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耐火材料的知识 1耐火材料的知识(1) 2011年07月23日耐火材料的知识(1) 2011-04-18 耐火物质的知识(1)耐火物质的化学组成 按照耐火材猜中各种化学成分的含量和其作用,通常将其分为主成分、杂质和外加成分三类。 (一)主成分耐火材猜中的主成分是指占绝大部分数的,对材料高温性子起决议性作用的化学成分。耐火物质之以是具有优良的抵抗高温作用的性能,以及很多耐火物质又各具特性,完全或基本上决定于于主成分。以是,对耐火物质的主成分,必须予以充实重视。通常,对耐火物质依化学组成分类,以及对很多同材质的耐火物质划分为若干等级,都是或多半是按照其主成分的品类以及其含量多寡而定的。可作为耐火物质主成分的都是具有很高晶格能的高熔点或分化温度很高的单质或化合物。要求它在耐火物质生产或服役过程当中能形成稳定的具有优良性能的矿物,在自然界储量较高而且较易提取与利用。在地壳中分布较多,可作为耐火物质主成分的主要是氧化物。另外,有一些碳化物、氮化物、硅化物和硼化物,也可作为耐火物质的主成分。现在,生产与施用较广泛的耐火材猜中的主成分主要是Al2O3、BeO、Cr203、MgO、CaO、SiO二、ThO二、TiO二、UO二、ZrO2等氧化物和SiC、WC、B4C等碳化物以及AIN、Si3N4等氮化物。 (二)杂质杂质是指在耐火材猜中不同于主成分的,含量微少而对耐火物质的抵抗高温性子往往带来风险的化学成分。这类化学成分可能是由含主成分的原猜中夹带而来的。耐火物质的杂质中有的是易熔物,有的本身具有很高熔点,但同主成分共存时,却可孕育发生易熔物。故杂质的存在往往对主成分起强的助熔作用。助熔作用虽有时有助于材料的液相烧结,但对材料抵抗高温作用却有严重风险。助熔作用愈强,即因为杂质的存在,体系中起头形成液相的温度愈低,或形成液相量愈多,或跟着温度升高液相量增长速度愈快,以及所形成的液相粘度愈低和润湿性愈好,风险愈严重。可见,若Na2O与SiO2共存,因为起头形成液相的温度很低,故以SiO2为主成分的耐火材猜中,若含有少量Na2O,即可对其高温性子带来严重风险。若以SiO2,为主成分的耐火材猜中分别含有Al2O3和TiO2,虽然SiO2-Al2O3与SiO2-TiO2两体系的共熔温度附近,分别为1595和1550,但在共熔温度下体系内每1%杂质氧化物生成的液相量却差别较大 ,前者约为后者1.9倍。而且,随温度的升高,此差别更大,如在1600下,约为2.3倍。因此,杂质Al2O3较TiO2对SiO2的熔剂作用强。氧化铝对硅质耐火物质的高温性能风险泼天。另外,当杂质与主成分共存时,若生成的液相粘度较低,且随温度升高粘度降低愈快以及润湿性愈好,则对耐火物质的风险愈严重。因此,欲提高耐火物质抵抗高温的性能,必须严格控制杂质的含量。 (三)外加成分常称外加剂,是在耐火成品生产中为特定目的另外插手的少量成分。如为促进材猜中某些物相的形成和转化,而插手的矿化剂;为按捺材猜中某些物相形成,而插手的按捺剂或稳定剂;为促进材料的烧结,而插手的助熔剂,等等。总之,在耐火物质生产中,采取插手少量外加剂可在一定程度上改变材料的组成与结构,从而易于生产和使成品获患上某种预期特性。但必须注重,切勿因此而严重影响其抵抗高温作用的基本性子。 耐火物质的矿物组成 (一)耐火材猜中矿物的品类 矿物是指由相对固定的化学组分构成的有确定的内部结构和一定物理性子的单质或化合物。它们在一定物理化学条件下稳定。耐火物质是矿物的组成体。这些个矿物皆为固态晶体,且多为由氧化物或其复合盐类构成。其中 ,除部门矿物是前述高熔点单一氧化物或其他化合物呈稳定结晶体构成的以外,另有由复合氧化物构成的高熔点矿物。 其中最主要有由铝酸盐、铬酸盐、磷酸盐、硅酸盐、钛酸盐和锆酸盐构成的矿物。另外,很多耐火材猜中另有少量非晶质的玻璃相。仅有少少数耐火物质是完全由非晶质的玻璃构成的。 (二)耐火材猜中矿物的聚集状态 耐火物质在常温下除少少数外,都是由单相或多相多晶体,或多晶体同玻璃相共同构成的集合体。很多耐火材猜中还含有气孔。若耐火物质的化学组成相同,而其中存在的晶体和玻璃相等物相品类、性子、数目、晶粒外形和巨细、分布和联合状态等不同,则这些个耐火物质性子的优劣有可能差别很大。 按照耐火材猜中构成相的性子、所占比重和对材料技术性子的影响,分为主晶相、次晶相和基质 。 主晶相。主晶相是指构成材料结构的主体,熔点较高,对材料的性子起支配作用的一种晶相。耐火物质主晶相的性子、数目、其分布和联合状态直接决议成品的性子。很多耐火成品,如莫来石砖、刚玉砖、方镁石砖、尖晶石砖、碳化硅耐火成品,等等,皆以其主晶相命名。 (2)次晶相。次晶相又称第二晶相或第二固相,是指耐火材猜中在高温下与主晶相和液相共存的,一般其数目较少和对材料高温性能的影响较主晶相为小的第二种晶相。如以方镁石为主晶相的镁铬砖、镁铝砖、镁硅砖和镁钙砖等分别含有的铬尖晶石、镁铝尖晶石、镁青果石和硅酸二钙等皆为次晶相。耐火材猜中次晶相的存在对耐火物质的结构,特别是对高熔点晶相间的直接联合,从而对其抵抗高温作用也往往有所益处。与普通镁砖相比,上述耐火成品中这些个次晶相的存在,使成品的荷重软化温度都有所提高。很多依矿物组成命名的耐火物质,如莫来石刚玉砖、刚玉莫来石砖,就是以其主晶相和次晶相复合命名的。前者为主晶相,后者为次晶相。 (3)基质。基质是指在耐火物质大晶体间隙中存在的,或由大晶体嵌入其中的那部门事物,也能够为是大晶体之间的填充物或胶结物。对由一些骨料组成的耐火物质而言,其间的填充物也称为基质。 基质既可由细微结晶体构成,也可由玻璃相构成,或由两者的复合物构成。如镁砖、镁铬砖、镁铝砖等碱性耐火材猜中的基质是由结晶体构成;硅砖、硅酸铝质耐火材猜中的基质可能是由玻璃相构成。 基质是主晶相或主晶相和次晶相以外的物相,往往含有主成分以外的全数或大部门杂质在内。因此,这些个物相在高温下易形成液相,从而使成品易于烧结,但有损于主晶相间的联合,风险耐火物质的高温性子。当基质在高温下形成液相的温度低、液相的粘度低和数目较多时,耐火成品的生产和其性子,实质上受基质所控制。欲提高耐火物质的质量,必须提高耐火物质基质的质量,削减基质的数目,改善基质的分布,使其在耐火材猜中由连续相孤立为非连续相。 耐火物质的主要性能指标 耐火物质的主要性能指标有: 1.耐火度:耐火度是耐火物质在高温下抵抗熔化的性能。耐火度主要决定于于耐火物质的化学成份和材猜中的易熔杂质(如FeO、NaO等)的含量。耐火度并不代表耐火物质的实际施用温度,因为在高温载负作用下耐火物质的软化变型温度会降低,以是耐火物质的实际允许无上施用温度比耐火度低。耐火度一般通过试验测定。耐火度大于1580的材料方可称为耐火物质。 2.高温结构强度:高温结构强度是指耐火成品在高温下蒙受压力而不发生变形的抗力。常以负重软化温度来评骘。所谓负重软化温度是指耐火成品在0.2压力下,以一定的升温速度加热,测出样品起头变型的温度和压缩变型达4%或40%的温度。前者的温度叫负重软化起头湿度,后者叫负重软化4%或40%的软化点。 3.热稳定性:热稳定性是指抵抗温度激变而不破裂或剥落的能力,有时也称之为耐急冷急热性。它的测定是将耐火成品加热到一定温度(850)然后用流动的冷水冷却,直至进行到因成品破裂而部门剥落的重量为原重量的20%时,所经爱冷热瓜代次数即为评骘热稳定性的指标。 4.体积稳定性:体积稳定性是指耐火成品在一定温度下反复加的热、冷却的体积变化百分率。一般在多次高温作用下,耐火成品内组成相会发生再结晶和进一歩烧结,会孕育发生残余的膨胀或紧缩征象。一般允许的残余膨胀或紧缩不应超过0.5-1.0%。 5.高温化学稳定性:高温化学稳定性系指耐火成品在高温下,抗金属氧化物、熔盐和炉气剥蚀的能力。常用抗渣性来评骘,这类性子主要决定于于耐火成品本身相组成物的化学特点和物理结构,如气孔率、体积密度等。 6.体积密度、气孔率、透气性:体积密度是指包括全数气孔在内的单位耐火成品的重量,其单位为g/cm3. 气孔率(%)分显气孔率和真气孔率。显气孔率是耐火成品上与大气相通的窟窿体积与总体积之比。真气孔率是指不与大气相通的窟窿体积与总体积之比。 透气性常以透气系数评骘,透气系数是在9.8Pa的压差下,1h内通过厚1m,面雊 1m2耐火成品的空气量。 7.热导率、比热容、加热膨胀性:热导率暗示耐火物质的导热性能,常以符号暗示。其物理意义为当温度差为1K时、单位时间内通过厚为1m,面积为1m2耐火成品的热量,单位为W/(m.K) 比热容反映耐火物质的蓄热能力,单位为kJ/(