耐材定義及性質(zhì)資料

耐材定義及性質(zhì)資料第1頁(yè)/共41頁(yè)3.1耐火材料定義及性質(zhì)3.1.1定義

耐火材料是指耐火度不低于1580℃的無(wú)機(jī)非金屬材料。

用做高溫窯爐的結(jié)構(gòu)材料，工業(yè)用高溫容器和部件的材料。

大部分以天然礦石（如耐火黏土、硅石、菱鎂礦、白云石等）為原料制成。也有些采用工業(yè)原料和人工合成原料（如工業(yè)氧化鋁、碳化硅、合成莫來(lái)石、合成尖晶石的）。第2頁(yè)/共41頁(yè)玻璃窯用部分耐火材料第3頁(yè)/共41頁(yè)隧道窯：陶瓷、耐火材料等工業(yè)上應(yīng)用較多的現(xiàn)代化窯，連續(xù)生產(chǎn)的熱工設(shè)備。第4頁(yè)/共41頁(yè)玻璃熔窯：熔化玻璃的熱工設(shè)備。分玻璃池窯和坩堝窯。玻璃池窯坩堝窯玻璃池窯第5頁(yè)/共41頁(yè)3.1.2耐火材料的性質(zhì)3.1.2.1耐火材料的結(jié)構(gòu)性能3.1.2.2耐火材料的熱學(xué)性能3.1.2.3耐火材料的力學(xué)性能3.1.2.4耐火材料的使用性能第6頁(yè)/共41頁(yè)3.1.2.2耐火材料的結(jié)構(gòu)性能(1)氣孔率氣孔率可占制品總?cè)莘e的0～90％。氣孔分開口氣孔和閉口氣孔。開口氣孔又分為毛細(xì)孔、非毛細(xì)孔和封閉的毛細(xì)孔。毛細(xì)孔分為透氣的和不透氣的，孔徑大于5微米的透氣孔，稱為貫通的氣孔。第7頁(yè)/共41頁(yè)圖2-2制品中的氣孔形狀1—封閉氣孔；2-開口氣孔；3—貫通氣孔第8頁(yè)/共41頁(yè)圖2-3耐火材料性質(zhì)和氣孔率的關(guān)系1－抗熱震性；2－線膨脹系數(shù)；3－體積密度；4－熱導(dǎo)率；5－耐壓強(qiáng)度第9頁(yè)/共41頁(yè)(2)吸水率吸水率是耐火制品全部開口氣孔所吸收的水的質(zhì)量與干燥試樣的質(zhì)量百分比。耐火原料生產(chǎn)中習(xí)慣上用吸水率來(lái)鑒定熟料的煅燒質(zhì)量，原料煅燒得越好，吸水率數(shù)值越低，一般應(yīng)小于5％。第10頁(yè)/共41頁(yè)(3)體積密度體積密度是耐火制品的質(zhì)量與其體積（包括氣體）的比值。它表征耐火材料的致密程度，是所有耐火原料和耐火制品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的基本指標(biāo)之一。體積密度高的制品，其氣孔率小，強(qiáng)度、高溫荷重軟化溫度等一系列性能好。第11頁(yè)/共41頁(yè)(4)真密度真密度是耐火制品的質(zhì)量與其真體積（不包括氣孔體積）之比。在耐火材料中，硅磚的真密度是衡量石英轉(zhuǎn)化程度的重要技術(shù)指標(biāo)。SiO2組成的各種不同礦物的真密度不同，鱗石英的真密度最小，方石英次之，石英最大。第12頁(yè)/共41頁(yè)(5)氣孔孔徑分布?xì)饪卓讖椒植际悄突鹬破分懈鞣N孔徑的氣孔所占?xì)饪卓傮w積的百分率。在氣孔率相同時(shí)，孔徑大的制品的強(qiáng)度低。熔鑄或隔熱耐火制品氣孔孔徑可大于1mm，稱為縮孔或大氣孔；致密耐火制品的氣孔主要為毛細(xì)孔，孔徑多為1～30μm；氣孔微細(xì)化的鋁碳制品和致密高鋁磚的平均孔徑小于1～2μm。第13頁(yè)/共41頁(yè)電熔鋯剛玉磚橫斷面(箭頭所指為大的縮孔)第14頁(yè)/共41頁(yè)3.1.2.3耐火材料的熱學(xué)性能(1)比熱容比熱容是指1kg耐火材料溫度升高1℃所吸收的熱量。數(shù)值用于窯爐設(shè)計(jì)熱工計(jì)算。蓄熱室格子磚采用高比熱容的致密材料，以增加蓄熱量和放熱量，提高換熱效率。第15頁(yè)/共41頁(yè)(2)熱膨脹性熱膨脹性指材料的線度和體積隨溫度升降發(fā)生可逆性增減的性能。常以線膨脹系數(shù)或體積膨脹系數(shù)表示。第16頁(yè)/共41頁(yè)名

稱黏土磚莫來(lái)石磚莫來(lái)石剛玉磚剛玉磚半硅磚硅磚鎂磚平均線膨脹系數(shù)×10-6（20～1000℃）4.5～6.0 5.5～5.87.0～7.58.0～8.57.0～9.011.5～13.014.0～15.0各種耐火材料的平均線膨脹系數(shù)第17頁(yè)/共41頁(yè)各種耐火磚的熱膨脹曲線1-鎂磚;2-硅磚;3-鉻鎂磚；4-半硅磚；5-粘土磚；6-高鋁磚；7-黏土磚第18頁(yè)/共41頁(yè)(3)導(dǎo)熱性

導(dǎo)熱性表示耐火制品導(dǎo)熱能力的大小，常以其導(dǎo)熱系數(shù)表示。為了減少爐體的熱損失，一般來(lái)說(shuō)，要選用導(dǎo)熱性小的耐火材料。但是對(duì)于余熱回收來(lái)說(shuō)，又要選擇導(dǎo)熱性大的材料。第19頁(yè)/共41頁(yè)常見耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)1－碳化硅磚；2－鎂磚；3－碳化硅磚（含SiC70％）；4－剛玉磚；5－碳化硅磚（SiC50％）；6－燒結(jié)白云石磚；7－氧化鋯磚；8－鉻鎂磚；9－剛玉磚(含α-Al2O390%)；10－硅線石磚；11－橄欖石磚；12－鉻磚；13－硅磚；14－致密粘土磚；15－粘土磚第20頁(yè)/共41頁(yè)3.1.2.4耐火材料的力學(xué)性能(1)耐壓強(qiáng)度

耐壓強(qiáng)度是耐火材料在一定溫度下單位面積上所能承受的極限載荷。衡量耐火材料質(zhì)量的重要性能之一。常溫耐壓強(qiáng)度是指制品在室溫下測(cè)得的數(shù)值。第21頁(yè)/共41頁(yè)(2)抗折強(qiáng)度耐火材料抗折強(qiáng)度是指試樣單位面積承受彎矩時(shí)的極限折斷應(yīng)力，又稱抗彎強(qiáng)度。耐火材料抗折強(qiáng)度分為常溫抗折強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度。第22頁(yè)/共41頁(yè)(3)粘結(jié)強(qiáng)度粘結(jié)強(qiáng)度是指兩種材料粘結(jié)在一起時(shí)，單位界面之間的粘結(jié)力。耐火材料粘結(jié)強(qiáng)度主要是表征不定形耐火材料在使用條件下的強(qiáng)度指標(biāo)。要有一定的粘結(jié)能力，以有效地粘結(jié)于施工基體。第23頁(yè)/共41頁(yè)(4)高溫蠕變性耐火材料高溫蠕變性是指制品在高溫下受應(yīng)力作用隨著時(shí)間變化而發(fā)生的等溫形變。分為高溫壓縮蠕變、高溫拉伸蠕變、高溫彎曲蠕變和高溫扭轉(zhuǎn)蠕變等。常用高溫壓縮蠕變。第24頁(yè)/共41頁(yè)3.1.2.5耐火材料的使用性能(1)耐火度

耐火度是指耐火材料在高溫下抵抗熔化的能力。基本指標(biāo)，可粗略識(shí)別耐火材料質(zhì)量。耐火材料的實(shí)際使用溫度總要比材料的耐火度低，作為選材參考。第25頁(yè)/共41頁(yè)耐火度的測(cè)定方法是將材料做成截頭三角錐。在規(guī)定的加熱條件下，與標(biāo)準(zhǔn)高溫錐彎倒情況作比較。直至試錐頂部彎倒接觸底盤，此時(shí)與試錐同時(shí)彎倒的標(biāo)準(zhǔn)高溫錐可代表的溫度即為該試錐的耐火度。第26頁(yè)/共41頁(yè)試錐在不同熔融階段的彎倒情況a－熔融開始以前；b－在相當(dāng)于耐火度的溫度下；c－在高于耐火度的溫度下第27頁(yè)/共41頁(yè)一些耐火原料及制品的耐火度名稱耐火度范圍/℃名稱耐火度范圍/℃結(jié)晶硅石1730～1770硅磚1690～1730高鋁磚1770～2000粘土磚1610～1750鎂磚＞2000硬質(zhì)粘土1750～1770白云石磚＞2000第28頁(yè)/共41頁(yè)(2)高溫荷重軟化溫度荷重軟化溫度指耐火材料在恒定的荷重下，對(duì)高溫和荷重共同作用的抵抗性能。也為高溫荷重變形溫度，耐火制品在持續(xù)升溫條件下，承受恒定載荷產(chǎn)生變形的溫度。耐火制品同時(shí)抵抗高溫和載荷兩方面作用的能力。第29頁(yè)/共41頁(yè)測(cè)定荷重軟化溫度的方法有示差-升溫法和非示差-升溫法兩種。測(cè)定一般是加壓0.2MPa，從試樣膨脹的最高點(diǎn)壓縮至它原始高度的0.6％為軟化開始溫度，4％為軟化變形溫度及40％變形溫度。第30頁(yè)/共41頁(yè)耐火制品的0.2MPa荷重變形溫度/℃耐火磚種類0.6％變形溫度（TH）4％變形溫度40％變形溫度（TK）TK-TH硅磚（耐火度1730℃）1650167020剛玉磚（Al2O390%）18701900莫來(lái)石磚（Al2O370%）160016601800200鎂磚（耐火度約2000℃）1550158030一級(jí)粘土磚（Al2O340%，耐火度1730℃）140014701600200三級(jí)粘土磚125013201500250第31頁(yè)/共41頁(yè)各種耐火材料的荷重變形曲線1－高鋁磚（Al2O370%）；2－硅磚；3－鎂磚；4，6－粘土磚；5－半硅磚第32頁(yè)/共41頁(yè)(3)重?zé)€變化率體積穩(wěn)定性又稱重?zé)湛s或膨脹。耐火材料在高溫長(zhǎng)期停留時(shí)體積發(fā)生的不可逆變化。大多數(shù)耐火材料高溫下會(huì)產(chǎn)生殘余收縮，而硅磚卻膨脹。殘余收縮或膨脹過(guò)大會(huì)使?fàn)t體強(qiáng)度受到影響，甚至發(fā)生倒塌。選材時(shí)要求殘余收縮或膨脹小，且不超過(guò)其使用溫度。第33頁(yè)/共41頁(yè)(4)抗熱震性熱穩(wěn)定性又稱為耐急冷急熱性。耐火材料抵抗溫度的急劇變化而不破裂或剝落的性能。對(duì)間歇式作業(yè)的設(shè)備特別重要。第34頁(yè)/共41頁(yè)(5)抗渣性抗渣性指耐火材料在高溫下抵抗?fàn)t渣侵蝕和沖刷作用的能力。熔渣侵蝕是材料在使用中最常見的一種損壞形式。約有50%損壞是由熔渣侵蝕引起。第35頁(yè)/共41頁(yè)不同耐火材料間的相互反應(yīng)溫度/℃硅磚無(wú)石英磚無(wú)無(wú)白泡石130013001300粘土磚1300140013001400高鋁磚1300145013001400無(wú)剛玉磚1400145014001300無(wú)無(wú)鋯剛玉磚800800800900140015001400鎂磚無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)1000鋯英石磚第36頁(yè)/共41頁(yè)(6)高溫玻璃相滲出溫度電熔耐火材料在高溫下?lián)p毀的指標(biāo)之一。電熔材料玻璃相在一定條件和一定溫度范圍內(nèi)熔融。從某一溫度開始玻璃相會(huì)滲出試樣，顯微鏡觀察到試樣表面的玻璃液滴，以液滴出現(xiàn)時(shí)的溫度定為玻璃相開始滲出溫度。第37頁(yè)/共41頁(yè)(7)耐玻璃侵蝕性是高溫下抵抗玻璃料粉、玻璃液及堿、硼蒸氣等侵蝕的性能。以試樣被侵入深度和侵蝕后礦相的變化來(lái)表示。