1、12标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容前言点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容3耐火材料概论 宋希文 化学工业出版社 2008耐火材料工艺学 王维邦 冶金工业出版社 2004耐火材料应用 韩行禄 冶金工业出版社 1986参考书目平时4040，考试成绩60604p本课程冶金工程专业设置的一门选修课程。p本课程主要内容：p耐火材料基础知识：包括定义、性能、分类及生产工艺等以及一些常用耐火材料的性质；p耐火材料在冶金窑炉上的应用及发展趋势；5 o耐火材料是高温技术的基础材料，是重要的筑炉材料。耐火材料在冶金、硅酸盐、化工、动力、石油、机械制造工业等甚至尖端科
2、技领域得到广泛应用。o正确合理选用耐火材料是窑炉正常运转的重要保证。耐火材料不仅要求在高温下不损坏，而且应该隔热，同时还要具有不同的特殊性能:强度、热稳定性、耐侵蚀、抗磨损，（保温、传热、热交换、发热体）。o耐火材料对节约能源有非常重要的意义。合理选用耐火材料，不仅可以提高热处理过程中的热效率，还可以减少能源的消耗。o耐火工业被称为冶金及其他高温工业的支撑工业和先行工业。6第一节 耐火材料的定义及分类 金属材料 非金属 一 耐火材料的定义 耐火材料是耐火度不低于1580的无机非金属材料，用作高温窑炉等热工设备的结构材料，以及工业用高温容器和部件的材料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。无机
3、材料水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料有机材料7二 耐火材料的分类1 按照耐火度分：2 按照形状和尺寸分为：定形耐火制品和不定形耐火材料o定形耐火材料标准型砖、异形砖、特异形砖、以及实验室和工业用坩锅等特殊制品。o不定形耐火材料耐火浇注料、喷补料、可塑料、捣打料等。3 按照成型工艺分为：泥浆浇注制品、可塑成形制品、半干压成型制品、熔融浇注制品、以及用岩石直接切割制品。84 按照化学矿物组成分为：酸性、中性、碱性耐火材料o酸性耐火材料硅质制品（硅砖）o中性耐火材料硅酸铝质制品（半硅砖，粘土砖、高铝砖等）,碳质制品o碱性耐火材料含有MgO和CaO的耐火材料。镁质和白云石质（强碱性）9105 按照烧制工艺分
4、为：不烧砖、烧制砖、熔铸耐火制品、耐火混凝土等 11第二节 耐火材料的生产工艺 o常规工艺：原料的选择、破碎、粉碎、细磨、筛分、配料、混料、成型、干燥、烧成等几个基本工序。一 原料的选取和制备（1）选矿（2）干燥与煅烧（3）破碎与筛分二 配料o是指按照制品的类型和性能要求，将准备好的原料按照设计好的配方按比例配合起来。配料的基本原则是能获得成型后的密实坯体和制品的致密度，从而保证制品的性能。配方包括按规定比例配合的各种原料量。12三 混练o混练过程是将各种配好的物料和结合剂经过混合设备的混合作用达到物料的均匀分布。o常用的混合设备有双轴搅拌机、混沙机、和湿碾机。另外混合时还必须按照一定的加料顺
5、序进行，否则达不到均匀混合的目的。四 成型o混练后的耐火坯料借助于外力和模型，使得颗粒和粉料重新分布，排出部分空气而得到具有一定尺寸、形状和强度的坯体或制品的过程。o成型的方式有半干法成型、浇注成型、振动成型、热压成型、电熔铸法、等静压法等。13五 干燥o通常，经过成型后的砖坯含水率都在3.5%以上，强度比较低，必须经过干燥，降低水分含量，提高强度，以便运输装窑和烧成。常用的干燥设备有隧道干燥器。六 装窑七 烧成（生坯制品）隧道窑o烧结：物料经高温作用，变成具有一定强度和气孔率很低，甚至无气孔的致密石状物的工艺过程。14耐火材料的其它生产工艺o耐火材料与玻璃工艺相接近的熔铸法与混凝土制备类似的
6、耐火浇注料与搪瓷工艺类似的喷涂料及高温涂层材料与纺织品类似的耐火纤维制品15第三节 耐火材料的组成及性能 o本节主要介绍耐火材料的化学矿物组成、结构性能、力学性能、热学性能和使用性能等基础知识。高密度高纯硅砖的理化指标16一 耐火材料的化学、矿物组成o耐火材料一般是由多种不同的化学成分和矿物组成构成的非均质体。它的各种性质不仅取决于它的化学成分，而且更依赖于其中的物相组成、分布及各相的特性，即取决于制品的化学、矿物组成。17（一）耐火材料的化学组成o按照耐火材料的化学组成将其中的成分分为主成分、杂质成分和添加剂。1 主成分o主成分通常是耐火材料中一种或几种高熔点的耐火氧化物或非氧化物。它是耐火
7、制品的主体，直接决定耐火制品性能。它的性质和数量对耐火材料的性能起决定作用。o耐火材料按照其主成分有可分为三类：o酸性耐火材料：硅质，半硅质，粘土质；中性耐火材料：高铝质、碳质、铬质（中性偏碱）；碱性耐火材料：含MgO，CaO等镁质和白云石质，镁铬系和镁橄榄石系及尖晶石系。o按照主成分对耐火材料进行划分的意义在于：可以了解耐火材料的化学性质，判断在使用过程中它们之间以及耐火材料与接触物之间有无化学作用。182 杂质成分o杂质成分则是指由于原料纯度有限而被带入或生产过程中混入的对耐火制品性能具有不良影响的部分。高温下有溶剂作用。3 添加剂o加入量很少，甚至是极微；o弥补主成分在使用性能、生产性能
8、或作业性能等某方面的不足而使用的，o通常有 结合剂、矿化剂、稳定剂、烧结剂、减水剂、抗水化剂、抗氧化剂、促凝剂和膨胀剂等。能明显改善耐火制品的某种功能或特性，对该制品的主性能无严重影响。耐火材料的化学分析通常指分析耐火制品和原料的各种氧化物含量和其它主要成分含量和灼烧量。通过化学成分分析，按所含成分的种类和数量，可以判断原料和制品的纯度，制品的化学特性，并借助有关相图大致估计制品的矿物组成和耐火性能，可以作为选取原料、检查和调整工艺过程、确定使用条件的依据。19（二）矿物组成o耐火材料的矿物组成一般分为主晶相和基质两大类。o主晶相：是指构成制品结构的主体且熔点较高的晶相。主晶相的性质、数量和结
9、合状态直接决定着耐火材料的性能。除要选择熔点较高的化合物或单质外，还希望它们的晶体发育充分、完好，真正发挥主晶相的耐火性能。o基质：是在耐火制品主晶相之间填充的结晶矿物或玻璃相。其数量不大，但成分、结构复杂，作用明显，往往对制品的某些性能有着决定性的影响。在使用的过程中，基质往往首先破坏，调整和改变基质可以改善材料的使用性能。20二 耐火材料的结构性质o包括气孔率、吸水率、体积密度和透气度等，是影响耐火材料使用性能的重要因素。1 气孔率耐火材料中的气孔大致分为三类：（1）闭口气孔，封闭在制品中不与外界相通；（2）开口气孔，一端封闭，另一端与外界相通，能被流体填充；（3）贯通气孔，贯通制品的两面
10、，流体能通过。气孔率强度热导率抗侵蚀性，提高烧成温度，延长保温时间aP以显气孔率Pa即开口气孔和贯通气孔的体积之和占制品总体积的百分率来表示气孔率指标。aP212 吸水率o吸水率是制品中全部开口气孔所吸收的水的质量与其干燥试样的质量之比。o它实质上反映了耐火材料中开口气孔的数量。吸水率测定方法简便，在耐火材料生产实际中常常用来鉴定原料煅烧的质量。3 体积密度o体积密度是指耐火材料的干燥质量与其总体积之比 单位为g cm-3。o原料体密，砖坯体密，制品体密o体积密度直观地反应了耐火制品的致密程度，它是耐火原料、致密耐火制品质量水平的重要衡量指标。体积密度越高，对耐火材料的强度、抗侵蚀性、耐磨性、
11、荷重软化温度越有利。VdG0体224.透气度o气体透过耐火制品的难易程度。o对透气制品，既要有足够的强度，又要有良好的透气性。如：转炉底部透气砖。23三 耐火材料的力学性质o耐火材料的力学性质是指制品在多种条件作用下的强度等力学性能指标。该指标表征制品抵抗外力作用而不被破坏的能力。1 耐压强度2 抗折强度3 耐磨性241 耐压强度 耐压强度是指耐火材料在一定的温度下单位面积所能承受的压力。(Mpa)耐火材料的耐压强度分为常温耐压强度和高温耐压强度。它是衡量耐火材料质量的重要性能指标之一，间接地反映出制品的组织结构，如致密度、均匀性和烧结性等。2 抗折强度抗折强度是指耐火材料能承受的最大弯曲应力
12、的能力，又称抗弯强度。(Mpa)耐火材料的抗折强度亦分为常温抗折强度和高温抗折强度。高温抗折强度高的制品，在高温条件下，对于物料的冲击、磨损、液态渣的冲刷等，均具有较好的抵抗能力。3 耐磨性耐磨性是指耐火材料抵抗坚硬的物体或气流的摩擦、磨损、冲刷的能力。耐火材料的耐磨性取决于其矿物组成、组织结构和颗粒结合的牢固性以及材料本身的密度、强度等。25四 耐火材料的高温使用性能o耐火材料的使用性能是指耐火材料在高温下使用时所具有的性能。包括耐火度、荷重软化温度、高温蠕变性、体积稳定性、抗热震性、抗侵蚀性等。26四 耐火材料的高温使用性能o耐火材料的使用性能是指耐火材料在高温下使用时所具有的性能。是与其
13、使用寿命相关的性质。p 耐火度p 荷重软化温度p 高温蠕变性p 高温体积稳定性p 抗侵蚀性p 抗热震性271 耐火度耐火度指耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔融和软化的性质。单位 测定方法：试锥法 常用耐火材料的耐火度o耐火度不是耐火材料的熔点o制品的化学矿物组成直接决定其耐火度，提高原料纯度提高耐火度o问题：耐火度是否就是耐火材料的最高使用温度？282 荷重软化温度（荷软点）耐火材料对高温和荷重同时作用的抵抗能力，也表示耐火材料呈现明显塑性变形的软化范围。o测定方法：给耐火材料施以恒定压负荷，并加热，测定其发生明显变形时的温度点即为荷软点。o荷软点:TH:0.6变形温度点 TK:40变形温
14、度点o荷重软化温度范围：TKTH 荷软点的测定是为了判断材料的使用条件、荷重能力29几种耐火制品的荷软点 砖 种0.6开始变形温度（TH）40变形温度点（TK）荷软范围TKTH 一级粘土砖（耐火度1730）1400 1600200三级粘土砖（耐火度1580）1250 1500250莫来石砖（耐火度1770）1600 1800200 硅 砖（耐火度1730）1650 167020镁 砖（耐火度2000）1550 158030问题：耐火材料荷重软化温度范围的宽窄说明什么？30结晶相、晶体构造和性状晶相与液相的数量及液相粘度比较：粘土砖、硅砖、镁砖工艺因素影响荷软点的因素 提高荷软点措施 提高原料纯
15、度 改善结合相成分直接结合的主晶相陶瓷结合孤岛状主晶相31 砖 种开始变形温度（TH）40变形温度点（TK）TKTH 一级粘土砖（耐火度1730）1400 1600200三级粘土砖（耐火度1580）1250 1500250莫来石砖（耐火度1770）1600 1800200 硅砖（耐火度1730）1650 167020镁 砖（耐火度2000）1550 158030323高温蠕变性当耐火材料在高温下长时间承受某一较小的荷重时，产生塑性变形，变形量会随时间的延长而逐渐增加，甚至会使耐火材料破坏，这种现象叫蠕变。测定蠕变的意义在于可以了解制品发生蠕变的最低温度，预测耐火制品在实际使用过程中承受负荷的变
16、化，评价制品的使用性能。4 抗渣性抗渣性是指耐火材料在高温下抵抗炉渣的侵蚀和冲刷作用的能力。o冶金渣、燃料灰分、飞尘、热烟气等。o直接溶解、反应溶解、侵入变质溶解。o抗渣性是耐火材料重要的使用性能，对于改善耐火材料的生产工艺、指导其正确使用具有重要意义。335 高温体积稳定性耐火材料在高温下长期使用时，其外形体积保持稳定不发生变化的性质。残余收缩或膨胀检测方法:重烧线变化。重烧体稳定性炉顶砖6 抗热震性抗热震性是指耐火制品抵抗温度迅速变化而不破坏的能力。热震破坏：热冲击断裂和热震损伤。以抗热震次数来表示。34o由于耐火材料在受热状态下使用，承担抵抗热量、隔绝热量、传递热量的功能。因此耐火材料的
17、热学性质也是其性质的重要方面。耐火材料的热学性质主要包括热容、热膨胀性和导热性。1 热容o加热1Kg物质使之温度升高1时所吸收的热量。热风炉蓄热室用砖。2 热膨胀性o耐火材料的体积或长度随温度升高而增大的特性。o耐材的使用、窑炉设计和砌筑意义-3 导热性o耐火材料在加热时的温度传递速度。o是窑炉设计不可缺少的指标保温耐火材料、隔焰加热材料，换热材料。o碳质耐火材料导热性好，轻质多孔材料导热性差。五 耐火材料的热学性质35第二章 常用耐火材料o按照化学矿物组成分为：酸性、中性、碱性耐火材料酸性耐火材料硅质制品（硅砖）中性耐火材料硅酸铝质制品（半硅砖，粘土砖、高铝砖等），碳质制品碱性耐火材料含有M
18、gO和CaO的耐火材料。镁质和白云石质（强碱性）36第节 硅质耐火材料o硅质耐火材料是以二氧化硅为主要成分的耐火材料，包括硅砖、特种硅砖、石英玻璃及其制品。o对酸性炉渣抵抗能力强，但受碱性渣强烈侵蚀，易被Al2O3、K2O、Na2O等氧化物作用而破坏，对CaO、FeO、Fe2O3等氧化物有良好的抵抗性。目前仍然是焦炉、玻璃熔窑、高炉热风炉、硅砖倒焰窑和隧道窑、有色冶炼和酸性炼钢炉及其它一些热工设备的良好筑炉材料。37硅砖的主要原料：o石英岩(硅石)，要求其二氧化硅的含量在95%以上，最好在97%以上，将硅石块破碎、粉碎成直径不等的颗粒，筛分后就可以直接作为原料使用。o石灰乳、铁磷、纸浆废液为结
19、合剂和矿化剂，在高温下烧成。1 硅砖的生产38硅砖的性能与SiO2的晶型转变有密切关系o矿化剂的作用:是加速石英在烧成时转变为低比重的变体(鳞石英和方石英)而不显著降低其耐火度，它还能防止砖坯烧成时出发生急剧膨胀而产生的松散和开裂。39硅砖的性能与SiO2的晶型转变有密切关系o其中鳞石英具有矛头状双晶结构，使得砖具有较高的荷重软化点及机械强度。o而当硅砖中残余石英存在时，由于使用时它会继续发生晶形转变，体积膨胀较大，易引起砖体结构的松散。o在硅砖生产中石英的转变程度用密度衡量，硅砖的密度一般应小于2.38g/cm3402 硅砖的性质o耐火度16901730。SiO2含量 ，耐火度 ；杂质 ，硅
20、砖的耐火度。o荷重软化温度 16201670，与其耐火度相近。o高温体积稳定性在加热过程中，伴有体积膨胀。o耐热震性在850 下水冷仅为次，这是硅砖的一大弱点。o抗渣性对酸性及弱酸性炉渣和含腐蚀性炉气的侵蚀有很强的抵抗能力。4142焦炉用硅砖43o高密度高导热性硅砖：通过采取纯净的硅石原料，调整颗粒组成，选择适宜的矿化剂和高压成型等工艺措施，气孔率低于16的硅砖。（23%）o高密度高导热性硅砖：添加剂如SiC，Si3N4和金属硅等添加剂可增加密度，添加CuO、Cu2O、TiO2、Fe2O3等金属氧化物可以有效地提高硅砖的热导率，3 特种硅砖 444熔融石英制品 o熔融石英玻璃制品：以SiO2为
21、单一组分的玻璃相，为非晶质结构。用硅石或硅化物为原料，经高温熔化或气相沉积而成。1.透明石英玻璃不含或少含气泡等散射质点的石英玻璃。安全使用温度是1100。2.不透明石英玻璃 含有大量微小气泡等散射质点的石英玻璃。其隔热性能优于透明石英玻璃，但其他性能不如透明石英玻璃。主要性能：化学稳定性好、耐高温、热膨胀系数小、耐热震性很高并具有良好的电绝缘性，能透过红外线、紫外线。o熔融石英陶瓷制品（再烧结制品）4546第二节 硅酸铝质耐火材料 Al2O3-SiO2系统耐火材料除含有两种主要化学成分Al2O3和SiO2外，往往还含有56种杂质氧化物，常见的为TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、R2O等。
22、这些杂质氧化物均起熔剂作用，降低熔液的生成温度及其粘度，增大液相的生成量，降低了耐火度、荷软、抗渣性等使用性能。47一 粘土质耐火材料oA12O3含量在3048的铝硅系耐火材料。o是耐火材料工业的最早的产品，也是迄今为止在各种工业窑炉上使用最广泛的耐火材料。约占耐火材料总产量的5060，是硅酸铝质耐火材料中占用重要地位的一个品种。481 粘土质耐火材料的原料 软质粘土 生产过程中通常以细粉的形式加入，起到结合剂和烧结剂的作用。苏州土和广西泥是我国优质软质粘土的代表。硬质粘土 通常以颗粒和细粉的形式加入，前者起到配料骨架的作用，后者参与基体中高温反应，形成莫来石等高温形矿物。结合剂水和纸浆废液4
23、92 粘土质耐火材料的生产工艺要点12501350503 粘土质耐火材料的品种、性质、应用（1）耐火度 波动在15801770，一般情况下，随着Al2O3含量的增加而提高，随杂质含量的增加，尤其是随Fe2O3和碱金属含量的增加而显著降低。（2）荷重软化温度主要取决于制品中的Al2O3含量和杂质的种类和数量。开始于12501400，远比硅砖低。（3）高温体积稳定性长期在高温下使用，会产生残余收缩。（4）耐热震性较好。普通粘土砖1100 水冷循环达10次以上。（5）抗渣性抵抗弱酸性炉渣侵蚀的能力强，对酸性和碱性炉渣的抵抗能力较差化学组成A12O3在3048，其主要矿物组成为莫来石A3S2 2550
24、、玻璃相(2560)以及少量的方石英和石英。51品种及应用o普通粘土砖o低蠕变、低气孔粘土砖o大型粘土砖o粘土浇注料粘土质耐火材料制品原料来源丰富，制造工艺简单，产量很大，广泛用于各种工业窑炉和工业锅炉上。如隧道窑，加热炉和热处理炉等的全部或大部分炉体，排烟系统内衬用耐火材料，其中钢铁冶金系统是粘土质耐火材料制品的大用户，用于盛钢桶，热风炉、高炉、焦炉等使用温度在1350以下的高温部位。52通常按照Al2O3含量的高低，一般将高铝质耐火材料分为三级：二 高铝质耐火材料o在铝硅系耐火材料中，当Al2O3含量大在48%以上时的耐火制品，统称为高铝质耐火制品。531 高铝质耐火材料的原料o高铝矾土熟
25、料o是由高铝矾土矿煅烧后Al2O3含量大于48%、Fe2O3含量较低的铝土矿。铝土矿是一种由水铝石和高岭石(Al2O3.2SiO2.2H2O)组成的细分散胶体混合物。我国有丰富的铝矾土资源，约25亿吨，居世界前列，与几内亚、澳大利亚、巴西同属世界上矾土资源四大国。主要分布在山西阳泉、山东、河北、河南巩县、贵州、四川、广西、湖南等地。542 高铝制品的生产工艺要点高铝矾土熟料拣选破碎筛分除铁30.5mm0.50.088mm0.088mm结合粘土配料混练及成型烧成（1450）553 高铝制品的品种、性能及应用o普通高铝砖 一等、二等、三等o改性高铝砖：高荷软高铝砖、微膨胀高铝砖、低蠕变高铝砖等o其
26、它高铝砖：硅线石砖、兰晶石砖、莫来石砖及制品56o耐火度 耐火度随Al2O3含量的增加而提高。一般不低于17501790；对于Al2O3含量大于95的刚玉制品，耐火度可达19002000.o耐热震性 介于粘土质耐火制品和硅质制品之间，850下水冷循环仅35次，主要是由于刚玉的热膨胀性较莫来石高，而且无晶型转变之故。o抗渣性 由于Al2O3为两性氧化物，既能抵抗酸性渣的侵蚀，也能抵抗碱性炉渣的作用，但抗碱性渣的能力不及镁质耐火材料，却优于粘土质材料，并随莫来石含量的增加而增强。o其它品种：硅线石族制品：蓝晶石砖，硅线石砖、红柱石 荷重软化温度能提高100150 莫来石制品:烧结制品，电熔制品 3
27、 高铝制品的品种、性能及应用57o由于高铝质耐火材料制品的优良性能，因而被广泛应用于高温窑炉一些受炉气、炉渣侵蚀，温度高承受载荷的部位。例如高铝风口、热风炉炉顶、电炉炉顶等部位。o硅线石族制品具有较高的荷重软化温度、热震稳定性好、耐磨性和抗侵蚀性优良，因此适用于钢铁、化工、玻璃、陶瓷等行业，如用作烟道、燃烧室、炉门、炉柱、炉墙及滑板等。在高炉上，为确保内衬结构的稳定性、密封性，避免碱性物的侵入和析出，或风口漏风，在出铁口、风口部位，选择内衬大块型组合砖结构的硅线石族耐火材料，延长了使用寿命。o莫来石制品的抗高温蠕变、抗热震性能力远远优于包括特等高铝砖在内的其它普通高铝砖，广泛应用于冶金工业的热
28、风炉、加热炉、钢包，建材工业的玻璃窑焰顶、玻璃液流槽盖、蓄热室，机械工业的加热炉，石化工业的炭黑反应炉，耐火材料和陶瓷工业的高温烧成窑及其推板、承烧板等窑具。58三 刚玉质耐火材料o刚玉质耐火材料是指含Al2O390%以上，主晶相为-Al2O3（刚玉）的硅酸铝系耐火材料，也称氧化铝耐火材料。由于它具有耐高温、硬度大、强度高、抗氧化、耐腐蚀、电绝缘、气密性好等优良性能，因此具有广泛的用途。591 刚玉耐火材料的原料氧化铝所有熔点在2000以上的氧化物中，氧化铝是一种最普通、最容易获得且较为便宜的氧化物。氧化铝在自然界中的储量丰富。天然结晶的Al2O3被称为刚玉，如红宝石、蓝宝石即为含Cr2O3或
29、TiO2杂质的刚玉。大部分氧化铝是以氢氧化铝的形式存在于铝矾土和红土中。（1）工业氧化铝工业氧化铝是将铝矾土原料经过化学处理，除去硅、铁、钛等的氧化物而制得，是纯度很高的氧化铝原料，Al2O3含量一般在99%以上。（2）烧结氧化铝（3）电熔氧化铝602 2 生产工艺有烧结法和熔铸法两种o烧结刚玉制品必须在高温下烧成。烧成温度界16501800之间，有时达到1850。适当提高烧成温度，可以相应地提高制品的强度和密度。o熔铸刚玉砖是以工业氧化铝及少量纯碱和石英粉在电弧炉内熔融，再经铸型、退火等工序，最后机械加工成所需的形状、尺寸。3 3 其它品种o锆刚玉砖AZS(白铁砖）：Al2O3 50%70%
30、，ZrO2 20%40%，其余为SiO2。主要用于玻璃熔窑。o铬刚玉砖含Cr2O3的刚玉质耐火制品。由于Cr2O3与Al2O3形成连续固溶体，高温性能优于纯刚玉砖。耐高温、耐侵蚀，主要用作石化工业渣油气化炉下部内衬材料，以及不怕玻璃着色的玻璃熔窑。613 刚玉质耐火材料及其性能 具有优良的高温性质及机械强度等性能，广泛应用到了冶金、机械、化工、电子、航空和国防等众多工业领域。（1）由于有耐高温、耐腐蚀、高强度等性能，故用作浇钢滑动水口，冶炼稀贵金属、特种合金、高纯金属、玻璃拉丝、制作激光玻璃的坩埚及器皿；各种高温炉窑，如耐火材料、陶瓷、炼铁高炉的内衬（墙和管）；理化器皿、火花塞、耐热抗氧化涂层
31、。SiO2小于0.5的低硅烧结刚玉砖是炭黑、硼化工、化肥、合成氨反应炉和气化炉的专用炉衬。（2）由于有硬度大、耐磨性好、强度高的特点，在化工系统中，用作各种反应器皿和管道，化工泵的部件；做机械零部件、各种模具；做刀具、磨具磨料、人体关节、密封磨环等。（3）由于有高温绝缘性，故被用做热电偶的套丝管和保护管，原子反应堆中用的绝缘瓷，以及其他各种高温绝缘部件，如铂铑热电偶即使达到1720也不透气。在电子工业中被广泛用于固体集成电路基板管座、外壳、瓷架、微波窗口、导弹雷达天线保护罩等。（4）刚玉保温材料，如刚玉轻质砖、刚玉空心球和纤维制品，广泛应用于各种高温炉窑的炉墙及炉顶，既耐高温又保温。62第四节
32、 碱性耐火材料 o碱性耐火材料是指以氧化镁（MgO）、氧化钙（CaO）或氧化镁+氧化钙为主要成分的耐火材料。主要用于碱性炼钢炉、有色金属冶炼炉、玻璃和水泥工业用窑炉及其他热工设备。oMgO质、MgO-CaO质、CaO质、MgO-SiO2质、MgO-ZrO2质、MgO-尖晶石质耐火制品63一 碱性耐火原料包括天然和人工合成原料o镁质耐火原料是以MgO为主成分和以方镁石为主要矿物组成的原料。烧结镁砂、轻烧镁砂和电熔镁砂o烧结白云石耐火原料：又称死烧白云石、硬烧白云石、白云石熟料。是将白云石在17001800下煅烧所得的产品。o镁铝尖晶石 化学式为MgOAl2O3，含MgO28.2%，Al2O371
33、.8%。镁铝尖晶石具有良好的性能，但很少有天然矿藏，多为人工法合成。o钙质耐火原料 方解石与石灰石 o 64o烧结镁砂：将菱镁石、水镁石和由海水或卤水氢氧化镁等原料在15002300下充分烧结而得到的产物。烧结镁砂是生产镁质制品的重要原料。o电熔镁砂：由天然菱镁矿、轻烧镁砂或烧结镁砂在电弧炉中经2750以上的高温熔融而成。电熔镁砂的主晶相为方镁石，因其从熔体中结晶出来，所以晶体粗大，晶体直接接触程度高，结构致密，高温体积和化学稳定性好，在大气中抗水化性和抗渣性均优于烧结镁砂，在镁质和镁碳质耐火材料中正在取代烧结镁砂。651 镁砖o镁质耐火材料是MgO含量在80以上，以方镁石为主晶相的碱性耐火材
34、料。按生产工艺的不同，镁砖可分为烧成镁砖、不烧镁砖和再结合镁砖。o烧成镁砖是利用天然镁砂为原料，经成型、干燥后，在 15001600而制成的。o不烧砖，又称化学结合镁砖，是利用化学结合剂（如水玻璃、纸浆废液、卤水、六偏磷酸钠和聚磷酸钠）结合而成的不烧制品。o再结合镁砖是采用电熔镁砂为原料，经高压成型和超高温（1800）烧制而成的。烧成镁砖是生产量最大，使用最广的一种镁质耐火材料。我国生产的镁砖，质优价廉，在国际市场上具有很强的竞争力。二各种碱性耐火制品的品种、性能与用途66镁砖系列普通镁砖、优质镁砖、电熔镁砖67o耐火度 方镁石的熔点高达2800。所以镁砖的耐火度也很高，一般可达2000以上。
35、o荷重软化温度 镁砖的荷重软化温度比耐火度低得多，约为1500。o镁砖的导热性较好,导温性差o镁砖的热震稳定性较差 水冷次数仅为23次。原因是热膨胀系数大而导温性较差，在温度发生急变时易产生较大的热应力；o抗渣性与抗水化性 镁砖抗碱不抗酸 铁酸镁、钙镁橄榄石的生成 抗水化的能力低。因此，在任何情况下都要注意防水防潮。68o镁砖是典型的碱性耐火材料，抵抗碱性炉渣侵蚀的能力强。镁砖因其高温性能好、抗碱性渣能力强，因而被广泛应用于钢铁工业的炼钢炉衬、铁合金炉、混铁炉；有色冶金工业炉，如炼铜、铅、锌、锡的炉衬；建材工业的石灰窑；玻璃工业蓄热室格子体和换热器；耐火材料工业的高温煅烧窑、竖窑及隧道窑等。6
36、92 镁铝砖 镁铬砖配料中引入氧化铝或高铝矾土熟料或铬铁（Cr2O33237%,FeO6065）高级耐火材料o镁铝砖或镁铝尖晶石砖：（1）气孔率低（9），体积密度大；（2）荷重软化温度17001750；（3）抗渣性较强，抗硅酸盐，含铁熔渣渗透能力强，优于镁砖；（4）耐热震性1300 水冷循环613次。用于大型水泥回转窑，平板玻璃蓄热室、电炉炉顶、炉外精炼、钢包、大功率电弧炼钢炉、转炉及其它强化操作的热工设备。o镁铬砖制品：耐火度较镁砖低。一般只有18501960，但荷软点、高温体积稳定、抗热震稳定性（25次）均比镁砖强，镁铬砖对碱性、酸性炉渣侵蚀都有较强的抵抗能力。广泛应用于冶金、化工、玻璃、
37、水泥等行业。703 镁碳砖 镁炭质耐火材料是上世纪七十年代兴起的、为了提高炼钢转炉炉衬寿命和电炉某些特殊部位用耐火材料的寿命，迅速发展和开发的含碳质耐火材料。迄今为止，镁炭砖已成为氧气炼钢转炉炉衬耐火材料的主体。我国从1976年开始研制，目前，制砖技术已趋于成熟。71镁碳砖主要用于转炉、电炉、精炼炉 铝镁碳砖主要用于条件苛刻的盛钢桶内衬，精炼包的熔池部位和包底部位 3 镁碳砖：氧气炼钢转炉炉衬耐火材料的主体72o制砖特点 镁炭砖有烧成油浸镁炭砖和不烧镁炭砖两种制砖方法。前者制砖工艺比较复杂，很少采用，此处只简要叙述不烧镁炭砖的制砖工艺特点。73制造镁炭砖的原料是：优质烧结、电熔镁砂；石墨；酚醛
38、树脂结合剂；抗氧化剂 镁砂 欲制造出高质量高强度的镁炭砖，需选择高纯镁砂(MgO)含量尽可能高，结晶发育良好。石墨（1）耐高温（2）抗热震性能（3）化学稳定性和抗侵蚀能力酚醛树脂结合剂 与镁砂和石墨有良好的亲和性和粘性，容易把镁砂和石墨结合在一起，常温下有流动性易于在镁砂和石墨中铺开，热处理后能形成碳网络，可显著提高制品的强度和耐侵蚀性。抗氧化剂：Si、Al、Mg、SiC、B4C、B4N以及Al-Si、Al-Mg合金等。74镁炭砖的性质和应用o镁炭砖的组成材料为氧化镁和炭，两者都具有很高的熔点，成分互不固熔，因此镁炭砖有较高的耐火度。o 镁炭砖是一种复合结构，其主要部分系采用对碱性渣抵抗 能力
39、强的氧化镁熟料和难于被炉渣润湿的碳，所以显示出 优良的抗侵蚀性，尤其是抵抗熔渣渗透的能力强。o由于炭形成网络骨架，石墨具有优良的耐热冲击性能。镁炭砖的高温导热系数大、热膨胀系数和弹性模量小，高温强度比较大，荷重软化温度高，热震稳定性好。o镁炭砖还有较好的热态抗蠕变性。75镁炭砖的应用o 根据转炉各部位的工作条件，采用不同种类的镁炭砖，同时采用综合炉衬，与冶炼操作紧密配合等手段，使炉衬均衡蚀损，提高炉衬寿命。实践证明，镁炭砖用作炼钢转炉炉衬材料，效果非常好，低碳镁碳砖很有发展前途。o 镁炭砖还用在出钢口，其寿命大大提高，用作复吹转炉的供气砖及炉外精炼钢包渣线部位、电炉热点部位的衬体，都显示出特殊
40、的优越性，是传统碱性耐火材料不可比的。o 镁炭砖使用中受到损坏的主要原因仍是氧化脱炭。如何制造能满足各种复杂工作条件的镁炭砖，增强镁炭砖的抗氧化能力和减缓氧化速度等，仍然是要继续深入研究的课题。76o以白云石、镁砂、焦油沥青、石墨为主要原料，以CaO（4060）和MgO（3040）为主要成分的碱性耐火材料。o白云石是由碳酸钙和碳酸镁组成的复盐，化学式为CaCO3MgCO3。oCaO具有较强的抗酸性渣的能力，CaO又具有独特的化学稳定性以及净化钢液的作用。o镁钙砖抗渣蚀、耐剥落、对FeO、低钙硅比的炉渣有优异的抗侵蚀性，对钙硅比高的炉渣能形成坚固的挂渣层，可以抑制和减缓砖的氧化。u大量地应用到不
41、锈钢和洁净钢等高级钢种的精炼设备上，并且以较快的速度发展。生产厂家不断增多，产品品种和产量不断增加，产品质量不断提高，应用领域不断扩大，使用效果越来越好。4 镁钙碳砖耐火材料77第五节 碳质耐火材料 78一 碳质耐火材料生产工艺1 以焦炭、高温煅烧无烟煤、石墨等为原料，并加入一定量的冶金焦和石墨，以焦油、沥青、酚醛树脂等为结合剂，经过挤压、模压或振动成型后，生坯在焙烧炉中隔绝空气焙烧，焙烧后使用铣床及刨床进行机加工即为制品。2 常见品种：普通碳砖、微孔碳砖、自焙烧碳砖、热压碳砖等。79碳砖1 原料2 性能3 用途 以优质无烟煤(煅烧温度1250左右)为主要原料，并加入一定量的冶金焦和石墨，挤压
42、成型后，生坯在1100以上焙烧炉中焙烧，焙烧后使用铣床及刨床进行机加工 炭砖的耐火度高，导热性和导电性高，具有很好的抗渣性。而且热稳定性好，热胀系数低，高温强度高，耐高温，耐磨性好，耐各种酸、碱、盐和有机溶剂的侵蚀，但在氧化气氛中容易氧化。炭砖广泛应用于冶金工业普通高炉碳砖用于砌筑冶炼强度较低的容积为10002500m3的中型高炉。高炉炭砖用量最大，许多高炉的炉底、炉缸和炉腰是用炭砖砌筑的；还用于铝电解槽，铁合金炉等。80微孔炭砖 1原料2 性能3 用途 以高温(15002000)煅烧无烟煤为主要原料，加入少量的石墨粉和硅粉，以中温沥青为结合剂而制成的耐火材料制品。微孔炭砖不仅具有优良的常规性
43、能，而且还具有良好的抗碱性、导热性、抗铁水熔蚀性、抗氧化性和抗铁水渗透性等使用性能。微孔炭砖主要应用在高炉上那些异常侵蚀区和环缝侵蚀严重的部位以及高炉其它薄弱环节处。81高炉自焙炭砖 1原料2 性能3 用途 自焙炭砖系采用高温煅烧烧无烟煤为骨料，以无烟煤和焦炭混合粉料为细粉，使用中温煤沥青作粘结剂，在一定温度下混捏均匀，并采用高频模压振动成型制成的。生产工艺简单；经过烘炉和高炉生产时的热量进行焙烧，可形成近于无缝整体炉衬，砖体自行致密；能够吸收炉衬升温时产生的温度应力，缓解了热应力对炉衬的破坏；自焙炭砖能在中小高炉普遍应用，并取得良好的技术经济效果。在大型高炉采用半石墨质自焙炭砖，能降低铁水熔
44、融指数，提高热导率，提高抗碱侵蚀性能，增强抗氧化性能，改善耐冲刷磨损性能。82半石墨、石墨质炭砖 1原料2 性能3 用途 采用高温电煅烧无烟煤为原料，电煅烧的温度可达到15002000，使无烟煤进入半石墨化状态；粉料，使用磨碎的石墨碎屑。导热性能有明显提高，而且抗碱金属盐类腐蚀能力也比普通炭砖好得多，有逐渐取代普通炭砖的趋势。半石墨质高炉炭砖用于砌筑强化冶炼高炉的炉底下部、炉缸上部。用于铝电解槽可以降低电耗、增加电解槽寿命，是一种优良的电解槽内衬材料。83高温模压炭砖1工艺特点2 性能3 用途 成型时采用通电热模加压方法成型，由于高温模压工艺的限制，这种炭砖尺寸较小，大约不超过50025012
45、0mm导热系数高，导电性好；良好的抗碱侵蚀性能；抗热震性、热冲击性好；低渗透性，孔隙度小，气孔封闭，吸水性能极弱，炭砖尺寸小，单块炭砖的温差小等特点；主要用于炉缸、炉腹、下炉身等部位。采用高温模压炭砖时需要独特的砌体设计及特制的粘结材料。84 第六节 不定形耐火材料n是由骨料、细粉和结合剂混合而成的散状耐火材料。必要时可加入适量外加剂。它没有固定的外形，呈松散状、浆状或泥膏状，因而也称为散状耐火材料或耐火混凝土。n工艺特点：不需加热直接使用。85一 不定形耐火材料的组成1耐火骨料：是不定形耐火材料的骨架，对不定形耐火材料的高温性能起到决定性的作用。骨料也有粗颗粒和细颗粒之分。2掺合料：是粒度小
46、于0.088mm的骨料及其它物料细磨粉。加入掺和料是为了提高不定形耐火材料的致密度、增加和易性、改善烧结性、提高构体的高温结构强度。3结合剂：是将骨料和细粉胶结在一起，它的种类和用量对不定形耐火材料的性能有重要影响。4外加剂：为改善不定形耐火材料的性能。种类较多，有促凝剂、缓凝剂、减水剂、矿化剂、和膨胀剂等。用量很少。86二 不定形耐火材料的分类1 按所用耐火物料的材质可分为刚玉质、高铝质、粘土质、硅质、铝尖晶石质、镁质、碳化硅质、含碳质等不定形耐火材料。2根据在硬化过程中起主要作用的结合剂性质加以命名。如铝酸盐水泥结合、磷酸盐结合，硅酸钠结合等。3按施工方式分为：(1)耐火捣打料(2)耐火可
47、塑料(3)耐火浇注料(4)耐火压入料(5)耐火喷涂料(6)砌筑接缝材料(7)耐火涂抹料(8)干式振动料 87各种不定形耐火材料的主要特征种类定义和主要特征浇注料以粉粒状耐火材料与适当结合剂和水等配成，具有较高流动性的耐火材料。多以浇注或震实方式施工。结合剂多用水硬性铝酸钙水泥。包括轻质浇注料。可塑料由粉粒状耐火材料与粘土等结合剂和增素剂配成，呈泥膏状，在较长时间内具有较高可塑性的耐火材料。施工时可轻捣和压实，经加热获得强度。捣打料以粉粒状耐火材料与结合剂组成的松散耐火材料，以强力捣打方式施工。喷射料以喷射方式施工的不定形耐火材料，分湿法和干法施工两种，因主要用于涂层和修补其他炉衬，还分别称为喷
48、涂料和喷补料。投射料以投射方式施工的不定形耐火材料。耐火泥由细粉状耐火物料和结合剂组成的不定形耐火材料。有普通耐火泥、气硬性耐火泥、水硬性耐火泥、热硬性耐火泥之分。加入适量液体制成的膏状和浆状混合料，常称为耐火泥膏、耐火泥浆或涂抹料。88不定型耐火材料的结合剂1 耐火水泥：水硬性结合剂铝酸盐水泥（高铝水泥）、低钙铝酸盐水泥、纯铝酸钙水泥等。铝酸盐水泥中含CaO ，其耐火性。水泥中Al2O3 ，其耐火性。2.水玻璃:气硬性结合剂化学式：Na2OnSiO2 或Na2OnSiO2XH2O。有固体和液体之分。3.磷酸及磷酸盐结合剂:热硬性结合剂 磷酸与一些耐火材料接触后可反应生成酸式磷酸盐。磷酸铝结合
49、剂只有在远高于常温的条件下（500 左右）才能获得相当高的强度。89耐火浇注料：1 铝酸盐水泥耐火浇注料高铝水泥结合浇注料：最高使用温度为1400。铝-60水泥结合浇注料：最高使用温度约为1500 纯铝酸钙水泥结合浇注料：最高使用温度为1800。低水泥超、低水泥浇注料：铝酸盐水泥耐火浇注料具有快硬高强和施工简便等特点，因此应用广泛。2 轻质浇注料3 自流浇注料 90三 不定形耐火材料的特点o不定形耐火材料可以制成预制块使用或制成无接缝的整体构筑物，因此也称为整体耐火材料。o不定形耐火材料具有生产工艺简单、生产周期短、节约能源、适应性强、便于机械化施工等特点。o缺点：不定形耐火材料与同种材质的耐
50、火砖相比，荷重软化温度低，收缩较大，烘烤时间长。91四 不定型耐火材料的应用 不定形耐火材料以其生产工艺流程短、节能等特性，十几年来发展迅猛，在许多场合替代定型耐火材料制品，在我国不定形耐火材料占耐火材料生产总量的约30，并仍处于增长状态。不定形耐火材料广泛应用于冶金工业、机械工业、能源、化学工业和建筑材料工业的各种窑炉和热工构筑物。92一 轻质耐火材料的定义o轻质耐火材料是指气孔率高，体积密度小，具有隔热性能，对热可起屏蔽作用的材料。轻质耐火材料，除了主要用在高于环境温度条件下防止热的流出损失外，还用于低于环境温度的条件下以防止热的流入。在前一种情况下使用时，常称为保温隔热材料；而在后一种情
