耐火材料基本知識

1、耐 火 材 料 基 本 知 識 耐火材料基本知識 耐火材料的性能耐火材料的性能 1、耐火材料的性能耐火材料的性能 耐火材料的一般性質(zhì)，包括組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)和高溫使耐火材料的一般性質(zhì)，包括組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)和高溫使 用性質(zhì)。其中有些是在常溫下測定的性質(zhì)。如用性質(zhì)。其中有些是在常溫下測定的性質(zhì)。如“氣孔率、體積密度、氣孔率、體積密度、 耐壓強度等。根據(jù)這些性質(zhì)，可以預(yù)知耐火材料在高溫下的使用情況，耐壓強度等。根據(jù)這些性質(zhì)，可以預(yù)知耐火材料在高溫下的使用情況， 另一些是在高溫下測定的性質(zhì)，如：耐火度、荷重軟化溫度、熱震穩(wěn)另一些是在高溫下測定的性質(zhì)，如：耐火度、荷重軟化溫度、熱震

2、穩(wěn) 定性、抗渣性、高溫體積穩(wěn)定性等，這些性質(zhì)反映在一定高溫下耐火定性、抗渣性、高溫體積穩(wěn)定性等，這些性質(zhì)反映在一定高溫下耐火 材料所處的狀態(tài)或者反映在該溫度下它與外界作用的關(guān)系。材料所處的狀態(tài)或者反映在該溫度下它與外界作用的關(guān)系。 1.11.1氣孔率氣孔率 1.21.2常溫耐壓強度常溫耐壓強度 常溫耐壓強度是指常溫下耐火材料單位面積上所承受的最大壓力。耐常溫耐壓強度是指常溫下耐火材料單位面積上所承受的最大壓力。耐 火材料在使用過程中很少由于常溫下的靜負荷而破壞。常溫耐壓強度火材料在使用過程中很少由于常溫下的靜負荷而破壞。常溫耐壓強度 主要是表明制品的燒結(jié)情況以及與其組織結(jié)構(gòu)相關(guān)的性質(zhì)，另一方面

3、主要是表明制品的燒結(jié)情況以及與其組織結(jié)構(gòu)相關(guān)的性質(zhì)，另一方面 能通過常溫耐壓強度間接地評價其它指標(biāo)。如：耐磨性、耐沖擊性以能通過常溫耐壓強度間接地評價其它指標(biāo)。如：耐磨性、耐沖擊性以 及不燒制品的結(jié)合強度。及不燒制品的結(jié)合強度。 1、耐火材料的性能耐火材料的性能 1.4 1.4 耐火度耐火度 耐火材料在無荷重時抵抗高溫作用而不融化的性質(zhì)稱為耐火度。決定耐火度耐火材料在無荷重時抵抗高溫作用而不融化的性質(zhì)稱為耐火度。決定耐火度 高低的最基本因素是材料的化學(xué)礦物組成及其分布情況。因此，耐火度無疑高低的最基本因素是材料的化學(xué)礦物組成及其分布情況。因此，耐火度無疑 是判定耐火材料質(zhì)量的一個指標(biāo)。但達到該

4、溫度時，材料不再有機械強度和是判定耐火材料質(zhì)量的一個指標(biāo)。但達到該溫度時，材料不再有機械強度和 耐侵蝕。因而認為耐火度越高磚越好是不適宜的。同時，耐火材料在使用中耐侵蝕。因而認為耐火度越高磚越好是不適宜的。同時，耐火材料在使用中 經(jīng)受高溫作用時，通常還伴有荷重和外物的熔劑作用，所以制品的耐火度不經(jīng)受高溫作用時，通常還伴有荷重和外物的熔劑作用，所以制品的耐火度不 能視為制品使用溫度的上限，必須綜合考慮其它性能，作為合理選用耐火材能視為制品使用溫度的上限，必須綜合考慮其它性能，作為合理選用耐火材 料的參考。料的參考。 1.5 1.5 荷重軟化溫度荷重軟化溫度 荷重變形指標(biāo)是耐火材料在高溫和荷重同時

5、作用下的抵抗能力，也表示耐火荷重變形指標(biāo)是耐火材料在高溫和荷重同時作用下的抵抗能力，也表示耐火 材料呈現(xiàn)明顯塑性變形的軟化范圍。固定試樣承受的壓力不斷升高溫度，測材料呈現(xiàn)明顯塑性變形的軟化范圍。固定試樣承受的壓力不斷升高溫度，測 定試樣在發(fā)生一定變形量和坍塌時的溫度，稱為荷重軟化溫度，它能在較大定試樣在發(fā)生一定變形量和坍塌時的溫度，稱為荷重軟化溫度，它能在較大 的溫度范圍內(nèi)把材料的結(jié)構(gòu)性能明顯地表示出來，因而可以對耐火材料作出的溫度范圍內(nèi)把材料的結(jié)構(gòu)性能明顯地表示出來，因而可以對耐火材料作出 較全面的估價。但在實際應(yīng)用中應(yīng)注意：實際使用條件下所承受的荷重要較全面的估價。但在實際應(yīng)用中應(yīng)注意：實

6、際使用條件下所承受的荷重要 比比0.2MPa0.2MPa低得多。由于負荷低，制品開始變形的溫度將升高。砌體沿厚度低得多。由于負荷低，制品開始變形的溫度將升高。砌體沿厚度 方向受熱不均勻，而大部分負荷將由溫度較低的部分承擔(dān)。在使用條件下方向受熱不均勻，而大部分負荷將由溫度較低的部分承擔(dān)。在使用條件下 制品承受變形的時間，遠遠超過實驗的時間。在實際使用過程中，耐火材制品承受變形的時間，遠遠超過實驗的時間。在實際使用過程中，耐火材 料還可能承受其它種類的負荷。料還可能承受其它種類的負荷。 1、耐火材料的性能耐火材料的性能 1.6 1.6 熱震穩(wěn)定性熱震穩(wěn)定性 耐火材料抵抗溫度急劇變化而不破壞的性能稱

7、為熱震穩(wěn)定性。耐火材料在急耐火材料抵抗溫度急劇變化而不破壞的性能稱為熱震穩(wěn)定性。耐火材料在急 冷急熱時損壞的原因在于：當(dāng)制品在急冷急熱時，制品表面和內(nèi)部會產(chǎn)生很冷急熱時損壞的原因在于：當(dāng)制品在急冷急熱時，制品表面和內(nèi)部會產(chǎn)生很 大的溫差。此種情況下如果是急熱過程，制品外表處于高溫狀態(tài)而力求膨脹；大的溫差。此種情況下如果是急熱過程，制品外表處于高溫狀態(tài)而力求膨脹； 而制品內(nèi)部則處于低溫下，不產(chǎn)生或產(chǎn)生極小膨脹，相對于制品外表則處于而制品內(nèi)部則處于低溫下，不產(chǎn)生或產(chǎn)生極小膨脹，相對于制品外表則處于 力求收縮狀態(tài)。在急冷過程中則情況相反。由于這種情況存在，致使制品產(chǎn)力求收縮狀態(tài)。在急冷過程中則情況相

8、反。由于這種情況存在，致使制品產(chǎn) 生較大的熱應(yīng)力，當(dāng)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力達到了制品的極限強度時，即會發(fā)生開生較大的熱應(yīng)力，當(dāng)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力達到了制品的極限強度時，即會發(fā)生開 裂或剝落，而使制品發(fā)生損壞，耐火材料在使用時，經(jīng)常遇到溫度波動情況。裂或剝落，而使制品發(fā)生損壞，耐火材料在使用時，經(jīng)常遇到溫度波動情況。 使得耐火材料有可能因受操作時溫度經(jīng)常波動而損壞。因此，熱震穩(wěn)定性是使得耐火材料有可能因受操作時溫度經(jīng)常波動而損壞。因此，熱震穩(wěn)定性是 鑒定耐火材料質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。鑒定耐火材料質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。 1.8 1.8 熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率 熱導(dǎo)率是表征耐火材料導(dǎo)熱特性的一個物理指標(biāo)。它的物理意義是指單位

9、溫?zé)釋?dǎo)率是表征耐火材料導(dǎo)熱特性的一個物理指標(biāo)。它的物理意義是指單位溫 度梯度下，單位時間內(nèi)通過單位垂直面積的熱量。耐火材料的導(dǎo)熱能力與其度梯度下，單位時間內(nèi)通過單位垂直面積的熱量。耐火材料的導(dǎo)熱能力與其 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，它的熱導(dǎo)率降低越明顯，晶體結(jié)構(gòu)越復(fù)越多，添加成分形成的固溶體越多，它的熱導(dǎo)率降低越明顯，晶體結(jié)構(gòu)越復(fù) 雜的材料，熱導(dǎo)率也越小。耐火材料通常都含有一定的氣孔，氣孔內(nèi)的氣體雜的材料，熱導(dǎo)率也越小。耐火材料通常都含有一定的氣孔，氣孔內(nèi)的

10、氣體 熱導(dǎo)率低。因此，氣孔總是降低材料的導(dǎo)熱能力。在一定的溫度內(nèi)，對一定熱導(dǎo)率低。因此，氣孔總是降低材料的導(dǎo)熱能力。在一定的溫度內(nèi)，對一定 的氣孔率來說，氣孔率愈大，則熱導(dǎo)率愈小。的氣孔率來說，氣孔率愈大，則熱導(dǎo)率愈小。 2、耐火材料的種類耐火材料的種類 耐火材料的種類很多，分類方法也有很多種。按照其主成 分的化學(xué)性質(zhì)可以分為三類：酸性耐火材料，它含有相 當(dāng)數(shù)量的游離SiO2。硅質(zhì)、半硅質(zhì)、粘土質(zhì)耐火材料屬于 酸性耐火材料。中性耐火材料，嚴(yán)格來說是碳質(zhì)耐火材 料。高鋁質(zhì)耐火材料是偏酸而趨于中性的耐火材料，鉻質(zhì) 耐火材料是偏堿而趨于中性的耐火材料。堿性耐火材料。 它含有相當(dāng)數(shù)量的MgO和CaO等

11、鎂質(zhì)、白云石質(zhì)、鉻鎂質(zhì) 和鎂橄欖石質(zhì)及尖晶石質(zhì)耐火材料屬于堿性耐火材料。 按照耐火材料的外觀可分為：耐火磚和不定形耐火材料 （澆注料、搗打料、可塑料、火泥等）。 3、耐火磚的分類 目前水泥窯用耐火材料主要品種有鎂鉻磚、鎂鋁尖晶石磚、鎂鋁鉻磚、 鎂鋯磚、鎂鈣鋯磚、硅莫磚、抗剝落高鋁磚、磷酸鹽結(jié)合高鋁磚、高 鋁耐磨磚和高荷軟磚、耐堿磚、澆注料等。 2.1鎂鉻磚：水泥窯用鎂鉻磚主要利用鎂砂和鉻礦為主要原料，按照合 適的粒度配料，經(jīng)成型后燒制而成，其主要晶相為方鎂石和鎂鉻尖晶 石。但根據(jù)選用原料的不同分為普通鎂鉻磚和直接結(jié)合鎂鉻磚。普通 鎂鉻磚由于原料純度低，雜質(zhì)含量高使得制品中的主晶相之間均以硅 酸

12、鹽相結(jié)合。而直接結(jié)合鎂鉻磚選用的原料純度高、雜質(zhì)含量低，制 品中的硅酸鹽相少，制品中的主晶相之間為直接結(jié)合，直接結(jié)合鎂鉻 磚的名稱亦由此而來。 鎂鉻磚具有荷重軟化溫度高，耐水泥侵蝕能力強等優(yōu)點，并且易于粘 掛窯皮而被廣泛應(yīng)用于水泥回轉(zhuǎn)窯的燒成帶。目前，鎂鉻磚的品種較 多，其理化性能如下表。水泥生產(chǎn)廠家可根據(jù)各自窯的操作條件和對 耐火材料的要求，合理選擇。 3、耐火磚的分類 2.2鎂鋁尖晶石磚 鎂鋁尖晶石磚是以高純鎂砂和人工合成尖晶石為主要原料制成。制品的主晶相 為方鎂石和鎂鋁尖晶石。該制品具有強度大、荷重軟化溫度高、抗水泥侵蝕能 力強等優(yōu)點，而且由于磚中的方鎂石和尖晶石的膨脹系數(shù)差異很大，而在

13、燒成 過程中產(chǎn)生微裂紋，有利于提高制品的結(jié)構(gòu)韌性，緩沖熱應(yīng)力，而且阻止已形 成的裂紋擴展，使制品具有良好的熱震穩(wěn)定性和抗結(jié)構(gòu)剝落性，并且該制品不 含Cr2O3，在使用過程中不會產(chǎn)生對環(huán)境有害的可作為替代鎂鉻磚的無鉻磚使 用。但由于其導(dǎo)熱系數(shù)過大，在使用中容易出現(xiàn)筒體過熱，甚至紅窯，并且該 制品粘掛窯皮性亦遠不如鎂鉻磚，因此目前只有在溫度不太高、不易粘掛窯皮 的過渡帶使用。 2.6 抗剝落高鋁磚 抗剝落高鋁磚是由高鋁礬土熟料和鋯英石為主要原料制成。由于制品中的鋯英 石帶入的ZrO2，在隨著溫度變化發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，同時伴有體積膨脹，使制品 在燒結(jié)時產(chǎn)生顯微裂紋，緩沖熱應(yīng)力，阻止已形成的裂紋的擴展，從

14、而提高制 品的熱震穩(wěn)定性和抗剝落的能力，并且該產(chǎn)品還具有高鋁磚所具有的抗鉀、鈉、 堿鹽侵蝕能力強、荷重軟化點高、重?zé)€變化小、導(dǎo)熱率低等性能，是水泥窯 分解帶、過渡帶理想的襯磚材料。 3、耐火磚的分類 2.8 耐堿磚 耐堿磚是以硅石、焦寶石為主要原料制成，該制品在使用 過程中，與水泥料中的K2O、Na2O、CaO等堿性氧化物 反應(yīng)，形成高粘度的玻璃相，覆蓋在制品表面，堵塞了制 品表面的氣孔，阻擋水泥窯料與磚的進一步反應(yīng)。該產(chǎn)品 具有體積穩(wěn)定、抗侵蝕、耐滲透等特點。適用于水泥回轉(zhuǎn) 窯的分解爐、三次風(fēng)管等部位。 2.9 硅莫磚 硅莫磚是以特級高鋁礬土熟料和碳化硅為主要原料，經(jīng)高 壓成型、高溫?zé)啥频?。產(chǎn)品具有常溫耐壓強度及高溫 結(jié)構(gòu)強度高、熱震穩(wěn)定性好，在使用過程中不斷形成保護 層，耐磨性好，抗剝落性強，適用于水泥窯的下過渡帶、 冷卻帶、窯口等部位。 4、澆注料的概述 耐堿澆注料 耐堿澆注料具有良好的高溫磚性能