《耐火材料介绍》PPT课件

耐火材料 刘春风 耐火材料 耐火材料定义对耐材的要求耐火材料分类耐火材料的生产工艺耐火材料的显微结构显微结构的研究方法耐火材料的性质耐火材料的损毁机理耐火材料与熔融钢铁的反应及对钢质量的影响下次报告规划 耐火材料定义 化学与物理性质允许其在高温环境下使用的非金属 并不排除含有一定比例的金属 材料与产品 ISO 普通耐火材料 高级耐火材料 特殊耐火材料 对耐材的要求 抵抗温度的损害 抵抗热应力的损坏 在间歇式生产的工业窑炉中 炉衬或耐火材料部分要反复经历升温与降温过程 即 热震 即使在非间歇式 温度稳定的窑炉中 耐火材料内部在热面与冷面之间也会存在较大的温度差 这两些情况都会造成较大的应力 抵抗环境介质的侵蚀 直接接触时会被腐蚀 另外 这些介质会沿耐火材料的气孔 裂纹渗入到耐火材料内部 不污染承载产品 钢水冶炼和浮法制平板玻璃不污染环境 耐火材料分类 耐火材料的生产工艺 耐火材料的显微结构 分为两大部分 气孔 颗粒 基质 耐火材料的相组成 耐火材料的相组成 玻璃相 由于成分为多组分 在大多数耐火材料中都有玻璃相存在 在高温下这部分玻璃相将转变为液相 可用相关相图得到可能生成液相的温度 耐火材料的相组成 耐火材料的相组成 晶界和相界材料中的相界通常是指两相之间的界面 耐火材料的颗粒中包括多个晶粒 晶粒之间存在晶界 耐火材料的相组成 玻璃相晶界 耐火材料中的杂质大量集中在玻璃相晶界中 高温下形成液相 冷却后变成玻璃相 得到玻璃相晶界 耐火材料在高温下使用时 又转化为液相 由于这种界面液相是快速扩散区 同时也是吸收杂质及添加剂元素的地方 因此 也是最易与渣反应及最易受渣侵蚀的地方 因此 通常认为它对延长耐火材料的寿命是不利的 影响耐火材料显微结构的因素 影响耐火材料显微结构的因素 显微结构的研究方法 耐火材料的物理性质 耐火材料的物理性质 测量体积密度的方法是阿基米德法 即用排水法来测定试样的体积 一个是真空法 即将试样放在密闭容器中抽真空达到一定的真空度以后再注入水或其他液体 来浸泡试样 另一种方法是将试样放入沸水中浸泡 过程 将质量为m1的试样放入液体中浸泡 完成后 试样在液体中悬浮在液体中的质量m2 然后将试样从浸液中取出 用饱和了浸液的毛由水心地擦去多余的液滴 耐火材料的物理性质 在空气中测得饱和试样的质量m3 浸液的密度为 ing 可计算出耐火材料的体积密度 b 显气孔率Da与吸水率wa b m1 m3 m2 ingDa m3 m1 m3 m2 100 a m3 m1 m1 100 耐火材料的物理性质 耐火材料的真密度 t是将耐火材料磨成细粉后 去掉气孔 测细粉体积 质量 有真密度后可计算得到耐火材料的真气孔率Dt与闭气孔率Df Dt t b pt 100 Df Dt Da 耐火材料的物理性质 耐火材料的力学性质 Griffith理论认为 实际材料中总是存在许多细小裂纹或缺陷 在外力作用下 这些裂纹或缺陷附近产生应力集中现象 当应力达到某一临界值时 裂纹开始扩展而导致断裂 由此可知 断裂并不是两部分晶体被拉成两半而是裂纹扩展的结果 材料的破坏需要克服原子间的作用力 根据原子间作用力计算出的强度称为理论结合强度 但材料的实际强度远小于它的理论强度 耐火材料的力学性质 气孔对断裂韧性的影响一方面气孔可以成为裂纹源 特别是对于附着于晶界上的气孔很容易成为开裂的源头 另一方面气孔也可能起到阻止裂纹扩展的作用 当裂纹扩散遇到气孔时 它可能会停止扩散 耐火材料的热学性质 耐火材料的使用性质 耐火材料的使用性质影响因素 耐火材料的使用性质影响因素 耐火材料的使用性质影响因素 陶瓷结合 在一定的温度下 由于烧结或液相形成而产生的结合称陶瓷结合 在陶瓷结合耐火材料中还就提到所谓直接结合耐火材料 这一词最早出现在镁铬耐火材料中 认为一种高纯度的镁铬砖的方镁石或尖晶石之间是直接连结的 不存在中间相 但随着显微镜技术及材料科学的发展 发现颗粒之间并非真正的直接结合 结合部常存在杂质集中或晶格畸变的区域 但这一名词经常出现在碱性耐火材料文献中 耐火材料的使用性质影响因素 圆形MgO晶体 MgO晶体 普通结合 陶瓷结合 超高温烧成 耐火材料的使用性质影响因素 耐火材料的损毁机理 第一层为原渣层 渣与耐火材料并未发生发应 第二层为变渣层 在此层中存在一些被熔蚀脱落下来的耐火材料颗粒 由于耐火材料组分溶入渣中 渣的成分与性质已发生变化 这些变化可能有利于渣对耐火材料的侵蚀 也可能抑制渣对耐火材料的侵蚀 第三层为蚀损层 在这一层中 耐火材料的基质已被大量蚀损掉 耐火材料的显微结构已被严重破坏 但大量的粗颗粒仍未落入渣中 因而可基本保留原有的形状和尺寸 耐火材料的损毁机理 耐火材料的损毁机理 第四层为渗透层 它是渣沿耐火材料中的气孔 裂纹 晶界等向耐火材料中渗透而形成的 由于从热面向耐火材料内部延伸存在温度梯度 当渣渗透温度低于其凝固温度时 渣凝固并停止向耐火材料内部渗透 形成渣固面 渗透层中耐火材料的基本结构未受到严重破坏 但由于渣的侵入其化学与矿物组成以及其致密程度发生了变化 所以也叫变质层 第五层叫未变层 耐火材料的损毁机理 渣向耐火材料中的渗透途径 通过开口气孔与裂纹向耐火材料内部渗透 通过晶界向耐火材料内部渗透 渣中的离子进入到构成耐火材料的氧化物晶格中 通过晶格扩散进入耐火材料中 耐火材料的损毁机理 渣的酸碱必须与耐火材料相匹配 冶金渣分为酸性渣与碱性渣 渣的酸碱性是以它的碱度来划分 一般用渣中碱性氧化物含量与酸性氧化物含量之比来表示 最常见的是渣中CaO的含量与SiO2含量之比 酸性渣中常含有较多的酸性氧化物 如SiO2 B2O3 P2O5及氟化物等 碱度B CaO SiO2 耐火材料的损毁机理 耐火材料的局部蚀损 在实际生产中 工业炉及工业设备中不同部位耐火材料的侵蚀速度是不同的 例如 在盛钢桶渣线部位 在渣钢界面上的侵蚀是较严重的 为了提高钢包的寿命 盛钢桶渣线部分普遍采用抗侵蚀性较好的MgO C砖 耐火材料的损毁机理 此处的MgO C砖会产生所谓的马恩果尼效应 在使用的初期 渣浮在钢水的表面 钢水与MgO C接触 由于碳容易溶解到钢水中 MgO C砖中的碳不断溶解到钢水中或被氧化 随碳的损失 耐火材料表面上的氧化镁等氧化物含量增加 对氧化物有很好的润湿性的渣就会渗入到耐火材料与钢水之间 形成渣膜 接着 MgO等耐火材料又不断地溶解到渣膜中去使耐火材料表面的石墨增多 很难被石墨润湿的渣膜被排斥而上浮 MgO C耐火材料又和钢水接触 如此反复使MgO C耐火材料的侵蚀加剧 形成严重的局部损坏 耐火材料的损毁机理 耐火材料与熔融钢铁的反应及对钢质量的影响 耐火氧化物也只能以金属原子和氧原子的形式溶入熔钢中 溶解量很少 耐火材料与熔融钢铁的反应及对钢质量的影响 耐火材料与熔融钢铁的反应及对钢质量的影响 碱性耐火材料的脱硫作用基本方程式如下 CaO S CaS O MgO S MgS O FeO S FeS O 由式中可以看出 钢中的氧含量越低 越有利于脱硫 耐火材料与熔融钢铁的反应及对钢质量的影响 由图中可以看出 MgO CaO耐火材料中CaO含量达到25 左右时 即可取得显著的脱硫效果 耐火材料与熔融钢铁的反应及对钢质量的影响 碱性氧化物的脱磷作用通常钢水的脱磷是将磷氧化为P2O5气体 但P2O5在钢水中很不稳定 必须与CaO或MgO等结合成磷酸盐并溶入渣中才能达到脱磷的目的 碱性耐火材料中的MgO与CaO可以起到这种作用 基本反应式加下 3MgO 2 P 5 O Mg3P2O84C