耐火材料工藝學(xué)講義

耐火材料工藝學(xué)課程意義耐火材料是冶金、建材、化工、機(jī)械等工業(yè)高溫窯爐及物件的重要基礎(chǔ)材料。了解它們的性能及選用合適的耐火材料對于生產(chǎn)控制及降低成本有重要的意義。本課程介紹常用耐火材料的基本性能，應(yīng)用范圍以及易懂的生產(chǎn)工藝與原料知識。

這門課程是從事涉及耐火材料生產(chǎn)、研究、應(yīng)用和貿(mào)易的人員的必修之課，其重要性不言而喻。緒論一、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；ISO的定義：耐火度不小于1500℃的非金屬材料及制品；

歷史悠久

5000年前出現(xiàn)了陶器；

2000年前有了瓷器；后來，開始使用天然原料，如硅線石磚；

1637年，石墨粘土坩鍋投入使用。二、耐火材料的發(fā)展概況3）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)，全國有1136家耐火材料生產(chǎn)企業(yè)

2005年統(tǒng)計(jì)，全國有1359家耐火材料生產(chǎn)企業(yè)

2006年統(tǒng)計(jì)，全國有1505家耐火材料生產(chǎn)企業(yè)中國耐火材料工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展1）解放前,幾乎都要進(jìn)口,只有幾家手工小廠生產(chǎn)粘土磚;2）計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代－中國耐火材料由33家重點(diǎn)企業(yè)扶持；中國耐火材料產(chǎn)量年份1980199019952000200220042006產(chǎn)量，百萬噸3.826.757.559.811.0018.732.4一方面，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下降；另一方面，鋼產(chǎn)量增加使得2002年以后中國耐火材料產(chǎn)量呈上升趨勢。

2002年、2004年和2006年，中國粗鋼產(chǎn)量分別為：1.8、2.8和4.1億噸；2007年在4.9億噸左右。另外，水泥工業(yè)的快速發(fā)展，也帶動(dòng)了耐火材料用量的大幅度增加。2003年突破7億噸，2006年，12.2億噸，2007年突破13.5億噸1994～2004年鋼產(chǎn)量與耐火材料單耗年份鋼產(chǎn)量（億t）噸鋼耐材消耗（kg/t）耐火材料用量（萬t）鎂質(zhì)材料比例（%）噸鋼鎂質(zhì)耐材消耗（Kg/t）鎂質(zhì)耐材用量（萬t）19947.2521.601566.225.05.40391.619957.5220.901572.325.55.33400.919967.5020.201515.026.05.25393.919977.9919.501557.926.55.17412.819987.7718.801461.327.05.08394.619997.8918.101428.127.54.98392.720008.4817.401474.828.04.87413.020018.5016.701419.828.54.76404.720029.0416.001446.129.04.64419.420039.6815.301481.529.54.51437.0200410.5414.501529.030.04.35458.71994～2004年水泥產(chǎn)量、耐火材料需求量及耐火材料單耗年份水泥產(chǎn)量（億t）耐火材料單耗（kg/t水泥）耐火材料用量（萬t）199413.700.99135.6199514.450.97140.2199614.930.95141.8199715.470.93143.9199815.400.91140.1199916.000.89142.4200016.500.87143.6200117.300.85147.1200218.000.83149.4200319.500.80156.0200420.000.79158.0中國耐火材料的發(fā)展歷程

手工制品—普通耐火材料制品—“三高”耐火材料制品—不定形耐火材料，碳復(fù)合耐火材料—功能化耐火材料潔凈鋼的生產(chǎn)對耐火材料提出了更高的要求，除了要求長壽以外，還要求對鋼水無污染；存在的問題和今后的發(fā)展

鋼鐵工業(yè)的競爭日趨激烈，耐火材料生產(chǎn)廠家面臨更大的成本壓力；

我我國國是是鋼鋼鐵鐵生生產(chǎn)產(chǎn)大大國國，，也也是是耐耐火火材材料料需需求求大大國國。。全國國僅僅冶冶金金企企業(yè)業(yè)年年耗耗耐耐火火材材料料價(jià)價(jià)值值達(dá)達(dá)300多億億元元

耐耐火火材材料料資資源源消消耗耗大大

耐耐火火材材料料能能源源消消耗耗大大

耐耐火火材材料料污污染染中國國耐耐火火材材料料企企業(yè)業(yè)的的研研發(fā)發(fā)力力量量有有待待加加強(qiáng)強(qiáng)。。不不能能僅僅僅僅作作為為一一個(gè)個(gè)加加工工基基地地；；▼加強(qiáng)強(qiáng)耐耐火火材材料料應(yīng)應(yīng)用用基基礎(chǔ)礎(chǔ)研研究究（（體體系系））→Al2O3-SiO2系耐耐火火材材料料→→碳碳復(fù)復(fù)合合耐耐火火材材料料→堿堿性性耐耐火火材材料料→→非非氧氧化化物物耐耐火火材材料料▼應(yīng)注注意意可可持持續(xù)續(xù)發(fā)發(fā)展展戰(zhàn)戰(zhàn)略略。。如如：：礦礦山山的的管管理理、、耐耐火火材材料料的的回回收收利利用用、、環(huán)環(huán)境境友友好好耐耐火火材材料料的的使使用用；；三、、耐耐火火材材料料的的分分類類耐火火材材料料的的分分類類方方法法很很多多，，其其中中主主要要有有化化學(xué)學(xué)屬屬性性分分類類法法、、化化學(xué)學(xué)礦礦物物組組成成分分類類法法、、生生產(chǎn)產(chǎn)工工藝藝和和使使用用部部位位分分類類法法、、材材料料形形態(tài)態(tài)分分類類法法等等多多種種方方法法1、按按化化學(xué)學(xué)屬屬性性分分類類酸性性耐耐火火材材料料中性性耐耐火火材材料料堿性性耐耐火火材材料料硅質(zhì)質(zhì)耐耐火火材材料料中游游離離二二氧氧化化硅硅含含量量很很高高(大于于94%)，是是酸酸性性最最強(qiáng)強(qiáng)的的耐耐火火材材料；；粘土土質(zhì)質(zhì)耐耐火火材材料料與硅硅質(zhì)質(zhì)耐耐火火材材料料相相比比，，游游離離二二氧氧化化硅硅含含量量較較少少，，是是弱弱酸酸性性的；；半硅硅質(zhì)質(zhì)耐耐火火材材料料居于于期期間間。。也有有將將鋯鋯英英石石質(zhì)質(zhì)耐耐火火材材料料和和碳碳化化硅硅質(zhì)質(zhì)耐耐火火材材料料歸歸入入酸酸性性耐耐火火材材料料的的，，因因?yàn)闉榇舜祟愵惒牟牧狭现兄泻杏休^較高高的的SiO2或在在高高溫溫狀狀態(tài)態(tài)下下能能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉镾iO2。對酸酸性性介介質(zhì)質(zhì)的的侵侵蝕蝕具具有有較較強(qiáng)強(qiáng)的的抵抵抗抗能能力力酸性性耐耐火火材材料料是指指其其中中含含有有一一定定數(shù)數(shù)量量二氧氧化化硅硅的耐耐火火材材料料。。中性性耐耐火火材材料料中性耐火火材料按按嚴(yán)格意意義講是是指碳質(zhì)耐火材料料。通常常也將以以三價(jià)氧氧化物為為主體的的高鋁質(zhì)質(zhì)、剛玉玉質(zhì)、鋯鋯剛玉質(zhì)質(zhì)、鉻質(zhì)質(zhì)耐火材材料歸入入中性耐耐火材料料。因?yàn)闉榇祟惒牟牧虾杏休^多量量的兩性性氧化物物如Al2O3、Cr2O3等。此類耐火火材料在在高溫狀狀況下對酸、堿堿性介質(zhì)質(zhì)的化學(xué)學(xué)侵蝕都都具有一一定的穩(wěn)穩(wěn)定性，，尤其對對弱酸、、弱堿的的侵蝕具具有較好好的抵抗抗能力。。堿性耐火火材料一般是指指以MgO、CaO或以MgO··CaO為主要成成分的耐耐火材料料，如鎂鎂質(zhì)、石石灰質(zhì)、、鎂鉻質(zhì)質(zhì)、鎂硅硅質(zhì)、白白云石質(zhì)質(zhì)耐火制制品及其其不定形形材料。。鎂質(zhì)、、石灰質(zhì)質(zhì)、白云云石質(zhì)耐耐火材料料為強(qiáng)堿堿性耐火火材料；；鎂鉻質(zhì)質(zhì)、鎂硅硅質(zhì)及尖尖晶石質(zhì)質(zhì)耐火材材料為弱弱堿性耐耐火材料料。這類耐火火材料的的耐火度度都比較較高，對對堿性介介質(zhì)的化化學(xué)侵蝕蝕具有較較強(qiáng)的抵抵抗能力力。硅質(zhì)耐火火材料、、鎂質(zhì)耐耐火材料料、白云云石質(zhì)火火材料、、鉻質(zhì)火火材料、、碳質(zhì)火火材料、、鋯質(zhì)火火材料和和特種火火材料2.按化學(xué)礦物物組成分分類鎂質(zhì)耐火火材料：指以鎂砂砂為主要要原料，，以方鎂鎂石為主主晶相，，MgO含量大于于80%的堿性耐耐火材料料。通常常依其化化學(xué)組成成不同分分為：鎂質(zhì)制品品：MgO含量≥87%，主要礦礦物為方方鎂石；；鎂鋁質(zhì)制制品：含含MgO>75%，Al2O3一般為7-8%，主要礦礦物成分分為方鎂鎂石和鎂鋁尖晶晶石（MgO·Al2O3）；鎂鉻質(zhì)制制品：含含MgO>60%，Cr2O3一般在20%以下，主主要礦物物成分為為方鎂石石和鉻尖晶晶石；鎂鈣質(zhì)制制品：主主要礦物物成分除除方鎂石石外還含含有一定定量的硅硅酸二鈣鈣。硅質(zhì)耐火火材料：含SiO2在90%以上的材材料通常常稱為硅硅質(zhì)耐火火材料，，主要包包括硅磚磚及熔融融石英制制品。硅硅磚以硅硅石為主主要原料料生產(chǎn)，，其SiO2含量一般般不低于于94%，主要礦礦物組成成為磷石石英和方方石英；；碳復(fù)合耐耐火材料料：碳復(fù)合耐耐火材料料是指以以不同形形態(tài)的碳碳素材料料與相應(yīng)應(yīng)的耐火火氧化物物復(fù)合生生產(chǎn)的耐耐火材料料。一般般而言，，碳復(fù)合合材料主主要包括括鎂碳制制品、鎂鎂鋁碳制制品、鋯鋯碳制品品、鋁碳碳制品等等。白云石質(zhì)質(zhì)耐火材材料：以天然白白云石為為主要原原料生產(chǎn)產(chǎn)的堿性性耐火材材料稱為為白云石石質(zhì)耐火火材料。。主要化化學(xué)成分分為30-42%的MgO和40-60%的CaO，二者之之和一般般應(yīng)大于于90%。其主要要礦物成成分為方方鎂石和和方鈣石石（氧化化鈣）。。特種耐火火材料：上述分類類所不能能包括的的材料，，此類材材料除其其化學(xué)組組成比較較特殊，，不宜歸歸類到上上述類別別中外，，通常它它們還具具有各自自的較為為突出的的特點(diǎn)，，如優(yōu)良良的熱震震穩(wěn)定性性、抗渣渣性等，，利用這這些特點(diǎn)點(diǎn)往往用用于特定定的使用用條件含鋯耐火火材料：含鋯耐火火材料是是指以氧氧化鋯（（ZrO2），鋯英英石等含含鋯材料料為原料料生產(chǎn)的的耐火材材料。含含鋯耐火火材料制制品通常常包括鋯鋯英石制制品、鋯鋯莫來石石制品、、鋯剛玉玉制品等等。3、根據(jù)耐耐火度的的高低普通耐火火材料：：1580～1770℃高級耐火火材料：：1770～2000℃特級耐火火材料：：>2000℃4、依據(jù)外外觀形狀狀及尺寸寸的不同同定型耐火火制品：包括標(biāo)標(biāo)型磚、、異型磚磚、特異異型磚、、坩堝、、管、器器皿及其其它形狀狀復(fù)雜的的制品等等；不定型耐耐火材料料：包括澆澆注料、、搗打料料、投射射料、噴噴涂料、、可塑料料等耐火火泥漿。。5、按照生生產(chǎn)工藝藝燒成制品品、熔鑄鑄制品和和不燒制制品三、耐火材料料生產(chǎn)的基本本工藝耐火原料的加工

（選礦與提純煅燒、破碎）坯料的制備（顆粒選擇、粉料儲(chǔ)存、配料、混練）成型（半干法、可塑法注漿法）干燥煅燒本課程學(xué)要了了解和掌握的的內(nèi)容什么是耐火材材料；不同耐火材料料制品的組成成、性能和相相關(guān)檢測方法法；不同品種的耐耐火材料生產(chǎn)產(chǎn)的工藝要點(diǎn)點(diǎn)和流程；相關(guān)的物理化化學(xué)原理；耐火材料損毀毀機(jī)理及提高高耐火材料質(zhì)質(zhì)量的途徑；；耐火材料的應(yīng)應(yīng)用；第一章耐耐火材料的組組織結(jié)構(gòu)與性性能耐火材料是構(gòu)構(gòu)筑熱工設(shè)備備的高溫結(jié)構(gòu)構(gòu)材料，面臨臨：承受高溫作用用；機(jī)械應(yīng)力力；熱應(yīng)力；；高溫氣體；；熔體以及固固體介質(zhì)的侵侵蝕、沖刷、、磨損。為了保證熱工工設(shè)備的正常常運(yùn)行，所選選用的耐火材材料必須具備備能夠滿足和和適應(yīng)各種使使用環(huán)境和操操作條件。。耐火材料的性性質(zhì)主要包括括化學(xué)-礦物組成、組組織結(jié)構(gòu)、力力學(xué)性質(zhì)、熱熱學(xué)性質(zhì)及高高溫使用性質(zhì)質(zhì)等。通常按照熱工工設(shè)備的工作作性質(zhì)與操作作環(huán)境，來研研制、設(shè)計(jì)、、生產(chǎn)或選擇擇能適應(yīng)操作作環(huán)境、滿足足使用要求的的耐火材料各國的檢驗(yàn)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)有所不同同，由于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室條件下的的檢驗(yàn)和實(shí)際際有一定的差差距；實(shí)驗(yàn)室室的檢驗(yàn)結(jié)果果僅起到預(yù)測測作用蘇聯(lián)：TOCT日本：JIS（JapaneseIndustrialStandards）英國：BSI（BritishStandardsInstitution）美國：ASTM（AmericanSocietyofTestingMaterials）中國：GB耐火材料的化學(xué)成分、礦物組成及微觀結(jié)構(gòu)決定了耐火材材料的性質(zhì)；；⑴化學(xué)組成化學(xué)組成是耐耐火材料最基基本的特性，，是決定耐火火材料的物相相組成以及很很多重要性質(zhì)質(zhì)如抗渣侵蝕蝕性能、耐高高溫性能、力力學(xué)性能等的的重要基礎(chǔ)。。1.1耐火材料的化化學(xué)-礦物組成根據(jù)含量分：：主成分、雜質(zhì)質(zhì)成分、添加加成分添加成分耐火材料的化化學(xué)組成中除除主要成分和和雜質(zhì)成分外外有時(shí)為了制制作工藝的需需要或改善某某些性能往往往人為地加入入少量的添加加成分，引入入添加成分的的物質(zhì)稱為添添加劑。引入添加成分分的物質(zhì)稱為為添加劑。按按照添加劑的的目的和作用用不同可分為為礦化劑、穩(wěn)穩(wěn)定劑、促燒燒劑、促凝劑劑等。主成分是指在耐火材材料中對材料料的性質(zhì)起決決定作用并構(gòu)構(gòu)成耐火材料料基體的成分分。耐火材料料按其主成分分的化學(xué)性質(zhì)質(zhì)可分為酸性性耐火材料、、中性耐火材材料和堿性耐耐火材料。雜質(zhì)成分耐火材料中由由原料及加工工過程中帶入入的非主要成成分的化學(xué)物物質(zhì)（氧化物物、化合物等等）稱為雜質(zhì)質(zhì)。雜質(zhì)的存存在往往能與與主要成分在在高溫下發(fā)生生反應(yīng)，生成成低熔性物質(zhì)質(zhì)或形成大量量的液相，從從而降低耐火火材料基體的的耐火性能，，故也稱之為為熔劑?；|(zhì)：填充于主晶相相之間的不同同成分的結(jié)晶晶礦物（次晶晶相）和玻璃璃相統(tǒng)稱為，，也稱為結(jié)合合相。基質(zhì)的的組成和形態(tài)態(tài)對耐火制品品的高溫性質(zhì)質(zhì)和抗侵蝕性性能起著決定定性的影響。。⑵礦物組成礦物組成可分分為兩大類：：結(jié)晶相與玻玻璃相，其中中結(jié)晶相又分分為主晶相和次晶晶相。主晶相：是指構(gòu)成耐火火制品結(jié)構(gòu)的的主體而且熔熔點(diǎn)較高的結(jié)結(jié)晶相主晶相相的性質(zhì)、數(shù)數(shù)量、結(jié)合狀狀態(tài)直接決定定著耐火制品品的性質(zhì)；；次晶相：又稱第二固相相，是在高溫溫下與主晶相相共存的第二二晶相。耐火制品的顯顯微組織結(jié)構(gòu)構(gòu)表征的是耐耐火材料中主主晶相與基質(zhì)質(zhì)間的結(jié)合形形態(tài)。耐火材料主晶晶相與基質(zhì)的的結(jié)合形態(tài)有有兩種：陶瓷結(jié)合與直直接結(jié)合。1.2耐火材料的顯顯微結(jié)構(gòu)陶瓷結(jié)合：又稱為硅酸酸鹽結(jié)合，其其結(jié)構(gòu)特征是是耐火制品主主晶相之間由由低熔點(diǎn)的硅硅酸鹽非晶質(zhì)質(zhì)和晶質(zhì)聯(lián)結(jié)結(jié)在一起而形形成結(jié)合。直接結(jié)合：是指耐火制品品中，高熔點(diǎn)點(diǎn)的主晶相之之間或主晶相相與次晶相間間直接接觸產(chǎn)產(chǎn)生結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的一種結(jié)合合。陶瓷結(jié)合直接結(jié)合耐火材料（或或耐火制品））中氣孔體積積與總體積之之比稱為氣孔孔率。耐火材材料中的氣孔孔可分為三類類：開口氣孔孔（顯氣孔））、貫通氣孔孔、封閉氣孔孔。1.3耐火材料的常常溫物理性質(zhì)質(zhì)⑴氣孔率其中：Pa—為顯氣孔率V1—為制品中開口口氣孔的體積積V0—為制品的總體體積，即試樣樣外表面圍成成的體積亦稱表觀觀體積。氣孔產(chǎn)生的原原因：1）原料中的氣氣孔（原料沒沒有燒好）；；2）制品成型時(shí)時(shí)，顆粒間的的氣孔；表示方法：其中：Pa顯氣孔率，m1干燥試樣的質(zhì)質(zhì)量，m2飽和試樣懸浮浮在液體中的的質(zhì)量，m3飽和試樣在空空氣中的質(zhì)量量。測量顯氣孔率率（GB/T2997-2000）：吸水率是指耐耐火制品中全全部開口氣孔孔吸滿水時(shí)，，制品所吸收收水的重量與與制品重量之之比。吸水率率實(shí)質(zhì)上是反反映制品中開開口氣孔量的的一個(gè)指標(biāo)。。W=G1/G*100%式中G干燥式樣質(zhì)量量G1試樣開口氣孔孔中吸滿的水水的質(zhì)量W吸水率粒狀（大于2.0mm）耐火材料吸吸水率的測定定，按照GB/T2999-2002測定意義：判斷原料或或制品質(zhì)量的的好壞、燒結(jié)結(jié)與否、是否否致密。同時(shí)時(shí)可以預(yù)測耐耐火材料的抗抗渣性、透氣氣性能和熱震震穩(wěn)定性能。。（2）吸水率耐火制品單位位表觀體積的的質(zhì)量稱為體體積密度，表表示干燥制品品的質(zhì)量與其其總體積之比比，通常用kg/m3或g/cm3表示。式中：Db為體積密度（（g/cm3）G為干試樣質(zhì)量量gVb為試樣表觀體體積cm3GB/T2997-2000式中ρb體積密度，ρing試樣溫度下，，浸漬液體的的密度，其他他符號同上（3）體積密度耐火材料的質(zhì)質(zhì)量與其真體體積（即不包包括氣孔體積積）之比，稱稱為真密度，，通常也用g/cm3來表示。式中：Dt為真密度（g/cm3）G為干試樣質(zhì)量量gVt為試樣真體積積cm3真比重的概念念：單位體積積耐火材料的的重量與4℃單位體積水水的重量之之比值。（4）真密度與與真比重從數(shù)值上來來說，真密密度和真比比重是相等等的式中：Q為氣體透過過的數(shù)量（（升）；d為式樣的厚厚度（米））；A為試樣的橫橫截面積（（平方米））；t為氣體透過過時(shí)間（小小時(shí)）；P1-P2為試樣兩端端氣體壓力力差（毫米米水柱）；；K為透氣度系系數(shù)，也稱稱透氣率（（升·米/米2·毫米水柱·小時(shí)）（5）透氣度透氣度是表表示氣體通通過耐火制制品難易程程度的特征征值，其物物理意義是是在一定時(shí)時(shí)間內(nèi)和一一定壓差下下氣體透過過一定斷面面和厚度的的氣體的量量：1.4耐火材料的的熱學(xué)性質(zhì)質(zhì)和導(dǎo)電性性耐火材料的的體積或長長度隨著溫溫度的升高高而增大的的物理性質(zhì)質(zhì)稱為熱膨膨脹。耐火材料的的熱膨脹可可以用線膨膨脹系數(shù)或或體膨脹系系數(shù)表示，，也可以用用線膨脹百百分率或體體積膨脹百百分率表示示。膨脹系數(shù)是是指耐火材材料由室溫溫加熱至試試驗(yàn)溫度的的區(qū)間內(nèi)，，溫度每升升高1℃，試樣體積積或長度的的相對變化化率。（1）熱膨脹耐火材料作作為構(gòu)筑熱熱工設(shè)備的的結(jié)構(gòu)材料料，常常在在溫度變化化條件下使使用。因此此，耐火材材料的熱膨膨脹既是其其重要的使使用性能，，也是工業(yè)業(yè)窯爐等高高溫?zé)峁ぴO(shè)設(shè)備進(jìn)行結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的的重要參數(shù)數(shù)。測定：按照照國家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)GB/T7320.1-2000(頂桿法)GB/T7320.2-2000(望遠(yuǎn)鏡法)熱膨脹率的的意義：窯爐設(shè)計(jì)計(jì)的重要參參數(shù)、預(yù)留留膨脹縫的的依據(jù)，可可間接判斷斷耐材熱震震穩(wěn)定性能能，為什么留膨膨脹縫？堿性耐火材材料的熱膨膨脹系數(shù)比比酸性耐火火材料大；；鍵強(qiáng)度高的的材料具有有低的熱膨膨脹系數(shù)（（如SiC）；組成相相同的材料料，晶體結(jié)結(jié)構(gòu)不同，，其熱膨脹脹系數(shù)也不不同；加熱過程中中，存在多多晶轉(zhuǎn)變的的材料，其其熱膨脹系系數(shù)也要發(fā)發(fā)生相應(yīng)的的變化（鱗鱗石英、方方石英）。。耐火材料的的熱膨脹性性能取決于于它的化學(xué)學(xué)礦物組成成，且與耐耐火材料中中結(jié)晶相的的晶體結(jié)構(gòu)構(gòu)及鍵強(qiáng)度度密切相關(guān)關(guān)。通常：：其中中：：λ—導(dǎo)熱熱率率，，單單位位：：焦焦?fàn)枲?米·秒·K（W/m··K）；；ΔQ—ΔΔt時(shí)間間沿沿x軸方方向向穿穿過過ΔF截面面上上的的熱熱量量（（焦焦耳耳））；；—沿x軸方方向向的的溫溫度度梯梯度度（（K··m-1）。。耐火火材材料料的的導(dǎo)導(dǎo)熱熱率率是是指指單位位溫溫度度梯梯度度下，，單位位時(shí)時(shí)間間內(nèi)通通過過單位位垂垂直直面面積積的熱量量，用用λ表示示：：（2）熱熱導(dǎo)導(dǎo)率率耐火火材材料料中中所所含含的的氣氣孔孔對對其其導(dǎo)導(dǎo)熱熱率率的的影影響響最最大大。。一一般般來來說說，，在在一一定定的的溫溫度度范范圍圍內(nèi)內(nèi)，，對對一一定定范范圍圍的的氣氣孔孔率率，，氣氣孔孔率率越越大大，，導(dǎo)導(dǎo)熱熱率率越越低低。。耐耐火火材材料料的的化化學(xué)學(xué)礦礦物物組組成成對對材材料料的的導(dǎo)導(dǎo)熱熱率率也也有有明明顯顯影影響響。。晶體體中中的的各各種種缺缺陷陷、、雜雜質(zhì)質(zhì)以以及及晶晶粒粒界界面面都都會(huì)會(huì)引引起起格格波波的的散散射射，，也也等等效效于于聲聲子子平平均均自自由由程程的的減減小小，，從從而而降降低低熱熱導(dǎo)導(dǎo)率率。。測定定：：按按照照國國家家標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)GB/T17106-1997(平行行熱熱線線法法)或GB/T5990-1986(十字字熱熱線線法法)熱容容也也稱稱比比熱熱容容是是耐耐火火材材料料的的一一個(gè)個(gè)重重要要熱熱學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)，，它它是是表表示示材材料料受受熱熱后后溫溫度度升升高高情情況況的的參參數(shù)數(shù)。。任任何何物物質(zhì)質(zhì)受受熱熱后后溫溫度度都都要要升升高高，，但但不不同同的的物物質(zhì)質(zhì)溫溫度度升升高高1℃℃所需需要要的的熱熱量量不不同同，，工工程程上上用用在在常常壓壓下下加加熱熱1公斤斤物物質(zhì)質(zhì)升升高高1℃℃所需需要要的的熱熱量量（（以以KJ計(jì)））來來表表示示和和衡衡量量這這一一性性質(zhì)質(zhì)，，稱稱為為熱熱容容。。工程上上所用用的平平均熱熱容是是指從從溫度度T1到T2所吸收收的熱熱量的的平均均值。。平均均熱容容是比比較粗粗略的的，溫溫度范范圍越越大，，精度度越差差，應(yīng)應(yīng)用時(shí)時(shí)要特特別注注意使使用的的溫度度范圍圍。（3）熱容容耐火材材料通通常在在室溫溫下是是電的的不良良導(dǎo)體體，隨隨溫度度升高高，電電阻減減小，，導(dǎo)電電性增增強(qiáng)。。若將將材料料加熱熱至熔熔融狀狀態(tài)，，則會(huì)會(huì)呈現(xiàn)現(xiàn)較強(qiáng)強(qiáng)的導(dǎo)導(dǎo)電能能力。。某些耐耐火材材料具具有導(dǎo)導(dǎo)電性性，如如含碳碳耐火火制品品具有有導(dǎo)電電性，，而二二氧化化鋯制制品在在高溫溫下也也具有有較好好的導(dǎo)導(dǎo)電性性，可可以作作為高高溫下下的發(fā)發(fā)熱體體。（4）導(dǎo)電電性判斷耐耐火材材料力力學(xué)性性質(zhì)的的指標(biāo)標(biāo)通常常包括括耐壓強(qiáng)強(qiáng)度、、抗折折強(qiáng)度度、扭扭轉(zhuǎn)強(qiáng)強(qiáng)度、、耐磨磨性、、彈性性模量量及高高溫蠕蠕變等等。1.5耐火材材料的的力學(xué)學(xué)性質(zhì)質(zhì)耐火材材料的的力學(xué)學(xué)性質(zhì)質(zhì)是指指制品品在不不同條條件下下的強(qiáng)強(qiáng)度等等物理理指標(biāo)標(biāo)，是表征征耐火火材料料抵抗抗不同同溫度度下外外力造造成的的形變變和應(yīng)應(yīng)力而而不破破壞的的能力力。式中Cs—耐火制制品的的耐壓壓強(qiáng)度度，單單位：：MPa；P—試樣破破壞時(shí)時(shí)所承承受的的極限限壓力力，牛牛頓；；A—試樣承承受載載荷的的面積積，平平方毫毫米。。（1）耐壓壓強(qiáng)度度耐火材材料的的耐壓壓強(qiáng)度度包括括常溫溫耐壓壓強(qiáng)度度和高高溫耐耐壓強(qiáng)強(qiáng)度，，分別別是指指常溫溫和高高溫條條件下下，耐耐火材材料單單位面面積上上所能能承受受的最最大壓壓力，，以牛牛頓/毫米2（或MPa）表示示。可可按下下式計(jì)計(jì)算：：耐壓強(qiáng)強(qiáng)度指指標(biāo)通通?？煽梢苑捶从成a(chǎn)中中工藝藝制度度的變變動(dòng)。。常溫耐耐壓強(qiáng)強(qiáng)度表明制制品的的成型型坯料料加工工質(zhì)量量、成成型坯坯體結(jié)結(jié)構(gòu)的的均一一性及及磚體體燒結(jié)結(jié)情況況良好好。因因此，，常溫溫耐壓壓強(qiáng)度度也是是檢驗(yàn)驗(yàn)現(xiàn)行行工藝藝狀況況和制制品均均一性性的可可靠指指標(biāo)。。高溫耐耐壓強(qiáng)強(qiáng)度則反映映了耐耐火材材料在在高溫溫下結(jié)結(jié)合狀狀態(tài)的的變化化。特特別是是加入入一定定數(shù)量量結(jié)合合劑的的耐火火可塑塑料和和澆注注料，，由于于溫度度升高高，結(jié)結(jié)合狀狀態(tài)發(fā)發(fā)生變變化時(shí)時(shí)，高高溫耐耐壓強(qiáng)強(qiáng)度的的測定定更為為有用用。測定致致密定定形：：國家家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)GB/T5072-1985或GB/T5072.1-1998(無襯墊墊仲裁裁試驗(yàn)驗(yàn))耐火材材料的的抗折折強(qiáng)度度包括括常溫溫抗折折強(qiáng)度度和高高溫抗抗折強(qiáng)強(qiáng)度，，分別別是指指常溫溫和高高溫條條件下下，耐耐火材材料單單位截截面積積上所所能承承受的的極限限彎曲曲應(yīng)力力，以以牛頓頓/毫米2（或MPa）表示示。它它表征征的是是材料料在常常溫或或高溫溫條件件下抵抵抗彎彎矩的的能力力，采采用三三點(diǎn)彎彎曲法法測量量時(shí)，，可按按下式式計(jì)算算：（2）抗折折強(qiáng)度度式中：：R—抗折強(qiáng)強(qiáng)度，，N/mm2（MPa）；W—試樣斷斷裂時(shí)時(shí)所施施加的的最大大載荷荷，N；l—試樣底底面兩兩支撐撐點(diǎn)之之間的的距離離，mm；b—上刀口口部位位試樣樣的寬寬度，，mm；d—上刀口口部位位試樣樣的厚厚度，，mm。當(dāng)材料料在高高溫下下承受受小于于其極極限強(qiáng)強(qiáng)度的的某一一恒定定荷重重時(shí)，，產(chǎn)生生塑性性變形形，變變形量量會(huì)隨隨時(shí)間間的增增長而而逐漸漸增加加，甚甚至?xí)?huì)使材材料破破壞，，這種種現(xiàn)象象叫蠕蠕變。。根據(jù)施施加荷荷重形形式的的不同同可分分如高溫壓壓縮蠕蠕變、、高溫溫拉伸伸蠕變變、高高溫抗抗折蠕蠕變等等。高溫壓壓縮蠕蠕變的的表示示方法法一般般以某某一恒恒定溫溫度（（℃））和荷荷重（（MPa）條件件下，，制品品的變變形量量（%）與時(shí)時(shí)間（（h）的關(guān)關(guān)系曲曲線即即蠕變變曲線線來表表示，，也可可用某某一時(shí)時(shí)段內(nèi)內(nèi)（如如25-50小時(shí)））制品品的變變形量量（%）來表表示。。國家標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)GB/T5073-2005（3）高溫溫蠕變變性能能（4）彈性性模量量材料在在其彈彈性范范圍內(nèi)內(nèi)（即即符合合虎克克定律律的彈彈性體體），，在荷荷載σ（應(yīng)力力）的的作用用下，，產(chǎn)生生變形形ε（應(yīng)變變），，當(dāng)荷荷載去去除后后，材材料仍仍恢復(fù)復(fù)原來來的形形狀和和尺寸寸，此此時(shí)應(yīng)應(yīng)力和和應(yīng)變變的比比值稱稱為彈彈性模模量，，也稱稱楊氏氏模量量。它它表示示材料料抵抗抗變形形的能能力，，可用用下式式表示示：式中：E—彈性模量量；σ—材料所受受應(yīng)力；；ε—材料相對對長度變變化。材料的彈彈性模量量在一定定條件下下是一個(gè)個(gè)定值，，即與外外力的大大小無關(guān)關(guān)，屬于于材料的的固有力力學(xué)性質(zhì)質(zhì)。從上上式可以以看出材材料的彈彈性模量量愈大在在相同的的應(yīng)力下下應(yīng)變愈愈小。彈彈性模量量是材料料的重要要彈性力力學(xué)參數(shù)數(shù)，它是是材料中中原子間間結(jié)合（（鍵合））強(qiáng)度的的反映，，當(dāng)材料料受到拉拉應(yīng)力時(shí)時(shí)，原子子間距加加大，隨隨著荷載載的增加加原子間間距不斷斷增大。。鍵合愈愈強(qiáng)，使使得原子子間距增增大所需需的應(yīng)力力愈大，，因而材材料的彈彈性模量量就較高高。所以,彈性模量量的大小小是衡量量材料在在彈性范范圍內(nèi)受受到應(yīng)力力破壞之之前所產(chǎn)產(chǎn)生的應(yīng)應(yīng)變量，，在很大大程度上上反映了了材料的的結(jié)構(gòu)特特征。彈彈性模量量小的材材料可以以允許有有較大的的應(yīng)變而而不破壞壞，反之之允許的的應(yīng)變量量就小，，因此彈彈性模量量與材料料由于溫溫度梯度度造成的的熱應(yīng)力力有直接接的關(guān)系系，也就就對材料料的熱震震穩(wěn)定性性有直接接的影響響。一般般地，材料的彈彈性模量量與其熱熱震穩(wěn)定定性呈反反比關(guān)系系。耐火材料料制品在在各種不不同的窯窯爐中服服役時(shí)，，長期處處于高溫溫狀態(tài)下下。耐火火材料耐耐高溫的的性質(zhì)好好壞能否否滿足各各類窯爐爐工作條條件的要要求，是是材料選選用的重重要依據(jù)據(jù)，因此此耐火制制品的高高溫性質(zhì)質(zhì)也是最最重要的的基本性性質(zhì)。1.6耐火材料料的高溫溫使用性性質(zhì)耐火材料料在無荷荷重條件件下，抵抵抗高溫溫作用而而不熔化化的性質(zhì)質(zhì)稱為耐耐火度。。與有固定定熔點(diǎn)的的結(jié)晶態(tài)態(tài)物質(zhì)不不同，耐耐火材料料一般是是由多種種礦物組組成的多多相固體體混合物物，沒有有固定的的熔點(diǎn)。。其熔融融是在一一定溫度度范圍內(nèi)內(nèi)進(jìn)行的的，當(dāng)對對其加熱熱升溫至至某一溫溫度時(shí)開開始出現(xiàn)現(xiàn)液相（（即固定定的開始始熔融溫溫度），，繼續(xù)加加熱溫度度仍然繼繼續(xù)升高高、液相相量也隨隨之增多多，直至至升至某某一溫度度全部變變?yōu)橐合嘞啵垂坦潭ǖ娜廴廴诮K了了溫度）），在這這個(gè)溫度度范圍內(nèi)內(nèi)，液相相與固相相同時(shí)存存在。（1）耐火度度耐火度是是一個(gè)技技術(shù)指標(biāo)標(biāo)，將被被測制品品按一定定方法制制成截頭頭三角錐錐，上底底每邊長長2mm,下底每邊邊長8mm,高30mm,截面成等等邊三角角形。試試錐以一一定升溫溫速度加加熱，由由于其自自重的影影響而逐逐漸變形形彎倒（（達(dá)到某某一溫度度開始出出現(xiàn)液相相，溫度度繼續(xù)升升高液相相量逐漸漸增加,粘度減小小，試錐錐在重力力作用逐逐漸軟化化彎倒）），當(dāng)其其彎倒至至頂點(diǎn)與與底接觸觸的溫度度，即為為試樣的的耐火度度。熔點(diǎn)指純純物質(zhì)的的結(jié)晶相相與液湘湘處于平平衡時(shí)的的溫度；；熔點(diǎn)是一一個(gè)物理理常數(shù)；；耐火度與與熔點(diǎn)的的區(qū)別：：意義：評評價(jià)原料料純度和和難熔程程度高溫荷重重軟化溫溫度在一一定程度度上能表表明耐火火制品在在與其使使用情況況相近的的條件下下的結(jié)構(gòu)構(gòu)強(qiáng)度與與變形情情況，因因而是耐耐火制品品的重要要性能指指標(biāo)。（2）高溫荷荷重軟化化溫度耐火材料料的高溫溫荷重軟軟化溫度度也稱為為高溫荷荷重變形形溫度，，表示材材料在溫溫度與荷荷重雙重重作用下下抵抗變變形的能能力。耐火制品品的荷重重軟化溫溫度取決決于制品品的化學(xué)學(xué)-礦物組成成、組織織結(jié)構(gòu)、、顯微結(jié)結(jié)構(gòu)、液液相的性性質(zhì)、結(jié)結(jié)晶相與與液相的的比例及及相互作作用等。。一般是將將被測制制品按一一定方法法制成高高50mm、直徑30mm，上下直直徑平行行的直圓圓柱體置置于高溫溫電阻爐爐中，在在0.2MPa的固定載載荷下，，以一定定的升溫溫速度均均勻加熱熱，測定定試樣壓壓縮0.6%、4%、40%時(shí)的溫度度。試樣壓縮縮0.6%時(shí)的變形形溫度即即為試樣樣的荷重重軟化開開始溫度度，即通通常所說說的荷重重軟化點(diǎn)點(diǎn)。4％（2mm）－變形形溫度；；40％（20mm）－潰裂裂點(diǎn)；耐火制品品荷重軟軟化溫度度的測定定：化學(xué)礦物物組成；；生產(chǎn)工藝藝；體積積密度大大，荷軟軟溫度較較高。測定條件件；升溫溫速率快快，荷軟軟溫度較較高。影響荷重重軟化溫溫度的因因素：測定荷軟軟的意義義：可以以作為材材料最高高的使用用溫度。。高溫體積積穩(wěn)定性性是評價(jià)價(jià)耐火材材料質(zhì)量量的一項(xiàng)項(xiàng)重要物物理指標(biāo)標(biāo)，表示耐火火材料在在高溫下下長期使使用時(shí)，，其外形形及體積積保持穩(wěn)穩(wěn)定不發(fā)發(fā)生變化化的性能能。（3）高溫體體積穩(wěn)定定性產(chǎn)生體積積變化的的原因：：一般而言言，燒成成耐火制制品在高高溫煅燒燒過程中中，由于于各種原原因制品品在燒成成結(jié)束時(shí)時(shí)，其物理化學(xué)學(xué)反應(yīng)往往往未達(dá)達(dá)到平衡衡狀態(tài)；另一方面面，制品在在燒成過程程中由于窯窯爐溫度分分布不均等等原因，不不可避免地地存在欠燒現(xiàn)現(xiàn)象，這些燒結(jié)結(jié)不充分的的欠燒制品品中，其間間的物理化化學(xué)反應(yīng)進(jìn)進(jìn)行得也不不充分。因因此制品在在使用過程程中受到高高溫長期作作用時(shí)，一一些物理化化學(xué)變化會(huì)會(huì)繼續(xù)進(jìn)行行并伴隨有有不可逆的的體積變化化。對于各種不不燒耐火制制品而言，，其間的物物理化學(xué)反反應(yīng)均在使使用過程中中進(jìn)行，不不可避免地地伴隨有不不可逆的體體積變化。。這些不可逆的體體積變化稱稱為殘余膨膨脹或殘余余收縮，也也稱重?zé)蚺蛎浕蚴湛s縮。重?zé)w積變變化的大小小表征了耐耐火制品的的高溫體積積穩(wěn)定性，，對高溫窯窯爐等熱工工設(shè)備的結(jié)結(jié)構(gòu)及工況況的穩(wěn)定性性具有十分分重要的意意義。重?zé)w積變變化可用體體積變化百百分率或線線變化百分分率表示：：式中：V，V0—分別表示重重?zé)昂笤囋嚇拥捏w積積；L，L0—分別表示重重?zé)昂笤囋嚇拥拈L度度。高溫體積變變化測定意意義：衡量量燒結(jié)性能能的好壞耐火材料抵抵抗溫度急急劇變化而而不破壞的的性能稱為為熱震穩(wěn)定定性或抗熱熱沖擊性能能。（4）熱震穩(wěn)定定性高溫窯爐等等熱工設(shè)備備在運(yùn)行過過程中，其其運(yùn)行溫度度常常發(fā)生生變化甚至至劇烈的波波動(dòng)，如轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐加料出出鋼、吹氧氧過程，鋼鋼包、鐵水水包接受鋼鋼水及鐵水水的過程，，其溫度均均會(huì)發(fā)生劇劇烈變化，，作為爐襯襯，包襯的的耐火材料料必然也會(huì)會(huì)受到操作作溫度急劇劇變化的作作用。這種種溫度的急急劇變化常常常會(huì)導(dǎo)致致耐火材料料產(chǎn)生裂紋紋、剝落、、崩裂等結(jié)結(jié)構(gòu)性的破破壞，而影影響熱工設(shè)設(shè)備操作的的穩(wěn)定性、、安全性和和生產(chǎn)的連連續(xù)性。耐火材料的的熱震穩(wěn)定定性與其熱熱膨脹率(小）、導(dǎo)熱熱率（大））以及彈性性模量（大大）密切相相關(guān)，也與與制品的宏宏觀、微觀觀組織結(jié)構(gòu)構(gòu)，外形結(jié)結(jié)構(gòu)及尺寸寸有關(guān)。產(chǎn)生熱應(yīng)力力的因素：：材料的熱熱膨脹系數(shù)數(shù)、材料的的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)、緩沖熱熱應(yīng)力的因因素（彈性性模量的大大小）。一般般而而言言，，耐耐火火制制品品在在溫溫度度變變化化時(shí)時(shí)會(huì)會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生生體體積積膨膨脹脹或或收收縮縮。。當(dāng)當(dāng)這這種種膨膨脹脹和和收收縮縮受受到到約約束束時(shí)時(shí)，，材材料料內(nèi)內(nèi)部部就就會(huì)會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生生應(yīng)應(yīng)力力，，這這種種應(yīng)應(yīng)力力稱稱之之為為熱熱應(yīng)應(yīng)力力。。當(dāng)當(dāng)材材料料內(nèi)內(nèi)部部由由于于溫溫度度變變化化而而產(chǎn)產(chǎn)生生的的熱熱應(yīng)應(yīng)力力超超過過制制品品的的強(qiáng)強(qiáng)度度時(shí)時(shí)，，制制品品將將會(huì)會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生生開開裂裂、、崩崩落落或或斷斷裂裂。。式中中：：Q—熱應(yīng)應(yīng)力力；；E—彈性性模模量量；；α—熱膨膨脹脹系系數(shù)數(shù)；；ΔT—材料料的的初初始始溫溫度度與與表表面面溫溫度度之之差差；；u——泊松松比比。。上式式表表明明，，材材料料內(nèi)內(nèi)部部的的熱熱應(yīng)應(yīng)力力與與材材料料的的彈彈性性模模量量、、熱熱膨膨脹脹系系數(shù)數(shù)以以及及溫溫度度差差成成正正比比。。當(dāng)熱熱應(yīng)應(yīng)力力達(dá)達(dá)到到材材料料的的強(qiáng)強(qiáng)度度極極限限時(shí)時(shí)也也就就是是材材料料的的強(qiáng)強(qiáng)度度不不足足以以抵抵抗抗熱熱應(yīng)應(yīng)力力時(shí)時(shí)，，制制品品就就會(huì)會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生生破破壞壞。。熱應(yīng)應(yīng)力力可可由由下下式式計(jì)計(jì)算算：：從上上式式可可以以發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，，在在相相同同的的外外界界升升、、降降溫溫速速率率條條件件下下，，導(dǎo)導(dǎo)熱熱率率高高的的制制品品，，材材料料中中溫溫度度分分布布易易于于均均勻勻，，其其表表層層與與內(nèi)內(nèi)部部的的溫溫度度差差（（溫溫度度梯梯度度））就就小小，，因因而而產(chǎn)產(chǎn)生生的的熱熱應(yīng)應(yīng)力力相相對對較較小小；；反反之之，，導(dǎo)導(dǎo)熱熱率率低低的的材材料料，，其其中中的的溫溫度度分分布布難難以以均均勻勻，，材材料料中中的的溫溫度度梯梯度度大大，，由由此此而而產(chǎn)產(chǎn)生生的的熱熱應(yīng)應(yīng)力力也也大大。。因因此此導(dǎo)熱熱系系數(shù)數(shù)高高的的材材料料，，其其熱熱震震穩(wěn)穩(wěn)定定性性也也相相對對較較好好。此外，耐火制制品的宏、微微觀組織結(jié)構(gòu)構(gòu)對制品的熱熱震穩(wěn)定性也也有一定影響響。當(dāng)耐火制制品內(nèi)部存在在某些細(xì)微缺缺陷，如微氣氣孔、微裂紋紋等，有利于于延緩或終止止裂紋