冶金耐火材料.doc

冶金耐火材料第一章 概论l 耐火材料是为高温技术服务的基础材料 在一定条件下，耐火材料的质量品种对高温技术的发展起着关键作用包括高炉的大型化，复吹氧气转炉，铁水预处理，炉外精炼，连铸等在内的一系列的冶金新技术都有赖于优质高效耐火材料的开发l 耐火材料：耐火度不低于1580℃的材料 耐火度：材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度它标志耐火材料抵抗高温作用的性能第一节 耐火材料的主要种类l 按化学矿物组成分类 种类主要化学成分制品种类氧化硅质耐火材料SiO2硅砖，石英玻璃制品硅酸铝质耐火材料Al2O3半硅质，粘土质，高铝质耐火材料镁质耐火材料MgO镁砖，镁铝砖，镁铬砖，镁碳砖等白云石质耐火材料CaO和MgO冶金白云石，稳定白云石制品橄榄石质耐火材料MgO35～62％，MgO/SiO2=0.95~2.00主要矿物组成为镁橄榄石的耐火材料尖晶石质耐火材料MgO·SiO2镁铝尖晶石，镁铬尖晶石质耐火材料含碳质耐火材料C或C化物碳砖，石墨制品，碳化硅制品含锆质耐火材料ZrO2或锆英石锆英石制品，锆刚玉制品特种耐火材料氧化物，碳化物高温陶瓷，金属陶瓷l 按制造方法分类l 成型特点：1.块状制品；2.不定形材料。

l 处理方法：1.不烧制品；2.烧成制品；3.熔铸制品l 按制品性质分类l 耐火度：1.普通耐火制品（1580～1770℃）；2.高级耐火制品（1770～2000 ℃）；3.特级耐火制品（ 2000 ℃～）l 化学性质：1.酸性耐火材料；2.中性耐火材料；3.碱性耐火材料l 按制品形状和尺寸分类（标准砖，异型砖，管，耐火器皿等）l 按其应用分类 焦炉，高炉炼钢炉，连铸，有色金属，水泥窑，玻璃窑…第二节 耐火材料的一般生产过程l 块状烧成耐火制品的一般生产工艺流程如下： 原料的加工 配料 混练 成型 干燥 烧成 拣选 成品l 原料的加工要求：纯净，质量均一，性质稳定加工方法：原料的精选提纯，均化，合成； 原料的干燥，煅烧； 原料的破碎，分级 l 配料 ——将各种不同品种、组分、性质的原料或熟料颗粒按一定比例进行配合的工艺 包括：各种原料的配合； 粒度的配合。

l 泥料的混练 ——将合理配合的各种物料准确称量后制成各组分，各种颗粒均匀分布的泥料，并使泥料中的各种物料实现结合良好的加工工程l 成型 方法包括：注浆成型，可塑性成型，振动成型，等静压成型l 干燥 采用的设备有：隧道干燥器，室式干燥器，电热干燥等l 烧成分为：固相烧结，液相烧结目的：排除残余水分；促进矿物分解，新矿物的形成；晶型的转变第三节 耐火材料的主要用途和要求l 应用领域 高温技术领域：热工设备；高温容器l 基本要求 包括：1.耐火度——不软化，不熔化； 2.体积稳定性——不收缩，仅有均匀膨胀； 3.高温热态强度——不丧失强度，不发生蠕 变，坍塌； 4.耐热震性——温度几句变化，受热不均匀 时不开裂，不剥落； 5.抗渣性——抗化学侵蚀性； 6.耐磨性——抗冲刷，撞击，磨损； 7.低蒸气压，高化学稳定性。

第二章 耐火材料的组成和性质l 在使用中，合理选用耐火材料的基本原则：使耐火材料的特性与使用的工作条件相适应 因此，为了合理地使用耐火材料，首先必须知道材料的性质第一节 耐火材料的化学矿物组成l 化学组成 耐火材料的化学组成是它的基本特征，决定它特有的性质 包括：主成分，外加成分，杂质l 主成分——占绝大多数的，对材料的高温性能起决定性作用的化学成分 通常是具有很高晶格能的高熔点或分解温度很高的单质或化合物l 外加成分——在耐火制品生产中为特定目的另外加入的少量成分 例如：促进材料中某些物相形成和转化－－矿化剂 促进材料的烧结－－助熔剂 抑制材料中某些物相的形成－－抑制剂，稳定剂l 杂质——不同于主成分的，含量少而对耐火材料的高温性质起危害作用的化学成分 l 矿物组成 根据耐火材料中构成相的性质、所占比重和对材料技术性质的影响，分为：主晶相，次晶相，和基质l 主晶相：是指构成材料结构的主体，熔点较高，对材料的性质起支配作用的一种晶相 如：莫来石砖，刚玉砖，方镁石砖，尖晶石砖，碳化硅耐火制品皆以其主晶相命名。

l 次晶相：是指耐火材料中在高温下与主晶相和液相并存的，一般其数量较少，对材料的高温性能影响较小的第二种晶相 如：莫来石刚玉砖，刚玉莫来石砖，就是以其主晶相次晶相复合命名的l 基质：是指在耐火材料大晶体间隙中存在的，或由大晶体嵌入其中的那部分物质，是主晶相，次晶相以外的物相，往往含有主成分以外的全部或大部分杂质在内 可由细微结晶体构成，也可由玻璃相构成 减少基质的数量，改善基质的分布能够提高耐火材料的质量第二节 耐火材料的宏观结构l 耐火材料的宏观结构与气孔 普通耐火材料在常温下是由固相和气孔构成的非均质体 耐火材料中气孔存在的形态大致可分为三类，见下图： 图2－1 耐火制品中气孔类型1－封闭气孔，2－开口气孔，3－贯通气孔l 耐火材料的气孔率、密度和吸水率l 气孔率 总气孔率（真气孔率）——各种气孔体积之和与材料总体积之比 封闭气孔率——封闭气孔体积与总体积之比 开口气孔率（显气孔率）——开口气孔体积与总体积之比l 耐火材料的透气度 ——在常温和一定压差下，气体透过材料的能力 它取决于材料中开口气孔的大小和相互贯通的情况，不仅标志其致密性高低，而且与气体的渗入和渣蚀有密切关系。

但是对某些特殊耐火制品，如透气砖就是利用其透气度第三节 耐火材料的力学性质l 常温耐压强度 ——常温下材料单位面积所能承受的最大压力（N/mm2) 之所以要评价常温耐压强度，因其与 它的工艺状况，耐磨性，耐撞击性， 抗弯强度有关l 高温耐压强度 ——材料在高于1000～1200℃ 的高温热态下单位面积所 能承受的最大压力，以 N/mm2表示l 抗折强度 ——是指材料在单位截面所承受的极限弯曲应力 它是评价材料在高温热态下的主要指标，与材料的基质、结合剂、气孔和裂纹等有密切联系l 蠕变 ——材料受外力作用产生的变形随时间而增加的现象 它受晶体的结合状态、玻璃相以及气孔和裂纹的影响l 弹性模量 ——耐火材料在受外力作用时产生变形，在弹性极限内应力与应变的比值 它受晶体键强和温度的影响l 耐磨性 ——耐火材料抵抗固体、液体、含尘气流对其表面的机械磨损的能力第四节 耐火材料的热学性质和导电性l 热膨胀性 ——材料的线度和体积随温度升降，发生可逆性增减的性能。

主要影响因素是其化学矿物组成，在砌筑时要预留一定的膨胀缝，使用时要确定正确的烘烤制度l 导热性 ——表示在能量传递过程中，热量从温度较高部分传至较低部分的数量，以导热系数来衡量，W/m·℃ 影响因素：材料的化学矿物组成，组织结构和温度l 比热容l 导温性 以导温系数表示，标志材料受热时温度的传递速度，主要取决于导热系数和体积密度l 导电性 通常用电阻率表示，随其气孔率的增大而增加第五节 耐火材料的使用性质l 耐火度 表示的意义与熔点不同熔点是结晶体液相与固相处于平衡时的温度，耐火度是多相体达到特定软化程度的温度 提高耐火度的途径是提高主成分和主晶相的数量并尽量降低杂质l 荷重软化温度 ——耐火材料在一定重负荷和热负荷共同作用下达到某一特定压缩变形时的温度 在工程上的意义：仅作为确定耐火材料最高使用温度时的参考，在热重共同作用下，重负荷近于0.2 N/mm2时，最高使用温度应控制在此极限值以下l 高温体积稳定性 与热膨胀性有相同的概念l 耐热震性 ——是耐火制品抵抗温度急剧变化而不破坏的能力 耐火材料在加热或冷却的过程中内部产生的热应力是其开裂，剥落的根本原因。

热应力产生的原因内部晶体各向或各相间膨胀不同，并存在温度梯度l 抗渣性 ——耐火材料在高温下抵抗熔渣及其他熔融液侵蚀而不易损毁的性能 熔渣渗入耐火材料的渠道：1.内部孔隙和裂纹； 2.基质； 3.晶体间的晶界 提高抗渣性的措施：提高致密性，减少晶界，减少基质l 耐真空性 选择稳定性高，蒸气压低，致密性高的材料l 耐火制品形状规整和尺寸的准确性第三章 氧化硅质耐火材料 氧化硅质耐火材料是指以二氧化硅SiO2为主成分的耐火材料主要制品有硅砖、不定形硅质耐火材料及石英玻璃制品它为典型的酸性耐火材料l 第一节 SiO2的同素异晶转变 制造氧化硅质耐火材料的矿物原料主要是硅石，主要成分为SiO2，在进入过程中，在不同温度下，以不同晶型存在，在一定条件下相互转变并伴有体积变化l 不同晶型之间的转变 在加热过程中，石英、鳞石英、方石英及硅氧溶液之间的转变属于一种晶型向另一种晶型的转变，称为迟钝型转变。

其特点是存在较大的体积变化，转变是不可逆的，转变速度慢，时间长l 同一晶型亚态间的转变 同一晶型亚态α、β、γ型之间也发生相互转变，称为快速型转变，特点是转变的过程是可逆的，同一晶型亚态间的结构，物理性质是相似的，只是Si-O键角发生变化，消耗能量小，速度快，体积效应危害大l 硅砖的性能与SiO2的晶型转变有密切关系第二节 硅砖的性质和使用l 化学矿物组成l 耐火度　1690~1730℃随着SiO2含量、晶型、杂质种类及数量的不同略有变化，但波动范围较小 SiO2含量越高，耐火度越高，杂质含量越高，特别是Al2O3、 K2O、 Na2O增高，硅砖的耐火度降低总的看来，硅砖的耐火度不高，不能满足强化冶炼的要求l 荷重软化温度1620~1670℃，与其。