耐火材料试题及答案

武汉理工大学2007 耐 材 a 标 答一、填空题（20 分，每题 2 分）1、耐火材料的物理性能主要包括烧结性能、力学性能、热学性能、和高温使用性能。2、材料的化学组成越复杂，添加成分形成的固溶体越多，其热导率越小；晶体结构愈简单， 热导率越大。3、硅砖生产中矿化剂的选择原则为系统能形成二液区，并且系统形成液相的温度低或不大于 1470 。4、相同气孔率的条件下，气孔大而集中的耐火材料热导率比气孔小而均匀的耐火材料大。5、“三石”蓝指晶石 、 红柱石、硅线石，其中体积膨胀居中的是硅线石。6、赛隆（ sialon ）是指si3n 4与al2o3在高温下形成的一类固溶体。7、连铸系统的“三大件，”通常指整体塞棒、长水口和浸入式水口 ，其化学组成主要为al 2o3、sic 、c、sio 2 等。8、高温陶瓷涂层的施涂方法主要有烧结法或火焰喷涂、等离子喷涂、低温烘烤补强法和气相沉积法等。9、不定形耐火材料所用的结合剂按硬化特点分有水硬性结合剂、热硬性结合剂、气硬性结合剂和火硬性结合剂。10 、镁铝尖晶石的合成属固相反应烧结，影响其合成质量的因素主要为原料纯度或细度 、外加剂、烧成温度。二、选择题（ 10 分，每题5 分）1、不同耐火材料所对应的化学矿物组成特征1 个 0.83 分材质主晶相最有害杂质硅砖刚玉莫来石浇注料镁铝碳砖方镁石； cao ；k2o,na 2o；刚玉； al2 o3；鳞石英。2、白云石耐火材料抵抗富铁渣侵蚀能力的顺序：，在条件下更是如此。精品资料1 个 1.25 分理论白云石；高钙白云石；富镁白云石；氧化；还原。三、判断简答题（28 分，每题 7 分）1、耐火度愈高砖愈好。答： 错。(2.5 分)耐火度是指耐火材料在无荷重条件下抵抗高温而不熔化的特性。而耐火材料在使用过程中不可能无荷重，因此，耐火度只能作为一个相对指标。(4.5 分 )2、水泥因含有一定数量cao ，所以，为提高高温性能，浇注料应该采用超低水泥或无水泥结合。答： 错。(2.5 分)浇注料向低水泥或无水泥方向发展主要是指al2o3 -sio 2 系耐火材料， al2 o3、sio 2、cao 等高温下易形成低熔物影响高温性能，而刚玉或高纯铝镁系浇注料采用水泥结合，问题不大。(4.5 分 )3、二次莫来石化因伴随体积膨胀，所以，在生产中应尽可能地避免。答： 错。(2.5 分)二次莫来石化主要是指高铝砖生产中结合粘土的sio 2 与高铝熟料的al2o 3 反应生成莫来石，并伴随体积膨胀，因此，在生产高铝砖过程中应尽可能地避免。但是，在生产高荷软耐火材料或低蠕变砖时，其原理正是利用这种反应产生的一定体积膨胀效应。(4.5 分)4、石墨能在钢铁熔体中溶解，对其有一定污染，因此，碳复合耐火材料前途黯淡。答： 错。(2.5 分)石墨尽管高温下对钢水有一定污染，但石墨熔点高、热膨胀系数小、热导率高、不易被渣润湿，因此，碳复合耐火材料具有优异的热震稳定性、抗渣渗透性。所以，在冶炼条件苛刻的关键部位仍然需要碳复合耐火材料。(4.5 分)四、论述题（ 42 分，每题14 分）1、试区别热剥落、结构剥落、机械剥落所形成的主要原因，并说明提高这些性能的主要措施。答： 热剥落：热震稳定性；结构剥落：渣渗透；机械剥落：机械冲击。2.5 分主要措施：热剥落： 1）热膨胀系数小；2）导热率高； 3）弹性模量小； 4）微裂纹； 5）少量液相； 6）晶须； 7）合适强度。（至少 3 种）4.5 分结构剥落： 1）保证和提高原料的纯度，改善制品的化学矿物组成； 2）提高体积密度，降低气孔率；3） 引入不润湿外加物，提高直接结合率，增大二面角；4） 增大渣的粘度。（至少 2 种） 4 分机械剥落： 1）骨料硬度； 2）泥料粒度组成； 3）气孔率； 4）结合性质。或者 1）提高密度； 2）增大强度； 3）制品的矿物组成，如固相、液相比例等；4）组织结构，降低气孔率；5）提高材料颗粒结合的牢固性。（至少 2 种）3 分2、碳复合耐火材料的技术关键之一是选择合适的抗氧化剂。试写出四种抗氧化剂，并举一例从热力学和动力学上说明抗氧化剂的作用原理。答： 抗氧化剂： al、si、sic、合金或其它（略）等。4 分热力学：抗氧化剂夺氧能力，或与氧反应的g 小于石墨与氧反应的 g。5 分动力学：抗氧化剂与氧反应后形成化合物，或固相或液相（低熔物），有时还伴随一定体积膨胀， 因此，体积密度提高，气孔率降低。氧向内渗透能力降低。5 分3、我国是世界耐火材料大国，但高资源消耗、高能耗、高环境污染仍然是耐火材料产业发展中的重要问题。试选择其中任何方面介绍你的认识或提出你的设想。答： 高资源消耗：优质、高效、废弃物再生利用。高能耗：不定形耐火材料、轻质耐火材料。高环境污染：开发无铬耐火材料、环保沥青、环保结合剂、除尘系统、废弃物再生利用。（只要某一方面或多方面谈到2 点即可）1 点 7 分武汉理工大学2007 耐 材 b 标 答一、填空题（20 分，每题 2 分）1、耐火材料的显气孔率是指开口气孔体积占总气孔体积的百分比例。2、与非等轴晶系的材料相比，一般氧化物材料的热膨胀率较大，热导率较大。3、弹性模量（ e）是耐火材料的力学性能，其值越大，说明在相同的应力作用下，变形越小。4、硅砖生产中矿化剂的矿化能力主要取决于所加矿化剂与sio 2 形成液相的开始形成温度，液相的数量、粘度、润湿能力和其结构。5、连铸“三大件”是指整体塞棒、长水口和 浸入式水口，其材质主要为铝碳质。6、“三石”蓝指晶石 、 硅线石、红柱石，其中加热发生膨胀最大的是蓝晶石。7、亚白刚玉的熔制是通过添加无烟煤等还原剂，除掉铝矾土中的sio 2、 fe2 o3和部分 tio 2 等得到。8、金属陶瓷是一种由金属或合金同陶瓷所组成的非均质的复合材料。9、耐火纤维的喷吹质量与熔液的粘度、表面张力以及喷吹速度有关。10 、al2o3-sio 2 系耐火材料的高温力学性能主要取决于其结晶效应和玻璃效应。二、选择题（ 10 分，第 1 题每空 0.5 分，第 2 题每空 1 分）1、不同耐火材料所对应的烧成条件及主晶相材质烧成气氛主晶相硅砖39莫来石砖48镁铝砖16铝碳滑板27弱氧化气氛；还原气氛；弱还原气氛；氧化气氛；氮化气氛方镁石；刚玉；莫来石；鳞石英；尖晶石2、白云石质耐火材料抵抗富铁渣侵蚀能力的顺序：31 2，而抵抗富硅渣侵蚀能力的顺序：2 1 3 。理论白云石；高钙白云石；富镁白云石。三、判断简答题（20 分，每题 5 分）1、结构剥落是热震引起的材料结构破坏而导致的剥落。答： 错。热剥落是热震引起的剥落，渣引起的材料变质导致剥落为结构剥落。2、相同气孔率的条件下，气孔大而集中的耐火材料隔热性能比气孔小而均匀的耐火材料优越。答：错。气孔大而集中，因空气对流和耐火材料颗粒较高的导热性，其隔热性能比气孔小而均匀的耐火材料差。氮氧化铝（3、非氧化物如赛隆（sialon ）、alon）等由于容易氧化，因此，非氧化物复合耐火材料前途黯淡。答：错。非氧化物一般都易氧化，且有些还易水化，但主要为原子结构，共价键化合物，强度大，不易被熔渣、钢水（铁水）润湿，抗渣侵蚀及渗透性强，不会给钢水增碳，因此，非氧化物复合耐火材料是炼铁或含碳系统的理想耐火材料，在某些情况下可取代碳复合耐火材料，故前途不能说黯淡。4、向水泥结合浇注料中加水，主要是为了保证浇注料能够浇注。答：错。向浇注料中加水，除了使浇注料具有一定流动性，保证浇注外，主要是为了让水泥与水反应形成相应水合物，导致浇注料产生强度。四、论述题（ 50 分，每题10 分）1、热风炉用硅线石质砖抗蠕变性是衡量其优劣的重要物理性能指标。试述影响这种材料抗蠕变性的因素。答： 影响因素：（1）纯度愈高，抗蠕变性愈好；杂质愈多，抗蠕变性愈差。（2） 结晶相 /玻璃相比例愈高，抗蠕变性愈好，反之愈差。（3） 结晶相晶粒愈细，晶界愈多，颗粒愈细，抗蠕变性愈差。（4） 玻璃相形成温度愈高，粘度愈高，抗蠕变性愈好。（5） 结晶相呈针状、棒状、柱状网络交叉，抗蠕变性愈好。（6） 结晶相与玻璃相之间无反应或溶解，一般抗蠕变性更好。（7） 还原气氛较氧化气氛下，抗蠕变性更差，或升温速度愈快，抗蠕变性偏高。2、随着炉外精炼技术的发展，刚玉尖晶石和矾土尖晶石耐火材料已经成为钢包内衬的主要材料。试述这类钢包材料的尖晶石的引入方式、尖晶石的种类及其基本特性。答： 1）引入方式以镁砂或mgo 引入；以预合成镁铝尖晶石引入。2） 分类按化学组成分：高档（al2o3 合成）、低档（矾土合成）按矿物组成分：富镁、理论、富铝按工艺分：电熔、烧结（一步法、二步法、一步半法）按烧结程度分：死烧、轻烧3） 基本特性高档尖晶石纯度高，耐火性好，抗渣侵蚀性好，与低档比，难烧，价格也高。富铝尖晶石较理论尖晶石、富镁尖晶石难烧，但前者缺陷多，抗渣渗透性较后者强，而后者抗渣侵蚀性相对较好。电熔尖晶石晶粒粗大，晶界少，而烧结尖晶石正好相反，因此，前者抗渣侵蚀性强，后者抗热震性好。3、不定形耐火材料因生产工艺不同种类繁多，其关键通常是采用合适的结合剂。请各举一例说明不定形耐火材料主要有哪些结合剂。答： 1）按时间：暂时性结合剂和永久性结合剂，如沥青、硫酸铝。2）按性质：有机结合剂和无机结合剂，如树脂、卤水。3） 按硬化方式：热硬性，如磷酸二氢铝气硬性，如水玻璃水硬性，如纯铝酸钙水泥火硬性，如陶瓷结合（尖晶石等）4） 按结合方式：水合结合和凝聚结合，如水泥、硅微粉。4、碳复合耐火材料低碳化是耐火材料发展方向之一，但低碳化势必导致抗渣侵蚀及渗透、抗热震性降低。试述低碳镁碳砖开发中可能采取的措施。答： 解决办法：（1） ）添加导热性、导电性好的金属或合金等；（2） ）添加非氧化物如sialon 或 alon 或 si 3n4 或 sic 等 ；（3） ）添加低热膨胀系数材料或引入微裂纹或抗渣性强的材料，如zro 2 或锆刚玉等；（4） ）采用超细石墨取代天然石墨；（5） ）添加纳米碳管、纳米碳纤维或晶须等；（6） ）改变颗粒级配，适当增大临界颗粒尺寸。5、节能减排和应对气候变化已经成为我国当前经济社会发展的一项重要而紧迫的任务。试从耐火材料角度介绍你的认识或提出你的设想。答： 高资源消耗：优质、高效、废弃物再生利用。高能耗：不定形耐火材料、轻质耐火材料。高环境污染：开发无铬耐火材料、环保沥青、环保结合剂、除尘系统、废弃物再生利用。2003 级耐火材料工艺学试题一、填空（每题 2 分）1 耐火材料是指 耐火度不低 1580 的无机非金属材料，其性能主要取决于化学组成和物相组成；2 显气孔率是指制品中所有开口气孔体积与其总气孔体积的比值；3 耐火材料的热膨胀、热导率是指其热学方面的物理性质，一般情况下，晶体结构对称性愈强，热膨胀率愈 高，晶体结构愈复杂，热导率愈低；4 为了使硅砖中大量形成鳞石英，通常采用的矿化剂有cao 、fe 2o3 。5 硅酸铝质耐火材料是以al2o3 和 sio 2 为基本化学组成的耐火材料， 我国高铝矾土原料的主要矿物组成是水铝石和高岭石，其中等矾土熟料比等矾土熟料难烧结；6 天然产的无水硅酸铝原料“三石”是指蓝晶石 、 硅线石、红柱石，其加热膨胀效应最大的：蓝晶石；7 镁碳砖的主要原料是氧化镁和石墨以及碳质结合剂，铝碳质制品主要应用于连铸系统的“三大件”， 也即长水口、浸入式水口 和整体塞棒 ；8 主晶相是指决定耐火材料性质的主要矿相，直接结合指 高熔点主晶相之间或主晶相与次晶相间直接接触产生结晶网络的结合， 陶瓷结合指耐火制品主晶相之间由低熔点的硅酸盐相（非晶质和晶质） 连接在一起而形成的结合，镁砖的主晶相是 方镁石 ，镁铝砖（al2o35-10% ）的主晶相是 方镁石-尖晶石；9 不定形耐火材料通常是指原料经混合后不需机压成型和高温煅烧的散状料和预制块。根据美国材料测试标准，普通水泥结合浇注料cao 为2.5 %，低水泥结合浇注料cao 为 2.51.0 %，超低水泥结合浇注料 cao 为 1.00.2 %，无水泥结合浇注料cao 为0.2%；10 白云石耐火材料按化学组成分有高钙白云石、理论白云石和富镁白云石之分，它们抵抗富硅渣侵 蚀能力的顺序： 高钙白云石 理论白云石 富镁白云石 ，抵抗富铁渣侵蚀能力的顺序：富镁白云石 理论白云石 高钙白云石 ，并且，还原气氛下抵抗富铁渣侵蚀能力优于于氧化气氛下。二、判断题（每题 2 分）（对：，错：）1耐火材料的耐火度就是熔点，耐火度愈高，使用温度愈高；（）2石英、方石英和鳞石英具有相同的晶体结构，但化学组成不同；（）3锆英石耐火材料又称锆石耐火材料；（）4各种耐火砖坯在烧成阶段都产生体积收缩；（）5 莫来石制品几乎都是由天然莫来石制备的；（）6 赛隆（ sialon ）是 al2o3 与 si3n4 在高温下形成的一类固溶体；（）7 基质是指构成制品结构的主体且熔点较高的晶体；（）8 天然耐火原料通常含有一定的灼减，所以需要煅烧后才能大量使用；（）9 热剥落主要由渣渗透所引起的，而结构剥落主要指热震所引起的破坏。（）10 相同气孔率的条件下，气孔大而集中的耐火材料绝热效果优于气孔小而均匀的耐火材料；（）三、问答题（每题15 分 ）1 耐火度、荷重软化温度和高温蠕变是衡量耐火材料高温性能的指标。试选择其