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(huà)：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(jī)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(duì)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(shí)。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(duì)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(guò)程中除承受高溫作用外，還不同程度地受到機(jī)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(yùn)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(wú)機(jī)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(duì)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(jī)械應(yīng)力，且不喪失結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(guò)程中，不產(chǎn)生過(guò)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)€(xiàn)變化（%）2023/2/11.1耐火材料的定義及其性能要求（二）對(duì)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(kāi)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(guò)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(píng)價(jià)（6）良好的耐磨性——耐火材料在使用過(guò)程中，有時(shí)會(huì)受到高速流動(dòng)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(shí)要求耐火材料要具有良好的耐磨性。表征指標(biāo)：耐壓強(qiáng)度和耐磨性（或硬度）指標(biāo)。（7）外形和尺寸準(zhǔn)確——對(duì)定型制品而言。2023/2/11.2

耐火材料的分類(lèi)

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(lèi)，以便于科學(xué)研究、合理選用和管理。耐火材料的分類(lèi)方法很多，其中主要有化學(xué)屬性分類(lèi)法、化學(xué)礦物組成分類(lèi)法、生產(chǎn)工藝和使用部位分類(lèi)法、材料形態(tài)分類(lèi)法等多種方法。按化學(xué)屬性分類(lèi)按化學(xué)礦物組成分類(lèi)其他分類(lèi)方法2023/2/11.2.1按化學(xué)性質(zhì)分類(lèi)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(qiáng)堿性漸強(qiáng)●按化學(xué)屬性分類(lèi)對(duì)于了解耐火材料的化學(xué)性質(zhì)，判斷耐火材料在實(shí)際使用過(guò)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(lèi)耐火材料在使用過(guò)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(duì)酸性介質(zhì)的侵蝕具有較強(qiáng)的抵抗能力。--中性耐火材料在高溫狀況下對(duì)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(duì)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(duì)堿性介質(zhì)的化學(xué)侵蝕具有較強(qiáng)的抵抗能力。2023/2/1序號(hào)類(lèi)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(lái)石、方石英、剛玉半硅磚、粘土磚、高鋁磚、莫來(lái)石—?jiǎng)傆翊u3剛玉質(zhì)制品Al2O3（＞90%）剛玉剛玉—莫來(lái)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(wú)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(lèi)2023/2/11.2.2按化學(xué)礦物組成分類(lèi)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(lái)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(chēng)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(lèi)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(lèi)。表1SiO2－Al2O3系耐火材料1.2.2按化學(xué)礦物組成分類(lèi)（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(lèi)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(chēng)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(lèi)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(lái)石制品、鋯剛玉制品等。1.2.2按化學(xué)礦物組成分類(lèi)2023/2/1（7）特種耐火材料（高技術(shù)陶瓷）

上述分類(lèi)所不能包括的材料，此類(lèi)材料除其化學(xué)組成比較特殊，不宜歸類(lèi)到上述類(lèi)別中外，通常它們還具有各自的較為突出的特點(diǎn)，如優(yōu)良的熱震穩(wěn)定性、抗渣性等，利用這些特點(diǎn)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(lèi)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(jí)耐火材料：1770～2000℃特級(jí)耐火材料：>2000℃

超級(jí)耐火材料：>

3000℃1.2.3其他分類(lèi)方法2023/2/1標(biāo)普型：230mm×113mm×65mm；不多于4個(gè)量尺，（尺寸比）Max:Min<4:1。異型：不多于2個(gè)凹角，（尺寸比）Max:Min<6:1；或有一個(gè)50～70°的銳角。特異型：（尺寸比）Max:Min<8:1；或不多于4個(gè)凹角；或有一個(gè)30～50°的銳角。1.2.3其他分類(lèi)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(guò)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(jī)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(guó)耐火材料工業(yè)現(xiàn)狀及展望1.4.1中國(guó)耐火材料工業(yè)的現(xiàn)狀

●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)支撐?！窀母镩_(kāi)放以后，“十五”和“十一五”期間，是我國(guó)耐火材料工業(yè)發(fā)展速度最快的一個(gè)階段，在鋼鐵、建材、有色冶金等高溫工業(yè)高速發(fā)展的強(qiáng)力拉動(dòng)下，耐火材料工業(yè)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力明顯增強(qiáng),迄今已成為世界耐火材料的生產(chǎn)和出口大國(guó)。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(zhǎng)，基本滿(mǎn)足了高溫工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。2023/2/12010年，全國(guó)耐火材料進(jìn)口量、僅占國(guó)內(nèi)耐火材料需求量的0.012%，足以證明國(guó)內(nèi)耐火材料產(chǎn)品的數(shù)量、品種和質(zhì)量等可以滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)高溫工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行和技術(shù)發(fā)展的需要。1.4.1中國(guó)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(guó)的年產(chǎn)量情況2023/2/11.4.1中國(guó)耐火材料工業(yè)的現(xiàn)狀我國(guó)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(guó)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(qiáng)。節(jié)能型產(chǎn)品(生產(chǎn)過(guò)程節(jié)能或使用過(guò)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(wàn)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(wàn)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(gè)具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)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(yíng)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(shí)現(xiàn)了跨省市聯(lián)合重組。通過(guò)聯(lián)合重組，優(yōu)勢(shì)企業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大，競(jìng)爭(zhēng)能力明顯增強(qiáng)，目前，企業(yè)跨區(qū)域聯(lián)合重組的勢(shì)頭仍在繼續(xù)。2023/2/11.4.1中國(guó)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(guò)剩導(dǎo)致市場(chǎng)混亂無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)，原材料價(jià)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(guó)耐火材料行業(yè)的特點(diǎn)（1）產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)：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(guò)15億以上全國(guó)只有青花集團(tuán)一家。但產(chǎn)能過(guò)剩，且落后產(chǎn)能占相當(dāng)比例。2023/2/11.4.2中國(guó)耐火材料行業(yè)特點(diǎn)（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(guó)耐火材料行業(yè)特點(diǎn)（3）產(chǎn)品質(zhì)量：原材料波動(dòng)、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性與國(guó)外先進(jìn)水平相比波動(dòng)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(wàn)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(guó)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%?！滩欢ㄐ文突鸩牧系奶攸c(diǎn)是生產(chǎn)過(guò)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(guò)程能耗。世界發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)耐火材料行業(yè)特點(diǎn)（6）節(jié)能與環(huán)保：存在生產(chǎn)過(guò)程能耗較大、粉塵較大等能耗環(huán)保問(wèn)題。（5）裝備水平：與國(guó)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(fèi)嚴(yán)重。2023/2/11.4.3耐火材料工業(yè)目前存在的問(wèn)題√產(chǎn)能過(guò)剩，淘汰落后產(chǎn)能任務(wù)艱巨?！绦袠I(yè)集中度低、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)無(wú)序。√資源、環(huán)境壓力大。√自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較弱?！唐髽I(yè)研發(fā)投入少，技術(shù)力量薄弱，抗風(fēng)險(xiǎn)能力不強(qiáng)?！袒A(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(wèn)題√產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，長(zhǎng)壽高效、功能化、節(jié)能、環(huán)保等先進(jìn)耐火材料比重低。√耐火材料的配套技術(shù)水平不高和實(shí)際使用效果較差。√資源日趨緊張，綜合利用率低，資源在未來(lái)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(kāi)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(jìng)爭(zhēng)力集優(yōu)質(zhì)耐火材料的生產(chǎn)與專(zhuān)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(guó)雖然有很多耐火材料生產(chǎn)商，但缺少成套技術(shù)支持，競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)！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(duì)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(guò)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(dòng)力的應(yīng)用技術(shù)研究是我國(guó)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(jìng)爭(zhēng)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(shí)現(xiàn)較大幅度降低耐火材料消耗的主要癥結(jié)所在。現(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(wèn)題將成為行業(yè)發(fā)展的一個(gè)潛在瓶頸。研究不同檔次資源的高效利用技術(shù)對(duì)行業(yè)長(zhǎng)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(xiàn)，以滿(mǎn)足我國(guó)高溫工業(yè)的發(fā)展需要和國(guó)際市場(chǎng)的需求為重點(diǎn)，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(shù)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(qiáng)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(dòng)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)?；?、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(kāi)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(shì)：

2.優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。通過(guò)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(kāi)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(jìng)爭(zhēng)力。

3.進(jìn)一步提高整個(gè)行業(yè)的技術(shù)裝備水平。今后要重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)耐火材料生產(chǎn)自動(dòng)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(cè)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(duì)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(shì)：

5.提高節(jié)能減排和清潔生產(chǎn)水平。今后要重點(diǎn)開(kāi)發(fā)和推廣新型節(jié)能爐窯，開(kāi)發(fā)綜合節(jié)能技術(shù)，開(kāi)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(guó)資源特點(diǎn)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(mǎn)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(shì)：

6.大力加強(qiáng)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(guó)耐火材料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在知識(shí)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(guó)際接軌等方面，與我國(guó)實(shí)際的耐火材料生產(chǎn)規(guī)模不相稱(chēng)，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(qiáng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，制定和完善行業(yè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范及行業(yè)準(zhǔn)入政策，加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。發(fā)展重點(diǎn)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(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)工作，爭(zhēng)取檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)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(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。俄羅斯：TOCT

日本：JIS（JapaneseIndustrialStandards）英國(guó)：BSI（BritishStandardsInstitution）美國(guó)：ASTM（AmericanSocietyofTestingMaterials）中國(guó)：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(cè)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(lái)研制、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)或選擇能適應(yīng)操作環(huán)境、滿(mǎn)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(lèi)；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(shuō)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(lèi)：一類(lèi)是同時(shí)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(lèi)型（b）的制品的高溫使用性能（高溫力學(xué)強(qiáng)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(lèi)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(chēng)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(lèi)型：1—封閉氣孔；2—開(kāi)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(lèi)型開(kāi)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(duì)材料性能的影響真氣孔率=(總氣孔率）V1+V2V0×100%顯氣孔率=(開(kāi)口氣孔率）V1V0×100%V0:制品總體積V1:制品中的開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(cè)定，故常采用顯氣孔率來(lái)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(shí)際上是反映制品中開(kāi)放氣孔量的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)。由于其便于測(cè)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(cè)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(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。2023/2/1G1:制品中開(kāi)放氣孔吸滿(mǎn)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(kāi)放氣孔吸滿(mǎn)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(gè)主要指標(biāo)。它實(shí)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(shí)，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(kāi)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(guò)耐火制品難易程度的特征值，其物理意義是在一定時(shí)間內(nèi)和一定壓差下透過(guò)一定斷面和厚度的試樣的氣體量：式中：Q為氣體透過(guò)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(guò)時(shí)間（小時(shí)）；

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(chēng)透氣率（升·米/米2·毫米水柱·小時(shí)）

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(kāi)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(guò)量與其粘度也有關(guān)——透過(guò)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(duì)透氣度系數(shù)”或“絕對(duì)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(lái)衡量：K=(P1－P2)A·tQ·dμ=η·K式中η

為透過(guò)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(qiáng)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(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(lái)的形狀和尺寸，此時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變的比值稱(chēng)為彈性模量，也稱(chēng)楊氏模量。E亦即材料在應(yīng)力作用下發(fā)生彈性變形時(shí)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(duì)長(zhǎng)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(gè)定值，即與外力的大小無(wú)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(qiáng)度的反映。鍵合愈強(qiáng)，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(duì)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(yàn)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?chǔ)臕與縱向應(yīng)變?chǔ)臠之比：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(wú)機(jī)材料的μ

值介于0.2~0.25。2023/2/1（二）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。可按下式計(jì)算：

式中S—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，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(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)量時(shí)，可按下式計(jì)算：

式中：R—抗折強(qiáng)度，N/mm2（MPa）；

W—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mm。2.2.2耐火材料的力學(xué)性質(zhì)bWLd2023/2/1常溫耐壓強(qiáng)度指標(biāo)通?？梢苑从成a(chǎn)中工藝制度的變動(dòng)。高的常溫耐壓強(qiáng)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(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。2.2.2耐火材料的力學(xué)性質(zhì)●耐火材料在使用時(shí)很少由于常溫下的靜荷重而破壞。但是，由于常溫耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)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(cè)定也簡(jiǎn)單易行，因此，實(shí)際生產(chǎn)中，常溫耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度是常測(cè)的兩項(xiàng)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(guò)程中吸收能量的能力，是材料強(qiáng)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(chēng)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(duì)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(lái)評(píng)價(jià)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(huì)導(dǎo)致材料發(fā)生低應(yīng)力脆斷，針對(duì)這種情況，通常采用斷裂韌度KIC（或稱(chēng)斷裂韌性）來(lái)評(píng)定。

KIC是對(duì)材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)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(kuò)展的應(yīng)力，即斷裂應(yīng)力a--材料內(nèi)部裂紋長(zhǎng)度的一半（四）斷裂韌性2023/2/1影響材料強(qiáng)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(qiáng)度σ0--氣孔率為0時(shí)的強(qiáng)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(duì)材料的強(qiáng)度與斷裂韌性有明顯影響：σf--材料斷裂強(qiáng)度d--晶粒尺寸KI–與材料有關(guān)的常數(shù)2023/2/1（五）硬度測(cè)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(qiáng)度、耐磨性以及工藝性能往往存在一定對(duì)應(yīng)關(guān)系，故可用來(lái)檢驗(yàn)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(cè)材料的表面，并保持一定時(shí)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(lái)表示被測(cè)金屬材料的硬度。布氏硬度計(jì)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(yàn)力的作用下，將壓頭壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時(shí)間后，卸除主試驗(yàn)力，根據(jù)殘余壓痕深度計(jì)算被測(cè)材料的硬度。洛氏硬度值可直接從硬度計(jì)讀取。h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖2023/2/1常用的三種洛氏硬度的試驗(yàn)條件及應(yīng)用范圍硬度符號(hào)壓頭類(lèi)型總實(shí)驗(yàn)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(yàn)原理與布氏硬度相同，但維氏硬度試驗(yàn)是用兩面夾角為136°的金剛石四棱錐體作為壓頭。試驗(yàn)時(shí)測(cè)出壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度并計(jì)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(cè)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(lái)測(cè)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(qiáng)布氏硬度洛氏硬度維氏硬度優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)硬度值可直接讀出，簡(jiǎn)便，壓痕小，可在關(guān)鍵表面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。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(cè)定麻煩壓痕直徑測(cè)量麻煩，不適于成品、薄件2023/2/1（五）耐磨性實(shí)際上，測(cè)定耐火材料的硬度沒(méi)有多大意義，耐火材料的耐磨性更具實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)，筑體材料的熱容會(huì)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(shí)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(duì)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(shí)間內(nèi)通過(guò)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(shí)間沿x軸方向穿過(guò)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(jì)的重要依據(jù)——涉及窯爐的保溫節(jié)能設(shè)計(jì)；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(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。

（三）熱膨脹1）概念：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(chēng)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(shí)，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(duì)λ也有影響。一般說(shuō)來(lái)，開(kāi)口氣孔（尤其是貫通氣孔）和大氣孔會(huì)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(xiàn)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(gè)定值。（三）熱膨脹2）意義：窯爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(xiàn)膨脹系數(shù)：

L2－L1L1(t2－t1)=△LL1△t(1/℃)α=L1、V1——溫度t1時(shí)的試樣長(zhǎng)度或體積；L2、V2——溫度t2時(shí)的試樣長(zhǎng)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(qiáng)）：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(huì)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(shí)，長(zhǎng)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(mǎn)足各類(lèi)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(kāi)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(shí)驗(yàn)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(shí)實(shí)際上已不具有機(jī)械強(qiáng)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(shuō)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(gè)溫度值。★高溫荷軟溫度是耐火材料的一個(gè)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(qiáng)度與變形情況。2.測(cè)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(cè)定試樣被壓縮0.6%、4%和40%時(shí)的溫度，并獲得試樣的溫度~變形曲線(xiàn)。2023/2/12.測(cè)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(xiàn)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(shí)驗(yàn)條件：升溫速度、氣氛、爐內(nèi)溫度的均勻性等?！駵y(cè)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(gè)定義：(i)壓縮0.6%（0.3mm）時(shí)的溫度：荷重軟化開(kāi)始溫度Ts，即通稱(chēng)的“荷軟溫度”。(ii)壓縮40%（20mm）時(shí)的溫度：荷重軟化終止溫度Te，即通稱(chēng)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(shí)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(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（℃）和恒定荷重（MPa）條件下，制品的變形量（%）與時(shí)間（h）的關(guān)系曲線(xiàn)即蠕變曲線(xiàn)來(lái)表示，也可用某一時(shí)段內(nèi)（如25-50小時(shí)）制品的變形量（%）來(lái)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(shí)，隨時(shí)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(shí)（W＜耐壓強(qiáng)度），會(huì)產(chǎn)生塑性變形，且變形量會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，直至材料最終破壞?！褚虼?，對(duì)于耐火材料的質(zhì)量，不能僅僅考慮其強(qiáng)度指標(biāo)，還需同時(shí)考慮溫度和時(shí)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(shí)間同時(shí)作用于耐火材料時(shí)的效應(yīng)，故其為一個(gè)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(shí)間（t）的關(guān)系曲線(xiàn)，或采用在此情況下經(jīng)過(guò)若干小時(shí)后的變形率（ε%）來(lái)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(kāi)始時(shí)的試樣高度，mmLn:恒溫n小時(shí)的高度，mm（三）高溫蠕變性能●根據(jù)對(duì)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(cè)定容易，故應(yīng)用較多。即通常所說(shuō)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(shí)間（t）加速蠕變彈性變形典型高溫蠕變曲線(xiàn)注：對(duì)于具體某種耐火材料而言，其蠕變曲線(xiàn)不一定完全包括上述三個(gè)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(shí)驗(yàn)（使用）條件（溫度、荷重、氣氛等）。（三）高溫蠕變性能測(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。2023/2/1（四）高溫體積穩(wěn)定性1.概念：材料在長(zhǎng)期經(jīng)受高溫作用時(shí)，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)€(xiàn)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(cè)定方法：按規(guī)定制樣，準(zhǔn)確測(cè)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(shí)驗(yàn)溫度，并保溫3~5h。然后停止實(shí)驗(yàn)使之冷卻至常溫，再測(cè)定試樣重?zé)蟮拈L(zhǎng)度尺寸或體積。按下式計(jì)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)€(xiàn)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(duì)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(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：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)€(xiàn)（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(guò)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)?；蚍Q(chēng)抗熱震性、熱穩(wěn)定性。★耐火材料是非均質(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(qiáng)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(lèi)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(shí)斷裂熱震損傷材料在熱沖擊循環(huán)作用下先出現(xiàn)開(kāi)裂、剝落，然后碎裂直至整體破壞。（五）熱震穩(wěn)定性熱震試驗(yàn)后的耐火材料電鏡圖片2023/2/12.測(cè)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(shí)驗(yàn)條件。2.1熱交換次數(shù)表示法：將長(zhǎng)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(shí)間，以使其被加熱部分的內(nèi)外溫度一致，然后取出在流動(dòng)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(shí)間，然后取出用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)冷卻。如此反復(fù)多次，直至試樣磚開(kāi)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(cè)試和表征方法：2.3殘余強(qiáng)度表示法：多用于科研工作。方法是將長(zhǎng)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(shí)間，然后取出用風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)冷卻或浸入流動(dòng)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(cè)其抗折強(qiáng)度，再算出其強(qiáng)度損失率或強(qiáng)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(qiáng)度S后：熱震后的抗折強(qiáng)度強(qiáng)度損失率=S前－S后S前×100%（五）熱震穩(wěn)定性強(qiáng)度保持率=S后S前×100%2023/2/13.抗熱震性評(píng)價(jià)參數(shù)：3.1第一抗熱應(yīng)力斷裂因子R1：系指使材料開(kāi)始破壞的最大溫差△Tmax：

R1=△Tmax=·σf

·(1–μ)

αEsσf

——材料的斷裂強(qiáng)度，MPaS——材料形狀因子，對(duì)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(píng)價(jià)參數(shù)：3.3第三抗熱應(yīng)力斷裂因子R3：在R1、R2中，沒(méi)有考慮材料的密度ρ及熱容c的影響。事實(shí)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(huì)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(chēng)為導(dǎo)溫系數(shù)，或熱擴(kuò)散系數(shù)。

以上三個(gè)因子是從熱彈性力學(xué)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(kāi)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)果比較適合于一般的玻璃、瓷器等結(jié)構(gòu)和組成相對(duì)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(lái)表征其抗熱震性。2023/2/13.抗熱震性評(píng)價(jià)參數(shù)：R4、R5就是從斷裂力學(xué)出發(fā)來(lái)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(kuò)展程度，與材料中積聚的彈性應(yīng)變能及裂紋擴(kuò)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(shí)，材料的抗熱震性越好。

例如，當(dāng)密度增大、氣孔率降低時(shí)，R2、R3

都增大，材料的抗熱震性應(yīng)該提高，但實(shí)際情況并非如此。事實(shí)上，氣孔的存在可以阻止裂紋的擴(kuò)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(lái)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(lái)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(píng)價(jià)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(lái)比較具有相同斷裂表面能V

的材料的抗熱震性。R5

則同時(shí)考慮了材料的彈性應(yīng)變能和斷裂表面能，主要用來(lái)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(qiáng)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(shí)擴(kuò)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(jiàn)形式之