耐火材料课件1

1、耐耐 火火 材材 料料乐红志山东理工大学第一节第一节 概概 述述第二节第二节 耐火材料的性质耐火材料的性质第三节第三节 耐火材料的生产过程耐火材料的生产过程第四节第四节 常见定形耐火材料常见定形耐火材料第五节第五节 不定形耐火材料不定形耐火材料 内内 容容 提提 要要第一节第一节 概概 述述 一、耐火材料定义一、耐火材料定义 耐火材料是耐火度不低于耐火材料是耐火度不低于15801580的材料，一的材料，一般是指主要由无机非金属材料构成的材料和般是指主要由无机非金属材料构成的材料和制品。制品。 二、主要种类二、主要种类 1. 1. 按化学成份分为：按化学成份分为： （1）氧化硅质）氧化硅质（以氧

2、化硅为主（以氧化硅为主 包括硅砖和石英玻璃）；包括硅砖和石英玻璃）；（2）氧化铝质）氧化铝质 (以氧化铝和氧化硅为主以氧化铝和氧化硅为主 又分为半硅质、又分为半硅质、粘土质和高铝质粘土质和高铝质)；（3）氧化镁质）氧化镁质（又分为镁砖、镁铝砖、镁硅砖、镁钙砖、（又分为镁砖、镁铝砖、镁硅砖、镁钙砖、镁铬砖和镁碳砖）。镁铬砖和镁碳砖）。2. 2. 按矿物成份分为：按矿物成份分为： （1）白云石质）白云石质 MgCa（CO3）2（2）橄榄石质橄榄石质（Mg2SiO4）（3）尖晶石质尖晶石质（Fe2MgO4）（4）碳质碳质（石墨制品）（石墨制品）（5）含锆质）含锆质（氧化锆（氧化锆+莫来石莫来石+刚玉

3、）刚玉）（6）特殊耐火材料）特殊耐火材料（碳化物、氮化物、硼化物）（碳化物、氮化物、硼化物） 3.3.按制造方法分为：按制造方法分为： 块状耐火材料块状耐火材料; 不定形耐火材料不定形耐火材料; 烧制耐火材料烧制耐火材料; 熔铸耐火材料。熔铸耐火材料。 4.4.按耐火度分为：按耐火度分为： 普通耐火材料（普通耐火材料（15801770）; 高级耐火材料（高级耐火材料（17702000）; 特级耐火材料（大于特级耐火材料（大于2000）。）。 5.按化学性质分为： 酸性耐火材料酸性耐火材料:硅质硅质 中性耐火材料：炭质、铬质中性耐火材料：炭质、铬质 碱性耐火材料：镁质、钙质碱性耐火材料：镁质、钙

4、质6.按标准和尺寸分为： 标准砖标准砖; 异型砖异型砖; 管形材管形材; 耐火器皿。耐火器皿。7.按使用场合： 冶金用冶金用; 水泥窑用水泥窑用; 玻璃窑用玻璃窑用; 陶瓷窑用陶瓷窑用; 锅炉用。锅炉用。三、耐火材料的组成三、耐火材料的组成 1化学成份：化学成份：主成份、杂质成份（有害）和外加组份（有益）。主成份、杂质成份（有害）和外加组份（有益）。 主成份：主成份：是耐火制品中构成耐火基体的成分，是耐火材料 的特性基础。它的性质和数量直接决定制品的性 质。其主要成分可以是氧化物，也可以是元素或 非氧化物的化合物。 杂质成份：杂质成份：在耐火材料(或原料)中含有一定量的杂质。 外加成份：外加成

5、份：矿化剂、稳定剂和烧结剂等2. . 物相组成：物相组成：主晶相、次晶相和基质。主晶相、次晶相和基质。 主晶相：主晶相：指构成制品结构的主体且熔点较高，对材料的性质起支配作用的一种晶相的晶相。 次晶相：次晶相：又称第二晶相或第二固相，是指耐火材料中在高温下与主晶相和液相并存的，一般其数量较少和对材料高温性能的影响较主晶相为小的第二种晶相。 基质：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，也可认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材料而言，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。 图图11 耐火制品

6、的显微组织结构耐火制品的显微组织结构 耐火制品是矿物组成体，制品的性质是其组成矿物和微耐火制品是矿物组成体，制品的性质是其组成矿物和微观结构的综合反映。观结构的综合反映。 可以从以下三方面研究与考察：可以从以下三方面研究与考察： （1）原料的加热相变化；）原料的加热相变化； （2）制造中配料间相互反应产生的相变化；）制造中配料间相互反应产生的相变化； （3）耐火材料在使用中的相变化。）耐火材料在使用中的相变化。 耐火材料按其主晶相和基质的成分可以分为两类耐火材料按其主晶相和基质的成分可以分为两类: (1)是含有晶相和玻璃相的多成分耐火制品；是含有晶相和玻璃相的多成分耐火制品； (2)是仅含晶相

7、的多成分的结晶体。是仅含晶相的多成分的结晶体。 第二节第二节 耐火材料的性质耐火材料的性质一、耐火材料的宏观性质一、耐火材料的宏观性质 w1 1气孔：开孔、闭孔和贯通孔；气孔：开孔、闭孔和贯通孔； 耐火材料是由耐火材料是由固相固相（包括结晶相和玻璃相）和（包括结晶相和玻璃相）和气孔气孔两两部分构成的非均质体。部分构成的非均质体。图图1-2 耐火制品耐火制品中气孔类型中气孔类型 1封闭气孔封闭气孔 ； 2开口气孔；开口气孔； 3贯通气孔贯通气孔2 2气孔率：体积百分比气孔率：体积百分比 显气孔率 Pa= Vo /Vb100% 闭气孔率 Pc= Vc/Vb100% 真气孔率 Pt=（Vc+Vo）/

8、Vb100% Pt= Pc+ Pa Vc闭孔体积； Vo开孔+贯通孔；Vb材料总体积3 3密度（密度（g/cmg/cm3 3） 体积密度 d=M/V 真密度 dt=M/Vt Vt 除气孔外的材料体积； V 总体积；M质量 4吸水率（%） 指全部显气孔被水填满时，水的质量与干燥材料的质量之比。指全部显气孔被水填满时，水的质量与干燥材料的质量之比。 Wa=（M-M0）/M0100% Wa吸水率；吸水率；M吸水后质量；吸水后质量；M0吸水前质量吸水前质量二、耐火材料的力学性质二、耐火材料的力学性质 1常温耐压强度常温耐压强度S：指常温下耐火材料在单位面积上所能承 受的最大压力。 S=P/A P材料破

9、坏时的最大压力；材料破坏时的最大压力； A受压面积受压面积 用于表征制品的烧结情况，检测时，注意试样的大小和加压方向。（一）常温力学性能2 2常温抗折强度常温抗折强度（抗弯强度）：材料单位面积所承受的极限弯曲应力。 耐火材料在使用时，除受压应力外，还受弯曲应力和剪应力的作用。 一般，抗折强度是耐压强度的1/21/3 三点抗折强度公式：三点抗折强度公式： P=3FL/(2bh2 )F加载负荷； L跨距；b试样截面宽度；h试样截面高度3耐磨性耐磨性 耐火材料抵抗坚硬物料或气体(如含有固体颗粒的)磨损作用 (研磨、摩擦、冲击力作用)的能力。 通常，在常温下以一定研磨条件下和研磨时间下制品的质量损失或

10、体积损失来表示耐磨性。 4 4、弹性模量、弹性模量 材料在其弹性限度内受外力作用产生变形，当外力除去后，仍恢复到原来的形状，此时应力和应变的比例称为弹性模量。它表示材料的抵抗变形的能力： 如制品的其它性质相同，弹性模量与制品的热震稳定性成反比。如果是同一系统的制品，弹性模量与抗折强度、耐压强度、耐磨性大体上成正比。 E=/(L/L) 应力；应力； L/L应变应变1高温耐压强度：高温耐压强度：是材料在高温（ 1000-1200 ）下单位截面所能承 受的极限压力。 （二）高温力学性能2高温抗折强度：高温抗折强度：材料在高温下单位截面所能承受的极限弯曲应力。3高温扭转强度：高温扭转强度： 高温扭转强

11、度是材料的高温力学性质之一。它表征材料在高温下抵抗剪 应力的能力。 测定时将试样一端固定，另一端施以力矩作用，试样发生扭转变形。当试样被扭转时，试样内各横截面上产生剪切应力，当应力超过一定限度时，试样发生断裂。在高温下试样被扭断时的极限剪切应力，称为高温扭转强度。4. 4. 高温蠕变性高温蠕变性 材料在恒定的高温、恒定的外力作用下所发生的缓慢变形，称高温蠕变。 高温蠕变的表示方法一般为变形量()与时间(h)的关系曲线，通常称为蠕变曲线。图图13 典型高温蠕变曲线典型高温蠕变曲线应力较小或温度较低应力较小或温度较低时，第二阶段持续时时，第二阶段持续时间很长，甚至不出现间很长，甚至不出现第三阶段，

12、反之，第第三阶段，反之，第二阶段很短，甚至消二阶段很短，甚至消失，快速进入第三阶失，快速进入第三阶段，直至段，直至d点产生蠕点产生蠕变断裂。变断裂。三、耐火材料的热学及电学性质三、耐火材料的热学及电学性质 耐火材料的热膨胀是指其体积或长度随着温度升高而增大的物理性质。包括线膨胀系数和体积膨胀系数。原因：原子的非诣性振动增大了物体中原子的间距从而使体积膨胀。原因：原子的非诣性振动增大了物体中原子的间距从而使体积膨胀。材料的热膨胀系数随温度变化，故其值为某个温度区间内。材料的热膨胀系数随温度变化，故其值为某个温度区间内。材料的热膨胀与其晶体结构和键强度密切相关：键强高的热膨胀系数低；材料的热膨胀与

13、其晶体结构和键强度密切相关：键强高的热膨胀系数低；结构紧密的热膨胀系数高；各相异性的不同方向热膨胀系数不同。结构紧密的热膨胀系数高；各相异性的不同方向热膨胀系数不同。耐火材料的热膨胀系数取决于它的化学矿物组成，当存在多晶转化时，耐火材料的热膨胀系数取决于它的化学矿物组成，当存在多晶转化时，在相变点有突变。在相变点有突变。线膨胀系数=L/(tL)体膨胀系数=（V）/(tV)1 1、热膨胀、热膨胀 热导率是表征耐火材料导热性的一个物理指标，也叫导热系数，是热导率是表征耐火材料导热性的一个物理指标，也叫导热系数，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。指单位温度梯度下，单位时间内通过单

14、位垂直面积的热量。2 2、热导率、热导率热导率热导率= = q q/ /（- -dT/dxdT/dx） 单位：W/(mK) 3 3、热容、热容 通常用常压下加热通常用常压下加热1kg物质使之升温物质使之升温1 所需的热量（以所需的热量（以kJ计）来计）来表示，称为热容，也称比热容。表示，称为热容，也称比热容。 耐火材料的热容影响炉体的加热、冷却速度。耐火材料的热容影响炉体的加热、冷却速度。 碳质和碳化硅质材料为导体，一般耐火材料为不良导体，但温度碳质和碳化硅质材料为导体，一般耐火材料为不良导体，但温度大于大于1000时导电性明显提高，熔融时导电能力很强。耐火材料导电时导电性明显提高，熔融时导电

15、能力很强。耐火材料导电性的强弱，通常用电阻率来表示。性的强弱，通常用电阻率来表示。4 4、导电性、导电性四、耐火材料的使用性质四、耐火材料的使用性质1 1耐火度耐火度 耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性质称为耐火度耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性质称为耐火度 (与与熔点不同）。熔点不同）。 熔点熔点是纯物质的结晶相与其液体处于平衡状态下的温度；是纯物质的结晶相与其液体处于平衡状态下的温度； 耐火度耐火度是多相固体混合物在开始熔融温度与熔融终了温度范围内液是多相固体混合物在开始熔融温度与熔融终了温度范围内液相和固相同时共存。相和固相同时共存。 试锥弯倒是其中液相的生成及固相试锥

16、弯倒是其中液相的生成及固相在液相中的溶解所致。在液相中的溶解所致。 因素：固相与液相的数量比（液相因素：固相与液相的数量比（液相7080%）、液相粘度（）、液相粘度（10 50Pas)和材料的分散度。具有强熔剂作用的杂和材料的分散度。具有强熔剂作用的杂质成分，会严重降低制品的耐火度。质成分，会严重降低制品的耐火度。（提高原料纯度）（提高原料纯度） 考虑荷重和外物的熔剂作用，并非耐考虑荷重和外物的熔剂作用，并非耐火度越高砖越好。火度越高砖越好。图图14 三角锥弯倒情况三角锥弯倒情况2荷重软化温度荷重软化温度 它表示耐火材料在高温和荷重同时作用时的抵抗能力，也表示耐火它表示耐火材料在高温和荷重同时

17、作用时的抵抗能力，也表示耐火材料呈现明显塑性变形的软化范围。在一定程度上表明制品在与其使用材料呈现明显塑性变形的软化范围。在一定程度上表明制品在与其使用情况相仿条件下的结构强度。情况相仿条件下的结构强度。 耐火材料高温荷重变形温度的测定方法是固定试样承受的压力耐火材料高温荷重变形温度的测定方法是固定试样承受的压力(0.2MPa)，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，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，称为高温荷重变形温度。称为高温荷重变形温度。图图1-5 各种各种耐火材料的耐火材料的荷重变形曲荷重变形曲线，其中线，其中1-高铝砖，高铝砖，2-硅砖，硅砖，3-

18、镁砖，镁砖，4-粘土砖粘土砖 ，5-半硅砖，半硅砖，6-粘土砖粘土砖3高温体积稳定性高温体积稳定性 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(收收缩或膨胀缩或膨胀)的性能称为高温体积稳定性。的性能称为高温体积稳定性。 一般用材料重烧线变化率和体积变化率来表示。一般用材料重烧线变化率和体积变化率来表示。Lc=（L1-L0）/L0 Vc=（V1-V0）/V0 原因：原因：烧成制品，烧成过程中，物理化学变化未达到该温度下的平衡烧成制品，烧成过程中，物理化学变化未达到该温度下的平衡状态，烧成不充分，使用中受高温，继续反应；不烧制品

19、，烧烤温度低，状态，烧成不充分，使用中受高温，继续反应；不烧制品，烧烤温度低，时间短，在使用中持续反应。时间短，在使用中持续反应。各种耐火制品允许的重烧体积变化取决于制品的使用条件和要求，一各种耐火制品允许的重烧体积变化取决于制品的使用条件和要求，一般不超过般不超过0.51.0。多数耐火材料在重烧时产生收缩，少数制品产生膨胀。多数耐火材料在重烧时产生收缩，少数制品产生膨胀。4 4热震稳定性热震稳定性 耐火材料抵抗温度的急剧变化而不破坏的性能称为热震稳定性。也称耐火材料抵抗温度的急剧变化而不破坏的性能称为热震稳定性。也称为抗热震性或温度急变抵抗性。为抗热震性或温度急变抵抗性。 材料的热震破坏可分

20、为两大类：材料的热震破坏可分为两大类： 一是一是瞬时断裂，称为热冲击断裂；瞬时断裂，称为热冲击断裂； 二是二是在热冲击循环作用下，先出现开裂、剥落，然后碎裂和变在热冲击循环作用下，先出现开裂、剥落，然后碎裂和变 质，终至整体损坏，称为热震损伤。质，终至整体损坏，称为热震损伤。热应力产生原因：热应力产生原因：机械约束；机械约束；均质材料中出现温度梯度；均质材料中出现温度梯度；非均质固体中各相之间的热膨胀系数的差别；非均质固体中各相之间的热膨胀系数的差别；单相多晶体中热膨胀系数各向异性。单相多晶体中热膨胀系数各向异性。 耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀作用而不破坏的能力称为耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀

21、作用而不破坏的能力称为抗渣性。抗渣性。 熔渣：熔渣：冶金炉渣、燃料灰分、飞尘、各种材料（包括固态、液态材料，如烧结冶金炉渣、燃料灰分、飞尘、各种材料（包括固态、液态材料，如烧结水泥块、煅烧石灰、铁屑、熔融金属、玻璃液等）和气态物质（煤气、一氧化碳、水泥块、煅烧石灰、铁屑、熔融金属、玻璃液等）和气态物质（煤气、一氧化碳、氟、硫、锌、碱蒸气）等。氟、硫、锌、碱蒸气）等。 上述熔渣物质在高温下多形成液态物质直接与耐火材料接触，有些固体物质甚上述熔渣物质在高温下多形成液态物质直接与耐火材料接触，有些固体物质甚至气体，在高温下与耐火材料接触之后，最终也会形成液相。至气体，在高温下与耐火材料接触之后，最终

22、也会形成液相。 熔液侵蚀过程主要是耐火材料在熔渣中的熔液侵蚀过程主要是耐火材料在熔渣中的溶解溶解过程和熔渣向耐火材料内部的过程和熔渣向耐火材料内部的侵侵入入(渗透渗透)过程。耐火材料向熔渣中溶解的过程可分为：过程。耐火材料向熔渣中溶解的过程可分为： (1)单纯溶解单纯溶解 耐火材料与熔渣不发生化学反应的物理溶解作用。耐火材料与熔渣不发生化学反应的物理溶解作用。 (2)反应溶解反应溶解 耐火材料与熔渣在其界面处发生化学反应，使耐火材料的工作面耐火材料与熔渣在其界面处发生化学反应，使耐火材料的工作面部分转变为低熔物部分转变为低熔物(反应产物反应产物)而溶于渣中，而溶于渣中，同时改变了熔渣和制品的化

23、学组成。同时改变了熔渣和制品的化学组成。 (3)侵入变质溶解侵入变质溶解 高温溶液或熔渣通过气孔侵入耐火材料内部深处，或通过耐高温溶液或熔渣通过气孔侵入耐火材料内部深处，或通过耐火材料的液相扩散和向耐火材料的固相中扩散，使制品的组织结构发生质变而溶火材料的液相扩散和向耐火材料的固相中扩散，使制品的组织结构发生质变而溶解。解。 从生产工艺角度出发，有效地提高耐火材料的抗渣性，应从下列两个主要途径从生产工艺角度出发，有效地提高耐火材料的抗渣性，应从下列两个主要途径着手：着手： (1)保证和提高原料的纯度，改善制品的保证和提高原料的纯度，改善制品的化学矿物化学矿物组成。组成。 (2)选择适宜的生产方

24、法，获得具有选择适宜的生产方法，获得具有致密而均匀致密而均匀的组织结构的制品。的组织结构的制品。 耐火材料抗渣性的测定方法常用坩埚法、回转渣蚀法等。耐火材料抗渣性的测定方法常用坩埚法、回转渣蚀法等。5. 抗渣性抗渣性6耐真空性耐真空性 是指耐火材料在真空和高温下服役时的耐久性，因高温减压时耐火材料中是指耐火材料在真空和高温下服役时的耐久性，因高温减压时耐火材料中有些组分极易挥发。在常温下耐火材料的蒸气压都很低，可以认为是极稳定而有些组分极易挥发。在常温下耐火材料的蒸气压都很低，可以认为是极稳定而不易挥发的。但在高温减压下工作（如真空熔炼炉或钢水脱气处理等）时，会不易挥发的。但在高温减压下工作（

25、如真空熔炼炉或钢水脱气处理等）时，会因其挥发减量而造成损耗，加速其损坏。因其挥发减量而造成损耗，加速其损坏。 耐火材料的挥发速度如下式：耐火材料的挥发速度如下式：挥发速度挥发速度(m)与耐火材料的蒸气压与耐火材料的蒸气压(P)成正比，气相的分子量成正比，气相的分子量(M)越大挥发量也愈大。越大挥发量也愈大。第三节第三节 耐火材料的生产过程耐火材料的生产过程 原料加工配料混炼（成型）干燥烧成（熔制）（成型）检验成品耐火材料的生产过程与陶瓷或玻璃的生产过程相似。第四节第四节 常见定形耐火材料常见定形耐火材料一、硅质耐火材料一、硅质耐火材料 硅质耐火材料是指以硅质耐火材料是指以SiO2为主成分的耐火

26、材料（为主成分的耐火材料（SiO2 含含 量量93以上）；以上）；为典型的酸性耐火材料。为典型的酸性耐火材料。 种类：硅砖、特种硅砖、石英玻璃（熔融石英）制品；种类：硅砖、特种硅砖、石英玻璃（熔融石英）制品；主要用途：焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉及其他热工设备。主要用途：焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉及其他热工设备。（一）二氧化硅的相变 SiO2在常压下有七个变体和一个非晶型变体。在常压下有七个变体和一个非晶型变体。 根据转变特点和速度，根据转变特点和速度，SiO2晶型转变分为两类：晶型转变分为两类：迟钝型转变迟钝型转变（重建型）（重建型）和和快速型转变快速型转变（位移型）。（位移型）。 不同晶型之

27、间的转变称为迟钝型转变，如：石英不同晶型之间的转变称为迟钝型转变，如：石英鳞石英鳞石英方英石。方英石。是不可逆的。是不可逆的。 同一晶型之间的转变称为快速型转变，如：同一晶型之间的转变称为快速型转变，如：石英石英石英石英石英。石英。是可逆的。是可逆的。图图1-6 SiO1-6 SiO2 2的晶型转变的晶型转变不同晶型之间的转变不同晶型之间的转变（迟钝型转变（迟钝型转变） 在加热过程中，石英、鳞石英、在加热过程中，石英、鳞石英、方石英及硅氧溶液（石英玻璃）方石英及硅氧溶液（石英玻璃）之间发生相互转化，是属于由一之间发生相互转化，是属于由一种晶型转变成另一种晶型的转变种晶型转变成另一种晶型的转变过

28、程（重建型转变，速度慢、时过程（重建型转变，速度慢、时间长）。这种转变过程伴随有较间长）。这种转变过程伴随有较大的体积效应。一般是不可逆的。大的体积效应。一般是不可逆的。晶型之间在结构和物理性质上存晶型之间在结构和物理性质上存在较大的差别。在较大的差别。 不同晶型之间的转变从晶体不同晶型之间的转变从晶体的边缘开始，逐渐发展至中心，的边缘开始，逐渐发展至中心， 必须破坏原有的晶体结构，使必须破坏原有的晶体结构，使Si-O键断开，实现原子的重新排列，键断开，实现原子的重新排列，组成新的结构。所以转变过程消组成新的结构。所以转变过程消耗能量大，转变温度高，转变速耗能量大，转变温度高，转变速度慢，经过

29、较长时间才能实现，度慢，经过较长时间才能实现，故称为迟钝型转变。故称为迟钝型转变。 同一晶型亚态之间的转变同一晶型亚态之间的转变（快速型转变）（快速型转变） 同一晶型亚态、型之间也发同一晶型亚态、型之间也发生相互转变，并且是可逆的。生相互转变，并且是可逆的。由于快速转变是在瞬时发生的，由于快速转变是在瞬时发生的，其体积效应危害大。其体积效应危害大。 这种亚态变体的结构和物理这种亚态变体的结构和物理性质是相似的，转变时性质是相似的，转变时Si-0键没键没有被破坏和断开，只有键的角有被破坏和断开，只有键的角度发生变化，晶格发生扭曲或度发生变化，晶格发生扭曲或伸直，消耗能量小，转变温度伸直，消耗能量

30、小，转变温度低，转变速度快，体积效应小，低，转变速度快，体积效应小，只要达到转变温度，晶体从中只要达到转变温度，晶体从中心到边缘全部立刻转变，故称心到边缘全部立刻转变，故称为快速型转变。为快速型转变。 低温型石英转变为高温型石英过程中，石英颗粒会开裂。如有矿低温型石英转变为高温型石英过程中，石英颗粒会开裂。如有矿化剂存在时，形成的液相就会沿着裂纹侵入颗粒内部，促使石英转变化剂存在时，形成的液相就会沿着裂纹侵入颗粒内部，促使石英转变为鳞石英。通常，这种转变称为为鳞石英。通常，这种转变称为湿转变湿转变。 如果很少或几乎没有矿化剂时，石英开始形成半安定方石英，然如果很少或几乎没有矿化剂时，石英开始形

31、成半安定方石英，然后形成方石英，这种转变称为后形成方石英，这种转变称为干转变干转变。 干转变时砖坯产生较大的不均匀膨胀，又无液相缓冲应力，会造干转变时砖坯产生较大的不均匀膨胀，又无液相缓冲应力，会造成制品的结构开裂和松散。成制品的结构开裂和松散。干转变与湿转变（二）硅砖的生产 硅砖与其他耐火砖的生产工艺硅砖与其他耐火砖的生产工艺不同之处在于不同之处在于：原料不经煅烧，直接配：原料不经煅烧，直接配用破粉碎和筛分后的硅石颗粒料和细粉；需加一定的矿化剂，其中石灰用破粉碎和筛分后的硅石颗粒料和细粉；需加一定的矿化剂，其中石灰乳既是矿比剂又起结合作用。然后成型、干燥和烧成。乳既是矿比剂又起结合作用。然后

32、成型、干燥和烧成。制造硅砖的主要原料为制造硅砖的主要原料为硅石硅石，要求硅石中，要求硅石中SiOSiO2 2含量大于含量大于9696（我（我 国多数在国多数在9898以上），以上），AlAl2 2O O3 3、TiOTiO2 2及碱金属氧化物等杂质总含及碱金属氧化物等杂质总含 量一般要小于量一般要小于2 2。 其他原料为：其他原料为：废硅砖、石灰、矿化剂、有机结合剂。废硅砖、石灰、矿化剂、有机结合剂。生产硅砖的工艺流程生产硅砖的工艺流程注意：注意：经过高温烧成后，硅砖的性能主要与经过高温烧成后，硅砖的性能主要与SiO2的晶型有关。各种晶型的熔的晶型有关。各种晶型的熔点不同：石英的熔点最低，为点

33、不同：石英的熔点最低，为1600；方石英的熔点最高为；方石英的熔点最高为1723，鳞，鳞石英为石英为1670 。因此，方石英的含量高，有利于提高硅砖的耐火度；而鳞石英含量高，因此，方石英的含量高，有利于提高硅砖的耐火度；而鳞石英含量高，则因其具有矛头双晶。在砖中相互交错形成网络状结构，有利于提高制则因其具有矛头双晶。在砖中相互交错形成网络状结构，有利于提高制品的荷重软化温度。品的荷重软化温度。由于残余石英在高温下可继续向方石英或鳞石英转变，并伴有较大的由于残余石英在高温下可继续向方石英或鳞石英转变，并伴有较大的体积膨胀，故其含量愈少愈好。硅砖理想的矿物组成是主要矿物为鳞石体积膨胀，故其含量愈少

34、愈好。硅砖理想的矿物组成是主要矿物为鳞石英其次是方石英，残余石英（英其次是方石英，残余石英（ -石英石英 ）越少越好。）越少越好。硅砖中的石英转变程度用真比重衡量，一般小于硅砖中的石英转变程度用真比重衡量，一般小于2.38g/cm3。优质硅砖。优质硅砖真比重真比重2.322.36g/cm3之间。之间。硅石为硅石为2.65g/cm2.65g/cm3 3。（三）硅砖的性质和使用 晶相组成：晶相组成： SiO293%，鳞石英：鳞石英：30%70%，方英石：，方英石：20%80%，石英：，石英：3%15%，玻璃相：，玻璃相：4%14%。真密度小于真密度小于2.38g/cm3，体积密度：，体积密度：1.

35、801.95 g/cm3.使用性质：耐火度使用性质：耐火度 16901730，掺杂时，掺杂时 16201670，耐酸性高，抗热震性较差，耐酸性高，抗热震性较差，850冷水两次。冷水两次。主要用在玻璃熔窑、炼焦炉、热风炉等。主要用在玻璃熔窑、炼焦炉、热风炉等。（四）其他硅质耐火材料 高密度高导热性硅砖：高密度高导热性硅砖：采用高硅质原料，经高压成型。采用高硅质原料，经高压成型。在尽量减少玻璃相的数量和降低气孔率的同时，掺加在尽量减少玻璃相的数量和降低气孔率的同时，掺加CuO、Cu2O、TiO2、FeO等导热能力高的金属氧化物，获得气孔等导热能力高的金属氧化物，获得气孔率为率为16左右，体积密度超

36、左右，体积密度超1.95g/cm3，导热系数大于，导热系数大于18WmK，机械强度高的高密度高导热性硅砖。，机械强度高的高密度高导热性硅砖。石英玻璃制品：石英玻璃制品：石英玻璃制品也称熔融石英制品，作为石英玻璃制品也称熔融石英制品，作为耐火材料有两类；石英玻璃制品和石英玻璃再结合制品。耐火材料有两类；石英玻璃制品和石英玻璃再结合制品。二、硅酸铝质耐火材料二、硅酸铝质耐火材料 成份以氧化铝和氧化硅为主。成份以氧化铝和氧化硅为主。（一）粘土质耐火材料原料：耐火粘土（高岭土、铝土矿等）原料：耐火粘土（高岭土、铝土矿等）生产：类似陶瓷生产：类似陶瓷性质及应用：耐火度性质及应用：耐火度 15801770

37、，高温耐压强度，高温耐压强度 大大于于58.8MPa(10001200), 荷重软化温度荷重软化温度 12501400， 高温体积稳定高温体积稳定 小于小于1%，抗热震性好，抗热震性好 1100 水冷水冷50次以上，抗渣性好。次以上，抗渣性好。应用：主要用于炼刚炉。应用：主要用于炼刚炉。（二）高铝质耐火材料 Al2O3大于大于48%。原料和生产与粘土质耐火材料相似。原料和生产与粘土质耐火材料相似。性质：耐火度性质：耐火度 17702000， 荷重软化温度荷重软化温度 大于大于1400， 导热性好，抗热震性较差导热性好，抗热震性较差 850 水冷水冷30次以上，次以上，抗渣性好。抗渣性好。应用：

38、为最广泛的一种，用于冶金、建材、陶瓷、电力应用：为最广泛的一种，用于冶金、建材、陶瓷、电力锅炉等。其用作电炉顶寿命比硅砖高锅炉等。其用作电炉顶寿命比硅砖高25 倍。倍。 三、镁质耐火材料三、镁质耐火材料 为典型的碱性耐火材料，种类较多。为典型的碱性耐火材料，种类较多。（一）氧化镁砖种类：各种镁砖：种类：各种镁砖：Mg-Si、Mg-Ca、Mg-Al、Mg-Cr、Mg-C等。等。组成：方镁石、镁方铁矿、镁尖晶石、镁硅酸盐（橄榄石、辉组成：方镁石、镁方铁矿、镁尖晶石、镁硅酸盐（橄榄石、辉石）等。石）等。原料：主要为菱镁矿。原料：主要为菱镁矿。生产：首先将菱镁矿煅烧（生产：首先将菱镁矿煅烧（1000轻

39、烧，轻烧，1400以上重烧）制以上重烧）制得氧化镁。将氧化镁粉碎后加入添加剂和结合剂，混合后成型、得氧化镁。将氧化镁粉碎后加入添加剂和结合剂，混合后成型、煅烧即制得镁砖。煅烧即制得镁砖。性质：耐火度性质：耐火度 大于大于1920，荷重软化温度，荷重软化温度 大于大于1500，抗热，抗热震性震性 1100冷水冷水 大于大于25次，抗碱性好，最高使用温度大于次，抗碱性好，最高使用温度大于1600。应用：用于各种炉衬，特别是碱性环境。应用：用于各种炉衬，特别是碱性环境。（二）白云石质耐火材料 以以CaO和和MgO为主要成份的耐火材料。为主要成份的耐火材料。种类：含游离氧化钙的白云石质耐火材料和稳定型

40、的白云石质种类：含游离氧化钙的白云石质耐火材料和稳定型的白云石质制品；制品；组成：游离氧化钙型（方镁石和石灰石），稳定型（组成：游离氧化钙型（方镁石和石灰石），稳定型（C3S、MgO为主，少量为主，少量C2S、C4AF）生产：游离氧化钙型（天然白云石烧或不烧，粘结），稳定型生产：游离氧化钙型（天然白云石烧或不烧，粘结），稳定型（以天然白云石、石英、磷灰石为原料配合后共烧结而成，烧结（以天然白云石、石英、磷灰石为原料配合后共烧结而成，烧结温度小于温度小于1450）。）。性质：游离氧化钙型（耐火度性质：游离氧化钙型（耐火度 15001700，稳定性差，极，稳定性差，极易吸水分解，成本低）；稳定型（

41、常温耐压易吸水分解，成本低）；稳定型（常温耐压5070MPa，荷重软荷重软化温度化温度 1500，抗渣好，抗热震性差）。，抗渣好，抗热震性差）。应用：游离氧化钙型（炼刚炉衬、电炉炉衬）；稳定型（可部应用：游离氧化钙型（炼刚炉衬、电炉炉衬）；稳定型（可部分代替镁砖）。分代替镁砖）。（三）尖晶石质耐火材料 种类：种类：Mg-Al、Mg-Cr组成：镁铝尖晶石和镁铬尖晶石组成：镁铝尖晶石和镁铬尖晶石生产：首先需要合成尖晶石，然后烧结或不烧。也可制备生产：首先需要合成尖晶石，然后烧结或不烧。也可制备不定形耐火材料。不定形耐火材料。性质：强度高，抗蠕变性强，荷重软化温度性质：强度高，抗蠕变性强，荷重软化温

42、度17001750，抗渣性远大于镁砖，体积稳定。，抗渣性远大于镁砖，体积稳定。应用：有色金属冶炼炉衬及其它各类炉衬。应用：有色金属冶炼炉衬及其它各类炉衬。 四、含锆质耐火材料四、含锆质耐火材料 指含有氧化锆或硅酸锆的耐火材料。指含有氧化锆或硅酸锆的耐火材料。据生产工艺不同，有烧结制品、熔铸制品、不烧制品。据生产工艺不同，有烧结制品、熔铸制品、不烧制品。性质：具有熔点高、热导率低、化学稳定性好的特点，特性质：具有熔点高、热导率低、化学稳定性好的特点，特别是对玻璃熔液和金属熔液具有良好的耐侵蚀性。别是对玻璃熔液和金属熔液具有良好的耐侵蚀性。种类：氧化锆耐火材料、锆英石质耐火材料、熔铸锆刚玉种类：氧

43、化锆耐火材料、锆英石质耐火材料、熔铸锆刚玉制品。制品。（一）氧化锆耐火材料（一）氧化锆耐火材料原料：在基质中添加一定量氧化锆成份，或氧化锆占主要原料：在基质中添加一定量氧化锆成份，或氧化锆占主要成份。基质有氧化铝质、氧化镁质、氧化钙质、尖晶石质等成份。基质有氧化铝质、氧化镁质、氧化钙质、尖晶石质等等。等。组成：基质和氧化锆。组成：基质和氧化锆。性质：性质：高强度、高硬度，耐磨损；熔点高达高强度、高硬度，耐磨损；熔点高达2700，即使，即使加热到加热到1900 也不与熔融的铝、铁、镍、铂、硅酸盐和酸也不与熔融的铝、铁、镍、铂、硅酸盐和酸性炉渣等发生反应。性炉渣等发生反应。应用：氧化锆空心球砖、定

44、径水口。应用：氧化锆空心球砖、定径水口。（二）锆英石质耐火材料（二）锆英石质耐火材料原料：天然锆英石（原料：天然锆英石（ZrSiOZrSiO4 4）矿砂，含量大于矿砂，含量大于90%90%。在。在1500150017001700（低于锆英石分解温度）煅烧出块，若加入碱金属氧化物可在（低于锆英石分解温度）煅烧出块，若加入碱金属氧化物可在1050105013001300煅烧，之后急冷，然后细磨。煅烧，之后急冷，然后细磨。生产：用有机结合剂黏结，用黏土可引起制品的耐火度和体积稳定性生产：用有机结合剂黏结，用黏土可引起制品的耐火度和体积稳定性降低。可加入少量氧化钙等矿化剂以促进烧结。最高烧结温度为降低

45、。可加入少量氧化钙等矿化剂以促进烧结。最高烧结温度为17001700。组成：几乎全部由组成：几乎全部由ZrSiOZrSiO4 4晶体组成，含少量玻璃质和氧化锆。晶体组成，含少量玻璃质和氧化锆。性质：比重大（性质：比重大（4.554.55），高温下黏度高，耐火度大（大于），高温下黏度高，耐火度大（大于1825 1825 ），），荷重软化温度大于荷重软化温度大于16501650，耐磨，热膨胀低。抗热震性差，抗渣性差，耐磨，热膨胀低。抗热震性差，抗渣性差，抗碱腐蚀性差。抗碱腐蚀性差。 应用：用于连续铸钢的盛钢桶内衬，有色冶炼炉的铸口，还可用于应用：用于连续铸钢的盛钢桶内衬，有色冶炼炉的铸口，还可用于

46、玻璃窑等。玻璃窑等。（三）熔铸锆刚玉（三）熔铸锆刚玉（AZS）原料：经脱硅处理的锆英石矿砂和工业氧化铝；原料：经脱硅处理的锆英石矿砂和工业氧化铝；特点：致密，力学性能和耐磨性良好，耐侵蚀性好；特点：致密，力学性能和耐磨性良好，耐侵蚀性好；生产：混料生产：混料熔化熔化浇注浇注退火退火机械加工；机械加工；应用：用于直接与金属液和熔渣接触处，玻璃熔窑受侵蚀应用：用于直接与金属液和熔渣接触处，玻璃熔窑受侵蚀最严重的关键部位；金属冶炼炉和容器中受渣蚀严重之处最严重的关键部位；金属冶炼炉和容器中受渣蚀严重之处。（一）碳素耐火材料（一）碳素耐火材料 五、碳质耐火材料五、碳质耐火材料 即碳砖、碳块及无定形碳为

47、主。即碳砖、碳块及无定形碳为主。原料：灰分小于原料：灰分小于8%的各种煤和少量石墨。配料为高碳有机的各种煤和少量石墨。配料为高碳有机物（沥青、煤焦油等）。物（沥青、煤焦油等）。生产：主料生产：主料80%85%，配料，配料20%15%，在温度，在温度5070下混炼后成型，冷却后在还原气氛下焙烧。下混炼后成型，冷却后在还原气氛下焙烧。原理：原理：200500 结合剂逸出；结合剂逸出；450800 焦化；焦化；10001300烧结；缓慢降温。烧结；缓慢降温。性质：气孔率大（性质：气孔率大（1525%），强度），强度 抗压抗压3060MPa，抗渣性好，耐火度（还原气氛）抗渣性好，耐火度（还原气氛）3500升华，抗氧化能