冶金设备_1耐火及保温材料.docx

1耐火及保温材料【本章重点】（1） 耐火的热工性能（2） 常用耐火材料一一硅制、硅酸铝制和镁制耐火材料"返回【本章难点】（1） A12O3——SiO2二元系相图根据A12O3 — —SiO2二元系相图，随着t的变化找到两个共晶点（1540°C和1810°C ）和三个平衡固相（方 石英、莫来石、刚玉），从而分析硅酸铝制耐火材料的热工特性2） 挂渣在火法冶金生产过程中，许多的冶金炉如鼓风炉、烟化炉、闪速炉以及转炉和电炉等都有金属质水套或水 箱作为其水冷保护层，有些金属构件在水冷的同时进行挂渣保护，还有一些转炉（窑）的耐火砖内衬，进 行热挂渣保护这些措施均可延长炉衬的使用寿命根据挂渣机理、挂渣的成分分析其在护炉过程中特点"返回【主要内容】1.1概述耐火材料是指耐火度不低于1580C的无机非金属材料，它在一定程度上可以抵抗温度骤变和炉渣侵 蚀，并能承受高温荷重应用 冶金工业所用耐火材料占其生产总量的60〜70%；冶金炉是大量优质耐火材料的消耗者要求耐火材料在高温设备中受高温条件的物理化学浸蚀和机械破坏作用，所以耐火材料的性能应 满足如下要求：⑴.耐火度高 在1000〜1800C之间，耐火材料应具有在高温作用下不易熔化的性能。

⑵.高温结构 耐火材料在受到炉子砌体的荷重下或其他机械震动下不发生软化变形和坍塌⑶.热稳定性冶金炉和其他工业窑炉在操作过程中由于温度骤变引起各部分温度不均匀，砌体内会产 生应力而使材料破裂和剥落；因此，耐火材料应具有抵抗这种破损的能力⑷.抗渣蚀性 具有抵抗高温化学腐蚀的能力⑸.高温体积 冶金炉在长期高温使用中，炉砖内部由于晶形转变会产生不可恢复的体积收缩或膨胀，造成砌体的破坏；因此，耐火材料必须在高温下体积稳定⑹.外形尺寸 砌体的砖缝虽用耐火泥填充，但密度和强度均比制品差，因此砖缝愈小愈好，耐火制品不能有大的扭曲、缺角、溶洞和裂纹等缺陷，尺寸公差要合乎规定要求1.2耐火材料的分类、组成及性质耐火材料的种类很多，除轻质耐火材料（绝热材料）外，所有耐火材料可根据不同特点进行如下分类1.2.1耐火材料的分类根据耐火材料的耐火度高低可分为：普通耐火材料 高级耐火材料 特级耐火材料耐火度为1580〜1770°C 耐火度为1770〜2000°C 耐火度为2000°C以上1.2.2耐火材料的一般化学矿物组成耐火材料化学矿物组成是决定耐火材料物理性质和工作性能的基本因素化学组成耐火材料的化学成分按含量的多少及其作用不同可分为主成分和副成分。

主成分一一是耐火材料的主体，是影响耐火材料的基本因素副成分一一包括杂质和添加物，其化学成分也是氧化物，如Fe2O3、、K2O、Na2O等矿物组成耐火制品中所含矿物晶相种类和数量统称为矿物组成——主晶相和少量的基质主晶相一一是耐火材料中的主体，是熔点较高的结晶体，它在很大程度上决定耐火材料的性能，可以是一 种，也可以是两种基 质一一是填充在主晶相之间的其他不同成分的结晶矿物和非结晶玻璃相，它的熔点低，起着溶剂作用1.2.3耐火材料的物理性质耐火材料的物理性质包括致密性、热电性、力学性和外形尺寸等它也是衡量耐火材料质量好坏的重要指 标，与其使用性能有着密切的关系致密性通常用气空率、吸水率、体积密度、真密度和透气性来表示⑴.气孔率：耐火制品中气孔体积占总体积的百分数总气孔率=K + $ +巴 xioo% ci-i-n显气孔率=与丑乂1叫柘 （1-1-2）式中叭匕、匕、匕——分别为试样总体积、闭口气孔、开口气孔和贯通气孔的体积，m3⑵.吸水率和透气性：指耐火制品中显气孔吸收水的重量与制品干重量之比的百分数，即吸水率=^l£xlO（J% 弓 （1-3）式中G]——耐火制品吸水后重量，kg；G ——耐火制品烘干重量，kg。

⑶.体积密度：它是单位体积（含气体体积）的质量，用符号^ ”表示（1-4）式中m——耐火材料的质量，kg⑷真密度：它是指耐火材料除去全部气孔后，单位体积的质量，用符号“p，”表示5 a）力学性质耐压强度、耐磨性、抗折强度和弹性模量⑴.常温耐压指耐火制品在常温条件下单位面积上所能承受强度 的压力，Ncm-2它与制品的组织结构、成型压力和烧成温度等因素有关⑵.高温耐压是耐火材料在高温条件下单位面积上所能承受强度 的压力，Ncm-2⑶.耐磨性 指低抗摩擦、冲击作用的能力它取决于制品的矿物组织结构在冶金炉内，由于炉料、液态炉 渣和金属、以及含尘炉气的摩擦和冲击作用，致 使内衬被磨损，缩短了炉子使用寿命⑷.抗折强度 常温耐压较高制品，其常温抗折性能也较好，高温抗折能力强的制品，在高温条件下，对于物料的撞击、磨损、液态渣的冲刷等，均有较好的抵抗能力图1-1-2给出了几种砖的高温抗折曲线⑸.弹性模量是表征制品抵抗受力变形的能力耐火制品在弹性极限内，外力作用产生的应力与应变之比称为弹性模量，即(1-6)式中E——弹性模量，Ncm-2——制品所承受的应力，Ncm-2△L/L——制品相对长度的变化，即弹性变量。

热、电性质热膨胀性、导电性、热容性和导电性等⑴.热膨胀性 它是指制品热胀冷缩可逆变化的性质，其大小用线膨胀率P表示式中t0、t——试样试验开始和终止温度，°C；L0、Lt 试样分别在t0、t的长度，m；pm—制品的平均线膨胀率，C-1⑵.导热性 即耐火材料传导热量的能力，用导热系数入表示⑶.比热容 常压下加热1kg样品使之升温1C所需的热量称之为耐火材料的比热容，用“Cp”表示Cp与矿 物组成、气孔率及温度有关实验测定证明，比热容Cp随温度升高而缓慢增加，工程计算中一般采用平均 比热容⑷.导电性在低温下，除碳质、石墨粘土质、碳化硅质等耐火材料较好的导电性外，其他耐火材料都是电 的绝缘体，但温度升高到1000C以上时，则其导电性有明显增加1.2.4耐火材料的工作性能耐火材料的工作性能包括耐火度、荷重软化温度、抗渣性、热震稳定性和高温体积稳定性耐火度耐火度是指耐火材料在无荷重时抵抗高温而不熔化的能力，用温度范围表示荷重软化温度 指耐火材料在高温下抵抗荷重的能力由于耐火材料在高温下产生液相，在负荷的作用下 发生变形，故其高温抗压强度比常温下的低很多抗渣性耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀的能力抗渣性的主要影响因素有：⑴.耐火材料和熔渣的化学成分⑵.炉内温度：化学反应的速度、熔渣对耐火材料的化学侵蚀、物理溶解和机械冲刷作用随着温度的升高而 迅速增大加剧。

⑶.耐火材料的气孔率：气孔率(尤其是开口及连同气孔率)愈低，则熔渣愈不容易渗入，反应接触面愈小， 抗渣性就愈好因此，生产气孔率低的致密耐火砖是提高抗渣能力和延长其使用寿命的有效措施耐急冷急热性 耐火材料抵抗温度急变而不被破坏的能力(也称为热震稳定性)测定方法：将试样放在炉内迅速加热到850°C，保温一定时间，然后立即浸入流动的冷水中，如此反复处 理，直到试样的脱落重量达到最初重量的20%以上为止高温体积稳定性表现为残存收缩或膨胀，亦称重烧收缩或膨胀，规定各种耐火材料的重烧率不得超过0.5〜1.0%重烧线收缩或膨胀按下式计算：(1-8)式中L］、L2——分别为重烧前后试样长度，m重烧体积收缩或膨胀按下式计算：(1-9)式中V】、V2——分别为重烧前后试样体积，m31.3 常用耐火材料1.3.1硅酸铝质耐火制品是以A12O3和SiO2为基本化学组成的耐火制品按A12O3的含量不同可分为半硅质、高铝质和粘土质等三 类耐火制品杂质为Fe2O3、TiO2、CaO、Na2O和K2O等，这些杂质的存在使制品耐火度大大降低A12O3 SiO2二元系相图（本章难点之一，如图1-1-5）两个共晶低熔点，三个平衡相共晶点：1540 °C 和 1810°C。

平衡相：方石英（SiO2结晶体）、莫来石（3A12O3・2SiO2结晶体）、刚玉（a—A12O3结晶体）粘土砖化学组成、矿物组成、制备、工作性能及应用化学组成：粘土砖的外表为浅棕黄色或黄色，含SiO245〜65%和A12O330〜48%,矿物组成：主晶相为SiO2和A12O3在粘土砖内结晶形态为莫来石（3A12O3・2SiO2），杂质主要是石英SiO2、 铁的氧化物及钙、镁的盐类，它们起溶剂的作用，降低制品的耐火性能，尤其是铁的氧化物危害最大原料：天然的耐火粘土，其主要矿物组成是高岭石纯高岭石的分子式为A12O3・2SiO2・2H2O,为了保证粘土制品的质量，一般要求粘土中的 Fe2O3<2.5%，MgO+CaO<1.5%，K2O<1.5%o制备过程：主要是高岭石高温焙烧反应加热到450〜850C时，分解结晶水，生成偏高岭石Al O-2SiO-2H O^Al O-2SiO +2H O (1-10)23 2 2 23 2 2加热到930〜960C时，偏高岭石分解无定性的A12O3和SiO2Al O-2SiO ^A1 O +2SiO (1-11)23 2 23 2加热到1200〜1300°C时，无定性的Al2O3和SiO2生成莫来石结晶体3A1 O +2SiO ^3A1 O-2SiO (1-12)23 2 23 2综合焙烧反应式为3 (Al O-2SiO-2H O) ^3A1 O-2SiO +4SiO +6H O (1-13)23 2 2 23 2 2 2主要特性指标：⑴.耐火度 在1580〜1750C之间。

随着杂质含量增加耐火度下降一般规定Na2O及K2O的含量不超过2%, Fe2O3含量不超过5.5%按A12O3含量及耐火度的不同可将制品分为四等:特等的耐火度不小于1750C一等的不小于1730C；二等的不小于1673C；三等的不小于1580C⑵.荷重软化温度为1250〜1400C,*比其耐火度低很多，其原因与粘土砖的化学矿物组成及结晶结构有关提高3A12O3-2SiO2含量和降低杂质含量，能提高荷重软化温度⑶.抗渣性 含SiO2在45〜65 %之间，属于弱酸性耐火材料对酸性炉渣有一定抵抗能力，但容易被碱性炉渣侵蚀粘土砖抗渣能力与熟料含量有关，熟料含量愈高，则气孔率愈低，砖愈致密，抗渣能力愈强⑷.耐急冷急热性好普通粘土砖为10〜15次，多熟料粘土砖为50〜100次⑸.体积稳定性 在1350C时，粘土砖的重烧收缩率约为0.5〜0.7%这使炉子砌砖体的砖缝变宽，给炉子寿命带来不利的影响应 用：在硅酸铝质耐火制品中，最常使用的为粘土砖广泛用于冶金工业的各种加炉、锻造炉、热处理 炉以及有色冶金炉等炉渣侵蚀作用不大的部位半硅砖 含SiO2>65%，A12O315〜30%的耐火材料属半酸性的耐火材料。

原料：大多采用天然含石英杂质的粘土和高岭石，制砖时，同样需经高温焙烧性能：与粘土砖的性能相近，其特点是高温体积稳定性好，抗酸性渣的能力较好应用：可以砌筑焦炉、酸性化铁炉内衬等高铝砖化学组成、矿物组成、制备、工作性能及应用化学组成：A12O3大于48 %和SiO2制品按Al O含量的不同分为三级：Al O含量大干75%的为一级；Al O含量65〜75%的为二级；A1& 匕含量48〜60%的为三级矿物组成：莫来石和刚玉，以及由杂质生成的少量玻璃体按主要矿物组成又可分为：低莫来石质、莫来石质、莫来石一刚玉质和刚玉质等四类主要性能：普通高铝砖的性。