耐火材料基礎知識.ppt

1、耐火材料基礎知識,1,2,同學們好！現(xiàn)在我們學習耐火材料,1 耐火材料,3,1.1、耐火材料的種類和性能,1、耐火材料的定義和分類 a、定義：凡具有抵抗高溫以及在高溫下所產(chǎn)生的物理化學 作用的材料統(tǒng)稱耐火材料。,b、三種分類方法：,1）按耐火度分類： A、普通耐火材料 耐火度為15801770。 B、高級耐火材料 耐火度為17702000。 C、特級耐火材料 耐火度為大于2000。,4,2）根據(jù)化學礦物組成分類： A、氧化硅質(zhì)耐火材料。 B、硅酸鋁質(zhì)耐火材料。 C、氧化硅質(zhì)耐火材料。 D、鉻鐵質(zhì)耐火材料。 E、碳質(zhì)耐火材料。 F、其它高耐火度制品。 3）根據(jù)耐火材料的化學性質(zhì)分類： A、酸性耐

2、火材料 B、堿性耐火材料 C、中性耐火材料,5,1.2、耐火材料的主要性能,耐火材料的基本特性可以通過它的物理性能和高溫使用性能來表示。 一、耐火材料的物理性能： 主要包括體積密度、真比重、氣孔率、吸水率、透氣性、耐壓強度、熱膨脹性、導電性及熱容量等。這些物理性能的好壞，直接影響著耐火材料的使用性能。,6,a、氣孔率 在耐火制品內(nèi)，有許多大小不同，形狀不一的氣孔。 （1）和大氣相通的氣孔稱為開口氣孔； （2）貫穿耐火制品的氣孔稱為連通氣孔； （3）不和大氣相通的氣孔稱為閉口氣孔；,其中氣孔率可分為：,若耐火磚塊的總體積（包括其中的全部氣孔）為V、質(zhì)量為M、開口氣孔的體積為V1、閉口氣孔的體積為

3、V2，連通氣孔的體積為V3，則：,7,真氣孔率=,即磚塊中全部氣孔體積 （包括開口、閉口和連通的氣孔）占整塊體積的百分率。 （2）顯氣孔率= 100%,即磚塊中外通氣孔（包括開口和連通的氣孔）體積占整塊體積的百分率。 （3）閉口氣孔率= 100%,100%,8,即磚塊中閉口氣孔體積占整塊體積的百分率。,b、體積密度（容重）：包括全部氣孔在內(nèi)的1m3 磚塊體積的質(zhì)量。,體積密度=,（kg/m3）,c、真比重：不包括氣孔在內(nèi)的單位體積磚塊重量與4水的單位體積重量之比。,真比重=,9,d、吸水率：是原料中所有開口氣孔所吸收的水的質(zhì)量Mw與磚塊質(zhì)量M之比值。用下述公式計算:,吸水率=,100%,吸水率

4、測定方法簡便，在生產(chǎn)實際中常用來鑒定耐火原料的質(zhì)量。原料燒結(jié)程度愈好其吸水率愈低。,10,e、熱膨脹性： 耐火制品受熱膨脹，冷后收縮，這種變化屬于可逆變化的。 耐火制品的熱膨脹性能主要取決于其化學礦物組成和所受的溫度。 耐火制品的熱膨脹性可用線膨脹系數(shù)或體積膨脹系數(shù)來表示，也可用線膨脹百分率或體積膨脹百分率表示。,11,二、耐火材料的使用性能,通常用來表示耐火材料使用性能的一些指標如耐火度、荷重軟化溫度、抗渣性、熱穩(wěn)定性、殘余收縮等都是在特定的實驗條件下測定出來的，和實際使用情況有著一定距離。,a、 耐火度 1、定義：耐火材料抵抗高溫而不變形的性能叫耐火度。 加熱時，耐火材料中各種礦物組成之會

5、發(fā)生反應，并生成易熔的低熔點結(jié)合物而使之軟化，故耐火度只是表明耐火材料軟化一定程度時的溫度。,12,2、耐火度的測定 測定耐火度時，將耐火材料試樣制成一個上底每邊為2mm，下底每邊為8mm，高mm、截面呈等邊三角形的三角錐體。把三角錐體試樣和比較用的標準錐體放在一起熱。三角錐體在高溫作用下則軟化而彎倒，當錐的頂點彎倒并觸及底板（放置試錐用的時，此時的溫度（與標準錐比較）稱為該材料的耐火度，三角錐體軟倒情況如下圖所示。,應該注意的是：耐火度并不能代表耐火材料的實際使用溫度。因為在實際使用時，耐火材料承受一定的機 械強度，故實際使用溫度比測定的耐火度低。,13,14,b、荷重軟化溫度 耐火材料在常

6、溫下的耐壓強度很高，但在高溫下發(fā)生軟化，耐壓強度也就顯著降低一般用荷重軟化溫度來評定耐火材料的高溫結(jié)構(gòu)強度。 1、定義：荷重軟化溫度就是耐火材料受壓發(fā)生一定變形量 的溫度。,2、測定方法： 將待測耐火材料制成高為50mm，直徑為36mm 圓柱體試樣，在196k Pa的荷重壓力下，按照一定的升溫速度加熱，測出試樣的開始變形溫度和壓縮4及40%的溫度作為試樣的荷重軟化溫度。,15,表11 某些耐火材料在高溫下的結(jié)構(gòu)強度,由表可以看出：氧化硅質(zhì)耐火材料的荷重軟化溫度和耐火度接近，因此氧化硅質(zhì)耐火材的高溫結(jié)構(gòu)強度好；而粘土質(zhì)耐火材料的荷重軟化溫度遠比其耐火度低，這是粘土質(zhì)耐火材料的一個缺點。氧化鎂質(zhì)耐

7、火材料的耐火度雖然很高，但其高溫結(jié)構(gòu)強度同樣很差，所以實際使用溫度仍然低于其耐火度很多。當然，在沒有荷重的情況下，其使用溫度可以大大提高。,16,c、 熱穩(wěn)定性 1、定義：耐火材料抵抗溫度急劇變化而不破裂或剝落的 能力稱熱穩(wěn)定性或稱耐急冷急熱性。 耐火材料的熱穩(wěn)定性是一個非常重要的性質(zhì)，因為在很多情況下，耐火材料處于溫度急劇變化的工作條件下。,17,2、測定方法： 熱穩(wěn)定性的測定方法很多。我國部頒的測定方法是將試樣 在850下加熱40分鐘后，再置于流動的冷水(1020)中冷 卻，并反復進行幾次，直到其脫落部分的重量達到最初總重量 的20時為止，此時其經(jīng)受的耐急冷急熱次數(shù)就作為該材料的 溫度極度

8、抵抗性指標。,耐火材料的抵抗溫度急變性能，除和它本身的物理性質(zhì) 如膨脹型、導熱性、孔隙度等有關(guān)外，還與制品的尺寸、形狀 有關(guān)，一般薄的、尺寸不大和形狀簡單的制品，比厚的、尺寸 較大和形狀復雜的制品有較好的耐急冷急熱性。,18,d、高溫體積穩(wěn)定性 定義：耐火材料在高溫下長期使用時體積發(fā)生不可逆變化。 有些體積膨脹叫殘存膨脹，有些體積收縮叫殘存收縮。 這一變化嚴重時往往會引起爐子的開裂和倒塌。因此， 使用耐火材料時，對這個性能必須十分注意。,和鎂磚在使用過程中常產(chǎn)生殘存收縮，硅磚常產(chǎn)生 膨脹現(xiàn)象。只有碳質(zhì)制品的高溫體積穩(wěn)定性良好。 各種耐火材料的殘存膨帳和殘存收縮的允許值一般為 0.5l.0范圍內(nèi)

9、。,19,e、抗渣性 耐火材料在高溫下抵抗爐渣侵蝕的能力稱為抗渣性。 耐火材料受爐渣侵蝕的過程是很復雜的，因而使測定抗渣性的方法很難標準化。 影響材料抗渣性的主要因素有：,a、爐渣化學性質(zhì) 爐渣主要分酸性渣和堿性渣。 含酸性較多的耐火材料，對酸性爐渣的抵抗能力強，對堿性爐渣的抵抗能力差; 堿性耐火材料對堿性渣的抵抗能力強，對酸性渣的抵抗能力差。,20,b、工作溫度 溫度在800900時，爐渣對材料的侵蝕作用不大顯著，但溫度達到12001400以上時，材料的抗渣性就大大降低。 c 、耐火材料的致密程度 提高耐火材料的致密度，降低它的氣孔率是提高耐火材料抗渣性的主要措施，可以在制磚過程中選擇合適的

10、顆粒配比和較高的成型壓力。,21,本次課小結(jié) 1、要求掌握耐火材料的定義及分類的標準。 2、重點掌握耐火材料的物理性能和高溫使用性能： 物理性能包括各種氣孔率和熱膨脹性。 高溫使用性能包括耐火度、荷重軟化溫度、抗渣性、高溫體積穩(wěn)定性等。,22,2 硅酸鋁質(zhì)耐火材料,硅酸鋁質(zhì)耐火材料是由Al2O3和SiO2及少量雜質(zhì)所組成，根據(jù)其Al2O3含量不同可分為：,1、半硅質(zhì)耐火材料(含A12O3 1530%) 2、粘土質(zhì)耐火材料(含Al2O3 3046) 3、高鋁質(zhì)耐火材料 (含A12O340%),23,2.1 粘土質(zhì)耐火材料,自然界產(chǎn)出的粘土質(zhì)耐火材料有耐火粘土和高嶺土，主要組成為高嶺石（Al2O3

11、2SiO22H2O），其余部分為K2O、Na2O、CaO、MgO,TiO2及Fe2O3等雜質(zhì)，含量約為67。 根據(jù)Al2O3 、SiO2和雜質(zhì)含量的不同，耐火粘土又分為硬質(zhì)粘土和軟質(zhì)粘土兩種。,粘土受熱后，首先放出結(jié)晶水，繼續(xù)升高溫度，則發(fā)生一系列變化而燒結(jié)，用化學式可表示為： 3（Al2O32SiO2，2H2O）3A12O3.2SiO24SiO26 H2O 高嶺石 莫來石 白硅石,24,l、粘土磚的性質(zhì) a、耐火度,一般粘土磚的耐火度在15801730。 當溫度升高到1545時就產(chǎn)生液相，磚開始變軟，達到1800時全部變成液相。當含有少量堿性化合物時，則其耐火度將顯著降低。,b、荷重軟化溫度

12、 因為粘土磚在較低的溫度下出現(xiàn)液相而開始軟比，如果受外力就會變形，所以粘土磚的荷重軟化溫度比耐火度低很多，只有1350左右。,25,c、抗渣性 粘土磚是弱酸性的耐火材料，它能抵抗酸性渣的侵蝕，對堿性渣侵蝕作用的抵抗能力則稍差。,d、熱穩(wěn)定性 粘土磚的熱膨脹系數(shù)小，所以它的熱穩(wěn)定性好。在850時的水冷次數(shù)一般為l015次。,e、體積穩(wěn)定性 粘土磚在高溫下出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象，使磚的體積縮小同時產(chǎn)生液相。由于液相表面張力的作用，使固體顆粒相互靠近，氣孔率低，使磚的體積縮小，因此粘土磚在高溫下有殘存收縮的性質(zhì)。,26,2、粘土磚用途 粘土磚用途廣泛。凡無特殊要求的磚體均可用粘土磚筑、高爐、熱風爐、化鐵爐、

13、平爐和電爐等溫度較低部分使用粘土磚。盛鋼桶、澆鑄系統(tǒng)用磚、加熱爐、熱處理爐、燃燒室、煙道、煙囪等均使用粘土磚。粘土磚尤其適用于溫度變化較大部位。,2.2 高鋁質(zhì)耐火材料 含Al2O3在46以上，用剛玉、高鋁釩土或硅線石系礦物作原料制成的耐火材料統(tǒng)稱為高鋁質(zhì)耐火材料。 目前以鋁釩土為制造高鋁質(zhì)耐火材料的主要原料 1、高鋁磚的性質(zhì) a、耐火度: 17501790，屬于高級耐火材料。 b、荷重軟化溫度: 比粘土磚高,沒有硅磚高 c、抗渣性： 接近于中性耐火材料，抗堿性渣的能力比抗酸性渣的能力弱些。 此外，高鋁磚的熱膨脹系數(shù)小，溫度急變抵抗性很好，和粘土磚一樣，在高溫下也會發(fā)生殘存收縮。,27,2、高

14、鋁磚的用途 常用它來代替高質(zhì)量的粘土磚和硅磚，以提高爐子的壽命。目前主要用于砌筑高爐、熱風爐、電爐爐頂、鼓風爐、反射爐、回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯。此外，高鋁磚還廣泛地用做平爐蓄熱式格子磚、澆注系統(tǒng)用的塞頭、水口磚等。但高鋁磚價格要比粘土磚高，故用粘土磚能夠滿足要求的地方就不必使用高鋁磚。,28,4.2.3 半硅質(zhì)耐火材料 SiO2含量大于65%，Al2O3含量為1530%的 耐火材料屬于半酸性耐火材料或叫半硅磚，其耐火 度不應低于1610。 半硅磚的各種性能介于粘土磚和硅磚之間，其 特點是： (1) 耐火度為16501710。 (2) 熱穩(wěn)定性比粘土磚差，因石英膨脹系數(shù)大。 (3) 荷重軟化開始溫度為135

15、01450，因含有較多的石英，故比一般的粘土磚稍高。,29,(4) 體積穩(wěn)定性好，因為原料中粘土的收縮被SiO2的膨脹所抵消，若含SiO2多則會有殘余膨脹產(chǎn)生。 (5) 抗酸性渣的侵蝕性好。 半硅磚所用原料廣泛，價格低，加上具有上述特性，所以使用范圍較廣，可以代替二、三等粘土磚。常用以砌筑化鐵爐內(nèi)襯，加熱爐爐頂和煙囪等。,30,3 氧化硅質(zhì)耐火材料,硅磚就是一種含SiO2在93%以上的氧化硅質(zhì)耐火 材料。 3.1 二氧化硅的結(jié)晶轉(zhuǎn)變 二氧化硅在不同溫度下的結(jié)晶狀態(tài)（同素異晶 體）有下列幾種： （1）一石英，一石英； （2）鱗石英，鱗石英，鱗石英； （3）白硅石，白硅石。 以上是指較高溫度下的結(jié)

16、晶形態(tài)，和是指較低溫度下的結(jié)晶形態(tài)。,31,SiO2的各種同素異晶體在不同溫度下會發(fā)生 轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變按其本質(zhì)的不同可分為下列兩 類： 1、遲鈍型轉(zhuǎn)變 這是由一種結(jié)晶構(gòu)造過渡到另一種新的結(jié) 晶構(gòu)造。這種轉(zhuǎn)變是從結(jié)晶的邊緣開始的，極 其緩慢地發(fā)展到結(jié)晶中心，所以需要很長的時 間且在一定溫度范圍下才能完成。 遲鈍型轉(zhuǎn)變一般只向著一個方向進行。,32,SiO2結(jié)晶的遲鈍型轉(zhuǎn)變有： (1) (2) (3) (4),33,2、高低型轉(zhuǎn)變 這種轉(zhuǎn)變不是由結(jié)晶表面逐漸向中心發(fā)展，而是 整個結(jié)晶同時轉(zhuǎn)變。在轉(zhuǎn)變時結(jié)晶內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化較 小，所以轉(zhuǎn)變是可逆的。屬于這類轉(zhuǎn)變的有： （1） （2） （3） （4）,34

17、,硅磚在燒成過程中所進行的各種結(jié)晶轉(zhuǎn)變可用圖44表示。,35,36,氧化硅質(zhì)耐火材料最大的特點是在晶型變化的同時還伴隨有體積的變化。 現(xiàn)以燒成后的硅磚在使用時的情況來看，白硅石轉(zhuǎn)變?yōu)橐话坠枋瘯r體積膨脹2.8%，較之鱗石英時大得多，故產(chǎn)生較大的應力，有時會發(fā)生破裂。若硅磚內(nèi)還含有沒有來得及轉(zhuǎn)變的一石英，則在高溫下會繼續(xù)進行遲鈍型的轉(zhuǎn)變， 這時體積膨脹會更大。,37,由于上述原因，故一般希望燒成后硅磚中的鱗石 英愈多愈好，白硅石次之，殘存石英愈少愈好。,3.2 硅磚的性質(zhì)及用途 1、硅磚的性能 （1）屬酸性耐火材料，對酸性渣侵蝕的抵抗能力強，對堿性渣侵蝕的抵抗能力弱。 （2）耐火度較一般粘土磚高，

18、達17101730。 （3）荷重軟化溫度高，幾乎接近其耐火度，一般都在1620以上，這是硅磚的最大優(yōu)點。 （4）熱穩(wěn)定性差，水冷次數(shù)只有12次，這主要是因為有高低型晶體轉(zhuǎn)變的緣故，所以硅磚不宜用于溫度有急變之處。,38,（5）體積穩(wěn)定性差，加熱時產(chǎn)生體積膨脹，故砌磚時必須注意留出適當?shù)呐蛎浛p。此外，硅磚在低溫下體積變化更大，所以烘烤爐子時，低溫下（600以下）升溫應緩慢。 （6）硅磚的真比重一般情況下其變化范圍為2.332.42， 以小為好，真比重小，說明石英晶型轉(zhuǎn)變完全，使用過程的殘余膨脹就小。,39,2、硅磚的用途 硅磚是酸性冶煉設備的主要砌筑材料，也是煉 焦爐、銅熔煉爐等不可缺少的筑爐材

19、料。由于硅磚 的荷重軟化溫度高，因而也可用在堿性平爐和電爐 爐頂上，甚至蓄熱室上層格子磚也可用它來砌筑。 使用硅磚時應注意下列事項： （1）硅磚在200300和578時由于高低型晶型 轉(zhuǎn)變，體積驟然膨脹，故在烘爐時在600以 下升溫不宜太快，否則有破裂的危險。在冷卻 至600以下時應避免劇烈的溫度變化。 （2）盡量避免和堿性爐渣接觸。,40,4 氧化鎂質(zhì)及其它堿性耐火材料,4.1 鎂石質(zhì)耐火材料 含氧化鎂（MgO）在8095以上的耐火材 料，屬于鎂石質(zhì)耐火材料（主要是鎂磚）。 制造鎂石質(zhì)耐火材料的原料是菱鎂礦。它的主 要成分是MgCO3,此外還含有CaO、SiO2、Fe2O3 等雜質(zhì)。菱鎂礦必

20、須經(jīng)過煅燒才能使用。 燒成后的鎂磚中礦物組成為：方鎂石（MgO） 占8090%；鐵酸鎂（MgOFe2O3）,鎂橄欖石 （2MgOSiO2），鈣鎂橄欖石（CaOMgOSiO2） 以及玻璃質(zhì)等，共約820。,41,1、鎂磚的主要性能 a、耐火度 因為方鎂石（MgO）結(jié)晶的熔點很高，可達2800，故鎂磚的耐火度在一般耐火磚中是最高的，通常在000以上。這是鎂磚的優(yōu)點之一，常用做高溫燃燒室或熔煉爐的砌筑料。 b、高溫結(jié)構(gòu)強度 鎂磚的高溫強度不好，荷重開始軟化溫度在15001550之間，比耐火度低500以上，所以，不用鎂磚砌筑高溫爐的爐拱，以免在高溫下受壓變形，因爐拱磚承受的擠壓力較大。,42,c、抗渣

21、性 鎂磚屬于堿性耐火材料，對于CaO、FeO等堿性熔渣的抵抗能力很強，故通常用做堿性熔煉爐的砌筑材料，但對于酸渣的抵抗力則很差。鎂磚不能與酸性耐火材料相接觸。 d、熱穩(wěn)定性 鎂磚的熱穩(wěn)定性很差，只能承受水冷28次。 e、體積穩(wěn)定性 鎂磚的熱膨脹系數(shù)大，在201500之間的線膨脹系數(shù)為14.3106，故砌磚過程中，應留足夠的膨脹縫。,43,f、導熱性 鎂磚的導熱能力約為粘土磚的幾倍。故鎂磚砌筑的爐體外層，一般應有足夠的隔熱層，以減少散熱損失。不過鎂磚的導熱性隨溫度升高而下降。 g、 水化性 煅燒不夠的氧化鎂與水作用，產(chǎn)生以下反應： MgO+H2OMg（OH）2 這稱為水化反應。由于此反應，體積膨

22、脹77.7%，使鎂磚遭受嚴重破壞，產(chǎn)生裂紋或崩落。鎂磚在儲存過程中必須注意防潮。,44,45,2、鎂磚的應用 。 煉鋼工業(yè)中可用來砌筑堿性平爐爐底和爐墻，頂吹轉(zhuǎn)爐爐襯，電弧爐爐墻、爐底，均熱爐和加熱爐爐底，混鐵爐內(nèi)襯。有色冶金工業(yè)中用以砌筑銅、鎳、鉛鼓風爐爐缸、前床，精煉銅反射爐，礦石電爐內(nèi)村等。,1、鎂鋁磚 鎂鋁磚是采用含鈣少的煅燒鎂砂（MgO90%，CaO2.2%）作原料，加入約8%的工業(yè)氧化鋁粉，以亞硫酸紙漿廢液做結(jié)合劑，在1580的高溫下燒成的制品。 鎂鋁磚的礦相組成是以方鎂石為主晶，鎂鋁尖晶石（MgO. Al2O3）為基質(zhì)。后者代替鎂磚中的鈣鎂橄欖石，成為方鎂石的結(jié)合劑。 鎂鋁磚與鎂

23、磚比較，具有以下特點：,46,4.2 鎂鋁磚、鎂鉻磚和鎂碳磚,（1）鎂鋁磚的耐急冷急熱性好，可承受水冷2025次，甚至更高。 （2）由于鎂鋁尖晶石本身的熔點較高，故鎂鋁磚的高溫結(jié)構(gòu)強度比鎂磚有所改善，達到15201580，甚至更高。 鎂鋁磚具有以上優(yōu)良性能，故在我國已廣泛用做煉鋼 平爐，煉銅反射爐等高溫熔煉爐爐頂?shù)钠鲋牧?，取得?延長爐子壽命的效果。大型平爐可達300爐左右，中小型 平爐在1000爐以上。,47,2、鎂鉻磚 鎂鉻磚是加鉻鐵礦于燒結(jié)鎂砂中做為原料制成的含Cr2O38的耐火制品， 其主要礦相組成為方鎂石和含鉻尖晶石（MgO. Cr2O3）。 鎂鉻磚對堿性熔渣的侵蝕有一定的抵抗能力

24、，高溫下的 體積穩(wěn)定性好，在1500時重燒線收縮很小。主要缺點是鉻尖 晶石吸收氧化鐵后，使磚的組織改變，引起“暴脹”，加速磚的 損壞。 鎂鉻磚常用來砌筑煉銅爐、電爐、回轉(zhuǎn)窯及平爐的某些部 位。,48,3、鉻質(zhì)耐火磚 含Cr2O3量較高（30%以上），而MgO量較少（1030%）的耐火磚為鉻質(zhì)耐火磚。 它的主要特性是屬于中性耐火材料，因為Cr2O3屬于中性氧化物，故對堿性熔渣和酸性熔渣都有良好的抵抗能力。 鉻磚有時用來砌筑在酸性耐火磚和堿性耐火磚交界的地方，以免酸性耐火磚與堿性耐火磚之間在高溫下起反應。,49,4、鎂碳磚 鎂碳磚是采用高純度鎂砂、電熔鎂砂、石墨粉為原料，以中溫瀝青為結(jié)合劑，高壓成

25、型而制成。 鎂碳磚在我國是近幾年來發(fā)展起來的一種新型高級耐火材料。該制品具有熱穩(wěn)定性好，荷重軟化溫度與高溫抗折強度高，抗堿性渣侵蝕能力強的特點。 鎂碳磚是當前煉鋼爐采用的主要耐火材料之一，它主要用于轉(zhuǎn)爐、電爐的渣線部位其爐襯及爐外精煉的鋼包等。由于其性能比鎂磚和焦油白云石磚好，故用在煉鋼爐上爐齡壽命可大大提高。,50,白云石質(zhì)耐火材料是以白云石為主要材料制成的，含CaO在40% 以上，MgO大于30%的耐火制品。 白云石的化學組成為MgCO3CaCO3，必須經(jīng)過高溫(15001600)煅燒，才能使用。 煅燒后的白云石熟料，主要礦相組成為方鎂石（MgO）以及CaO晶型。熟料破碎至一定粒度，通常稱

26、為冶金白云石砂，可做制磚原料。,51,4.3 白云石質(zhì)火材料,5 其他耐火材料、散狀耐火材料和隔熱材料,5.1 碳質(zhì)耐火材料 碳質(zhì)耐火材料是用碳及其化合物制成的。包括碳質(zhì)制品、石墨粘土質(zhì)制品、碳化硅制品等。 含碳耐火材料具有下列特性： （1）耐火度高，因為碳實際上是不熔化的物質(zhì)，在3500時升華； （2）碳質(zhì)制品是中性耐火材料，具有很好的抗渣性； （3）高的導熱性和導電性； （4）熱膨脹系數(shù)小，熱穩(wěn)定性好;,52,（5）高溫強度高，耐磨性好； （6）碳和石墨在氧化氣氛中會燃燒，碳化硅在高溫下也慢慢發(fā)生氧化作用，這是含碳耐火材料的主要缺點。 1、碳質(zhì)制品 冶金工業(yè)所使用的碳質(zhì)制品主要是碳磚。目前

27、碳磚用以砌筑高爐風口以下的爐缸和爐底部位，也用來做鋁電解槽的內(nèi)襯。 中小型高爐常在現(xiàn)場采用碳質(zhì)材料直接搗固的技術(shù)。 高爐使用碳磚，其最大優(yōu)點是高溫強度大和高溫體積穩(wěn)定。 質(zhì)量好的碳磚具有光澤，敲擊發(fā)出清脆的聲音。如有沙音，則表示制品有裂紋或多孔。,53,2、石墨質(zhì)制品 石墨是碳的一種結(jié)晶形態(tài)，常見的石墨質(zhì)耐火制品，有熔煉金屬的石墨坩堝及鑄鋼用的石墨塞頭磚等，此外還可做成電極使用。 石墨制品的特性，基本土與碳磚相同。石墨質(zhì)制品的導熱能力比碳磚更高。同時由于石墨晶型的抗氧化能力較強，加之石墨顆粒周圍有粘土構(gòu)成的保護膜，故石墨制品的抗氧化能力比碳磚強得多，可做成坩堝直接在高溫火焰中使用。不過石墨制品

28、的耐火度較碳磚低，一般在2000上下。這是因結(jié)合劑（耐火粘土）的耐火度低的緣故。,54,3、碳化硅質(zhì)制品 碳化硅耐火制品是以碳化硅為原料，加入耐火粘土、石英等做結(jié)合劑，或不加結(jié)合劑（靠本身再結(jié)晶而結(jié)合）所制成的。 碳化硅質(zhì)制品基本上保留了前述碳質(zhì)耐火材料所具有的特性。所不同的是加人了粘土等結(jié)合劑的制品，導致整個制品的耐火度及高溫強度的下降。以粘土結(jié)合的碳化硅制品，其耐火度約1800，荷重軟化開始溫度界于16201640之間。此外，碳化硅制品在較高溫度下才易被氧化，抗氧化能力比碳磚強的多。,55,56,碳化硅制品的導熱能力也較好，用來制做煉鋅蒸餾豎罐，換熱器元件等。碳化硅同樣有一定的導電能力，常

29、制成電阻發(fā)熱元件。此外，碳化硅耐火制品價格昂貴，因而限制了它的使用范圍。,傳統(tǒng)的筑爐方式是耐火磚作為主體的，散狀料（如耐火泥）只是作為砌磚的泥漿、磚縫填料或補爐料。但近二十年來，國內(nèi)外散狀耐火材料有了很大發(fā)展，出現(xiàn)了各種耐火混凝土（澆注料）、耐火可塑料及多種搗打料、噴涂料。,57,5.2 散狀耐火材料,1、耐火混凝土,耐火混凝土的使用溫度在900以上，甚至可達16001800。 根據(jù)所用膠結(jié)料的不同，耐火混凝土可分為硅酸鹽水泥耐火混凝土、鋁酸鹽水泥耐火混凝土、水玻璃耐火混凝土、磷酸鹽耐火混凝土、鎂質(zhì)耐火混凝土等，此外還有輕質(zhì)耐火混凝土。,58,A、硅酸鹽水泥耐火混凝土 為了使硅酸鹽水泥成為耐火

30、混凝土的一種膠結(jié)料，必須消除其中氧化鈣的作用，當加人水泥重量50100的細粘土熟料粉作摻合料時，它與氧化鈣結(jié)合成穩(wěn)定的硅酸鈣和鋁酸鈣礦物。這種耐火混凝土成本低，可以用在溫度較低（1000以下）、溫度波動不大、沒有酸堿侵蝕的地方。,59,B、鋁酸鹽耐火混凝土 鋁酸鹽耐火混凝土是以礬土水泥為膠結(jié)料，以礬土熟料為骨料及摻合料制成的水硬性混凝土。礬土水泥的主要礦物是鋁酸鈣，水化速度很快，因此這種混凝土的特點是硬化快，早期強度高。但到350開始排除結(jié)晶水，體積收縮，強度下降，因此烘爐時必須嚴格按預定曲線進行。到11001200以上，礬土水泥耐火混凝土的強度有所提高，因為內(nèi)部產(chǎn)生了陶瓷結(jié)合。,60,C、水

31、玻璃耐火混凝土 水玻璃耐火混凝土是以水玻璃為膠結(jié)料，并加入適量的氟硅酸鈉 （Na2SiF4）作促凝劑而制成的氣硬性混凝土。依靠水玻璃水解產(chǎn)生的硅膠，把骨料、摻合料顆粒聯(lián)結(jié)在一起。在各種耐火混凝土中，它的相對強度是較高的，但耐火度及荷重軟化溫度較低。這種混凝土適用于1000以下要求有較高強度、耐磨性好、能抗酸腐蝕的地方，但不能用于經(jīng)常有水或水蒸汽作用的部位。,61,D、磷酸鹽耐火混凝土 磷酸鹽耐火混凝土是以磷酸為膠結(jié)料，有時加適量礬土水泥做促凝劑而制成的熱硬性混凝土。這種混凝土的特點是在常溫下不硬化固結(jié)，為了使其凝固并具有一定的強度，在生產(chǎn)預制塊時要加促凝劑。經(jīng)加熱到500才硬化固結(jié)，強度也隨溫

32、度上升而提高，但到800附近，中溫強度低是其缺點，以后強度又隨溫度繼續(xù)上升。這種混凝土具有優(yōu)良的耐火性、耐磨性、抗渣性和熱穩(wěn)定性，能長期應用在14001600的條件下。,62,耐火可塑料的用途很廣，除用于加熱爐爐底水管 包扎外，還應用于均熱爐爐口和煙道拱頂，加熱爐爐頂， 燒嘴磚，以及煉鋼廠的盛鋼桶、保溫帽等部位。這種耐火 材料具有以下些優(yōu)點： (1) 耐火度高 (2) 熱穩(wěn)定性好 (3) 絕熱性能好 (4) 抗渣性好 (5) 抗震性能及耐磨性能好 (6)整體性好 整個砌體嚴密無縫。,63,2、耐火可塑料,搗打料與耐火混凝土不同，不采用水硬性的水泥等膠結(jié)料。用做搗打料結(jié)合劑的有水玻璃、耐火粘土等

33、無機物，也可用焦油、瀝青等有機物。可作耐火骨料的物料很多，常用的有鎂砂、石英砂、冶金焦粉等。配料以后，用人工或氣錘搗實打緊，再經(jīng)高溫燒結(jié)而成。,64,3、搗打料,65,搗打料可代替耐火磚用來搗筑冶金爐的某些部位，也可搗筑整個爐子。目前，高爐部分爐襯、電爐爐底、冰銅熔煉反射爐爐底以及感應電爐整個爐體，皆廣泛使用搗打料搗筑而成。 搗筑而成的爐體具有無磚縫，堅固致密，不易滲漏金屬，抗侵蝕能力強等優(yōu)點。實踐證明：使用壽命比磚砌的長。,現(xiàn)代平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐等高溫爐，普遍采用高溫噴 補爐墻的方法，為延長爐子壽命，提高生產(chǎn)能力，提供了 極其有利的措施。這項先進技術(shù)，在我國煉鋼爐上已廣泛 獲得應用。 噴補料由

34、耐火骨料及膠結(jié)料所組成。耐火骨料的組 成。根據(jù)耐火磚的種類以及爐內(nèi)溫度等條件選定。膠結(jié)料 用水玻璃或聚磷酸鹽等。料配好以后，依靠壓縮空氣噴槍 噴于爐壁上，在高溫下噴補料燒結(jié)于被損壞的爐壁上，與 原來的磚砌體結(jié)合成整體。,66,4、噴補料,火泥是用來填充于磚縫之間的細粉狀耐火材料，火泥加水或水玻璃等粘結(jié)劑。調(diào)制成泥漿叫耐火膠泥，用以粘結(jié)耐火磚塊。 火泥的主要成分應與所砌的耐火磚相接近。根據(jù)火泥化學成分的不同，可分為粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)、硅質(zhì)、鎂質(zhì)火泥等。,67,5、耐火泥,68,近些年來，我國高爐砌筑采用一種新的泥漿（高強度磷酸鹽泥漿），這種泥漿在高溫下具有較高的粘結(jié)強度，基本不收縮，并對鐵水與熔渣的侵蝕具有較強的抵抗能力。,耐火涂料覆蓋于爐子砌磚體內(nèi)表