耐火材料講義

耐火材料定義:耐火材料是指耐火度不低于1580℃的無機(jī)非金屬材料，它是為高溫技術(shù)服務(wù)的基礎(chǔ)材料，是砌筑窯爐、制造某些高溫容器和部件或起特殊作用的功能材料。耐火材料被廣泛地應(yīng)用在冶金、建材、化工、石油、機(jī)械和原子能等工業(yè)領(lǐng)域中。。

本章重點(diǎn)：

耐火材料的組成、宏觀結(jié)構(gòu)和性能及常用的耐火材料。6.1耐火材料的分類6.2耐火材料的組成6.3

耐火材料的宏觀結(jié)構(gòu)和性能6.4定形耐火材料6.4不定形耐火材料6.4耐火纖維1耐火材料的分類根據(jù)不同的觀點(diǎn)，有多種分類方法（1）按組成來分：

硅質(zhì)制品硅酸鋁質(zhì)制品鎂質(zhì)制品白云石(質(zhì))制品鉻質(zhì)制品碳質(zhì)制品鋯質(zhì)制品純氧化物制品非純氧化物制品等

耐火材料（2）根據(jù)耐火度來分普通耐火材料制品，其耐火度為1580℃～

1770℃；高級耐火材料制品，其耐火度為1770℃～

2000℃；特級耐火材料制品，其耐火度為2000℃以上耐火材料6.2耐火材料的組成耐火材料的性質(zhì)取決于其中的物相組成、分布、及各相的特性，即取決于制品的化學(xué)組成。另外也被礦物組成的影響。6.2.1化學(xué)組成6.2.2礦物組成6.2.1化學(xué)組成耐火材料的化學(xué)組成按其含量和作用可分為主成分、雜質(zhì)成分和添加成分。（1）主成分是耐火制品中構(gòu)成耐火材料基體的成分，是耐火材料的特性基礎(chǔ)。耐火材料按其主成分的化學(xué)性質(zhì)可分為三類，即：酸性耐火材料(含SiO294%~97%)、中性耐火材料(含Al2O345%以上)、堿性耐火材料(含有大量的MgO和CaO)。（2）雜質(zhì)成分耐火材料的原料絕大多數(shù)是天然礦物，含有一定量的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)是某些能與耐火基體作用而使其耐火性能降低的氧化物或化合物，通常稱為溶劑型雜質(zhì)。例如在硅質(zhì)耐火材料中往往含有一些Al2O3、TiO2等雜質(zhì)。（2）添加成分在耐火材料的生產(chǎn)中，為了促進(jìn)其高溫變化和降低燒成溫度，有時加入少量的添加成分。如在制造ＺrO2質(zhì)耐火材料時，為了利用ZrO2優(yōu)越的熱穩(wěn)定性，避免1000~1200℃范圍的破壞性晶型轉(zhuǎn)變，常加入CaO、MgO、Y2O3等穩(wěn)定劑；表6-1常見耐火材料的主要物質(zhì)和熔點(diǎn)2.2礦物組成礦物組成指由材料中的氧化物或非氧化物形成的不同礦物相及其含量。礦物相分為結(jié)晶相和玻璃相兩類。結(jié)晶相種類很多，在微觀結(jié)構(gòu)中，熔點(diǎn)較高且起主導(dǎo)作用的晶相稱為主晶相，其性質(zhì)、數(shù)量、晶體大小和排列分布等因素決定了材料的基本性能。在材料主晶相間填充的其他不向成分的晶相和玻璃相，稱為結(jié)合相，也是基質(zhì)材料。3.耐火材料的性能

耐火材料的性能主要有熱學(xué)性能、力學(xué)性能和高溫使用性能。耐火材料的熱學(xué)性能包括熱膨脹、熱導(dǎo)率、熱容等．前面兩個性能最常用，與材料的組成和使用有密切關(guān)系。（1）熱膨脹性：耐火材料的熱膨脹很重要，其性能的好壞取決于它的化學(xué)組成、礦物組成及微觀結(jié)構(gòu)。耐火材料在1400℃其膨脹率可達(dá)1%~2%，多數(shù)耐火材料的伸長率與溫度的關(guān)系近似于線性關(guān)系。硅磚則是由于SiO2的晶型轉(zhuǎn)變在600℃以前膨脹比較厲害，而在高溫下很小，甚至出現(xiàn)負(fù)膨脹，產(chǎn)生收縮的原因是未完全燒結(jié)、發(fā)生了相變或化學(xué)反應(yīng)等幾個因素中的一個或幾個共同作用。

（2）熱導(dǎo)率定義：熱導(dǎo)率是表征耐火材料導(dǎo)熱特性的一個物理指標(biāo)，是在單位溫度梯度下通過單位面積試樣的熱流速率。意義：耐火材料的熱導(dǎo)率對于高溫?zé)峁ぴO(shè)備的設(shè)計(jì)是不可缺少的重要數(shù)據(jù)；對于那些要求絕熱性能良好的輕質(zhì)耐火材料和要求導(dǎo)熱性能良好的隔焰加熱爐結(jié)構(gòu)材料，熱導(dǎo)率的測定都具有重要意義。熱導(dǎo)率的影響因素1、耐火材料的熱導(dǎo)率與其化學(xué)組成、組織結(jié)構(gòu)及溫度有密切關(guān)系。材料的化學(xué)組成越復(fù)雜、雜質(zhì)含量越多、添加成分形成的固溶體越多，它的熱率降低越明顯；晶體結(jié)構(gòu)越復(fù)雜的材料，熱尋率也越小。2、耐火材料中含有的氣扎總是降低材料的導(dǎo)熱能力，氣孔率愈大，則熱導(dǎo)率愈小。3、溫度是影響熱導(dǎo)率的一個基本因素，一般晶體具有負(fù)的熱導(dǎo)率溫度系數(shù)，玻璃質(zhì)和非晶質(zhì)有正的熱導(dǎo)率溫度系數(shù)2、力學(xué)性能力學(xué)性能指材料在不同溫度下抵抗外力作用而產(chǎn)生各種變形和應(yīng)力但不被破壞的能力。本章主要介紹耐火材料的高溫力學(xué)性能。

（1）高溫耐壓強(qiáng)度：高溫耐壓強(qiáng)度是材料在高溫下單位截面所能承受的極限壓力。（2）高溫?cái)嗔褟?qiáng)度定義：指材料在高溫下單位截面積所能承受的極限彎曲應(yīng)力，它表征材料在高溫下抵抗彎曲的能力，也稱為高溫抗彎強(qiáng)度。意義：耐火材料的高溫強(qiáng)度與其實(shí)際使用效果密切相關(guān)。抗彎強(qiáng)度愈大則抵抗因溫度梯度產(chǎn)生的剪應(yīng)力的能力愈強(qiáng)，因而制品在使用時不易產(chǎn)生剝落現(xiàn)象。影響因素：耐火材料的高溫抗彎強(qiáng)度，取決于制品的化學(xué)組成、組織結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝。3、高溫使用性能①耐火度：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。它與熔點(diǎn)不同，熔點(diǎn)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。耐火材料是由各種礦物組成的集合體，無固定熔點(diǎn)，只有一個熔融溫度范圍。制品的化學(xué)成分、礦物組成及分布是影響耐火度的重要因素，尤其是雜質(zhì)成分，可嚴(yán)重降低制品耐火度。②荷重軟化溫度：耐火制品在承受高溫和恒定壓負(fù)荷的條件下，產(chǎn)生一定變形時的溫度叫荷重軟化溫度。它表征材料在高溫和荷重共同作用下的抵抗變形的能力?；瘜W(xué)-礦物組成是決定荷重軟化溫度的主要因素，當(dāng)雜質(zhì)較少，制品有高荷重軟化溫度的晶相或液相時，有利于提高制品的荷重軟化溫度。良好的成型工藝及燒結(jié)有利于它的提高。③抗熱震穩(wěn)定性：耐火材料抵抗溫度急劇變化而不被破壞的性能稱為抗熱震穩(wěn)定性。硅磚受急冷急熱時易產(chǎn)生裂紋、開裂，鎂硅易于剝落，這些材料的抗熱震穩(wěn)定性低的表現(xiàn)。

抗熱震穩(wěn)定性與材料的礦物組成、微觀結(jié)構(gòu)、物料顆粒大小與分布、熱膨脹和熱導(dǎo)率等性能有密切的關(guān)系，與材料的宏觀組織結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度也有密切的關(guān)系。④抗蝕性：耐火材料在高溫下抵抗熔渣侵蝕的能力叫抗渣性。熔渣指高溫下與耐火材料接觸的冶金爐渣、飛塵、各種爐料、金屬液等

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侵蝕包括兩個過程：一是耐火材料在熔渣中的溶解過程；二是熔渣向耐火材料內(nèi)部的侵入過程。侵入的程度與氣孔率成正比，也受氣孔的形狀、大小和分布等情況的影響。4定形耐火材料4.1硅質(zhì)耐火材料4.2硅酸鋁質(zhì)及剛玉質(zhì)耐火材料4.3