材料在高溫和荷重同時作用下的抵抗能力，也表示耐火材料呈現(xiàn)明顯塑性變形的軟化范圍。固定試樣承受的壓力不斷升高溫度，測定試樣在發(fā)生一定變形量和坍塌時的溫度，稱為荷重軟化溫度，它能在較大

8、的溫度范圍內(nèi)把材料的結構性能明顯地表示出來，因而可以對耐火材料作出較全面的估價。荷軟的檢驗方法是：把試樣做成50mm50mm的圓柱體，在上面加以0.2MPa （0.20.2Mpa/cm2）的壓力，試樣在加熱的情況下，體積開始膨脹，千分表記錄膨脹的變化，當膨脹到最大值時，由于制品的塑性變形，體積收縮 ，當體積 從最大值收縮回落原體積的0.6即0.3mm時，該點溫度即為荷重溫度。,但在實際應用中應注意： 、實際使用條件下所承受的荷重要比0.2MPa低得多。由于負荷低，制品開始變形的溫度將升高。 、砌體沿厚度方向受熱不均勻，大部分負荷將由溫度較低的部分承擔。 、在使用條件下制品承受變形的時間，遠遠超

9、過實驗的時間。 、在實際使用過程中，耐火材料還可能承受其它種類的負荷。,4、熱震穩(wěn)定性 耐火材料抵抗溫度急劇變化而不破壞的性能稱為熱震穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的檢測方法是將原磚一端加熱至1100，取出放在水流中急冷，再加熱、再急冷，直到試驗面剝落到原磚面的50為檢驗終點。國外一般采用900空冷法。耐火材料在急冷急熱時損壞的原因在于：當制品在急冷急熱時，制品表面和內(nèi)部會產(chǎn)生很大的溫差。此種情況下如果是急熱過程，制品外表處于高溫狀態(tài)膨脹；而制品內(nèi)部則處于低溫下，不產(chǎn)生或產(chǎn)生極小膨脹，相對于,制品外表則處于力求收縮狀態(tài)。在急冷過程中則情況相反。由于這種情況存在，致使制品產(chǎn)生較大的熱應力，當所產(chǎn)生的熱應力達到了制

10、品的極限強度時，即會發(fā)生開裂或剝落，而使制品發(fā)生損壞，耐火材料在使用時，經(jīng)常遇到溫度波動情況。使得耐火材料有可能因受操作時溫度經(jīng)常波動而損壞。因此，熱震穩(wěn)定性是鑒定耐火材料質(zhì)量的重要指標之一。,5、耐火度 耐火材料在無荷重時抵抗高溫作用而不融化的性質(zhì)稱為耐火度。耐火材料定義中規(guī)定耐火度必須大于1580。決定耐火度高低的最基本因素是材料的化學礦物組成及其分布情況。因此，耐火度無疑是判定耐火材料質(zhì)量的一個指標。但達到該溫度時，材料不再有機械強度和耐侵蝕。因而認為耐火度越高磚越好是不適宜的。同時，耐火材料在使用中經(jīng)受高溫作用時，通常還伴有荷重和外物的熔劑作用，所以制品的耐火度不能視為制品使用溫度的上

11、限，必須綜合考慮其它性能，作為合理選用耐火材料的參考。,6、重燒線變化。 在指定溫度下（14581500）試樣在恒溫2小時，冷卻后測定體積變化和原體積百分比。 耐火材料在高溫下長期使用時，其外形體積保持穩(wěn)定不發(fā)生變化（收縮或膨脹）的性能稱為高溫體積穩(wěn)定性。耐火材料在燒成過程中，其間的物理、化學變化一般都未達到燒成溫度下的平衡狀態(tài)。當制品在長期使用中受高溫作用時，一些物理、化學變化仍然會繼續(xù)進行。另一方面，制品在實際燒成過程中，由于各種原因，會有燒成不充分的制品，此種制品在窯爐上使用再受高溫作用時，由于一些燒成變化繼續(xù)進行，結果使制品的體積發(fā)生變化，這種不可逆的體積變化稱為殘余收縮或膨脹，也稱重

12、燒收縮或膨脹。重燒體積變化的大小，表明制品的高溫體積穩(wěn)定性。,7、熱導率 熱導率是表征耐火材料導熱特性的一個物理指標。它的物理意義是指單位溫度梯度下，單位時間內(nèi)通過單位垂直面積的熱量。耐火材料的導熱能力與其化學組成、組織結構及溫度有密切關系。材料的化學組成越復雜，雜質(zhì)含量越多，添加成分形成的固溶體越多，它的熱導率降低越明顯，晶體結構越復雜的材料，熱導率也越小。耐火材料通常都含有一定的氣孔，氣孔內(nèi)的氣體熱導率低。因此，氣孔總是降低材料的導熱能力。在一定的溫度內(nèi)，對一定的氣孔率來說，氣孔率愈大，則熱導率愈小。,以前我國采用的測量方法為平板法，由于誤差大近年采用熱線測法，數(shù)值比平板法大許多，不同材質(zhì)

13、的導熱系數(shù)一般大小順序為：尖晶石磚鎂鉻磚方鎂石尖晶石復合磚高鋁磚粘土磚。 8、膨脹系數(shù) 膨脹系數(shù)意為每升高1時耐火材料的膨脹率。 膨脹系數(shù)（使用溫度下）磚長則是使用溫度下的膨脹量。如：鎂鉻磚的1400的膨脹系數(shù)為1.4左右，即膨脹量為2.8mm左右。尖晶石磚的膨脹系數(shù)略大些。高鋁磚、粘土磚膨脹系數(shù)為堿性磚的一半不到，故，鎂鉻磚、尖晶石磚在出廠時磚兩側面上都設有紙片，是為膨脹縫所留。,四、對耐火材料的基本要求,（1）能抵抗高溫熱負荷作用，不軟化，不熔融。要求耐火材料具有相當高的耐火度。 （2）能抵抗高溫熱負荷作用，體積不收縮和僅有均勻膨脹。要求材料具有高的體積穩(wěn)定性，殘存收縮及殘存膨脹要小，無晶

14、型轉(zhuǎn)變及嚴重體積效應。 （3）能抵抗高溫熱負荷和重負荷的共同作用，不喪失強度，不發(fā)生蠕變和坍塌。要求材料具有相當高的常溫強度和高溫熱態(tài)強度，高的荷重軟化溫度，高的抗蠕變性。 （4）能抵抗溫度急劇變化或受熱不均的影響，不開裂，不剝落。要求材料具有好的耐熱震性。 （5）能抵抗熔融液、塵和氣的化學侵蝕，不變質(zhì)，不蝕損。要求材料具有良好的抗渣性。 （6）能抵抗火焰和爐料、料塵的沖刷、撞擊和磨損，表面不損耗。要求材料具有相當高的密實性和常溫、高溫下的耐磨性。 （7）抵抗高溫真空作業(yè)和氣氛變化的影響，不揮發(fā)，不損壞。要求材料具有低的蒸氣壓和高的化學穩(wěn)定性。 （8）外形整齊，尺寸準確，質(zhì)優(yōu)價廉，便于運輸、施

15、工和維修等。 （9）對有特殊要求的耐火材料還應考慮其導熱性、導電性及透氣性等。,五、耐火磚的兩大標準,目前在國際上使用最多的是兩種系列的磚，既ISO系統(tǒng)(國際標準)與VDZ系統(tǒng)(德國標準) 。ISO系統(tǒng)的磚較大、較厚，磚縫較少，但不方便搬運、操作。VDZ系統(tǒng)的磚比較小、較薄，利于操作，容易擠緊，但強度較小，磚縫較多。,在尺寸上，VDZ標準的磚大頭a和小頭b之和恒等于143mm，也稱為等腰磚；在磚代號比如B622、BP22中，“B”表示其為VDZ標準的磚，ISO標準磚代號中是沒有字母“B”的；“P”表示其為插口磚；“6”表示利用該種磚單獨砌筑，其所圍出來的園直徑為6m；“22”表示該種磚的高度為

16、220mm。 ISO標準磚大頭尺寸恒等于103mm，在磚代號比如322、P+22中，“P”表示其為插口磚；“+”表示加厚，“P+”表示厚插口磚； “3”表示利用該種磚單獨砌筑，其所圍出來的園直徑為3m； “22”表示該種磚的高度為220mm。,六、耐火材料整體配置要求,1、燒成帶和兩側過渡帶內(nèi)有穩(wěn)定窯皮的部位采用鎂鐵尖晶石磚。 2、在窯皮不穩(wěn)定或常有露磚的過渡帶采用鎂鋁尖晶石磚，分解帶采用硅莫磚和抗剝落高鋁磚，但如果部分位置受侵蝕較快，壽命太短，也可采用堿性磚如尖晶石磚。 3、預熱器、分解爐系統(tǒng)和三次風管，襯里表面溫度小于1200，采用粘土質(zhì)耐堿磚、耐堿澆注料。在不動設備內(nèi)除工作層還需增加隔熱

17、層，統(tǒng)一選用硅酸鈣板作為隔熱層。,4、分解爐部位的托磚圈、錐部及篦冷機高溫區(qū)采用高鋁澆注料，篦冷機中、低溫區(qū)采用高強耐堿澆注料，在窯尾縮口及煙室斜坡部位采用抗結皮澆注料。 5、窯頭罩部位在大修時，養(yǎng)護時間能達到24小時以上的情況，采用高鋁低水泥澆注料，在窯頭罩搶修時，使用高鋁G-16K或莫來石澆注料，以減少養(yǎng)護時間。 6、篦冷機前墻、出篦冷機三次風管、入分解爐三次風管拐彎等部位，由于該部位溫度較高，耐磨性要求高，選高熱耐磨型澆注料，同時三次風管入分解爐部位可采用抗剝落磚或廢高耐磨磚進行砌筑。,7、噴煤管、窯口澆注料選用莫來石澆注料，整體運行時間保證8個月以上。 8、從回轉(zhuǎn)窯退回缺棱少角的鎂鉻磚

18、、尖晶石磚、抗剝落磚的散磚作為篦冷機直墻部位消耗的主要材料，施工采用磚混框架結構。篦冷機矮墻、斜坡等部位大面積澆注料施工時，需填充從回轉(zhuǎn)窯退回的以抗剝落磚為主的散磚，散磚的填充比例為30。,七、耐火材料的施工,一、澆注料施工原則。 1.澆注料施工前應嚴格進行如下內(nèi)容的檢查： 1.1檢查待澆注設備的外形及清潔情況； 1.2檢查施工機具的完好情況，振搗工具等必須有完好備用件； 1.3檢查錨固件型式、尺寸、布置及焊接質(zhì)量，金屬錨固件必須做好膨脹補償處理，錨固件的開口要相互交錯,焊接時一定要滿焊，并在錨固件上纏上膠布(或涂上瀝青、石蠟等)為防止錨固件受熱膨脹而將澆注料脹裂。 1.4檢查周圍耐火磚襯及隔

19、熱層的預防澆注料失水措施；,1.6檢查施工用水，其水質(zhì)必須達到飲用水的質(zhì)量。 凡上述項目檢查不合格時應處理合格后方可施工。過期失效的材料不得使用。澆注料施工中要確保不停電，不中斷施工。 2、澆注料施工用模板可用鋼板或硬木板制成。 模板要有足夠強度，剛性好，不走形，不移位，不漏漿。鋼模板要涂脫模劑，木模板要刷防水漆。重復使用的模板要先清洗，再涂漆方可使用。 3、硅鈣板的施工要求：大面積施工可以用粘合劑粘牢,小面積施工或不規(guī)則處可以用手鋸鋸成小塊粘合；澆注料內(nèi)的硅鈣板應用細鐵絲在錨固件上纏繞固定,表面應刷防水材料;,4、澆注料的加水量應嚴格按使用說明書控制，不得超過限量。在保證施工性能的前提下，加

20、水量宜少不宜多。 5、澆注料攪拌時間應不少于5分鐘。操作時要使用強制式攪拌機。攪拌時宜事先干混，再加入80%用水量的水攪拌，然后視其干濕程度，徐徐加入剩余的水繼續(xù)攪拌，直到獲得適宜的工作稠度為止。攪拌不同的澆注料時應先將攪拌機清洗干凈。,6、澆注料必須整桶整袋地使用。攪拌好的澆注料一般在20分鐘內(nèi)用完。在高溫干燥的作業(yè)環(huán)境中還要適量縮短這一時間。已經(jīng)初凝甚至結塊的澆注料不得倒入?？蛑?，也不得加水攪拌再用。 7、倒入?？騼?nèi)的澆注料應立即用振動棒分層震實，每層高度應不大于300mm，震動間距以250mm左右為宜。震動時盡量避免觸及錨固件，不得在同一位置上久震和重震?？吹綕沧⒘媳砻娣禎{后應將振動棒緩

21、慢抽出，避免澆注料層產(chǎn)生離析現(xiàn)象和出現(xiàn)空洞。 澆注完成后的澆注體，在凝固前不能再受壓與受震。,8、大面積澆注時，要分塊施工。每塊澆注區(qū)面積以1.5m2左右為宜。膨脹縫要按設計留設，不得遺漏。膨脹縫應留設在錨固件間隔的位置。每層托磚板所承托的墻體段節(jié)的頂部與上一層托磚板相連的地方，需設置橫向膨脹縫，在縫中填充滿耐高溫的纖維棉或耐火纖維氈。硅酸鈣板層內(nèi)一般不設膨脹縫，膨脹縫一般要小于10mm。 9、待澆注料表面干燥后，應立即用塑料薄膜或草袋將露在空氣中的部分蓋嚴。初凝到達后要定期灑水養(yǎng)護，保持其表面濕潤。養(yǎng)護時間至少兩天，第一天內(nèi)要勤灑水。澆注料終凝后可拆除邊模繼續(xù)灑水養(yǎng)護，但承重模板須待強度達到

22、70%以后方可拆模。,10、當環(huán)境溫度或爐體表面溫度低于5或高于40時，不能進行耐火材料的施工。要求耐火材料的混合攪拌溫度應高于5，在進行澆注或搗打施工前，應保證其不凝固，施工完進行空氣養(yǎng)護時，仍須控制環(huán)境溫度，環(huán)境溫度在72 小時應內(nèi)保持在澆注料的凝固點之上。 11、模板拆除后應及時對澆注體進行檢查。發(fā)現(xiàn)蜂窩、剝落和空洞等質(zhì)量問題要及時處理與修補。問題嚴重時要將缺陷部位鑿去，露出錨固件，再用同質(zhì)量的搗固料填滿搗實，繼續(xù)養(yǎng)護，禁止用水泥灰漿摸平來掩蓋問題。,二、耐火磚施工要求 1、砌筑火泥的要求：不同質(zhì)泥漿要用不同的器具，火泥采用清潔水，準確稱量調(diào)制，均勻混合。調(diào)好的泥漿不得任意加水稀釋?；覞{

23、飽滿度要大于95以上，保證磚縫密實，表面磚縫要用原漿勾縫。殼體無法校正部位用泥漿找正。 2、墻體的耐火磚應該錯縫砌筑，磚與硅鈣板接合時,應分步施工；不同硅鈣板通縫，且按設計要求留設膨脹縫；砌體不得出現(xiàn)歪斜現(xiàn)象，灰漿飽滿度達到95%以上，磚表面多余部分灰漿要刮平；磚砼結構的墻體，澆注料部位應平整光滑，澆注料上面的磚應等澆注料有一定的強度后方能砌筑；,3、砌筑時耐火磚要求：磚襯頂部要與筒體面充分貼緊，不得留縫隙，相鄰單磚大面之間要完全接觸，加工磚長度不得小于原磚的50，厚度不得小于原磚的80。 4、施工時注意事項：施工時不能使用鐵錘，杜絕耐火磚出現(xiàn)以下現(xiàn)象：大小頭倒置、抽簽、混漿、錯位、傾斜、灰縫不均，爬坡、離中、重縫、張口、脫空、毛縫、蛇行彎、磚體鼓包、缺棱少角等。 5、磚縫要求：環(huán)砌法砌筑時，選磚的長度需均齊，每米環(huán)縫長偏差小于2mm，但單環(huán)長度偏差最大不超過8mm。,6、砌磚用插縫鋼板要求：厚度一般在12mm,要求平整，不卷邊，不扭曲，無毛刺。板寬小于磚寬約10mm。砌筑時鋼板不得超出磚邊，不得出現(xiàn)插空、搭橋現(xiàn)象。每條縫中最多允許使用一塊鋼板。 7、預熱器、分解爐及上升煙道等處有大量的工藝孔洞，要逐個查清，精心施工，錐體部分要分段施工，斜壁表面斜度要準確，襯里表面要平滑，以保證生產(chǎn)運行中下料暢通，不存料； 8、