第一、二章 耐火材料組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

主講：廖桂華電話：65928200(o)E-mail:guihua.liao@163.com第四篇耐火材料工學(xué)基礎(chǔ)2023/2/1第四篇耐火材料工學(xué)基礎(chǔ)耐火材料是冶金、建材、化工、機械等工業(yè)高溫窯爐的重要基礎(chǔ)材料。了解它們的性能并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。2023/2/1第四篇耐火材料工學(xué)基礎(chǔ)2023/2/1耐火材料工業(yè)曾被描繪為冶金工業(yè)和其它高溫行業(yè)的“支撐工業(yè)”和“先行工業(yè)”。耐火材料是高溫技術(shù)的基礎(chǔ)材料，它與高溫技術(shù)，尤其是鋼鐵工業(yè)的發(fā)展關(guān)系密切。它們相互依存，互為促進(jìn)，共同發(fā)展。在一定的條件下，耐火材料的質(zhì)量、品種對高溫技術(shù)發(fā)展起著關(guān)鍵作用。2023/2/1耐火材料是構(gòu)筑熱工設(shè)備的高溫結(jié)構(gòu)材料，在使用過程中除承受高溫作用外，還不同程度地受到機械應(yīng)力、熱應(yīng)力作用，高溫氣體、熔體以及固體介質(zhì)的侵蝕、沖刷、磨損。因此，為了保證熱工設(shè)備的正常運行，所選用的耐火材料必須具備能夠適應(yīng)各種使用環(huán)境和工況條件的性質(zhì)。2023/2/1第一章緒論1、傳統(tǒng)的定義：耐火度不小于1580℃的無機非金屬材料。2、ISO的定義：耐火度不小于1500℃的非金屬材料及制品。一、耐火材料的定義及其性能要求（一）定義2023/2/1第一章緒論1.1耐火材料的定義及其性能要求（二）對耐火材料的性能要求及其表征指標(biāo)（1）足夠高的耐火度——具有在足夠高的溫度下不軟化、不熔融的性能。表征指標(biāo)：耐火度（2）足夠高的荷重軟化溫度——耐火材料在高溫下能夠承受大荷載及其他熱機械應(yīng)力，且不喪失結(jié)構(gòu)強度、不發(fā)生變形坍塌的性能。表征指標(biāo)：荷重軟化溫度（3）良好的高溫體積穩(wěn)定性——在使用過程中，不產(chǎn)生過大的體積膨脹或收縮，以免影響高溫設(shè)備的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性或嚴(yán)密性。表征指標(biāo)：重?zé)€變化（%）2023/2/11.1耐火材料的定義及其性能要求（二）對耐火材料的性能要求及其表征指標(biāo)（4）良好的熱震穩(wěn)定性——耐火材料抵抗溫度急劇變化而不發(fā)生開裂、剝落的能力。表征指標(biāo)：材料的熱膨脹系數(shù)和抗熱震性指標(biāo)（5）良好的抗渣性——耐火材料在使用過程中抵抗各種侵蝕性物質(zhì)的化學(xué)作用而不被蝕損的能力。表征指標(biāo)：抗渣性評價（6）良好的耐磨性——耐火材料在使用過程中，有時會受到高速流動的火焰、含固體顆粒的煙氣、液態(tài)金屬和熔渣，甚至固體物料等物質(zhì)的直接沖刷或磨蝕作用，因此這時要求耐火材料要具有良好的耐磨性。表征指標(biāo)：耐壓強度和耐磨性（或硬度）指標(biāo)。（7）外形和尺寸準(zhǔn)確——對定型制品而言。2023/2/11.2

耐火材料的分類

耐火材料品種繁多、用途各異，有必要對耐火材料進(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)工藝和使用部位分類法、材料形態(tài)分類法等多種方法。按化學(xué)屬性分類按化學(xué)礦物組成分類其他分類方法2023/2/11.2.1按化學(xué)性質(zhì)分類耐火材料按化學(xué)屬性分可分為酸性耐火材料、中性耐火材料、堿性耐火材料。

硅質(zhì)制品半硅質(zhì)粘土質(zhì)高鋁質(zhì)碳質(zhì)制品鉻質(zhì)鎂橄欖石鉻鎂質(zhì)鎂鋁尖晶石鎂鈣質(zhì)中性酸性漸強堿性漸強●按化學(xué)屬性分類對于了解耐火材料的化學(xué)性質(zhì)，判斷耐火材料在實際使用過程中與接觸物之間的化學(xué)作用情況具有重要意義。2023/2/11.2.1按化學(xué)性質(zhì)分類耐火材料在使用過程中除承受高溫作用外，往往伴隨著熔渣（液態(tài)）及氣體等化學(xué)侵蝕。為了保證耐火材料在使用中有足夠的抗侵蝕能力，選用的耐火材料的化學(xué)屬性應(yīng)與侵蝕介質(zhì)的化學(xué)屬性相同或接近。--酸性耐火材料對酸性介質(zhì)的侵蝕具有較強的抵抗能力。--中性耐火材料在高溫狀況下對酸、堿性介質(zhì)的化學(xué)侵蝕都具有一定的穩(wěn)定性，尤其對弱酸、弱堿的侵蝕具有較好的抵抗能力。--堿性耐火材料的耐火度都比較高，對堿性介質(zhì)的化學(xué)侵蝕具有較強的抵抗能力。2023/2/1序號類別主成分主晶相制品舉例1硅質(zhì)制品SiO2鱗石英、方石英硅磚、石英玻璃2硅酸鋁質(zhì)制品SiO2、Al2O3莫來石、方石英、剛玉半硅磚、粘土磚、高鋁磚、莫來石—剛玉磚3剛玉質(zhì)制品Al2O3（＞90%）剛玉剛玉—莫來石磚4鎂質(zhì)制品MgO、CaO、Al2O3、Cr2O3、SiO2、C方鎂石、方鈣石、鎂鋁（鉻）尖晶石、鎂橄欖石鎂磚、白云石磚、鎂橄欖石磚、鎂鋁（鉻、鈣）磚、鎂碳磚等5鉻質(zhì)制品Cr2O3（＞90%）、MgO、Fe2O3鉻鎂尖晶石、鉻鐵礦鉻磚、鉻鎂磚6鋯質(zhì)制品ZrO2、SiO2斜鋯石、鋯英石鋯英石磚7含碳制品C、SiC無定形碳、石墨、

SiC炭磚、石墨制品、碳化硅制品8特殊耐材純氧化物制品Al2O3、ZrO2剛玉制品、氧化鋯制品等非氧化物制品氮化物、硼化物、碳化物、硅化物氮化物、硼化物、碳化物、硅化物制品等1.2.2按化學(xué)礦物組成分類2023/2/11.2.2按化學(xué)礦物組成分類鋯英石材料氧化鋯材料白云石材料氧化鎂材料含碳耐火材料尖晶石耐火材料鎂鉻耐火材料鋁硅系耐火材料：粘土、硅磚莫來石、氧化鋁等耐火材料耐火材料的化學(xué)組成2023/2/1（1）硅質(zhì)耐火材料

含SiO2在90%以上的材料通常稱為硅質(zhì)耐火材料，主要包括硅磚及熔融石英制品。硅磚以硅石為主要原料生產(chǎn)，主要礦物組成為磷石英和方石英，主要用于焦?fàn)t和玻璃窯爐等熱工設(shè)備的構(gòu)筑。熔融石英制品以熔融石英為主要原料生產(chǎn)，其主要礦物組成為石英玻璃。由于石英玻璃的膨脹系數(shù)很小，因此熔融石英制品具有優(yōu)良的抗熱沖擊能力。1.2.2按化學(xué)礦物組成分類2023/2/1

SiO2－Al2O3系礦物是重要的耐火原料。根據(jù)從Al2O3含量的不同，可將硅酸鋁質(zhì)耐火材料劃分為不同的種類。表1SiO2－Al2O3系耐火材料1.2.2按化學(xué)礦物組成分類（2）硅酸鋁質(zhì)耐火材料2023/2/1（3）鎂質(zhì)耐火材料

鎂質(zhì)耐火材料是指以鎂砂為主要原料，以方鎂石為主晶相，MgO含量大于80%的堿性耐火材料。1.2.2按化學(xué)礦物組成分類2023/2/1（4）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%。其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。一般而言，碳復(fù)合材料主要包括鎂碳制品、鎂鋁碳制品、鋯碳制品、鋁碳制品等。

1.2.2按化學(xué)礦物組成分類2023/2/1（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。1.2.2按化學(xué)礦物組成分類2023/2/1（7）特種耐火材料（高技術(shù)陶瓷）

上述分類所不能包括的材料，此類材料除其化學(xué)組成比較特殊，不宜歸類到上述類別中外，通常它們還具有各自的較為突出的特點，如優(yōu)良的熱震穩(wěn)定性、抗渣性等，利用這些特點往往用于特定的使用條件。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、塞隆(Sialon）、阿隆(Alon)制品等；1.2.2按化學(xué)礦物組成分類2023/2/1（2）按生產(chǎn)工藝，可分為燒成制品、熔鑄制品和不燒制品。（1）根據(jù)耐火度的高低

普通耐火材料：1580～1770℃高級耐火材料：1770～2000℃特級耐火材料：>2000℃

超級耐火材料：>

3000℃1.2.3其他分類方法2023/2/1標(biāo)普型：230mm×113mm×65mm；不多于4個量尺，（尺寸比）Max:Min<4:1。異型：不多于2個凹角，（尺寸比）Max:Min<6:1；或有一個50～70°的銳角。特異型：（尺寸比）Max:Min<8:1；或不多于4個凹角；或有一個30～50°的銳角。1.2.3其他分類方法（3）依據(jù)形狀及尺寸的不同2023/2/11.3耐火材料生產(chǎn)的一般工藝過程不燒磚烘烤混合不定型耐火材料熔鑄制品混合熔融澆注退火處理機加工混合熔融噴吹收棉除渣耐火纖維燒成磚燒成原料

配料混練成型干燥破粉碎困料2023/2/11.4我國耐火材料工業(yè)現(xiàn)狀及展望1.4.1中國耐火材料工業(yè)的現(xiàn)狀

●計劃經(jīng)濟(jì)時代——中國耐火材料由33家重點企業(yè)支撐?！窀母镩_放以后，“十五”和“十一五”期間，是我國耐火材料工業(yè)發(fā)展速度最快的一個階段，在鋼鐵、建材、有色冶金等高溫工業(yè)高速發(fā)展的強力拉動下，耐火材料工業(yè)實現(xiàn)了快速發(fā)展，國際競爭力明顯增強,迄今已成為世界耐火材料的生產(chǎn)和出口大國。主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）耐火原料及制品產(chǎn)量穩(wěn)步增長，基本滿足了高溫工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。2023/2/12010年，全國耐火材料進(jìn)口量、僅占國內(nèi)耐火材料需求量的0.012%，足以證明國內(nèi)耐火材料產(chǎn)品的數(shù)量、品種和質(zhì)量等可以滿足國內(nèi)高溫工業(yè)生產(chǎn)運行和技術(shù)發(fā)展的需要。1.4.1中國耐火材料工業(yè)的現(xiàn)狀2010年世界主要耐火材料生產(chǎn)國的年產(chǎn)量情況2023/2/11.4.1中國耐火材料工業(yè)的現(xiàn)狀我國九五及十五期間耐火制品的出口量變化情況2023/2/11.4.1中國耐火材料工業(yè)的現(xiàn)狀（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善，企業(yè)自主創(chuàng)新能力明顯增強。節(jié)能型產(chǎn)品(生產(chǎn)過程節(jié)能或使用過程節(jié)能)產(chǎn)品產(chǎn)量增加，如不定型耐火材料產(chǎn)量達(dá)到841萬噸，占耐火材料總量的33.1%；陶瓷纖維近年發(fā)展迅速，2008年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到40萬噸，占到全球總量的47%，2009年提升至48%。（3）企業(yè)聯(lián)合重組步伐加快，形成了幾個具有較強競爭力的大型耐材企業(yè)。

“十一五”期間是耐材行業(yè)聯(lián)合重組最快的5年，跨省市的聯(lián)合重組取得了突破性進(jìn)展。繼營口青花集團(tuán)與上海二耐，山西西小坪與上海泰山，北京通達(dá)與鞏義中原聯(lián)合重組之后，濮耐股份與上海寶明、昆鋼耐火，北京利爾與包鋼耐火，北京瑞泰與河南火寶，新密榮耀實現(xiàn)了跨省市聯(lián)合重組。通過聯(lián)合重組，優(yōu)勢企業(yè)規(guī)模迅速擴大，競爭能力明顯增強，目前，企業(yè)跨區(qū)域聯(lián)合重組的勢頭仍在繼續(xù)。2023/2/11.4.1中國耐火材料工業(yè)的現(xiàn)狀（4）耐材工業(yè)發(fā)展的“瓶頸”日趨突出，深層次結(jié)構(gòu)性矛盾日趨顯現(xiàn)。

如鋁礬土資源配置不盡合理，總體資源利用率不高，產(chǎn)能結(jié)構(gòu)性過剩導(dǎo)致市場混亂無序競爭，原材料價格高幅上漲，生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)成本壓力加大等。1.4.2中國耐火材料行業(yè)的特點（1）產(chǎn)業(yè)特點：中小企業(yè)眾多，產(chǎn)業(yè)集中度低，生產(chǎn)規(guī)模小。產(chǎn)值超過15億以上全國只有青花集團(tuán)一家。但產(chǎn)能過剩，且落后產(chǎn)能占相當(dāng)比例。2023/2/11.4.2中國耐火材料行業(yè)特點（2）產(chǎn)業(yè)布局：主要分布在河南、山東、遼寧等耐火原料所在地，與所服務(wù)的高溫行業(yè)的布局不相匹配。2023/2/11.4.2中國耐火材料行業(yè)特點（3）產(chǎn)品質(zhì)量：原材料波動、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性與國外先進(jìn)水平相比波動較大。（4）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：以定形制品為主，低耗能產(chǎn)品和節(jié)能隔熱材料比例偏低。日本2008年耐火材料總產(chǎn)量為約120萬噸，定形制品占總產(chǎn)量的24.6%，不定形產(chǎn)品的比例為75.4%。我國當(dāng)年的情況是：致密定形耐火制品比重為64.3%，不定形耐火制品僅占33.8%。√不定形耐火材料的特點是生產(chǎn)過程節(jié)能、減少二氧化碳的排放，減少了占總能耗的70%的燒成過程能耗。世界發(fā)達(dá)國家的應(yīng)用不定形耐火材料的比重大多在50%以上。2023/2/11.4.2中國耐火材料行業(yè)特點（6）節(jié)能與環(huán)保：存在生產(chǎn)過程能耗較大、粉塵較大等能耗環(huán)保問題。（5）裝備水平：與國外先進(jìn)水平相比，耐火材料行業(yè)裝備較落后，影響著耐火制品的質(zhì)量穩(wěn)定性。（7）綠色環(huán)保耐火材料品種少，耐火材料的循環(huán)利用率低。（8）耐火原料資源綜合利用率低，浪費嚴(yán)重。2023/2/11.4.3耐火材料工業(yè)目前存在的問題√產(chǎn)能過剩，淘汰落后產(chǎn)能任務(wù)艱巨?！绦袠I(yè)集中度低、市場競爭無序?！藤Y源、環(huán)境壓力大。√自主創(chuàng)新能力不強、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理、市場競爭力較弱。√企業(yè)研發(fā)投入少，技術(shù)力量薄弱，抗風(fēng)險能力不強。√基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究薄弱，產(chǎn)業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)和前沿技術(shù)系統(tǒng)研究得不充分,影響行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)技術(shù)的提升。2023/2/11.4.3耐火材料工業(yè)目前存在的問題√產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，長壽高效、功能化、節(jié)能、環(huán)保等先進(jìn)耐火材料比重低?！棠突鸩牧系呐涮准夹g(shù)水平不高和實際使用效果較差。√資源日趨緊張，綜合利用率低，資源在未來將制約行業(yè)生產(chǎn)和持續(xù)發(fā)展;耐火鋁土礦已出現(xiàn)了供不應(yīng)求的現(xiàn)象，逐漸開始影響和阻礙耐火材料和企業(yè)的發(fā)展√未形成以技術(shù)為核心競爭力集優(yōu)質(zhì)耐火材料的生產(chǎn)與專業(yè)化使用技術(shù)服務(wù)為一體的行業(yè)龍頭企業(yè)。中國雖然有很多耐火材料生產(chǎn)商，但缺少成套技術(shù)支持，競爭力不強！2023/2/11.4.4耐火材料行業(yè)發(fā)展面臨的主要瓶頸1、高效節(jié)能耐火材料的技術(shù)落后

對隔熱耐火材料發(fā)展的重視不夠，發(fā)展明顯滯后，隔熱耐火材料生產(chǎn)技術(shù)落后，品種少，隔熱性能指標(biāo)落后，隔熱效果差。特別是高溫高效隔熱耐火材料技術(shù)差距很大，亟待突破。2、不定形耐火材料應(yīng)用技術(shù)發(fā)展滯后

不定形耐火材料由于生產(chǎn)過程節(jié)能和使用的靈活，已成為耐火材料發(fā)展的主要方向，但作為不定形耐火材料發(fā)展最重要推動力的應(yīng)用技術(shù)研究是我國發(fā)展不定形耐火材料最薄弱的環(huán)節(jié)，已成為不定形耐火材料技術(shù)進(jìn)步和競爭力提升的瓶頸。2023/2/13、耐火材料綜合優(yōu)化配置技術(shù)的系統(tǒng)集成和工程化研究薄弱耐火材料性能、功能、品質(zhì)、配置優(yōu)化不夠，綜合集成和應(yīng)用技術(shù)研究薄弱是實現(xiàn)較大幅度降低耐火材料消耗的主要癥結(jié)所在?，F(xiàn)代耐火材料需要進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)、性能的優(yōu)化和功能化工藝技術(shù)、材料應(yīng)用的優(yōu)化配置技術(shù)等集成研究。4、耐火材料資源高效利用技術(shù)研究薄弱

鋁礬土和菱鎂礦是耐火材料兩大主原料，高品位資源日益減少，原料問題將成為行業(yè)發(fā)展的一個潛在瓶頸。研究不同檔次資源的高效利用技術(shù)對行業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展有重要意義。1.4.4耐火材料行業(yè)發(fā)展面臨的主要瓶頸2023/2/11.4.5耐火材料工業(yè)發(fā)展“十二·五”展望●基本指導(dǎo)思想：以科學(xué)發(fā)展為主題，以控制生產(chǎn)總量為前提，以自主創(chuàng)新為主線，以滿足我國高溫工業(yè)的發(fā)展需要和國際市場的需求為重點，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，建立可持續(xù)發(fā)展模式。樹立循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，推進(jìn)“綠色耐材”戰(zhàn)略。加快優(yōu)化品種、完善產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系，淘汰落后生產(chǎn)工藝和裝備，增強自主創(chuàng)新能力，突破行業(yè)重大、共性、關(guān)鍵性技術(shù)，推動耐火材料科技進(jìn)步，促進(jìn)節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)。培育龍頭企業(yè)，促進(jìn)耐火材料產(chǎn)業(yè)向集團(tuán)化、規(guī)模化、集約化方向發(fā)展。

2023/2/11.4.5耐火材料工業(yè)發(fā)展“十二·五”展望

1.產(chǎn)品開發(fā)方面：大力發(fā)展以高效、功能化、節(jié)能、環(huán)保為特征的先進(jìn)耐火材料，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)?！癜l(fā)展趨勢：

2.優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。通過兼并重組，淘汰落后產(chǎn)能，逐步整合現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)資源，提高產(chǎn)業(yè)集約程度；引導(dǎo)大企業(yè)開展產(chǎn)業(yè)技術(shù)的集成創(chuàng)新，面向低碳、新材料等新興產(chǎn)業(yè)，拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域，提高產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。

3.進(jìn)一步提高整個行業(yè)的技術(shù)裝備水平。今后要重點研究開發(fā)耐火材料生產(chǎn)自動化技術(shù)及裝備、特種耐火材料成型技術(shù)和裝備、耐火材料窯爐節(jié)能技術(shù)和裝備、不定形耐火材料施工裝備及技術(shù)、新型耐火材料檢測技術(shù)及裝備等。

2023/2/11.4.5耐火材料工業(yè)發(fā)展“十二·五”展望

4.大力提高耐火原料資源的綜合利用率。合理利用粉礦、低品位礦石、節(jié)約資源是耐火材料行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的緊迫任務(wù)。另外，廢棄耐火材料的處理及循環(huán)利用對環(huán)境保護(hù)、節(jié)能生產(chǎn)和資源的高效利用意義重大。

●發(fā)展趨勢：

5.提高節(jié)能減排和清潔生產(chǎn)水平。今后要重點開發(fā)和推廣新型節(jié)能爐窯，開發(fā)綜合節(jié)能技術(shù)，開展“三廢”的排放控制和“三廢”資源化回收利用等。另外，還要加快發(fā)展基于我國資源特點的優(yōu)質(zhì)合成原料，形成完整的燒結(jié)、還原氮化、電熔等合成原料新工藝，滿足新型耐火材料的發(fā)展需要。2023/2/11.4.5耐火材料工業(yè)發(fā)展“十二·五”展望●發(fā)展趨勢：

6.大力加強行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。隨著耐火行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，我國耐火材料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)、行業(yè)發(fā)展引導(dǎo)、資源共享、企業(yè)參與、標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行、國際接軌等方面，與我國實際的耐火材料生產(chǎn)規(guī)模不相稱，耐火材料的標(biāo)準(zhǔn)體系需要進(jìn)一步完善，使之更加科學(xué)合理。今后要加強行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，制定和完善行業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范及行業(yè)準(zhǔn)入政策，加強知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。發(fā)展重點是：制訂行業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)；制訂“節(jié)能、環(huán)境友好”等新型耐火材料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及能耗標(biāo)準(zhǔn)；積極推進(jìn)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)工作，爭取檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入國際標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國際先進(jìn)水平，基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌。

2023/2/1第二章耐火材料的組織結(jié)構(gòu)與性能2023/2/1各國的檢驗標(biāo)準(zhǔn)有所不同，由于實驗室條件下的檢驗和實際有一定的差距；實驗室的檢驗結(jié)果僅起到預(yù)測作用。俄羅斯：TOCT

日本：JIS（JapaneseIndustrialStandards）英國：BSI（BritishStandardsInstitution）美國：ASTM（AmericanSocietyofTestingMaterials）中國：GB第二章耐火材料的組織結(jié)構(gòu)與性能

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)測耐火材料在高溫環(huán)境下的使用情況。同樣地，通常也要根據(jù)熱工設(shè)備的工作性質(zhì)與操作環(huán)境，來研制、設(shè)計、生產(chǎn)或選擇能適應(yīng)操作環(huán)境、滿足使用要求的耐火材料。2023/2/1材料的顯微結(jié)構(gòu)系指在顯微鏡下所能觀察到的組織結(jié)構(gòu)，其內(nèi)容通常包括：物相的種類；各相的含量、形狀、大小、分布狀況（即各相之間的空間分布即取向關(guān)系）等。2.1耐火材料的組織結(jié)構(gòu)2023/2/1所以，從微觀上看，耐火材料是由主晶相和基質(zhì)兩部分組成的多相系統(tǒng)。所謂“基質(zhì)”，是指填充于主晶相之間的物質(zhì)，或者說是除主晶相以外的物質(zhì)，它包括玻璃相和次晶相。耐火材料的顯微組織結(jié)構(gòu)：主晶相基質(zhì)a:由硅酸鹽（硅酸鹽晶體和玻璃體）結(jié)合物膠結(jié)主晶相顆粒的組織結(jié)構(gòu)。b:由晶體(次晶相)直接結(jié)合主晶相顆粒的組織結(jié)構(gòu)。2.1耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)2023/2/1因此，絕大多數(shù)耐火材料按其礦物組成的屬性可以分為兩類：一類是同時含有晶相和玻璃相的制品，如粘土磚、硅磚、高鋁磚等，具有a型的顯微組織結(jié)構(gòu)，基質(zhì)由一些細(xì)晶和玻璃相構(gòu)成（陶瓷結(jié)合制品）?！糁苯咏Y(jié)合結(jié)構(gòu)類型（b）的制品的高溫使用性能（高溫力學(xué)強度、熱震穩(wěn)定性、抗渣性等）要比a型結(jié)構(gòu)的制品好得多。主晶相基質(zhì)2.1耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)另一類是僅含晶相的耐火制品，其基質(zhì)由細(xì)晶粒構(gòu)成，如鎂磚、鉻鎂磚等堿性耐火材料。后者具有b型的顯微組織結(jié)構(gòu),也稱為“直接結(jié)合制品”。2023/2/1從宏微觀上看，耐火材料是由固相（包括晶相和玻璃相）與氣孔兩部分組成的非均質(zhì)體。其中各種形狀和大小的氣孔與固相之間的宏觀關(guān)系（數(shù)量、分布情況等）構(gòu)成了材料的宏觀組織結(jié)構(gòu)。耐火制品中的氣孔類型：1—封閉氣孔；2—開口氣孔；3—貫通氣孔2.1耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)2023/2/1（1）氣孔率（2）吸水率（3）體積密度（4）真密度與真比重（5）透氣度2.2耐火材料的常溫物理性質(zhì)2.2.1耐火材料的密度、氣孔率與透氣性2023/2/1（一）

氣孔率材料中的氣孔類型開口氣孔貫通氣孔1.2.氣孔率大小、氣孔形狀及分布狀態(tài)對材料性能的影響真氣孔率=(總氣孔率）V1+V2V0×100%顯氣孔率=(開口氣孔率）V1V0×100%V0:制品總體積V1:制品中的開放氣孔體積V2:制品中的封閉氣孔體積2.2耐火材料的常溫物理性質(zhì)開放氣孔封閉氣孔3.

氣孔率：2023/2/1（一）氣孔率★在一般情況下,開放氣孔體積占總體積的絕大多數(shù)，封閉氣孔很少且難以直接測定，故常采用顯氣孔率來表征制品的致密程度。2.2耐火材料的常溫物理性質(zhì)（二）吸水率

吸水率實際上是反映制品中開放氣孔量的一個技術(shù)指標(biāo)。由于其便于測定，在生產(chǎn)中常被采用于表征原料或制品的燒結(jié)程度。燒結(jié)良好的制品或原料，其吸水率應(yīng)很低。測定吸水率的意義：判斷原料或制品質(zhì)量的好壞、燒結(jié)與否、是否致密。同時可以預(yù)測耐火材料的抗渣性、透氣性能和熱震穩(wěn)定性能。2023/2/1G1:制品中開放氣孔吸滿的水重量G

:制品的干燥質(zhì)量吸水率的定義：制品中全部開放氣孔吸滿水的重量與制品的干燥質(zhì)量之比?！餁饪茁屎臀手笜?biāo)都只能反映制品中的氣孔體積的大小，而不能反映氣孔的大小、形狀和分布狀態(tài)。2.2耐火材料的常溫物理性質(zhì)G1G×100%吸水率=2023/2/1（三）體積密度

2.體積密度也是反映制品致密程度的一個主要指標(biāo)。它實際上是制品中的氣孔體積量和礦物組成的綜合反映。當(dāng)制品的化學(xué)礦物組成一定時，體積密度越大，則意味著制品的燒結(jié)程度越高。體積密度=GV（g/cm3）G:制品干燥質(zhì)量V

:制品的總體積1.

體積密度的定義：制品的干燥質(zhì)量與其總體積之比，即單位體積的質(zhì)量（g/cm3）。2.2耐火材料的常溫物理性質(zhì)2023/2/1★體積密度與制品性能的關(guān)系：力學(xué)性能、熱學(xué)性能（導(dǎo)熱性、熱容）（g/cm3）（四）真密度定義：不包括氣孔在內(nèi)的制品單位體積的質(zhì)量（g/cm3）。V:制品總體積V1:制品中的開放氣孔體積V2:制品中的封閉氣孔體積2.2耐火材料的常溫物理性質(zhì)GV－（V1+V2）真密度=2023/2/1（五）透氣度

透氣度是表示氣體通過耐火制品難易程度的特征值，其物理意義是在一定時間內(nèi)和一定壓差下透過一定斷面和厚度的試樣的氣體量：式中：Q為氣體透過的數(shù)量（升）；

d為式樣的厚度（米）；

A為試樣的橫截面積（平方米）；

t為氣體透過時間（小時）；

P1-P2為試樣兩端氣體壓力差（毫米水柱）；

K為透氣度系數(shù)，也稱透氣率（升·米/米2·毫米水柱·小時）

2.2耐火材料的常溫物理性質(zhì)顯然，透氣度與制品中的氣孔數(shù)量、大小、形狀及分布狀態(tài)（開放態(tài)或封閉態(tài)）有關(guān)。2023/2/1（五）透氣度另外，氣體的透過量與其粘度也有關(guān)——透過量Q與氣體粘度η成反比。而氣體粘度通常隨溫度升高而增大，因此，Q將隨溫度的升高而減小。為此，引入“絕對透氣度系數(shù)”或“絕對透氣率”μ,它與K的關(guān)系如下：通常，耐火材料的透氣性用其透氣度系數(shù)K來衡量：K=(P1－P2)A·tQ·dμ=η·K式中η

為透過氣體的粘度。2023/2/1

耐火材料的力學(xué)性質(zhì)是指制品在不同條件下的強度、彈性模量、斷裂韌性等物理指標(biāo)，表征了耐火材料抵抗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)通常包括耐壓強度、抗折強度、扭轉(zhuǎn)強度、耐磨性、彈性模量及高溫蠕變性等。

2.2耐火材料的常溫物理性質(zhì)2.2.2耐火材料的力學(xué)性質(zhì)2023/2/1（一）彈性模量與泊松比

材料在其彈性范圍內(nèi)，在荷載σ（應(yīng)力）作用下產(chǎn)生變形ε（應(yīng)變），當(dāng)荷載去除后，材料仍恢復(fù)原來的形狀和尺寸，此時應(yīng)力和應(yīng)變的比值稱為彈性模量，也稱楊氏模量。E亦即材料在應(yīng)力作用下發(fā)生彈性變形時的應(yīng)力與應(yīng)變之比，它表示了材料抵抗變形的能力：式中：E—彈性模量；

σ—材料所受應(yīng)力；

—材料相對長度變化。2.2.2耐火材料的力學(xué)性質(zhì)2023/2/1材料的彈性模量E在一定條件下是一個定值，即與外力的大小無關(guān)，屬于材料的固有力學(xué)性質(zhì)。從上式可以看出，材料的彈性模量愈大，在相同的應(yīng)力下應(yīng)變愈小。2.2.2耐火材料的力學(xué)性質(zhì)彈性模量是材料的重要彈性力學(xué)參數(shù)，它是材料中原子間結(jié)合（鍵合）強度的反映。鍵合愈強，使得原子間距增大所需的應(yīng)力愈大，因而材料的彈性模量就較高。所以，彈性模量的大小是衡量材料在彈性范圍內(nèi)受到應(yīng)力破壞之前所產(chǎn)生的應(yīng)變量，在很大程度上反映了材料的結(jié)構(gòu)特征。彈性模量小的材料可以允許有較大的應(yīng)變而不破壞，反之允許的應(yīng)變量就小，因此彈性模量與材料由于溫度梯度造成的熱應(yīng)力有直接的關(guān)系，也就對材料的熱震穩(wěn)定性有直接的影響。一般地，材料的彈性模量與其熱震穩(wěn)定性呈反比關(guān)系。2023/2/1泊松比μ

是指材料在拉伸試驗中，由均勻分布的縱向應(yīng)力所引起的所產(chǎn)生的橫向應(yīng)變εA與縱向應(yīng)變εL之比：2.2.2耐火材料的力學(xué)性質(zhì)μ=ε

L-ε

A

泊松比μ也叫橫向變形系數(shù)，它是反映材料橫向變形的彈性常數(shù)。大多數(shù)無機材料的μ

值介于0.2~0.25。2023/2/1（二）耐壓強度

耐火材料的耐壓強度包括常溫耐壓強度和高溫耐壓強度，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。可按下式計算：

式中S—耐火制品的耐壓強度，單位：MPa；

P—試樣破壞時所承受的極限壓力，N；

A—試樣承受載荷的面積，mm2。2.2.2耐火材料的力學(xué)性質(zhì)S壓=PA(MPa)PA2023/2/1（三）抗折強度

耐火材料的抗折強度包括常溫抗折強度和高溫抗折強度，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，采用三點彎曲法測量時，可按下式計算：

式中：R—抗折強度，N/mm2（MPa）；

W—試樣斷裂時所施加的最大載荷，N；

l—試樣底面兩支撐點之間的距離，mm；

b—上刀口部位試樣的寬度，mm；

d—上刀口部位試樣的厚度mm。2.2.2耐火材料的力學(xué)性質(zhì)bWLd2023/2/1常溫耐壓強度指標(biāo)通?？梢苑从成a(chǎn)中工藝制度的變動。高的常溫耐壓強度表明制品的坯料加工質(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，常溫耐壓強度也是檢驗現(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，高溫耐壓強度的測定更為有用。2.2.2耐火材料的力學(xué)性質(zhì)●耐火材料在使用時很少由于常溫下的靜荷重而破壞。但是，由于常溫耐壓強度和抗折強度可以反映制品的燒結(jié)程度、耐磨性，以及組織結(jié)構(gòu)情況，而且它們的測定也簡單易行，因此，實際生產(chǎn)中，常溫耐壓強度和抗折強度是常測的兩項指標(biāo)。2023/2/1（四）斷裂韌性

韌性是指材料在塑性變形和斷裂的全過程中吸收能量的能力，是材料強度和塑性的綜合表現(xiàn)。衡量材料韌性的力學(xué)性能指標(biāo)稱之為韌度。我們考察較多的是材料的沖擊韌性和斷裂韌性，與之對應(yīng)的力學(xué)性能指標(biāo)為沖擊韌度（αk）和斷裂韌度（KIC）。2.2.2耐火材料的力學(xué)性質(zhì)沖擊韌性是用來評價材料在沖擊載荷作用下的脆斷傾向的，它是指材料在沖擊加載下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。2023/2/1材料內(nèi)部的裂紋往往會導(dǎo)致材料發(fā)生低應(yīng)力脆斷，針對這種情況，通常采用斷裂韌度KIC（或稱斷裂韌性）來評定。

KIC是對材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力的度量，反映了材料抵抗低應(yīng)力脆斷的能力。KIC=Yσca1/2Y--與裂紋形狀及加載方式有關(guān)的量σc--

裂紋失穩(wěn)擴展的應(yīng)力，即斷裂應(yīng)力a--材料內(nèi)部裂紋長度的一半（四）斷裂韌性2023/2/1影響材料強度與韌性的因素：1）氣孔率（體積密度）P--

氣孔率σf--材料斷裂強度σ0--氣孔率為0時的強度（四）斷裂韌性σf

=σ0·exp(-nP)2）材料的化學(xué)礦物組成與顯微結(jié)構(gòu)

σf

=σ0+KI/d1/2例如，晶粒大小對材料的強度與斷裂韌性有明顯影響：σf--材料斷裂強度d--晶粒尺寸KI–與材料有關(guān)的常數(shù)2023/2/1（五）硬度測量方法：靜載壓入法根據(jù)壓頭和載荷的不同，主要有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)和維氏硬度(HV)等。概念：硬度反映了材料表面抵抗其他硬物壓入的能力。意義：硬度能較敏感地反映材料的成分與組織結(jié)構(gòu)的變化，與強度、耐磨性以及工藝性能往往存在一定對應(yīng)關(guān)系，故可用來檢驗原材料和控制冷熱加工質(zhì)量。2023/2/1（五）硬度布氏硬度(HB)：概念：將一定直徑的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，在規(guī)定載荷下壓入被測材料的表面，并保持一定時間，然后卸除載荷，以材料表面球形壓痕單位面積上所承受載荷的大小來表示被測金屬材料的硬度。布氏硬度計2023/2/1（五）硬度洛氏硬度(HR)：概念：用錐頂角120°的金剛石圓錐體或淬火鋼球作為壓頭，在一定試驗力的作用下，將壓頭壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時間后，卸除主試驗力，根據(jù)殘余壓痕深度計算被測材料的硬度。洛氏硬度值可直接從硬度計讀取。h1-h0洛氏硬度測試示意圖2023/2/1常用的三種洛氏硬度的試驗條件及應(yīng)用范圍硬度符號壓頭類型總實驗力F/kN硬度值有效范圍應(yīng)用舉例HRA120°金剛石圓錐體0.588470~85硬質(zhì)合金,表面淬硬層,滲碳層HRBΦ1.588mm鋼球0.980725~100非鐵金屬,退火,正火鋼HRC120°金剛石圓錐體1.471120~67淬火,調(diào)質(zhì)鋼等★HRC≈10HBS2023/2/1（五）硬度維氏硬度(HV)：維氏硬度的試驗原理與布氏硬度相同，但維氏硬度試驗是用兩面夾角為136°的金剛石四棱錐體作為壓頭。試驗時測出壓痕對角線長度并計算出壓痕的表面積A，以F/A的數(shù)值表示維氏硬度值。維氏硬度載荷小，壓痕深度淺，適應(yīng)于測量較薄的材料或表面硬化層的硬度，所以維氏硬度廣泛用來測定金屬鍍層、薄片金屬以及化學(xué)熱處理后的表面硬度。2023/2/1壓痕面積大，能反映較大范圍的組成的平均性能，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，準(zhǔn)確，重復(fù)性強布氏硬度洛氏硬度維氏硬度優(yōu)點缺點硬度值可直接讀出，簡便，壓痕小，可在關(guān)鍵表面進(jìn)行實驗。代表性差壓痕清晰，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，載荷小，壓痕淺，適合薄件、表面層，且軟硬材料均適用，范圍廣。硬度值測定麻煩壓痕直徑測量麻煩，不適于成品、薄件2023/2/1（五）耐磨性實際上，測定耐火材料的硬度沒有多大意義，耐火材料的耐磨性更具實際意義。耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力，常用磨損率表示：A--材料的磨損量，cm3

D--材料的體積密度M1、M2--磨損實驗前后的質(zhì)量A=M1—M2D2023/2/12.2.3耐火材料的熱學(xué)性質(zhì)（一）熱容2.討論熱容的意義：

①在烘、冷窯（爐）時，筑體材料的熱容會影響窯爐體的升（降）溫速度；②筑體材料的熱容直接影響著窯爐體的蓄熱量。3.影響λ

的因素：①材料的化學(xué)組成②溫度T：耐火材料的熱容一般隨T升高而增大。1.概念：常壓條件下，加熱單位質(zhì)量的物質(zhì)使之溫度升高1℃所需要的熱量，單位：KJ/kg·℃2023/2/12.2.3耐火材料的熱學(xué)性質(zhì)（一）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)用時要特別注意使用的溫度范圍。物質(zhì)的熱容與溫度有關(guān)，對于大多數(shù)氧化物與碳化物而言，它們的熱容隨溫度升高而增大：Cp=a+bT+cT-22023/2/1（二）熱導(dǎo)率

1）概念：耐火材料的導(dǎo)熱率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。用λ表示：

其中：λ—導(dǎo)熱率，單位：焦?fàn)?米·秒·K（W/m·K）；

ΔQ—Δt時間沿x軸方向穿過ΔF截面上的熱量（焦耳）；

—沿x軸方向的溫度梯度（K·m-1）。2.2.3耐火材料的熱學(xué)性質(zhì)2023/2/1（二）熱導(dǎo)率2.討論λ

的意義：

①是窯爐結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要依據(jù)——涉及窯爐的保溫節(jié)能設(shè)計；②影響著材料（窯爐）的抗熱震性：σ∝E·

α·△t△t∝1/λ3.影響λ

的因素：①材料的化學(xué)組成：通常材料的化學(xué)組成越復(fù)雜（多），其λ越小。②礦物晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)越復(fù)雜的材料，其λ也越小。如MgAl2O4

的λ比

MgO和Al2O3

的λ都小。③溫度T：大部分耐火材料的λ

隨T升高而增大，即dλ/dT＞0;但有些材料則相反，dλ/dT＜0。2023/2/1

膨脹系數(shù)是指耐火材料由室溫加熱至試驗溫度的區(qū)間內(nèi)，溫度每升高1℃，試樣體積或長度的相對變化率。

（三）熱膨脹1）概念：耐火材料的體積或長度隨著溫度的升高而增大的物理性質(zhì)稱為熱膨脹。④體積密度：氣孔的存在總是降低材料的熱導(dǎo)率，故體積密度增大時，材料的λ

也增大；反之亦然。故輕質(zhì)材料一般都可用作保溫材料。3.影響熱導(dǎo)率λ

的因素：⑤材料中的氣孔形狀、大小、分布狀態(tài)對λ也有影響。一般說來，開口氣孔（尤其是貫通氣孔）和大氣孔會使材料的λ增大。2023/2/1體積膨脹系數(shù)：℃-1

3）

熱膨脹性的表示方法線膨脹系數(shù)：℃-1●材料的熱膨脹系數(shù)是溫度t的函數(shù)，不是一個定值。（三）熱膨脹2）意義：窯爐結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要參數(shù)（依據(jù)）；為什么留膨脹縫？可間接判斷耐材熱震穩(wěn)定性能。2023/2/12.2.3耐火材料的熱學(xué)性質(zhì)3）

熱膨脹性的表示方法平均體積膨脹系數(shù)：

V2－V1V1(t2－t1)=△VV1△t(1/℃)β=

平均線膨脹系數(shù)：

L2－L1L1(t2－t1)=△LL1△t(1/℃)α=L1、V1——溫度t1時的試樣長度或體積；L2、V2——溫度t2時的試樣長度或體積；2023/2/1（三）熱膨脹４）

影響熱膨脹性的因素①物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：通常結(jié)構(gòu)緊密的α（β）值較大。如石英晶體α=12×10-6/℃；石英玻璃α=0.5×10-6/℃。②物質(zhì)的化學(xué)礦物組成（鍵強）：通常堿性耐火材料α（β）＞中性耐火材料α（β）＞酸性耐火材料α（β）

5）材料的熱膨脹性α（β）與其熱震穩(wěn)定性的關(guān)系材料因溫度變化會在內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力σ：

E:材料的彈性模量△t:材料內(nèi)外表的溫差σ∝E·

α·△t③環(huán)境溫度：通常α（β）∝f(t)，成正比。2023/2/1（1）耐火度（2）荷重軟化溫度（3）高溫蠕變（4）高溫體積穩(wěn)定性（5）熱震穩(wěn)定性耐火材料制品在各種不同的窯爐中服役時，長期處于高溫狀態(tài)下。耐火材料耐高溫的性質(zhì)好壞能否滿足各類窯爐工作條件的要求，是材料選用的重要依據(jù)，因此耐火制品的高溫性質(zhì)也是最重要的基本性質(zhì)。2.3耐火材料的高溫使用性質(zhì)2023/2/1（一）耐火度2.3耐火材料的高溫使用性質(zhì)概念：材料在自重作用情況下，抵抗高溫作用而不破壞的能力（最高溫度）。b.表征方法：abc試錐在不同階段的彎倒情況a：熔融開始前；b:在相當(dāng)于耐火度的溫度下；c:在高于耐火度的溫度下c.影響因素：主要是化學(xué)組成（鋁硅比、鐵與堿氧化物含量）、實驗條件（如升溫速度、爐內(nèi)氣氛、試錐安裝傾斜程度等）。2023/2/1耐火材料達(dá)到耐火度時實際上已不具有機械強度了，因此耐火度的高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：評價原材料的純度和難熔程度。（一）耐火度一些耐火材料的耐火度：粘土磚：1610~1750℃硅磚：1690~1730℃高鋁磚：＞1770~2000℃鎂磚：＞2000℃2023/2/1（二）荷重軟化溫度2.3耐火材料的高溫使用性質(zhì)1.概念：在一定外加荷重情況下，材料抵抗高溫作用而不破壞的性質(zhì)。其表示形式也是一個溫度值?！锔邷睾绍洔囟仁悄突鸩牧系囊粋€極其重要的性能指標(biāo)，它在一定程度上反映了制品在與其使用條件下相仿的條件下的結(jié)構(gòu)強度與變形情況。2.測定方法：按規(guī)定制樣，安置于爐中并施加一定荷重（通常是200KPa），按一定速率均勻連續(xù)地升溫，分別測定試樣被壓縮0.6%、4%和40%時的溫度，并獲得試樣的溫度~變形曲線。2023/2/12.測定方法：試樣尺寸：Φ

36×50或Φ50×50

外加荷重：200KPa200KPa（二）荷重軟化溫度-0.6%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Ⅰ；5-半硅磚；6-粘土磚

Ⅱ2023/2/13.影響荷重軟化溫度的因素⑴材料的化學(xué)礦物組成。⑵材料的顯微組織結(jié)構(gòu)：致密程度、晶相含量、晶界數(shù)量、玻璃相的組成及含量等。⑶實驗條件：升溫速度、氣氛、爐內(nèi)溫度的均勻性等?！駵y定荷軟的意義：可以作為確定材料最高使用溫度的參考。幾個定義：(i)壓縮0.6%（0.3mm）時的溫度：荷重軟化開始溫度Ts，即通稱的“荷軟溫度”。(ii)壓縮40%（20mm）時的溫度：荷重軟化終止溫度Te，即通稱的“坍塌溫度”。（二）荷重軟化溫度2023/2/1（三）高溫蠕變性能

耐火材料的高溫蠕變性能是指在某一恒定的溫度以及固定載荷下，材料的形變與時間的關(guān)系。根據(jù)施加荷重形式的不同可分如高溫壓縮蠕變、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定，故應(yīng)用較多。我國通常采用壓縮蠕變。高溫壓縮蠕變的表示方法：一般以某一恒定溫度（℃）和恒定荷重（MPa）條件下，制品的變形量（%）與時間（h）的關(guān)系曲線即蠕變曲線來表示，也可用某一時段內(nèi)（如25-50小時）制品的變形量（%）來表示。2.3耐火材料的高溫使用性質(zhì)2023/2/1概念：高溫蠕變系指材料在一定高溫條件下、承受一定外加應(yīng)力作用時，隨時間變化而發(fā)生的等溫變形的現(xiàn)象?！癞?dāng)耐火材料在高溫下承受某一恒定荷重W時（W＜耐壓強度），會產(chǎn)生塑性變形，且變形量會隨時間的延長而增大，直至材料最終破壞?！褚虼耍瑢τ谀突鸩牧系馁|(zhì)量，不能僅僅考慮其強度指標(biāo)，還需同時考慮溫度和時間的效應(yīng)。而高溫蠕變性正是綜合地反映了應(yīng)力、溫度、時間同時作用于耐火材料時的效應(yīng)，故其為一個極其重要的性能指標(biāo)。2.3耐火材料的高溫使用性質(zhì)（三）高溫蠕變性能2023/2/1表示方法：高溫蠕變性通常用材料在恒溫、恒定荷重情況下的變形率（ε%）和時間（t）的關(guān)系曲線，或采用在此情況下經(jīng)過若干小時后的變形率（ε%）來表示（如某高鋁制品的蠕變率為-0.3%,1400℃×50h,2Kg/cm2）。變形率（ε%）=

Ln－L0Li×100%Li:試樣原始高度，mmL0:恒溫開始時的試樣高度，mmLn:恒溫n小時的高度，mm（三）高溫蠕變性能●根據(jù)對材料施加的荷重性質(zhì)不同，高溫蠕變性分為高溫壓（拉伸、扭轉(zhuǎn)）蠕變幾種。其中高溫壓蠕變測定容易，故應(yīng)用較多。即通常所說的“高溫蠕變”均指的是壓蠕變。2Kg/cm22023/2/1穩(wěn)態(tài)蠕變初期蠕變

ε%時間（t）加速蠕變彈性變形典型高溫蠕變曲線注：對于具體某種耐火材料而言，其蠕變曲線不一定完全包括上述三個階段。（三）高溫蠕變性能2023/2/1影響材料高溫蠕變性的因素：⑴材料的化學(xué)礦物組成，尤其是玻璃相的組成和含量。⑵材料的顯微組織結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)致密、組織均勻、晶粒粗大（晶界少）的材料，其蠕變率小。⑶實驗（使用）條件（溫度、荷重、氣氛等）。（三）高溫蠕變性能測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；檢驗制品質(zhì)量；評價生產(chǎn)工藝；窯爐設(shè)計中預(yù)測耐火制品在實際應(yīng)用中承受負(fù)荷的變化；評價制品的使用性能等。2023/2/1（四）高溫體積穩(wěn)定性1.概念：材料在長期經(jīng)受高溫作用時，其外形體積（尺寸）保持穩(wěn)定的性質(zhì)。2.表征方法：以試樣的重?zé)€變化（△L%）或重?zé)w積變化(△V%)表示材料的高溫體積穩(wěn)定性。測定方法：按規(guī)定制樣，準(zhǔn)確測量其有關(guān)尺寸，之后安置于爐中均溫區(qū)，按一定速率均勻升溫至實驗溫度，并保溫3~5h。然后停止實驗使之冷卻至常溫，再測定試樣重?zé)蟮拈L度尺寸或體積。按下式計算試樣的重?zé)叽缱兓骸锔邷伢w積穩(wěn)定性也是耐火材料的重要性能指標(biāo)之一，它直接關(guān)乎著窯爐砌體的結(jié)構(gòu)嚴(yán)密性和穩(wěn)定性。2023/2/1（四）高溫體積穩(wěn)定性V0重?zé)w積變化：

△V%

=

V－V0×100%L0重?zé)€變化：

△L%

=

L－L0×100%L0,V0:重?zé)暗某叽鏛,V:重?zé)蟮某叽纭铩鱈%或△V%可能為正值（膨脹），也可能為負(fù)值（收縮）。其絕對值越大，則意味著材料的高溫體積穩(wěn)定性越差。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。測定意義：可用以衡量材料的燒結(jié)情況。2023/2/1（四）高溫體積穩(wěn)定性3.材料產(chǎn)生重?zé)€（體積）變化的原因⑴所用原料未充分燒結(jié)。⑵制品在燒成過程中，其間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)未充分進(jìn)行完全；或者制品中尚存有未充分燒結(jié)的部分。1.概念：耐火材料抵抗溫度急劇變化而不破壞的性質(zhì)。或稱抗熱震性、熱穩(wěn)定性?！锬突鸩牧鲜欠蔷|(zhì)的脆性材料，與金屬材料相比，其導(dǎo)熱性差，彈性小，抗張強度低，使得其抵抗熱應(yīng)力破壞的能力差，即熱震穩(wěn)定性差。（五）熱震穩(wěn)定性2023/2/1耐火材料因熱震破壞有兩種類型：熱沖擊斷裂熱震損傷熱沖擊斷裂因溫度大幅度急劇變化導(dǎo)致的材料瞬時斷裂熱震損傷材料在熱沖擊循環(huán)作用下先出現(xiàn)開裂、剝落，然后碎裂直至整體破壞。（五）熱震穩(wěn)定性熱震試驗后的耐火材料電鏡圖片2023/2/12.測試和表征方法：有幾種，可以根據(jù)要求加以選擇。主要考慮加熱溫度、冷卻方式（風(fēng)冷或水冷）和試樣受熱部位等實驗條件。2.1熱交換次數(shù)表示法：將長條狀試樣（或標(biāo)型磚）的一端在爐內(nèi)加熱至一定高溫并保溫一定時間，以使其被加熱部分的內(nèi)外溫度一致，然后取出在流動冷水中急冷。如此反復(fù)進(jìn)行急冷急熱處理，直至損失磚總重量的一半為止。以試樣經(jīng)受的熱循環(huán)次數(shù)作為其抗熱震穩(wěn)定性指標(biāo)。（五）熱震穩(wěn)定性2.2重量損失表示法：將試樣磚的一端插入爐內(nèi)加熱至1400~1500℃并保溫一定時間，然后取出用鼓風(fēng)機鼓風(fēng)冷卻。如此反復(fù)多次，直至試樣磚開裂剝落。以試樣經(jīng)受若干次冷熱循環(huán)后的重量損失作為其抗熱震穩(wěn)定性指標(biāo)。2023/2/12.測試和表征方法：2.3殘余強度表示法：多用于科研工作。方法是將長條狀試樣整體置于電爐內(nèi)加熱至一定溫度并保溫一定時間，然后取出用風(fēng)機鼓風(fēng)冷卻或浸入流動冷水中急冷。如此反復(fù)若干次，然后將試樣烘干或冷卻至室溫，測其抗折強度，再算出其強度損失率或強度保持率，以此作為其抗熱震穩(wěn)定性指標(biāo)。S前：熱震前的抗折強度S后：熱震后的抗折強度強度損失率=S前－S后S前×100%（五）熱震穩(wěn)定性強度保持率=S后S前×100%2023/2/13.抗熱震性評價參數(shù)：3.1第一抗熱應(yīng)力斷裂因子R1：系指使材料開始破壞的最大溫差△Tmax：

R1=△Tmax=·σf

·(1–μ)

αEsσf

——材料的斷裂強度，MPaS——材料形狀因子，對于平面薄板材料S=1.3.2第二抗熱應(yīng)力斷裂因子R2：考慮了材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響

R2=·σf

·(1–μ)

αEs·λ=λR12023/2/13.抗熱震性評價參數(shù)：3.3第三抗熱應(yīng)力斷裂因子R3：在R1、R2中，沒有考慮材料的密度ρ及熱容c的影響。事實上，密度大、熱容小的材料，熱量從表面向內(nèi)部傳遞快，產(chǎn)生的溫差小，故抗熱震性會好。因此，在R2中引入質(zhì)量ρ、比熱容c即得到R3：R3

= R2=aR2λρca=λρc稱為導(dǎo)溫系數(shù)，或熱擴散系數(shù)。

以上三個因子是從熱彈性力學(xué)出發(fā)，以強度－應(yīng)力為判據(jù)，認(rèn)為材料中的熱應(yīng)力達(dá)到抗張強度極限后，材料就產(chǎn)生開裂，而一旦有裂紋產(chǎn)生就會導(dǎo)致材料完全破壞。所導(dǎo)出的結(jié)果比較適合于一般的玻璃、瓷器等結(jié)構(gòu)和組成相對比較均勻的材料。但大多數(shù)耐火材料是組織結(jié)構(gòu)不太均勻的多相材料，以上各因子都不太適合用來表征其抗熱震性。2023/2/13.抗熱震性評價參數(shù)：R4、R5就是從斷裂力學(xué)出發(fā)來表征抗熱震性的——它們認(rèn)為，材料因熱震而產(chǎn)生的裂紋大小及裂紋的擴展程度，與材料中積聚的彈性應(yīng)變能及裂紋擴展所需的斷裂表面能有關(guān)。當(dāng)材料中積聚的彈性應(yīng)變能越小，而斷裂表面能越大時，材料的抗熱震性越好。

例如，當(dāng)密度增大、氣孔率降低時，R2、R3

都增大，材料的抗熱震性應(yīng)該提高，但實際情況并非如此。事實上，氣孔的存在可以阻止裂紋的擴展，從而提高材料的抗熱震斷裂能力。因此，僅從熱彈性力學(xué)出發(fā)來表征耐火材料的抗熱震性不夠，還應(yīng)從斷裂力學(xué)出發(fā)來表征。3.4第四抗熱應(yīng)力斷裂因子R4：R4=Eσf2

(1–μ)

2023/2/13.抗熱震性評價參數(shù)：3.5第五抗熱應(yīng)力斷裂因子R5：R5=2VEσf2

(1–μ)

●R4只考慮了材料的彈性應(yīng)變能，用來比較具有相同斷裂表面能V

的材料的抗熱震性。R5

則同時考慮了材料的彈性應(yīng)變能和斷裂表面能，主要用來比較具有不同表面能的材料。R4

和R5越大，材料的抗熱震性越好。2023/2/1①熱膨脹系數(shù)α②彈性模量E③導(dǎo)熱率λ——

④材料本身強度【σ】⑤材料的顯微結(jié)構(gòu)——如氣孔、微裂紋。氣孔與裂紋既可起到防止裂紋瞬時擴展的作用，還可在一定程度上起到吸收熱膨脹、減小材料內(nèi)部熱應(yīng)力的作用。⑥制品的形狀及體積大小——通常，制品的體積越大、形狀越復(fù)雜，其抗熱震性越差?！鱐λ

4.抗熱震性的影響因素：2023/2/13.影響材料熱震穩(wěn)定性的因素（六）抗渣性1.概念：耐火材料在高溫下抵抗熔渣侵蝕而不損壞的性質(zhì)?！锶墼治g是耐火材料損壞的最常見形式之