耐火材料培训(贵港).ppt

1、华润水泥（贵港）有限公司 耐火材料培训 2008年7月15日,一、耐火材料的定义,耐火材料是耐火度不低于1580的无机非金属材料。它是为高温技术服务的基础材料。尽管各国规定的定义不同，但基本概念是相同的，即耐火材料是用作高温窑炉等热工设备的结构材料，以及工业用高温容器和部件的材料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。,二、耐火材料的分类,耐火材料的种类很多，为了便于研究和合理使用，有必要进行科学分类，通常按其共性与特性划分类别。其中按材料的化学矿物组成分类是一种常用的基本分类方法。也常按材料的制造方法、材料的性质、材料的形状尺寸及应用等来分类。 按矿物组成可分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云

2、石质、橄榄石质、尖晶石质、含碳质、含锆质耐火材料及特殊耐火材料。按制造方法可分为天然矿石和人造制品。按其方式可分为块状制品和不定形耐火材料。按热处理方式可分为不烧制品、烧成制品和熔铸制品。按耐火度可分为普通、高级及特级耐火制品。按化学性质可分为酸性、中性及碱性耐火材料。按其密度可分为轻质及重质耐火材料。按其制品的形状和尺寸可分为标准砖、异形砖、特异形砖、管和耐火器皿等。还可按其应用分为高炉用、水泥窑用、玻璃窑用、陶瓷窑用耐火材料等。,三、耐火材料的组成与性质,一、化学成分 耐火材料的化学成分由原料的成分确定，分为主要成分和杂质成分，如：镁铬砖的主要原料是镁砂和铬矿，因而MgO和Cr2O3是镁铬

3、砖的主要成分。SiO2是杂质成分。SiO2和CaO、MgO生成低熔点物质，降低产品的耐火性能，在碱性耐火材料中是最为有害的杂质。K2O、NaO、CaO、Mg2O是硅质产品（粘土质、高铝质、莫来石质材料）中最为有害的杂质。国家标准中对有害杂质的最高含量都做了明确规定。,化学成分中给出的氧化物并不是耐火材料制品的真实组成，耐火材料是人造矿物组成，有多种矿物组成。以镁铬砖为例，组成矿物有方镁石MgO、镁铬尖晶石MgOCr2O3、镁铝尖晶石MgOAL2O3、镁橄榄石2MgOSiO2、钙镁橄榄石CaOMgOAL2O3等,就是主晶相方镁石也不是纯MgO，而是MgO和Fe2O3、Fe2O3、Cr2O3、Si

4、O2、等成分的固熔体。 化学分析是将矿物破坏以后以氧化物的形式表示，虽然将氧化物转化成矿物需要专门知识，但此法简单易于实施，也能达到监控原材料和产品质量的目的。,二、常规物理指标 耐火材料的常规物理指标包括组织结构、力学性质、热学性质和高温使用性质。其中有些是在常温下测定的性质。如“气孔率、体积密度、耐压强度等。根据这些性质，可以预知耐火材料在高温下的使用情况，另一些是在高温下测定的性质，如：耐火度、荷重软化温度、热震稳定性、抗渣性、高温体积稳定性等，这些性质反映在一定高温下耐火材料所处的状态或者反映在该温度下它与外界作用的关系。,1、显气孔率： 耐火材料内的气孔是由原料中的气孔和成型后颗粒间

5、的气孔所构成。它大致可以分为三类： 、开口气孔：存在于制品表面，一端封闭，另一端与外界相通。 、闭口气孔：封闭于制品内部，与外界处于隔绝状态。 、贯通气孔：贯通制品两面与外界相通的气孔，能为流体通过。,通常将上述三类气孔合并为两类，即：开口气孔（包括贯通气孔）和闭口气孔。开口气孔体积占总气孔体积绝大多数，闭口气孔体积则很小，并且难于直接测定，因此制品的气孔率指标常用开口气孔（即显气孔率）表示，即制品中所有开口气孔的体积占制品总体积的百分数。它直接表示制品的致密程度，直接影响耐火制品的其它物理指标和使用性能。 一般常识，不管何种耐火材料原料中如果气孔率15%不能用来制作耐火材料，中高档以上原料的

6、气孔率应10，以56为好。,耐火材料的气孔分布主要集中在细粉中和细粉与颗粒的接触之间，35左右的细粉制造了占总量50的气孔率，侵蚀介质如水泥液相、K2O、NaO熔体等都是通过气孔进入耐火材料机体内部的，而这正是耐火材料制品中最薄弱的部分。气孔率虽不表示耐火材料的使用性能，但它却关系到耐火材料的使用寿命。合理的气孔率指标是很重要的，气孔率过低会提高耐火制品的弹性模量、劣化热震性，气孔率的降低受到限制，主要通过先进的生产工艺，把开口气孔转变成闭气孔（如抗剥落砖中加入适量的ZrO2），或产品在使用中与水泥料中的K2O、Na2O、CaO等碱性氧化物反应，形成高粘度的玻璃相，覆盖在制品表面，堵塞了制品表

7、面的气孔。,2、耐压强度 常温耐压强度是指一定条件下耐火材料单位面积上所承受的最大压力。耐火材料内部有各种形状气孔，使物料形成无规则的物理接触，构成纤维物理结构，需要施加能量才能被破坏，耐压强度主要是表明制品的烧结情况以及与其组织结构相关的性质，另一方面能通过耐压强度间接地评价其它指标。如：耐磨性、耐冲击性以及不烧制品的结合强度。,3、荷重软化温度，一般指在荷重0.2Mpa/cm2软化变形的温度。 荷重变形指标是耐火材料在高温和荷重同时作用下的抵抗能力，也表示耐火材料呈现明显塑性变形的软化范围。固定试样承受的压力不断升高温度，测定试样在发生一定变形量和坍塌时的温度，称为荷重软化温度，它能在较大

8、的温度范围内把材料的结构性能明显地表示出来，因而可以对耐火材料作出较全面的估价。荷软的检验方法是：把试样做成50mm50mm的圆柱体，在上面加以0.2MPa （0.20.2Mpa/cm2）的压力，试样在加热的情况下，体积开始膨胀，千分表记录膨胀的变化，当膨胀到最大值时，由于制品的塑性变形，体积收缩 ，当体积 从最大值收缩回落原体积的0.6即0.3mm时，该点温度即为荷重温度。,但在实际应用中应注意： 、实际使用条件下所承受的荷重要比0.2MPa低得多。由于负荷低，制品开始变形的温度将升高。 、砌体沿厚度方向受热不均匀，大部分负荷将由温度较低的部分承担。 、在使用条件下制品承受变形的时间，远远超

9、过实验的时间。 、在实际使用过程中，耐火材料还可能承受其它种类的负荷。,4、热震稳定性 耐火材料抵抗温度急剧变化而不破坏的性能称为热震稳定性。传统的检测方法是将原砖一端加热至1100，取出放在水流中急冷，再加热、再急冷，直到试验面剥落到原砖面的50为检验终点。国外一般采用900空冷法。耐火材料在急冷急热时损坏的原因在于：当制品在急冷急热时，制品表面和内部会产生很大的温差。此种情况下如果是急热过程，制品外表处于高温状态膨胀；而制品内部则处于低温下，不产生或产生极小膨胀，相对于,制品外表则处于力求收缩状态。在急冷过程中则情况相反。由于这种情况存在，致使制品产生较大的热应力，当所产生的热应力达到了制

10、品的极限强度时，即会发生开裂或剥落，而使制品发生损坏，耐火材料在使用时，经常遇到温度波动情况。使得耐火材料有可能因受操作时温度经常波动而损坏。因此，热震稳定性是鉴定耐火材料质量的重要指标之一。,5、耐火度 耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不融化的性质称为耐火度。耐火材料定义中规定耐火度必须大于1580。决定耐火度高低的最基本因素是材料的化学矿物组成及其分布情况。因此，耐火度无疑是判定耐火材料质量的一个指标。但达到该温度时，材料不再有机械强度和耐侵蚀。因而认为耐火度越高砖越好是不适宜的。同时，耐火材料在使用中经受高温作用时，通常还伴有荷重和外物的熔剂作用，所以制品的耐火度不能视为制品使用温度的上

11、限，必须综合考虑其它性能，作为合理选用耐火材料的参考。,6、重烧线变化。 在指定温度下（14581500）试样在恒温2小时，冷却后测定体积变化和原体积百分比。 耐火材料在高温下长期使用时，其外形体积保持稳定不发生变化（收缩或膨胀）的性能称为高温体积稳定性。耐火材料在烧成过程中，其间的物理、化学变化一般都未达到烧成温度下的平衡状态。当制品在长期使用中受高温作用时，一些物理、化学变化仍然会继续进行。另一方面，制品在实际烧成过程中，由于各种原因，会有烧成不充分的制品，此种制品在窑炉上使用再受高温作用时，由于一些烧成变化继续进行，结果使制品的体积发生变化，这种不可逆的体积变化称为残余收缩或膨胀，也称重

12、烧收缩或膨胀。重烧体积变化的大小，表明制品的高温体积稳定性。,7、热导率 热导率是表征耐火材料导热特性的一个物理指标。它的物理意义是指单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量。耐火材料的导热能力与其化学组成、组织结构及温度有密切关系。材料的化学组成越复杂，杂质含量越多，添加成分形成的固溶体越多，它的热导率降低越明显，晶体结构越复杂的材料，热导率也越小。耐火材料通常都含有一定的气孔，气孔内的气体热导率低。因此，气孔总是降低材料的导热能力。在一定的温度内，对一定的气孔率来说，气孔率愈大，则热导率愈小。,以前我国采用的测量方法为平板法，由于误差大近年采用热线测法，数值比平板法大许多，不同材质

13、的导热系数一般大小顺序为：尖晶石砖镁铬砖方镁石尖晶石复合砖高铝砖粘土砖。 8、膨胀系数 膨胀系数意为每升高1时耐火材料的膨胀率。 膨胀系数（使用温度下）砖长则是使用温度下的膨胀量。如：镁铬砖的1400的膨胀系数为1.4左右，即膨胀量为2.8mm左右。尖晶石砖的膨胀系数略大些。高铝砖、粘土砖膨胀系数为碱性砖的一半不到，故，镁铬砖、尖晶石砖在出厂时砖两侧面上都设有纸片，是为膨胀缝所留。,四、对耐火材料的基本要求,（1）能抵抗高温热负荷作用，不软化，不熔融。要求耐火材料具有相当高的耐火度。 （2）能抵抗高温热负荷作用，体积不收缩和仅有均匀膨胀。要求材料具有高的体积稳定性，残存收缩及残存膨胀要小，无晶

14、型转变及严重体积效应。 （3）能抵抗高温热负荷和重负荷的共同作用，不丧失强度，不发生蠕变和坍塌。要求材料具有相当高的常温强度和高温热态强度，高的荷重软化温度，高的抗蠕变性。 （4）能抵抗温度急剧变化或受热不均的影响，不开裂，不剥落。要求材料具有好的耐热震性。 （5）能抵抗熔融液、尘和气的化学侵蚀，不变质，不蚀损。要求材料具有良好的抗渣性。 （6）能抵抗火焰和炉料、料尘的冲刷、撞击和磨损，表面不损耗。要求材料具有相当高的密实性和常温、高温下的耐磨性。 （7）抵抗高温真空作业和气氛变化的影响，不挥发，不损坏。要求材料具有低的蒸气压和高的化学稳定性。 （8）外形整齐，尺寸准确，质优价廉，便于运输、施

15、工和维修等。 （9）对有特殊要求的耐火材料还应考虑其导热性、导电性及透气性等。,五、耐火砖的两大标准,目前在国际上使用最多的是两种系列的砖，既ISO系统(国际标准)与VDZ系统(德国标准) 。ISO系统的砖较大、较厚，砖缝较少，但不方便搬运、操作。VDZ系统的砖比较小、较薄，利于操作，容易挤紧，但强度较小，砖缝较多。,在尺寸上，VDZ标准的砖大头a和小头b之和恒等于143mm，也称为等腰砖；在砖代号比如B622、BP22中，“B”表示其为VDZ标准的砖，ISO标准砖代号中是没有字母“B”的；“P”表示其为插口砖；“6”表示利用该种砖单独砌筑，其所围出来的园直径为6m；“22”表示该种砖的高度为

16、220mm。 ISO标准砖大头尺寸恒等于103mm，在砖代号比如322、P+22中，“P”表示其为插口砖；“+”表示加厚，“P+”表示厚插口砖； “3”表示利用该种砖单独砌筑，其所围出来的园直径为3m； “22”表示该种砖的高度为220mm。,六、耐火材料整体配置要求,1、烧成带和两侧过渡带内有稳定窑皮的部位采用镁铁尖晶石砖。 2、在窑皮不稳定或常有露砖的过渡带采用镁铝尖晶石砖，分解带采用硅莫砖和抗剥落高铝砖，但如果部分位置受侵蚀较快，寿命太短，也可采用碱性砖如尖晶石砖。 3、预热器、分解炉系统和三次风管，衬里表面温度小于1200，采用粘土质耐碱砖、耐碱浇注料。在不动设备内除工作层还需增加隔热

17、层，统一选用硅酸钙板作为隔热层。,4、分解炉部位的托砖圈、锥部及篦冷机高温区采用高铝浇注料，篦冷机中、低温区采用高强耐碱浇注料，在窑尾缩口及烟室斜坡部位采用抗结皮浇注料。 5、窑头罩部位在大修时，养护时间能达到24小时以上的情况，采用高铝低水泥浇注料，在窑头罩抢修时，使用高铝G-16K或莫来石浇注料，以减少养护时间。 6、篦冷机前墙、出篦冷机三次风管、入分解炉三次风管拐弯等部位，由于该部位温度较高，耐磨性要求高，选高热耐磨型浇注料，同时三次风管入分解炉部位可采用抗剥落砖或废高耐磨砖进行砌筑。,7、喷煤管、窑口浇注料选用莫来石浇注料，整体运行时间保证8个月以上。 8、从回转窑退回缺棱少角的镁铬砖

18、、尖晶石砖、抗剥落砖的散砖作为篦冷机直墙部位消耗的主要材料，施工采用砖混框架结构。篦冷机矮墙、斜坡等部位大面积浇注料施工时，需填充从回转窑退回的以抗剥落砖为主的散砖，散砖的填充比例为30。,七、耐火材料的施工,一、浇注料施工原则。 1.浇注料施工前应严格进行如下内容的检查： 1.1检查待浇注设备的外形及清洁情况； 1.2检查施工机具的完好情况，振捣工具等必须有完好备用件； 1.3检查锚固件型式、尺寸、布置及焊接质量，金属锚固件必须做好膨胀补偿处理，锚固件的开口要相互交错,焊接时一定要满焊，并在锚固件上缠上胶布(或涂上沥青、石蜡等)为防止锚固件受热膨胀而将浇注料胀裂。 1.4检查周围耐火砖衬及隔

19、热层的预防浇注料失水措施；,1.6检查施工用水，其水质必须达到饮用水的质量。 凡上述项目检查不合格时应处理合格后方可施工。过期失效的材料不得使用。浇注料施工中要确保不停电，不中断施工。 2、浇注料施工用模板可用钢板或硬木板制成。 模板要有足够强度，刚性好，不走形，不移位，不漏浆。钢模板要涂脱模剂，木模板要刷防水漆。重复使用的模板要先清洗，再涂漆方可使用。 3、硅钙板的施工要求：大面积施工可以用粘合剂粘牢,小面积施工或不规则处可以用手锯锯成小块粘合；浇注料内的硅钙板应用细铁丝在锚固件上缠绕固定,表面应刷防水材料;,4、浇注料的加水量应严格按使用说明书控制，不得超过限量。在保证施工性能的前提下，加

20、水量宜少不宜多。 5、浇注料搅拌时间应不少于5分钟。操作时要使用强制式搅拌机。搅拌时宜事先干混，再加入80%用水量的水搅拌，然后视其干湿程度，徐徐加入剩余的水继续搅拌，直到获得适宜的工作稠度为止。搅拌不同的浇注料时应先将搅拌机清洗干净。,6、浇注料必须整桶整袋地使用。搅拌好的浇注料一般在20分钟内用完。在高温干燥的作业环境中还要适量缩短这一时间。已经初凝甚至结块的浇注料不得倒入模框中，也不得加水搅拌再用。 7、倒入模框内的浇注料应立即用振动棒分层震实，每层高度应不大于300mm，震动间距以250mm左右为宜。震动时尽量避免触及锚固件，不得在同一位置上久震和重震。看到浇注料表面返浆后应将振动棒缓

21、慢抽出，避免浇注料层产生离析现象和出现空洞。 浇注完成后的浇注体，在凝固前不能再受压与受震。,8、大面积浇注时，要分块施工。每块浇注区面积以1.5m2左右为宜。膨胀缝要按设计留设，不得遗漏。膨胀缝应留设在锚固件间隔的位置。每层托砖板所承托的墙体段节的顶部与上一层托砖板相连的地方，需设置横向膨胀缝，在缝中填充满耐高温的纤维棉或耐火纤维毡。硅酸钙板层内一般不设膨胀缝，膨胀缝一般要小于10mm。 9、待浇注料表面干燥后，应立即用塑料薄膜或草袋将露在空气中的部分盖严。初凝到达后要定期洒水养护，保持其表面湿润。养护时间至少两天，第一天内要勤洒水。浇注料终凝后可拆除边模继续洒水养护，但承重模板须待强度达到

22、70%以后方可拆模。,10、当环境温度或炉体表面温度低于5或高于40时，不能进行耐火材料的施工。要求耐火材料的混合搅拌温度应高于5，在进行浇注或捣打施工前，应保证其不凝固，施工完进行空气养护时，仍须控制环境温度，环境温度在72 小时应内保持在浇注料的凝固点之上。 11、模板拆除后应及时对浇注体进行检查。发现蜂窝、剥落和空洞等质量问题要及时处理与修补。问题严重时要将缺陷部位凿去，露出锚固件，再用同质量的捣固料填满捣实，继续养护，禁止用水泥灰浆摸平来掩盖问题。,二、耐火砖施工要求 1、砌筑火泥的要求：不同质泥浆要用不同的器具，火泥采用清洁水，准确称量调制，均匀混合。调好的泥浆不得任意加水稀释。灰浆

23、饱满度要大于95以上，保证砖缝密实，表面砖缝要用原浆勾缝。壳体无法校正部位用泥浆找正。 2、墙体的耐火砖应该错缝砌筑，砖与硅钙板接合时,应分步施工；不同硅钙板通缝，且按设计要求留设膨胀缝；砌体不得出现歪斜现象，灰浆饱满度达到95%以上，砖表面多余部分灰浆要刮平；砖砼结构的墙体，浇注料部位应平整光滑，浇注料上面的砖应等浇注料有一定的强度后方能砌筑；,3、砌筑时耐火砖要求：砖衬顶部要与筒体面充分贴紧，不得留缝隙，相邻单砖大面之间要完全接触，加工砖长度不得小于原砖的50，厚度不得小于原砖的80。 4、施工时注意事项：施工时不能使用铁锤，杜绝耐火砖出现以下现象：大小头倒置、抽签、混浆、错位、倾斜、灰缝不均，爬坡、离中、重缝、张口、脱空、毛缝、蛇行弯、砖体鼓包、缺棱少角等。 5、砖缝要求：环砌法砌筑时，选砖的长度需均齐，每米环缝长偏差小于2mm，但单环长度偏差最大不超过8mm。,6、砌砖用插缝钢板要求：厚度一般在12mm,要求平整，不卷边，不扭曲，无毛刺。板宽小于砖宽约10mm。砌筑时钢板不得超出砖边，不得出现插空、搭桥现象。每条缝中最多允许使用一块钢板。 7、预热器、分解炉及上升烟道等处有大量的工艺孔洞，要逐个查清，精心施工，锥体部分要分段施工，斜壁表面斜度要准确，衬里表面要平滑，以保证生产运行中下料畅通，不存料； 8、