耐火材料各性質(zhì)

1、耐火材料的力學性質(zhì)耐火材料的力學性質(zhì)是指材料在不同溫度下的強度、彈性、和塑性性質(zhì)。耐火材料在常溫或高溫的使用條件下，都要受到各種應力的作用而變形或損壞，各應力有壓應力、拉應力、彎曲應力、剪應力、摩擦力、和撞擊力等。此外，耐火材料的力學性質(zhì)，可間接反映其它的性質(zhì)情況。檢驗耐火材料的力學性質(zhì)，研究其損毀機理和提高力學性能的途徑，是耐火材料生產(chǎn)和使用中的一項重要工作內(nèi)容。4.1 常溫力學性質(zhì)4.1.1 常溫耐壓強度壓定義；是指常溫下耐火材料在單位面積上所能承受的最大壓力，也即材料在壓應力作用下被破壞的壓力。常溫耐壓強度壓=P/A ， （pa）式中；P試驗受壓破壞時的極限壓力，（N）；A試樣的受壓面積

2、，（m2）。一般情況下，國家標準對耐火材料制品性能指標的要求，視品種而定。其中，對常溫耐壓強度壓的數(shù)值要求為50Mpa左右(相當于500kg/cm2)；而耐火材料的體積密度一般為2.5g/cm3左右。據(jù)此計算，因受上方砌筑體的重力作用，導致耐火材料砌筑體底部受重壓破壞的砌筑高度，應高達2000m以上?？梢?，對耐火材料常溫耐壓強度的要求，并不是針對其使用中的受壓損壞。而是通過該性質(zhì)指標的大小，在一定程度上反映材料中的粒度級配、成型致密度、制品燒結(jié)程度、礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)，以及其它性能指標的優(yōu)劣。體現(xiàn)材料性能質(zhì)量優(yōu)劣的性能指標的大小，不僅反映出來源于各種生產(chǎn)工藝因素與過程控制，而且反映過程產(chǎn)物氣、

3、固兩相的組成和相結(jié)構(gòu)狀態(tài)以及相關(guān)性質(zhì)指標間的一致性。一般而言，這是一條普遍規(guī)律。4.1.2 抗拉、抗折、和扭轉(zhuǎn)強度與耐壓強度類似，抗拉、抗折、和扭轉(zhuǎn)強度是材料在拉應力、彎曲應力、剪應力的作用下，材料被破壞時單位面積所承受的最大外力。與耐壓強度不同，抗拉、抗折、和扭轉(zhuǎn)強度，既反映了材料的制備工藝情況和相關(guān)性質(zhì)指標間的一致性，也體現(xiàn)了材料在使用條件下的必須具備的強度性能?？拐蹚姸日郯聪率接嬎??？拐蹚姸日?3PL/2bh2 ， (pa)式中：P試樣斷裂時的作用力，（N）；L試樣兩支點的距離，（m）；b、h分別為試樣的寬度、厚度，（m）。影響材料的抗拉、抗折、和扭轉(zhuǎn)強度的因素，主要有宏觀結(jié)構(gòu)和顯微組織

4、結(jié)構(gòu)。臨界顆粒較小的細顆粒級配，有利于這些指標的提高。4.1.3 耐磨性耐磨性是耐火材料抵抗堅硬物料、含塵氣體的磨損作用（摩擦、剝磨、沖擊等）的能力。耐磨性，是耐火材料在使用過程中，受其它介質(zhì)磨損作用較強的工作環(huán)境下，評價和選用耐火材料制品的性質(zhì)指標。如高爐爐身、焦爐碳化室、高溫固體顆粒氣體輸送管道等所用耐火材料的選用，需要根據(jù)耐磨性指標對各種耐火材料制品進行遴選。耐磨性，取決于構(gòu)成制品的顆粒本身的強度和硬度、構(gòu)成制品的粒度組成、制品的致密度、顆粒間的結(jié)合強度高，以及制品的化學礦物組成、宏觀結(jié)構(gòu)和微觀組織結(jié)構(gòu)。制品的耐磨性還與其工作溫度有關(guān)，高溫時制品中液相的可塑性及對顆粒的粘結(jié)性、不同溫度時

5、的粘度等對耐磨性均有較大影響。提高制品的耐磨性，工藝上可以選擇耐磨性好的物料、合理的配料級配、保證制品的良好成型致密度和燒結(jié)程度、選用適宜的顆粒粘結(jié)劑、在制品表面施加耐磨強化涂料等。4.2 高溫力學性質(zhì)4.2.1 高溫耐壓強度定義：高溫耐壓強度是材料在高溫下單位面積所能承受的極限壓力。與常溫耐壓強度相比，該性能指標除反映了材料的工藝因素外，主要體現(xiàn)了制品中液相的粘度性質(zhì)與結(jié)合作用。各種耐火材料的高溫耐壓強度與溫度的關(guān)系見P16的圖1-7。由圖可見，粘土磚、高鋁磚900左右液相產(chǎn)生，且粘度較高，高溫耐壓強度增大；溫度繼續(xù)升高液相粘度減小、數(shù)量增多，高溫耐壓強度，自高點急劇降低。而鎂磚高溫液相粘度

6、小，所以其高溫耐壓強度并未出現(xiàn)增大的現(xiàn)象。表明了液相的粘度及數(shù)量，對顆粒間的結(jié)合作用明顯。高溫耐壓強度指標，不僅是直接有用的資料，而且還可反映出制品在高溫下的結(jié)合狀態(tài)的變化。特別是對于耐火可塑料、澆注料和不燒磚等，由于溫度升高，結(jié)合狀態(tài)發(fā)生改變時，高溫耐壓強度的測定更為重要。4.2.2 高溫抗折強度定義：高溫抗折強度是材料在高溫下單位面積所承受的極限彎曲應力。該技術(shù)指標與實際使用情況密切相關(guān)。計算式同常溫抗折強度。高溫抗折強度，與高溫耐壓強度的影響因素基本相同，反映耐火材料的使用性能和質(zhì)量，特別是對鎂質(zhì)直接結(jié)合磚的評價。4.2.3 高溫扭轉(zhuǎn)強度定義：高溫下材料被扭斷時的極限剪切應力。耐火材料砌

7、筑體的結(jié)構(gòu)復雜，在溫度變化時砌筑體的不均勻變形，導致耐火材料內(nèi)部產(chǎn)生剪切應力。所以，該指標也反映了材料的實際使用情況。特別是在鎂質(zhì)等堿性耐火材料使用情況的研究方面有重要意義。扭轉(zhuǎn)變形對溫度升高敏感，高溫時液相導致材料易于產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)軟化變形。材料的高溫扭轉(zhuǎn)試驗也可測定其彈性模量、蠕變曲線。4.2.4 高溫蠕變性（1）高溫蠕變的定義、測定與分類高溫蠕變性：是指在恒定高溫和一定的荷重作用下，材料產(chǎn)生的變形與時間的關(guān)系?；蛘吆喪鰹椋撼惺軕Φ牟牧想S時間變化而發(fā)生的高溫等溫變形。蠕變：材料在高溫下承受小于其極限強度的某一恒定荷重時，產(chǎn)生塑性變形，變形量會隨時間的增長而逐漸增加，甚至會使材料破壞的現(xiàn)象。高溫

8、窯爐的使用壽命有的長達幾年，甚至十幾年。最終，耐火材料的高溫損毀并不是因強度原因破壞，而是高溫、強度、時間三者綜合作用的結(jié)果。例如，熱風爐的格子磚經(jīng)長時間的高溫工作，特別是下部的磚體在荷重和高溫的作用下，磚體逐漸軟化產(chǎn)生塑性變形，強度下降直至破壞；特別注意的是，因溫度、結(jié)構(gòu)的不均勻，部分磚體塑性變形嚴重，會導致窯爐構(gòu)筑體的整體性破壞。高溫蠕變技術(shù)指標，反映了耐火材料在長時間、荷重、高溫等條件下工作的體積穩(wěn)定性。根據(jù)工作條件的不同，高溫蠕變技術(shù)指標又分為高溫壓縮蠕變、高溫拉伸蠕變、高溫抗折蠕變、高溫扭轉(zhuǎn)蠕變等。常用的是高溫壓縮蠕變，其測定也較容易。高溫蠕變性能的測定是在較短的時間內(nèi)，強化荷重與溫

9、度，所獲得的變形率（%）與時間（h）的關(guān)系曲線，稱之為蠕變曲線。高溫壓縮蠕變測定：試樣為帶中心孔的圓柱體，尺寸為高H = 50mm，直徑D = 50mm，中心孔的直徑d孔=12 13mm；恒溫時間一般為25h、50h或100h；每5h測定計算一次蠕變率。圖1-13為典型的高溫蠕變曲線，曲線劃分為三個特征階段。曲線的第一階段為1次蠕變（或初期蠕變、減速蠕變），該曲線斜率d/dt隨時間增加而趨于減小，曲線漸趨平緩；第一階段需時較少。第二階段為2次蠕變（或粘性蠕變、均速蠕變、穩(wěn)速蠕變），其蠕變速率保持基本不變，幾乎與時間無關(guān)；第二階段耗時多，是曲線中的最小速率階段。第三階段為3次蠕變（或加速蠕變），

10、蠕變速率迅速增加直至試樣損壞。對于某一確定的材料而言，其蠕變曲線不一定的完全具有上述三個階段。不同材質(zhì)的材料、測定的條件不同（溫度、荷重各不同），曲線的形狀也不相同。例如，根據(jù)在200kPa(2kg/cm2)的荷重和不同溫度下，對粘土磚、高鋁磚和硅磚所測得的蠕變曲線，蠕變曲線的形狀可分為如下幾種類型：1）初期蠕變后基本上不再產(chǎn)生變形：與圖中最下方虛線曲線的形狀近似；2）初期蠕變后，繼續(xù)發(fā)生勻速蠕變：與圖中自下而上的第四條實線曲線形狀近似；3）初期蠕變和勻速蠕變后，發(fā)生加速蠕變：與圖中自下而上第五條實線曲線形狀近似；4）初期蠕變后，直接進行加速蠕變：與圖中自下而上的第六條實線曲線形狀近似。（2）

11、影響材料高溫蠕變的因素影響高溫蠕變的因素有：材料的使用條件（如溫度、荷重、時間、氣氛性質(zhì)等）和材料材質(zhì)與組織結(jié)構(gòu)（如化學礦物組成，宏觀、顯微的組織結(jié)構(gòu)）。1）溫度、荷重、時間等對蠕變的影響溫度越高、荷重越大，曲線的傾斜度也越大，曲線的形狀自右下向左上方變化，如箭頭指向。 材質(zhì)和溫度一定時，荷重對蠕變速率的影響為：式中：k是常數(shù)；是荷重；n是指數(shù)，取值0.5 0.22。 材料材質(zhì)、溫度及荷重一定時，時間對蠕變率的影響可以表示為：=ct0.440.48式中：c為包括材質(zhì)、溫度及荷重等因素的常數(shù)；t是時間。該式是由鋁硅系制品的測定導出的，對鎂質(zhì)制品的測定也獲得了相似的關(guān)系式，因此一般認為耐火材料的蠕

12、變率與時間的平方根成正比。2）材料材質(zhì)與組織結(jié)構(gòu)對蠕變的影響 結(jié)晶相、玻璃相和氣孔對蠕變率的影響順序：按照結(jié)晶相玻璃相氣孔這個順序?qū)θ渥兟实挠绊懸来卧龃蟆?玻璃相和結(jié)晶相對蠕變率的影響：I、玻璃相、結(jié)晶相的相對含量與分布對蠕變率的影響：玻璃相與結(jié)晶相的相對含量：當溫度升高時玻璃液相的含量相對增多（結(jié)晶相的含量相對減少）、粘度降低，制品的塑性提高，玻璃相的這種變化使制品的蠕變率增大；玻璃相和結(jié)晶相的分布（相對于玻璃液相對結(jié)晶相的潤濕程度和顯微結(jié)構(gòu)）情況：若玻璃液相完全潤濕晶相顆粒，玻璃液相侵入晶界處將晶粒包裹、液相形成連續(xù)相結(jié)構(gòu)（即，基質(zhì)為玻璃相的基質(zhì)膠結(jié)型顯微結(jié)構(gòu)），提高了制品的塑性，在較低溫

13、度下極易產(chǎn)生較大的蠕變；若玻璃液相不潤濕晶相顆粒，則在晶界處形成晶粒與晶粒直接結(jié)合結(jié)構(gòu)，制品的塑性，因此蠕變率小、具有較好的抗蠕變能力。II、結(jié)晶相對蠕變率的影響：材料中的晶粒愈小，其蠕變率愈大；多晶材料比單晶材料的蠕變率高。其原因是晶粒間的界面比例增大、易沿晶界處產(chǎn)生滑動而使制品的塑性提高所致。 宏觀組織結(jié)構(gòu)對蠕變的影響：由于制品中氣孔的存在，減少了抵抗蠕變的有效成分；材料中的氣孔率愈高，蠕變率愈大（3）材料蠕變的測定意義與提高材料的抗蠕變性1）材料蠕變的測定意義根據(jù)材料的蠕變曲線，可以了解制品發(fā)生蠕變的最低溫度、不同溫度下的蠕變速率特征，研究材料長時間在高溫、荷重條件下的物相組成與組織結(jié)構(gòu)

14、的變化，進而預測耐火制品的使用情況，為窯爐設(shè)計中選用耐火材料提供參考依據(jù)；蠕變曲線所反映地材料的物相組成、組織結(jié)構(gòu)情況，可用于材料生產(chǎn)制備工藝過程（原料配方、顆粒級配、成型致密度、燒成制度等）的檢驗和評價，是改進生產(chǎn)工藝和提高產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)。（2）提高材料抗蠕變性的途徑1）純化原料：提高原料的純度或?qū)υ线M行提純，盡量減少低熔物和強熔劑等雜質(zhì)成分（如，粘土磚中的Na2O、硅磚中的Al2O3、鎂磚中的SiO2和CaO等）的含量, 從而降低制品中的玻璃相含量（這是提高該性能的首選方法）； 2）強化基質(zhì)：引入“逆蠕變效應”物質(zhì)。如在高鋁磚配料中引入一定尺寸的石英顆粒，高鋁磚在高溫下使用時，其中石英S

15、iO2和高鋁原料中的Al2O3持續(xù)發(fā)生莫來石的合成反應，反應過程伴隨有一定程度的體積膨脹。這種體積膨脹的作用既是“逆蠕變效應”，可以抵消材料蠕變時的收縮變形，從而提高了高鋁磚的抗蠕變性能。3）改進工藝：合理設(shè)計配合料的顆粒級配，提高坯體的成型壓力，獲得高致密度坯體，減少制品中的氣孔數(shù)量，使制品抗蠕變的有效成分增加；合理制定燒成制度（燒成溫、保溫時間、加熱及冷卻速度），使材料中的必要物化反應充分進行，獲得需要的物相組成和組織結(jié)構(gòu)。4.3 彈性模量E（1）定義：材料在其彈性限度內(nèi)受外力作用產(chǎn)生變形，當外力撤除后，材料仍能恢復到原來的形狀，此時的應力與應變之比稱為彈性模量。彈性模量E可以表示為：,

16、(MPa)式中：材料的所受應力（外力或材料中產(chǎn)生的應力），（MPa）；材料受力時的長度相對變化。E值大，應力一定時，材料的變形就小。物理意義：將單位面積、單位長度的試樣拉伸一倍時的所發(fā)生的應力。彈性模量是材料的一個重要的力學參數(shù)，它表示了材料抵抗變形的能力，是原子間結(jié)合強度的一個指標，在很大程度上反映了材料的結(jié)構(gòu)特征。耐火材料的彈性模量隨溫度而變化，研究它有助于了解耐火材料的高溫性能。（2）耐火材料在高溫下因應力作用而發(fā)生變形的原因是由于基質(zhì)的塑性或粘滯流動；是由于晶體沿晶界面或解理面的滑動作用。不同成分和結(jié)構(gòu)的耐火材料在高溫下對于應力作用的反映不同，這取決于主晶相的性能、基質(zhì)的特性、以及主晶

17、相與基質(zhì)的結(jié)合狀況。其中基質(zhì)的流動取決于基質(zhì)液相的數(shù)量、粘度、塑性、潤濕性等。（3）溫度對不同種類材料彈性模量的影響單相多晶材料中的剛玉Al2O3、方鎂石MgO、莫來石3Al2O32SiO2、尖晶石MgOAl2O3等的彈性模量，均隨溫度升高開始以直線或接近直線下降，至某溫度以后不再降低，之后在某溫度下并有提高上翹，其溫度范圍依材料不同而異。此種情況可認為是在較低的溫度范圍內(nèi)，單相多晶材料的晶體界面間產(chǎn)生滑移的結(jié)果。對于多相材料，如方鎂石與尖晶石的復合物、鉻鎂磚、硅酸鋁耐火材料的彈性模量，開始隨溫度升高而增大，至某溫度時達到最大值，之后隨溫度升高則急速下降，即超出了材料的彈性變形范圍。此種情況可

18、認為是由于不同物相間的熱膨脹系數(shù)差別，填充了結(jié)構(gòu)中的空隙，或者是顆粒間相互交錯鑲嵌形成骨架，使材料結(jié)構(gòu)變得密實，剛性增加，彈性模量隨之增大（這種情況通常稱之為“強化”）。彈性模量的急速下降是因為基質(zhì)在某溫度下軟化所致。見P19圖1-10。（4）彈性模量的應用：根據(jù)不同溫度彈性模量的測定結(jié)果，可以判定材料中的基質(zhì)軟化、液相形成和由彈性變形過渡到塑性變形的溫度范圍，確定晶型轉(zhuǎn)變等物化反應溫度及其對材料結(jié)構(gòu)的影響（硅磚中的鱗石英與方石英的轉(zhuǎn)變溫度附近有彈性模量的最小值）；一般而言，如果制品的其它性質(zhì)相同，材料的彈性模量與熱震穩(wěn)定性呈現(xiàn)反比關(guān)系，由彈性模量可判斷制品的熱震穩(wěn)定性；如果是同一系統(tǒng)的制品，

19、彈性模量與抗折強度、耐壓強度基本上成正比關(guān)系，可以根據(jù)已有制品的強度和彈性模量、測定其它制品的彈性模量就可以基本確定其強度，此為強度的無損測定，或稱非破壞性試驗測定方法。彈性模量測定：一般分為靜力法（主要是靜荷重法）和動力法（主要是聲頻法）。其中聲頻法的原理，是根據(jù)彈性體的固有振動頻率取決于其形狀、致密度、彈性模量，對于形狀、致密度已知的試樣，測定它的振動頻率，就可以求得彈性模量。§1-5 耐火材料的高溫使用性質(zhì)5.1 耐火度5.1.1 耐火度定義定義：耐火材料在無荷重時抵抗高溫作用而不熔化的性質(zhì)稱為耐火度。耐火度是個耐火材料高溫性質(zhì)的技術(shù)指標，對于耐火材料而言，耐火度表示的意義與熔

20、點不同。熔點是純物質(zhì)的結(jié)晶相與其液相處于平衡狀態(tài)下的溫度，如氧化鋁Al2O3熔點為2050，氧化硅SiO2的熔點為1713，方鎂石MgO的熔點為2800等。但是，一般耐火材料是由各種物質(zhì)組成的多相固體混合物，并非單相的純物質(zhì)，故沒有固定的熔點，其熔融是在一定的溫度范圍內(nèi)進行的，即只有一個固定的開始熔融溫度和一個固定的熔融終了溫度，在這個溫度范圍內(nèi)液相和固相是同時存在的。5.1.2 耐火度測定在實際中，耐火度的測定并非采用直接測溫的方法，而是通過具有固定彎倒溫度的標準錐與被測錐彎倒情況的比較來測定的。耐火度測定：將-180目的物料加上結(jié)合劑，用模具制成截頭三角錐，上底邊長2mm，下底邊長8mm，

21、高30mm，截面成等邊三角形。將2只被測錐與4只標準錐用耐火泥交錯固定于耐火材料臺座上，6個錐錐棱向外成六角形布置，錐棱與垂線夾角為8o。臺座轉(zhuǎn)速為2r/min，快速升溫至比估計的耐火度低100200時，升溫速度變?yōu)?.5/min。由于被測錐產(chǎn)生液相及自重的作用，錐體逐漸變形彎倒，錐頂彎至與臺座接觸時的溫度，即為被測材料的耐火度（記下2個參考高溫標準錐的錐號，例如WZ168170）。標準錐稱為測溫錐，我國測溫錐用“WZ”表示錐體彎倒溫度的1/10進行標號；前蘇聯(lián)用“K”，英國、日本等國用“SK”等標號測溫錐。系列錐號及相應溫度見教材書后的附表2。錐體彎倒時的液相含量約為7080%，其粘度約為1

22、050Pa.s 。 5.1.3 影響材料耐火度的因素(1)決定耐火材料耐火度的因素：主要是材料的化學礦物組成及其分布情況。各種雜質(zhì)成分特別是具有強熔劑作用的雜質(zhì)成分，會嚴重降低制品的耐火度，因此提高耐火材料耐火度的主要途徑應是采取措施來保證和提高原料的純度。(2)影響耐火材料耐火度的因素： 被測物料的粒度：被測物料的粒度過小，也會使耐火度測定值偏小。 測試方法和測試條件對耐火度的影響：被測錐制備方法、被測錐的形狀尺寸及安放方法、臺座的轉(zhuǎn)速、升溫速度、加熱爐氣氛和溫度分布情況等，對耐火度測定的數(shù)值都有一定的影響。耐火度與使用溫度的區(qū)別。耐火度與使用溫度的溫度差可能很大，其因是耐火材料在使用中要經(jīng)

23、受荷重、工作介質(zhì)（熔體、固體、氣體）的機械沖擊磨損和化學侵蝕、溫度的急變等。耐火度可以作為選用耐火材料時綜合評價判斷的一個參考數(shù)據(jù)。原料的耐火度測定可以判斷原料的雜質(zhì)成分與含量。常見耐火原料及耐火制品的耐火度指標為：表 1-3 各材料的耐火度指標()品種結(jié)晶硅石硅磚硬質(zhì)粘土粘土磚高鋁磚鎂磚耐火度1730-17701690-17301750-17701610-17501770-200020005.2 高溫荷重變形溫度5.2.1 高溫荷重變形溫度定義定義：耐火材料在固定荷重條件下，隨溫度升高發(fā)生規(guī)定變形率時的溫度。該技術(shù)指標表示了耐火材料對溫度與荷重同時作用的抗變形能力。耐火材料發(fā)生不同變形率的溫

24、度區(qū)間，反映了耐火材料呈現(xiàn)明顯塑性變形的軟化溫度范圍。在一定程度上體現(xiàn)了材料于使用條件下的結(jié)構(gòu)強度。5.2.2 高溫荷重變形溫度的測定被測試樣是在制品上鉆取直徑d=50mm，h=50mm，中心孔徑d孔=12 13mm的帶孔圓柱體（以前是d=36mm，h=50mm的實心圓柱體）。將試樣置于試驗電爐內(nèi)，在200Kpa的靜壓力下，按規(guī)定的升溫速度分階段地連續(xù)均勻加熱（1000,510/min;1000,4 5/min），測定試樣壓縮變形率0.5%（即試樣高度壓縮0.25mm）時的溫度，即為被測試樣的“荷重軟化開始溫度T0.5”，亦稱“荷重軟化點”（以前荷重軟化點是變形率為0.6%時的溫度T0.6）。

25、高溫荷重變形溫度還需要測出壓縮變形率1.0%、2.0%、5.0%等相對應的變形溫度T1.0、T2.0、T5.0等（以前是測出變形率4.0%、40%的T4.0、T40）。將各變形率及變形溫度繪制圖形，如P21的表1-5和圖1-3所示。這樣，就可以在較大的溫度范圍把材料的結(jié)構(gòu)性能隨溫度的變化情況很明顯地表示出來了。5.2.3 高溫荷重變形溫度的影響因素從圖表中可見，各種耐火材料因其結(jié)構(gòu)性能的不同，高溫荷重變形溫度曲線形狀也不同。1#、4#、6#曲線為粘土質(zhì)耐火材料和高鋁質(zhì)耐火材料，由于晶相與液相的比例差異，荷重軟化開始溫度不一致，但是液相量和液相粘度隨溫度升高的變化程度均較小，曲線較平緩。2#曲線

26、為硅磚，由于鱗石英構(gòu)成的結(jié)晶骨架堅強，材料中的液相量少且粘度大，當溫度接近鱗石英的熔點時試樣才開始變形，結(jié)晶骨架破壞，迅速坍塌。荷重軟化開始溫度與變形40%的溫度只差20，僅比耐火度低60 70。3#曲線為鎂磚，方鎂石是被結(jié)合物（低熔結(jié)晶化合物）膠結(jié)，當溫度升高至低熔化合物的熔點以后，生成了粘度很小的液相，導致結(jié)構(gòu)體的松垮。荷重軟化開始溫度與結(jié)構(gòu)潰裂時的溫度僅差10 30，而與耐火度卻相差1000以上。綜上所述，影響高溫荷重變形溫度的主要因素是：主晶相的結(jié)晶構(gòu)造及特性，主晶相顆粒間結(jié)合狀態(tài)、結(jié)合物的種類等；主晶相與液相的相對比例，溫度升高時二者的相互作用及對液相數(shù)量、粘度的影響；組織結(jié)構(gòu)中的氣

27、孔數(shù)量多、尺寸大，高溫荷重變形溫度低。5.2.4 高溫荷重變形溫度的提高途徑：與提高材料抗蠕變性的途徑相同。 提高高溫荷重變形溫度的途徑，與提高材料抗蠕變性的途徑基本相同。1）純化原料：提高原料的純度或?qū)υ线M行提純，盡量減少低熔物和強熔劑等雜質(zhì)成分（如，粘土磚中的Na2O、硅磚中的Al2O3、鎂磚中的SiO2和CaO等）的含量, 從而降低制品中的玻璃相含量（這是提高該性能的首選方法）； 2）強化基質(zhì)：引人增大液相粘度的物質(zhì)和能形成高熔點化合物的成分，或加入能產(chǎn)生體積膨脹的物質(zhì)。3）改進工藝：合理設(shè)計配合料的顆粒級配，提高坯體的成型壓力，獲得高致密度坯體，減少制品中的氣孔數(shù)量，使制品抗蠕變的有

28、效成分增加；合理制定燒成制度（燒成溫、保溫時間、加熱及冷卻速度），使材料中的必要物化反應充分進行，獲得需要的物相組成和組織結(jié)構(gòu)。5.2.5 高溫荷重變形溫度與使用條件的差異根據(jù)耐火材料的高溫荷重變形溫度指標，可以判斷耐火材料使用過程中在何種條件下失去承載能力以及制品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的變化情況，可以作為評價和選用材料的依據(jù)。但是，高溫荷重變形溫度的測定條件與耐火制品的使用情況還存在著較大差異：制品的使用條件下的荷重比試驗時小的多，因此制品使用時的荷重軟化開始溫度比測定值要高；測定時材料整體處于同等的受熱條件，而使用時大多數(shù)情況是沿受熱面的垂直方向存在著較大的溫度梯度，材料的承載主要是材料的冷端部分；耐

29、火材料的承受高溫荷重的使用時間要比試驗測定時多的多；在實際使用過程中，耐火材料還可能受到彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)、沖擊化學介質(zhì)和工作氣氛的作用影響。5.3 高溫體積穩(wěn)定性5.3.1 高溫體積穩(wěn)定性的意義及定義定義：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)生變化的性能，稱為耐火材料的高溫體積穩(wěn)定性。是評價制品質(zhì)量的一項重要指標。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)。當制品長期使用時，一些物理化學反應在高溫下會繼續(xù)進行；此外，耐火材料燒成中因種種原因會有燒結(jié)不充分的制品，在制品使用中會產(chǎn)生進一步的燒結(jié)。在此方面的過程中，也導致制品會發(fā)生不可逆的體積尺寸的變化，

30、即殘余膨脹或收縮，也稱為重燒膨脹或收縮。重燒體積變化的大小，即表明制品的高溫體積穩(wěn)定性。耐火制品的高溫體積穩(wěn)定性這一指標對于其使用具有指導意義。重燒膨脹或收縮較大的制品，高溫使用時的體積尺寸變化會造成制品的脫落或應力破壞，甚至可能使耐火材料的砌筑體松散，工作介質(zhì)侵入到砌筑體內(nèi)部，最后導致砌筑體的損毀。不定形耐火材料和不燒磚因其使用前無需燒成，該指標的測定尤為重要。提高定形制品的高溫體積穩(wěn)定性，可以適當提高燒成溫度與保溫時間，以使物化反應及燒結(jié)充分進行。制品的高溫體積穩(wěn)定性通常是測定制品的重燒線變化率Lc和重燒體積變化率Vc。5.3.2 制品重燒線變化Lc和重燒體積變化率Vc的測定試樣尺寸為50

31、mm×50mm×60mm或d=50mm、h=60mm，升溫速率為：室溫RT800，10/min；8001200，35/min；1200，13/min。最高試驗溫度按材料的使用技術(shù)條件確定，一般較使用溫度高一些。保溫時間為5小時。重燒線變化率Lc=(L1-Lo)/Lo×100%重燒體積變化率Vc=(V1-Vo)/Vo×100%式中：Lo、L1重燒前后試樣的長度，（mm）；Vo、V1重燒前后試樣的體積，（cm3）。測定結(jié)果正值為膨脹，負值為收縮。多數(shù)耐火材料重燒時收縮，如粘土磚；少數(shù)膨脹，如硅磚等。5.4 熱震穩(wěn)定性 耐火材料在使用過程中，經(jīng)常會受到環(huán)境溫度

32、急劇變化的作用，導至制品產(chǎn)生裂紋，剝落甚至崩潰。這種破壞作用限制了窯爐的加熱和冷卻速度、限制窯爐的強化操作，而且也是制品和窯爐加速損壞的主要原因之一。5.4.1熱震穩(wěn)定性的定義及熱震破壞類型（1）定義：耐火材料抵抗溫度的急劇變化而不破壞的性能稱為熱震穩(wěn)定性（也稱為抗熱震性或溫度急變抵抗性）。如果某材料抵抗溫度急變而不破壞的能力強，則稱之為熱震穩(wěn)定性高（或抗熱震性好）；否則，稱之為熱震穩(wěn)定性低（或抗熱震性差）。例如：莫來石、堇青石質(zhì)耐火材料經(jīng)受溫度急變而不易斷裂和剝落，則為熱震穩(wěn)定性高（或抗熱震性好）的材料；硅磚、鎂磚經(jīng)受溫度急變易于斷裂和剝落，則為熱震穩(wěn)定性低（或抗熱震性差）的材料。對于像鋼包

33、、轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯及陶瓷隧道窯窯車和窯具等，其工作時溫度急變程度大，則應選擇熱震穩(wěn)定性高的耐火材料。（2）熱震破壞的類型：材料的熱震破壞可分為兩大類： 熱震斷裂（或稱熱沖擊斷裂）：經(jīng)受溫度急變時瞬時斷裂； 熱震損傷：在熱沖擊循環(huán)作用下，材料先是開裂、剝落，然后碎裂或變質(zhì)終至整體損壞。5.4.2 材料的抗熱震性材料的抗熱震能力，是其力學性能和熱學性能對應于各種受熱條件的綜合表現(xiàn)。材料固有的力學性能參數(shù)：強度、斷裂韌性參數(shù)，表征其對熱震破壞的抵抗力；而各種熱環(huán)境下引起的熱應力，以及與之相應的應力強度因子是熱震破壞的動力。對高溫材料的抗熱震性評價，源于兩種觀點：（1）基于熱彈性理論：以熱應力 和材料固有強度

34、 之間的平衡關(guān)系作為熱震破壞的判據(jù)：Hf.（4.7） 當材料固有的強度不足以抵制熱震溫差引起的熱應力，就導致材料瞬時斷裂，即所誤謂的“熱震斷裂”；（2）基于斷裂力學理論：以彈性應變能W和材料的斷裂能U之間的平衡關(guān)系作為熱震破壞的判據(jù)：WU.（4.8）當熱應力導致的儲存于材料中的應變能W，足以支付裂紋成核和擴展新生表面所需的能量U時，裂紋就形成和擴展。該理論把材料的抗熱震性和物理性質(zhì)的變化聯(lián)系起來，探討了材料在受熱沖擊時出現(xiàn)的開裂、剝落、退化、變質(zhì)，終至碎裂和損壞的過程，即所謂的熱震損傷過程。5.4.3抗熱震斷裂理論（1） 熱應力在不受外應力作用的情況下，材料由于溫度急變而開裂或斷裂，這是熱膨脹

35、引起的內(nèi)應力局部地或整體地超過材料強度的必然結(jié)果。例如：一個兩端自由、長度為L的各向同性均質(zhì)圓棒，當其所處的溫度從T0升至T1時，就會膨脹伸長L，但這時不會產(chǎn)生熱應力，倘若圓棒的兩端具有完全剛性的約束，熱膨脹則不能實現(xiàn)，這時就產(chǎn)生內(nèi)應力，這項內(nèi)應力相當于欲使棒長(L+L)壓縮成L所需的應力： （4.1）其中E、分別為圓棒的彈性模量和熱膨脹系數(shù)，當T1T0，材料內(nèi)部產(chǎn)生了壓應力，當T1T0，則產(chǎn)生張應力。這種由于熱膨脹或收縮引起的內(nèi)應力，稱為熱應力。熱應力不僅在具有機械約束的條件下產(chǎn)生，而且在均質(zhì)材料中當出現(xiàn)了溫度梯度、非均質(zhì)材料中的各相之間存在熱膨脹系數(shù)差別，甚至在單相多晶體中存在的熱膨脹系數(shù)

36、各向異性，都是產(chǎn)生熱應力的根源。材料受熱沖擊產(chǎn)生熱應力的大小、作用形式（壓、張、剪），除了材料與環(huán)境的溫度差T、材料的E、有關(guān)外，還與材料的導熱系數(shù)、材料表面的傳熱系數(shù)h（材料表面與環(huán)境介質(zhì)在單位溫度差下、單位面積上、單位時間內(nèi)的換熱量），以及材料的形狀大小因子b（球或圓柱的半徑，板的半厚度）等因素有關(guān)，即取決于 bh/值（此值稱為比奧數(shù)，無因次數(shù))。比奧數(shù)值小，材料受熱程度小、內(nèi)部溫度均勻程度高，材料受熱震的程度也小。一般認為， > 50（或認為 > 20）時的受熱條件為急劇受熱或冷卻， < 0.5（或認為 < 5）時的受熱條件為緩慢受熱或冷卻。若值不大不小，即處于0

37、.5 < < 50時，若欲進行熱應力分析則必須考慮到試樣內(nèi)部溫度分布隨時間的變化，即溫度變化速率。 急劇受熱或冷卻條件下產(chǎn)生的熱應力一塊從高溫T1爐里取出并立即拋入低溫T0水中的高溫材料，在初始瞬間其表面層的收縮率為，然而此時尚保持原有溫度T1的里層并未收縮，于是表面層受到一個來自里層的張力，而里層受到一個來自外層的壓力，這個由于急劇冷卻而產(chǎn)生于材料表面的張應力為：.（4.2）式（4.2）中泊松比項（1-）的引入，是由于考慮到多向應變導致了多向熱應力的結(jié)果，隨后材料的溫度由表及里逐步下降，表面層的熱應力亦相應減少。 緩慢受熱或冷卻條件下產(chǎn)生的熱應力對于一個無限大平板，在兩側(cè)均勻受熱

38、（或冷卻）的過程中，其內(nèi)部任意一點的溫度T，是受熱（或冷卻）時間t和該點至平板的中和面的距離x的函數(shù)：（4.3）愈接近外層則受熱（或冷卻）速率愈快，中和面層的溫度變化速率最小。在某一瞬間，板內(nèi)任一點的應力取決于該點溫度與此時板的平均溫度之差，進一步考慮到幾何因素和熱傳導性的影響，理論研究結(jié)果表明，板內(nèi)某點應力表達式：.（4.4）n為與試樣幾何形狀有關(guān)的常數(shù)，無限平板的n=3。 怛速受熱或冷卻條件下產(chǎn)生的熱應力當構(gòu)件表面以恒定速率進行加熱或冷卻時，其平均溫度處于中心和表面溫度之間，而且隨著表面溫度的變化而變化。理論研究結(jié)果表明，其表面熱應力表達式為：(4.6)表中稱為導溫系數(shù)，它表征在溫度變化過

39、程中材料內(nèi)部各點的溫度趨于均勻的能力，為材料密度，c為比熱容，為熱傳導率。（2）抗熱震斷裂分析在受熱或冷卻過程中，于高溫材料中所形成的溫度梯度和產(chǎn)生的最大熱應力，隨受熱或冷卻條件而不同。可以認為，這種最大熱應力 是多種參數(shù)的函數(shù)： .（4.9）其中m為材料的特性參數(shù)，諸如力學性能、熱學性能參數(shù)；H為熱處理條件，諸如氣、液等環(huán)境介質(zhì)；S為試樣幾何因子，T為與溫度有關(guān)的參數(shù)，諸如溫差、升溫速率等。在試樣的幾何形狀和熱處理條件相同的情況下，和可視為常數(shù)，則：.（4.10）當高溫材料中產(chǎn)生的最大熱應力，隨著溫度函數(shù)的增大而提高到相當于材料本身的固有強度的臨界熱應力值時：即，稱此時的溫度函數(shù)稱為臨界溫度

40、函數(shù)P(T)c。由式中（4.10）得到： =或 =.（4.12）式中的是的倒數(shù)?？梢?，臨界溫度函數(shù)P(T)c，是高溫材料抗熱震斷裂的量度，稱之為抗熱震參數(shù)，用R表示。它可借助于材料的力學性能和熱學性能參數(shù)來加以描述。 急劇受熱或次冷卻時的抗熱震參數(shù)，對于急劇受熱或次冷卻時的高溫材料，其臨界溫度函數(shù)就是引起臨界熱應力的臨界溫差，從式（4.2）得到急劇受熱或次冷卻時的抗熱震參數(shù)R1為：=.（4.13） 緩慢受熱或冷卻時的抗熱震參數(shù) 同理，從式（4.4）得到緩慢受熱或冷卻時的抗熱震參數(shù)R2為：.（4.14） 材料能承受的最大溫度急變速率從耐火工藝學的觀點出發(fā)，人們往往關(guān)心的是材料所能容忍的最大升溫或

41、冷卻速成率，從式4.6可得臨界變溫速率表達式： .（4.15）則得到最大溫度急變的抗熱震參數(shù)R3：= （4.16）臨界變溫速率與抗熱震參數(shù)R3關(guān)系為：.（4.17）可見，隨構(gòu)件幾何尺寸的增大，其臨界變溫速率減小。如何理解？通過以上分析可見，對于不同的熱處理條件和不同的影響因素，用以表征材料抗熱震性的參數(shù)不盡相同。各抗熱震動參數(shù)的共同點是，隨著材料強度f和熱導率的提高而增大，隨著彈性模量E和熱膨脹系數(shù)的增大而減小。以上的討論是從熱彈性力學的觀點出發(fā)，以高溫陶瓷材料的熱應力和材料固有的強度之間的平衡關(guān)系為判據(jù)，分析出材料在變溫過程中所能容忍的最大溫差和最高變溫速率。相應探討了在各種熱震條件下，用以

42、表征高溫陶瓷材料抗熱震斷裂能力的各種抗熱震參數(shù)。5.4.4 抗熱震損傷理論從斷裂力學的觀點出發(fā)，分析材料在溫度變化條件下的裂紋成核、擴展及抑制過程，以彈性應變能和斷裂能之間的平衡關(guān)系作為熱震損壞的判據(jù)，是抗熱震損傷的理論基礎(chǔ)。實際上，材料中不可避免地存在著或大或小、數(shù)量不等的微裂紋；而且在熱震環(huán)境中出現(xiàn)的裂紋核，亦不總是立即導致材料的斷裂。例如，氣孔率為10 20%的非致密性材料中的熱震裂紋核，往往受到氣孔的抑制。這里，氣孔的存在不僅起著鈍化裂紋尖端、減少應力集中的作用，而且促使熱導率下降而起隔熱作用。設(shè)有一個半徑為r的受熱球體，當球中心的熱應力達到相當于材料的斷裂強度時，理論研究結(jié)果表明，球

43、體中所蘊藏的總彈性應變能是：（4.18）其中n為幾何因子。若該能量，因球體產(chǎn)生了新生面積為2A的N條裂紋而消耗殞盡，則新生裂紋所需支付的總表面能量為：（4.19）此時 于是得到： （4.20）式中為斷裂能。從式中（4.20）右項可見：球體愈大，則相對裂紋面積愈大；產(chǎn)生的熱應力裂紋數(shù)量愈多，則相對裂紋面積愈小。裂紋面積是構(gòu)件損傷程度的一種量度，愈小，則構(gòu)件的抗熱震損傷能力愈強。將式4.20中與試樣形狀有關(guān)的幾何因素除外，其倒數(shù)可視為材料的一種抗熱震損傷參數(shù)，于是得到抗熱震損傷參數(shù)的表示式： .（4.21）對于斷裂能相當?shù)臉?gòu)件而言，可視為常數(shù)，于是從式中（4.21）得出抗熱震損傷參數(shù)R4：.（4.

44、22）對比式（4.18）和式（4.22），可以看出，實際上與彈性應變能成反比，即彈性應變能是材料熱震損傷的動力。從式（4.21）還可以進一步作如下分析：根據(jù)斷裂力學理論：， 式中C為裂紋的半長度即，若熱震過程中產(chǎn)生了N條裂紋，則彈性應變能必需支付N倍的裂紋擴展新生表面所需的表面能量。根據(jù)以上分析可以得出結(jié)論，抗熱震損傷性能好的材料應變具有較高的彈性模量E和較低的強度f；提高其斷裂能、改善其斷裂韌性以及適量微裂紋的引入，將有利于抗熱震損傷性能的提高。致密高強度的陶瓷材料容易熱震炸裂，而多孔陶瓷則更適應于熱起伏的環(huán)境中，就是這個緣故?？篃嵴饟p傷理論，適合于多孔材料的熱震分析。5.4.5 裂紋的動態(tài)

45、擴展及熱震裂紋的穩(wěn)定性抗熱震斷裂理論，所注意到是裂紋成核問題；抗熱震損傷理論，所關(guān)心的是裂紋擴展問題。Hasselman從斷裂力學的觀點出發(fā)，提出：“裂紋擴展的動力是彈性應變能，裂紋擴展過程就是彈性應變能逐步釋放并支付表面能增量的過程，一旦全部彈性應變能向表面能轉(zhuǎn)化殆盡，裂紋的擴展就終止了?！薄＠碚撗芯拷Y(jié)果表明，對應于某一給定的臨界溫度差，有兩種不穩(wěn)定的臨界裂紋長度（短裂紋Lo和長裂紋L1），其擴展過程以及相應熱震強度衰減的變化規(guī)律如右圖所示。5.4.5.1 含有短裂紋模型體的裂紋擴展對于短裂紋Lo來說，當?shù)竭_了臨界溫度差Tc時，應變能釋放率超過了裂紋成核的表面能增量，于是多余的能量轉(zhuǎn)為裂紋擴

46、展的動能，驅(qū)使裂紋核繼續(xù)動態(tài)擴展。當應變能釋放殆盡時，裂紋就終止于長度L1，此時裂紋是在T=Tc的條件下處于亞臨界狀態(tài)。欲使其重新轉(zhuǎn)為失穩(wěn)態(tài)向前擴展，則需要一個溫度差增量，當溫度差增大到Tc時，裂紋就隨著溫度差的繼續(xù)增大而逐步擴展，并受裂紋穩(wěn)定性參數(shù)Rst所控制。TcRst= 由上圖可見，含有短裂紋Lo的模型體一旦受到臨界溫度差Tc的作用，強度就從原始o的突然下降到a，隨后是一個相當于亞臨界狀態(tài)的強度恒定階段，溫度差達Tc后強度重新又隨著裂紋的逐步擴展而相應地繼續(xù)下降。4.3.2 含有長裂紋模型體的裂紋擴展對于長裂紋L1而言，當?shù)竭_了臨界溫度差Tc后，長裂紋L1的擴展是準靜態(tài)的。這里既沒有多余

47、應變能的驅(qū)動作用，也不存在處于亞臨界狀態(tài)的裂紋。隨著熱震溫度差的逐步增大，裂紋相應地繼續(xù)擴展并由裂紋穩(wěn)定性參數(shù)Rst控制。顯然，在到達臨界溫度差Tc之后，隨著溫度差的繼續(xù)增大，其強度的下降表現(xiàn)出“連續(xù)而緩和”。5.4 耐火材料的選材要求5.4.1 由裂紋成核方面考慮上述對耐火材料抗熱震性評價的兩種理論，對處于熱震環(huán)境之中的耐火材料制品的選材、設(shè)計具有一定的指導作用。為了防止裂紋核的形成，要求材料具有較高的原始強度o、熱導率、熱擴散導溫系數(shù)a，以及較低的熱膨脹系數(shù)、彈性模量E。5.4.2 由裂紋擴展方面考慮Hasselman從陶瓷棒熱震裂紋成核后彈性應變能和斷裂表面能之間的平衡出發(fā)，求出熱震前強

48、度o和熱震后強度a的關(guān)系式：a/oo-3/2可見，材料的原始強度愈高，其熱震后強度的衰減愈大。由上式和R4可知，選擇耐火材料的依據(jù)應是盡量減少熱震裂紋的擴展程度。為此，材料應具有較高的斷裂表面能f和彈性模量E、較低的原始強度o、適當?shù)牧鸭y密度，這將使終止裂紋的長度L1較小，熱震后殘存強度a相應增大。5.4.3綜合熱震斷裂和熱震損傷兩個方面考慮綜合熱震斷裂和熱震損傷兩個方面，抗熱震性良好的耐火材料的物性因素可以這樣選擇確定：較低的熱膨脹系數(shù)；較高的熱導率、導溫系數(shù)a和斷裂表面能f。彈性模量E和強度f的大小選擇，在熱震斷裂和熱震損傷兩個方面是矛盾的，實際上彈性模量E和強度f之間具有相關(guān)性，二者之比

49、E/f一般為1000左右，考慮R4與強度f的方次關(guān)系，較小的強度f對于R4貢獻更大，且對R1基本沒有影響（二者方次相同）。5.4.4 提高耐火制品抗熱震性的工藝措施（1）選用具有較低的熱膨脹系數(shù)及較高的熱導率的材料為原料；（2）增大晶粒尺寸或配料顆粒度，以便擴大原始裂紋長度，是提高抗熱震性的有效措施；人為地在材料中引入適量的第二相材料（在制品燒成時產(chǎn)生體積膨脹或收縮的微粉），造成復相材料在溫度急變過程中易于形成微裂紋或微細孔隙，由此可使裂紋作準靜態(tài)連續(xù)穩(wěn)定擴展，并起到鈍化擴展裂紋尖端的應力集中作用。（3）調(diào)節(jié)配合料顆粒級配及成型壓力，使材料中保持一定的氣孔率；調(diào)整燒成制度使制品燒成時輕度欠燒或

50、輕燒，可使顆粒間存有微小空隙。（4）在允許的情況下，改變制品的形狀和尺寸等。5.4.5 抗熱震性試驗方法制品的抗熱震性試驗方法一般有兩種，一種是制品熱震后的端面損失循環(huán)次數(shù)法，是冶金部1976年頒布的YB 376-75檢驗標準；另一種是制品試樣熱震后的殘余強度法，是冶金部1991年批準，國家行業(yè)標準YB 4018-91。制品端面損失循環(huán)次數(shù)法，是將耐火制品一端加熱至1100，保溫20min后，將熱端浸入1030的流動水中50mm深，3min后取出于空氣中自然干燥5 10min。再將其重復操作，直至制品的試驗端面破損50%的循環(huán)次數(shù)，即為制品的抗熱震性能。試樣熱震殘余強度法，是將試樣加熱1000

51、保溫30min后，取出室內(nèi)空氣中自然冷卻至室溫，測定試樣的1次熱震殘余抗折強度。根據(jù)需要，可以測定加熱冷卻循環(huán)n(n=1、2、3、)次后的熱震殘余抗折強度。為了便于比較分析材料的各次熱震殘余強度的大小，常用殘余強度與原始強度的相對保持率K=n/o×100%，給出試樣的抗熱震性能。此外，國內(nèi)外還有其它的測試方法，如鑲板法等，各有千秋。5.6 抗渣性5.6.1 抗渣性定義定義：耐火材料在高溫抵抗熔渣侵蝕作用而不破壞的能力，稱為抗渣性。這里的熔渣是一個廣義的概念，涵概了高溫下與耐火材料相接觸的固體、液體、氣體三個狀態(tài)的物質(zhì)。例如，冶金爐料、燃料灰分、飛塵、水泥熟料、煅燒的石灰、爐體中比鄰的

52、化學性質(zhì)差異大的耐火材料、固態(tài)金屬物質(zhì)、焦碳等；金屬熔體、冶金熔渣、玻璃液等；煤氣、一氧化碳，氟、硫、鋅、堿等蒸氣 。熔渣侵蝕是耐火材料在使用過程中最常見的一種損壞形式，如煉鋼爐襯、鋼包襯、高爐爐腰爐缸內(nèi)襯、有色冶金爐襯、玻璃池窯的池壁池底、水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯等材料的損壞，基本上是熔渣侵蝕的結(jié)果。在耐火材料的實際使用中，有50%是由于熔渣侵蝕而損壞。5.6.2 熔渣侵蝕的形式上述熔渣物質(zhì)在高溫下一般形成液相物質(zhì)與耐火材料接觸，即固體物質(zhì)、氣體物質(zhì)在高溫下與耐火材料反應后，最終也會形成液相。所以，熔渣侵蝕的實質(zhì)是液相熔渣的侵蝕過程，即主要是耐火材料在熔渣中的溶解過程和熔渣向耐火材料內(nèi)部的侵入滲透過程

53、。熔渣侵蝕的形式可分為：（1）單純?nèi)芙猓耗突鸩牧吓c液相熔渣不發(fā)生化學反應的物理溶解過程。（2）反應溶解：耐火材料與液相熔渣在其界面處發(fā)生化學反應，耐火材料的工作面部分地轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿刍衔镂锒苋朐?，熔渣的化學組成也發(fā)生了改變。（3）侵入變質(zhì)溶解：高溫液相熔渣通過氣孔侵入耐火材料的內(nèi)部深處，向耐火材料中的液相或固相進行擴散，使耐火制品的組成與結(jié)構(gòu)發(fā)生質(zhì)的改變，使耐火材料易于溶入熔渣中。5.6.3 熔渣對耐火材料的單純?nèi)芙馊墼鼘δ突鸩牧系娜芙膺^程，存在著溶解度和溶解速度兩個因素。溶解度是耐火材料與熔渣在某一個溫度下處于相平衡狀態(tài)時，耐火材料在熔渣中的溶解程度，即飽和溶解度。飽和溶解度可由杠桿規(guī)則求

54、出，如右圖所示。F為耐火材料組成點，S為熔渣組成點，飽和溶解度Co =SL/FS×100%。實際的溶解過程并非是相平衡狀態(tài)，在溶解過程中，飽和溶解度Co只是處于耐火材料與熔渣的接觸面部位，距接觸面一定距離以外，是耐火材料溶入熔渣的實際濃度Cx，如右圖所示。耐火材料的溶解速度dC/dt為：(dC/dt)=D(Co-Cx)S/式中：D耐火材料通過擴散層的擴散系數(shù)；S熔渣與耐火材料的接觸面積；擴散層厚度。溫度改變，熔渣的粘度和擴散層厚度變化，物質(zhì)在熔渣擴散層中的擴散速度發(fā)生變化，溶解速度也發(fā)生變化。熔渣的流動程度對溶解速度影響很大。熔渣高速流動使擴散層變薄，溶解速度加大。5.6.4 熔渣對

55、耐火材料的反應溶解耐火材料在熔渣中的溶解多是反應溶解過程，反應溶解過程的速度取決于：熔渣中反應物離子通過熔體及擴散層擴散到熔渣與耐火材料接觸的相界面上的擴散速度、界面上的二者的反應速度、反應產(chǎn)物溶入熔渣并擴散離開界面的速度。并且主要地為三者中速度最慢的過程所控制。耐火材料與非金屬的液相熔渣作用引起的熔蝕，一般認為是由擴散傳質(zhì)所控制；而與熔融金屬等作用時，則是由界面反應速度控制。耐火材料與液相熔渣的反應速度快，低熔反應產(chǎn)物大量生成。若反應物或熔渣的粘度低時，反應物易于從反應界面處移走，材料表面又與新的熔渣層接觸發(fā)生反應。由此，耐火材料將被液相熔渣快速熔蝕。耐火材料與液相熔渣的反應速度慢，低熔反應

56、產(chǎn)物極少量生成。耐火材料難于被熔渣熔蝕。一般情況下，化學反應的酸堿性原則也適用于耐火材料與液相熔渣的反應程度。酸性耐火材料抗酸性渣能力強，堿性耐火材料抗堿性渣能力強。液相熔渣對耐火材料的熔蝕溶解速度，代表性的關(guān)系式為：d=A(T/)1/2t1/2式中：d耐火材料的蝕損量； A常數(shù)； T熔渣溫度；熔渣粘度；t反應時間。熔渣的溫度高、粘度小，耐火材料與熔渣易于反應，反應產(chǎn)物易于從接觸界面上移走，耐火材料的熔蝕程度相應就大。5.6.5 熔渣對耐火材料的侵入變質(zhì)溶解具有較大尺寸開口氣孔的耐火材料，液相熔渣對耐火材料的侵蝕不僅在接觸界面上進行，還能夠經(jīng)氣孔侵入滲透至材料的內(nèi)部進行。其侵入速度要比通過液相侵入或固相擴散都要大的多。由此，反應溶解的深度和面積擴大，使液相熔渣侵入?yún)^(qū)域內(nèi)的材料組成與結(jié)構(gòu)發(fā)生變質(zhì)，形成溶解度高的變質(zhì)層，加速了材料的熔蝕。此外，變質(zhì)層與材料本體的化學礦物組成、結(jié)構(gòu)等不同，高溫及力學性能也不同，若有溫度急變發(fā)生，變質(zhì)層極易從材料上