耐火材料-含碳耐火材料

1、黄黄 朝朝 晖晖材料学院（测试楼材料学院（测试楼112112办公室）办公室）电话：电话：8232218682322186，1352026586813520265868E-mail:E-mail:第第 6 6 章章 耐耐 火火 材材 料料（第二篇）（第二篇）第六章耐火材料第六章耐火材料第一节第一节 概述概述一、耐火材料的定义和分类一、耐火材料的定义和分类 耐火材料（耐火材料（refractory）是耐火度）是耐火度（refractoriness）不低于不低于1580 的无机非的无机非金属材料。金属材料。 它是为高温技术服务的它是为高温技术服务的基础材料基础材料。是。是用作高温窑炉等热工设备的用作

2、高温窑炉等热工设备的结构材料结构材料（structural materials），以及工业用），以及工业用高温高温容器和部件的材料容器和部件的材料，并能承受相应的，并能承受相应的物理物理化学变化及机械作用化学变化及机械作用。（二）分类（二）分类按按矿物组成矿物组成可分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石可分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质量、橄榄石质、尖晶石质、含碳质、含锆质耐火材料质量、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。及特殊耐火材料。按按制造方法制造方法可分为可分为天然矿石天然矿石和和人造制品人造制品。按按形状形状可分为可分为块状制品块状制品和和不定形耐火材料不定

3、形耐火材料。按按热处理方式热处理方式可分为可分为不烧制品不烧制品、烧成制品烧成制品和和熔铸制品熔铸制品。按耐火度按耐火度可分可分普通普通、高级高级及及特级耐火制品特级耐火制品。按按化学性质化学性质可分为可分为酸性酸性、中性中性及及碱性耐火材料碱性耐火材料。按可分为按可分为轻质及重质轻质及重质耐火材料。耐火材料。按其制品的按其制品的外形和尺寸外形和尺寸可分为可分为标准砖标准砖、异形砖异形砖、特异形特异形砖砖、管管和和耐火器皿耐火器皿等。等。还可按其还可按其应用分应用分为为高炉高炉用、用、水泥窑水泥窑用、用、玻璃窑玻璃窑用、用、陶瓷陶瓷窑窑用耐火材料等。用耐火材料等。二、耐火材料的组成与性质二、耐

4、火材料的组成与性质 在高温下使用过程中，受在高温下使用过程中，受物理物理、化学化学、机机械械作用，容易作用，容易熔融软化熔融软化或被或被熔蚀磨损熔蚀磨损，或，或产生崩产生崩裂损坏裂损坏等现象，必须预知等现象，必须预知耐火材料耐火材料在高温下的使在高温下的使用情况。用情况。 在在高温下高温下测定的性质如测定的性质如耐火度耐火度、荷重软化点荷重软化点、热震稳定性热震稳定性、抗渣性抗渣性、高温体积稳定性高温体积稳定性等，反映等，反映了在该温度下了在该温度下它与外界作用它与外界作用的关系。的关系。 耐火材料的耐火材料的质量质量取决于它的取决于它的性质性质，若干性质又，若干性质又取决于耐火材料的取决于耐

5、火材料的化学矿物化学矿物组成。组成。（一）耐火材料的组成（一）耐火材料的组成 耐火材料的组成包括耐火材料的组成包括化学组成和矿物组成化学组成和矿物组成。化学组成化学组成是耐火材料的是耐火材料的基础特征基础特征。 在耐火材料的在耐火材料的化学成分化学成分固定的前提下，耐火固定的前提下，耐火材料的材料的矿物组成矿物组成决定其性质的重要因素。决定其性质的重要因素。 矿物组成一般可分矿物组成一般可分为主晶相为主晶相（principal crystalline phase）、）、次晶相次晶相（secondary crystalline phase）及）及基质相基质相（matrix）三大类。）三大类。 （

6、二）耐火材料的性质（二）耐火材料的性质 包括包括物理性质、力学性质、热学性质、物理性质、力学性质、热学性质、电学性质及使用性质电学性质及使用性质。 这些性质可用于判断这些性质可用于判断材质材质的的优劣优劣，还可，还可根据使用的根据使用的工作条件工作条件，直接考察它在高温，直接考察它在高温下的下的适用性适用性。1.耐火度：耐火度： 耐火材料在耐火材料在高温作用高温作用下达到特定下达到特定软化软化程程度的温度，表征材料度的温度，表征材料抵抗高温作用抵抗高温作用的性能。的性能。 耐火度取决于耐火度取决于材料化学矿物组成材料化学矿物组成和它们和它们的的分布分布情况。耐火度是情况。耐火度是评价评价其重要

7、技术指标，其重要技术指标，但是不能作为但是不能作为制品使用温度制品使用温度的的上限上限。2.荷重软件温度（荷重软件温度（refractoriness under load） 指耐火材料在以指耐火材料在以恒荷重恒荷重持续持续升温法升温法所测定的所测定的达到某一特定达到某一特定压缩变形压缩变形时的温度。表征耐火材料时的温度。表征耐火材料抵抗重力负荷和高温热负荷抵抗重力负荷和高温热负荷共同作用而共同作用而稳定稳定的能的能力。力。 高低高低主要取决于制品的主要取决于制品的化学矿物化学矿物组成，也与组成，也与其其宏观结构宏观结构有关。有关。 可以判断材料在使用过程中可以判断材料在使用过程中失去荷重失去荷

8、重能力。能力。仅作为耐火材料仅作为耐火材料最高使用温度最高使用温度的参考值。的参考值。3.高温体积稳定性（高温体积稳定性（volume stability under high temperature） 一般以一般以制品制品在在无重负荷作用下无重负荷作用下重烧重烧体积变化体积变化百分率百分率或或重烧线变化百分率重烧线变化百分率来衡量其优劣。来衡量其优劣。 保证砌筑体的保证砌筑体的稳定性稳定性，减少砌筑体的，减少砌筑体的缝隙缝隙，提高其提高其密封性和耐侵蚀性密封性和耐侵蚀性，避免砌筑，避免砌筑整体结构和整体结构和破坏破坏，也可判断制品，也可判断制品生产工艺和方法生产工艺和方法的正确性。的正确性。

9、4.耐热震性（耐热震性（thermal shock resistance） 又称又称热震稳定性、耐急冷急热热震稳定性、耐急冷急热性。性。 抵抗抵抗温度急剧变化温度急剧变化而而不破坏不破坏的能力。在使用的能力。在使用过程中，经常受到过程中，经常受到强烈的急冷、急热强烈的急冷、急热作用，如作用，如间间歇歇生产的窑炉、窑炉点火及生产的窑炉、窑炉点火及停火和停窑检修停火和停窑检修等情等情况。况。5.抗渣性：指材料在高温下抵抗抗渣性：指材料在高温下抵抗熔渣熔渣及其他及其他熔融液体侵蚀熔融液体侵蚀而而不易损毁不易损毁的性能。的性能。 但是但是固态物料、烟气中的尘料与其固态物料、烟气中的尘料与其接触，接触，

10、一些一些气态物质气态物质也可在也可在耐火材料上凝结耐火材料上凝结，它们，它们都可在高温下与耐火材料都可在高温下与耐火材料反应形成熔融体反应形成熔融体，或形成或形成性质不同的新生物性质不同的新生物，或使耐火材料中，或使耐火材料中形成的一些形成的一些组分分解，导致耐火材料损毁组分分解，导致耐火材料损毁。6.耐真空性（耐真空性（vacuum resistance） 指耐火材料在指耐火材料在真空和高温下使用真空和高温下使用时的时的耐耐久性久性。通常在。通常在常温常温下耐火材料的下耐火材料的蒸气压蒸气压都很都很低。可以认为是低。可以认为是极稳定而不易挥发极稳定而不易挥发的。但在的。但在高温减压下高温减压

11、下使用时，其中一些组成分使用时，其中一些组成分极易挥极易挥发发，且在真空下，且在真空下熔渣沿材料中毛细管渗透熔渣沿材料中毛细管渗透的的速度速度明显加快，从而造成耐火材料的明显加快，从而造成耐火材料的损毁损毁。因此在其生产工艺中应提高材料的因此在其生产工艺中应提高材料的致密性致密性。7.制品形状的规整性和尺寸的准确性制品形状的规整性和尺寸的准确性 正确的正确的形状形状和准确的和准确的尺寸尺寸对于砌筑体的对于砌筑体的严密严密性和使用寿命性和使用寿命有很大的影响，对砌筑施工也提供有很大的影响，对砌筑施工也提供了有利的条件。一般来说了有利的条件。一般来说砖缝砖缝在砌筑体中是在砌筑体中是最薄最薄弱和最易

12、损坏弱和最易损坏的部分，很容易被的部分，很容易被熔渣和侵蚀熔渣和侵蚀性气性气体体渗入渗入和和侵蚀侵蚀。三、耐火材料的三、耐火材料的应用领域应用领域 主要作为高温作业领域的主要作为高温作业领域的基础材料基础材料，应用，应用的部门极为的部门极为广泛广泛。 最为普遍的是在最为普遍的是在各种热工设备各种热工设备和和高温容器高温容器中作为中作为低抗高温作用低抗高温作用的的结构材料结构材料的的内衬内衬。 在冶金工业中在冶金工业中高炉高炉、炼钢炉炼钢炉、炼焦炉炼焦炉等主等主要要大型设备大型设备都是由都是由耐火材料耐火材料构成的。在建材构成的。在建材工业中如工业中如水泥、玻璃、陶瓷水泥、玻璃、陶瓷的窑炉或的窑

13、炉或其内衬其内衬都必须用都必须用耐火材料耐火材料来构筑。如来构筑。如化工、动力、化工、动力、机械制造机械制造等工业高温作业部门中的各种等工业高温作业部门中的各种焙烧焙烧炉、烧结炉、加热炉、锅炉及其附设火道、炉、烧结炉、加热炉、锅炉及其附设火道、烟道、保温层烟道、保温层等必须使用等必须使用耐火材料耐火材料。四、对耐火材料的基本要求四、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。）能抵抗高温热负荷作用，不软化，不熔融。要求具有相当高的耐火度。要求具有相当高的耐火度。（2）具有高的）具有高的体积稳定性体积稳定性，残存收缩及残存膨残存收缩及残存膨胀小胀小，无晶型转变及，无晶型转变及

14、体积效应小体积效应小。（3）能抵抗高温热负荷和重负荷的共同作用不）能抵抗高温热负荷和重负荷的共同作用不丧失丧失强度强度，不发生，不发生蠕变和坍塌蠕变和坍塌。要求材料具有。要求材料具有相当高的相当高的常温强度常温强度和和高温热态强度高温热态强度，高的，高的荷重荷重软化温度软化温度和抗和抗蠕变性蠕变性。（4）能抵抗）能抵抗温度急剧变化温度急剧变化或或受热不均受热不均的影响，的影响，不开裂不剥落不开裂不剥落。要求材料具有好的。要求材料具有好的耐热震性耐热震性。2. 2.离心制度的确定混凝土的分层现象除与原材料和混合料的性质有关，离心制度是一项重要的影响因素。离心制度主要指各个阶段的离心速度和离心时间

15、。此外分层投料对离心制度、混凝土性能也有很大影响。（1）离心速度离心速度一般按慢、中、快三档速度变化。慢速为布料阶段，其主要目的是在离心力的作用下，使混合料均匀并初步面形。快速成为密实阶段，其主要目的是在离心力的作用下使混合料充分密实。中速则为必要的过渡阶段，不仅是由慢速到快速的调速过程，而且不定期可在继续而料及缓和增速的过程中达到减弱内外分层的目的。离心制度的确定混凝土的分层现象除与原材料和混合料的性质有关，离心制度是一项重要的影响因素。离心制度主要指各个阶段的离心速度和离心时间。此外分层投料对离心制度、混凝土性能也有很大影响。（1）离心速度离心速度一般按慢、中、快三档速度变化。慢速为布料阶

16、段，其主要目的是在离心力的作用下，使混合料均匀并初步面形。快速成为密实阶段，其主要目的是在离心力的作用下使混合料充分密实。中速则为必要的过渡阶段，不仅是由慢速到快速的调速过程，而且不定期可在继续而料及缓和增速的过程中达到减弱内外分层的目的。（5）能抵抗）能抵抗熔融液熔融液、尘和气尘和气的化学的化学侵侵蚀。蚀。（6）能抵抗火焰和炉料、料尘的）能抵抗火焰和炉料、料尘的冲刷冲刷、撞击撞击和和磨磨损损。（7）能抵抗）能抵抗高温真空作业高温真空作业和和气氛变化气氛变化的影响，不的影响，不挥挥发不损坏发不损坏。（8）外形）外形整齐，尺寸准确整齐，尺寸准确，质优，质优价廉价廉，便于，便于运输、运输、施工和维

17、修施工和维修等。等。（9）对有特殊要求的耐火材料还应考虑其）对有特殊要求的耐火材料还应考虑其导热性、导热性、导电性及透气性导电性及透气性等。等。第二节第二节 硅酸铝质耐火材料（硅酸铝质耐火材料（alumina silicate refractory） 是以是以Al2O3和和SiO2为基本化学组成的耐火为基本化学组成的耐火材料。根据制品中材料。根据制品中Al2O3和和SiO2的含量，的含量， 分为以下三类：分为以下三类：半硅质耐火材料半硅质耐火材料，Al2O3含量为含量为15%30%；粘土质粘土质耐火材料，耐火材料， Al2O3含量为含量为30%46%（我国（我国30%48%）；）；高铝质高铝质

18、耐火材料，耐火材料，Al2O3含量大于含量大于46%（我（我国为国为48%），其中），其中Al2O390%称为刚玉称为刚玉质质耐火材料。耐火材料。 杂质的存在会杂质的存在会降低降低耐火材料的耐火材料的耐火耐火性性质和质和高温力学高温力学性质。性质。 在天然原料中，均含有在天然原料中，均含有56种常见的种常见的杂质杂质氧化物，主要有氧化物，主要有TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、R2O等。等。二、粘土质耐火材料（二、粘土质耐火材料（fireclay refractory） 是用天然的各种粘土作原料，将一部分是用天然的各种粘土作原料，将一部分粘土粘土预先煅烧成熟料预先煅烧成熟料，并与部分，并与

19、部分生粘土生粘土配合制成配合制成Al2O3含量含量30%46%的耐火制品。的耐火制品。 属于属于弱酸性耐火材料弱酸性耐火材料，主要制品有，主要制品有粘土砖粘土砖和和不定形耐火材料不定形耐火材料。 粘土砖采用粘土砖采用半干压半干压成形，在成形，在12501350 烧成，对于烧成，对于Al2O3含量高含量高的制品在的制品在13501380烧成。烧成。 烧成气氛为烧成气氛为氧化气氛氧化气氛。生产简便，价格。生产简便，价格便宜，便宜，应用广泛应用广泛。三、高铝质耐火材料（三、高铝质耐火材料（high-alumina refractory）Al2O3含量大于含量大于48%的的硅酸铝质硅酸铝质耐火材料统称

20、为耐火材料统称为高高铝质耐火材料铝质耐火材料。按。按Al2O3含量的多少含量的多少划分划分为三个等为三个等级：级：I等（等（Al2O375%）；）；II等（等（Al2O3=60%70%）；）；III等（等（Al2O3=48%60%）。）。根据根据矿物组成矿物组成可分为：可分为：低莫来石质低莫来石质及及莫来石质量莫来石质量（Al2O348%71.8%），），莫来石莫来石-刚玉质刚玉质及及刚玉刚玉-莫莫来石来石质（质（Al2O371.8%95%）；）；刚玉质刚玉质（Al2O3 95%100%）。）。 采用采用II级矾土级矾土熟料熟料（体积密度（体积密度2.55g/ m3）时，由于时，由于二次莫来石

21、化二次莫来石化造成的造成的膨胀和松散膨胀和松散效应，使坯体不易烧结，故烧成效应，使坯体不易烧结，故烧成温度略高温度略高。 高铝制品在高铝制品在氧化焰中氧化焰中烧成。烧成。第三节第三节 硅质耐火材料（硅质耐火材料（siliceous refractory） 指以指以SiO2为主要成分的耐火材料。有硅砖、为主要成分的耐火材料。有硅砖、不定形不定形硅质硅质耐火材料及耐火材料及石英玻璃制品石英玻璃制品。是典。是典型的酸性耐火材料。型的酸性耐火材料。 其矿物组成：主晶相为其矿物组成：主晶相为鳞石英和方石英鳞石英和方石英，基质为基质为石英玻璃相石英玻璃相。对酸性炉渣抵抗能力强，。对酸性炉渣抵抗能力强，但受

22、但受碱碱性渣性渣强烈侵蚀强烈侵蚀； 硅砖主要用于硅砖主要用于焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉、和及其他热设备炉、和及其他热设备。二、硅砖的生产工艺要点二、硅砖的生产工艺要点 生产工艺生产工艺不同之处不同之处：原料：原料不经煅烧不经煅烧，直，直接经接经破碎、粉碎破碎、粉碎后配用；需加入后配用；需加入矿化剂矿化剂，生，生产中采用在矿化剂我国多用产中采用在矿化剂我国多用轧钢皮作矿化剂轧钢皮作矿化剂；对轧钢此的要求是对轧钢此的要求是Fe2O3+ FeO90%，需经，需经球磨使粒度球磨使粒度大于大于0.5mm的不超过的不超过1%2%，小于小于0.088mm的不小于的不小于80%；石灰是

23、以；石灰是以石灰石灰乳的乳的形式加入坯料中。形式加入坯料中。四、石英玻璃制品四、石英玻璃制品 熔融石英制品熔融石英制品（fused-quartz product）是石英）是石英玻璃为原料而制得的再结合制品。玻璃为原料而制得的再结合制品。SiO2含量大于含量大于99.5%的熔融石英的的熔融石英的膨胀系数膨胀系数为为0.5410-6/ ，它，它具有具有热震稳定性热震稳定性好，耐好，耐化学侵蚀化学侵蚀（特别是（特别是酸和酸和氯氯），耐冲刷高温），耐冲刷高温强度大强度大，能抵抗高温下，能抵抗高温下有害介有害介质质的的侵入侵入。常用作。常用作陶瓷匣钵、棚板陶瓷匣钵、棚板等等窑具窑具。 缺点缺点是在是在1

24、100 以上以上长期使用时，会向长期使用时，会向方石方石英英转变（即转变（即高温析晶高温析晶），制品产生），制品产生裂纹和剥落裂纹和剥落。第四节第四节 镁质耐火材料（镁质耐火材料（magnesite refractory） 指以指以镁石镁石作原料，以作原料，以方镁石方镁石（MgO）为）为主要矿物主要矿物组成，组成，MgO含量在含量在80%85%以以上耐火材料。属上耐火材料。属碱性碱性耐火材料，抵抗耐火材料，抵抗碱碱性性物质的侵蚀能力物质的侵蚀能力较好较好，耐火度，耐火度很高很高，是炼，是炼钢钢碱性转炉、电炉、化铁炉碱性转炉、电炉、化铁炉以及许多以及许多有色有色金属火法冶炼炉金属火法冶炼炉中使用

25、中使用最广泛最广泛一类重要耐一类重要耐火材料，也是火材料，也是玻璃熔窑蓄热室、水泥窑和玻璃熔窑蓄热室、水泥窑和陶瓷窑炉高温带常用陶瓷窑炉高温带常用的耐火材料。的耐火材料。一、镁质耐火材料生产的物化基础一、镁质耐火材料生产的物化基础（一）镁质耐火材料主晶相（一）镁质耐火材料主晶相 镁质耐火材料的主成分是镁质耐火材料的主成分是氧化镁氧化镁，主晶相是，主晶相是由由化学活性较低化学活性较低的的方镁石方镁石。 方镁石是方镁石是MgO的的唯一唯一结晶形态。也称结晶形态。也称烧结镁烧结镁石或死烧镁石石或死烧镁石。 较低温度（如较低温度（如1000）煅烧得到的）煅烧得到的方镁石方镁石，活性活性极高极高，极易与

26、水或大气中的，极易与水或大气中的水分进行水化水分进行水化反反应，并伴有很大的应，并伴有很大的体积效应体积效应，不易直接作为，不易直接作为耐火耐火材料材料使用。使用。（二）镁质耐火材料的结合相（二）镁质耐火材料的结合相 结合相为低溶点结合相为低溶点物相物相，则制品在高温下，则制品在高温下抵抗热、抵抗热、重负荷重负荷和和耐侵蚀耐侵蚀性能会性能会显著降低显著降低。若结合相以。若结合相以高高熔点晶相熔点晶相为主，则上述性能改善。为主，则上述性能改善。镁铝尖晶石镁铝尖晶石 当当Al2O3同同方镁石方镁石在在1500 附近附近共存时，共存时，如在如在镁质耐火材料镁质耐火材料烧成过程中或在高温下使烧成过程中

27、或在高温下使用时，即可经用时，即可经固相反应形成镁铝尖晶石固相反应形成镁铝尖晶石（MgOAl2O3，简写，简写MA）。）。二、镁质耐火材料的主要品种及生产二、镁质耐火材料的主要品种及生产 生产过程生产过程是以较是以较纯净纯净的的菱镁矿菱镁矿或由或由海水、盐海水、盐湖湖水等提取的水等提取的氧化镁氧化镁 为原料，经为原料，经高温煅烧高温煅烧制成制成烧结镁石（硬烧镁石、死烧镁石），烧结镁石（硬烧镁石、死烧镁石），或经或经电熔制电熔制成成电熔镁石等电熔镁石等熟料熟料，然后将，然后将熟料破碎、粉碎、熟料破碎、粉碎、依依制品品种经相应制品品种经相应配料配料，再依次经，再依次经坯料制备坯料制备、成形、成形、

28、干燥和烧成干燥和烧成等工艺过程成为制品。等工艺过程成为制品。主要品种有：主要品种有： 1.普通镁砖普通镁砖（magnesite brick） 以烧结以烧结镁石镁石的原料，的原料，15001600烧结，含烧结，含MgO91%左右，一般采用左右，一般采用弱氧化气氛弱氧化气氛烧成。烧成。2.镁铝砖（镁铝砖（magnesite-alumina brick） 以以烧结镁石烧结镁石的主要原料，加入适量富含的主要原料，加入适量富含Al2O3的原料（如含高铝的原料（如含高铝矾土矾土或或生、熟料生、熟料均均可），经可），经15801620的温度的温度烧结烧结而成含而成含MgO85%左右、左右、Al2O3 5%1

29、0%，是以，是以方方镁石镁石为主晶相，由为主晶相，由镁铝尖晶石镁铝尖晶石结合的镁质结合的镁质耐火制品。耐火制品。3.镁铬砖（镁铬砖（magnesite-chrome brick） 由由40%80%的的烧结镁砂烧结镁砂和和20%60%镁镁铬矿，在铬矿，在1650烧制而成，镁铬砖也可用烧制而成，镁铬砖也可用电熔浇铸，生产电熔浇铸，生产熔铸镁铬砖熔铸镁铬砖。其主晶相为。其主晶相为方镁石方镁石，结合相为，结合相为镁铬尖晶石镁铬尖晶石。4.镁硅砖镁硅砖（high-silica magnesite brick） 以以高硅镁石高硅镁石经经高温煅烧高温煅烧成成镁硅矿镁硅矿作为作为原料，经原料，经1620165

30、0 烧制而成，含烧制而成，含SiO2 5%11%，CaO/ SiO2分子比分子比1。 由由镁橄榄石镁橄榄石（2MgOSiO2）结合的镁）结合的镁质耐火材料。质耐火材料。5.镁钙砖镁钙砖（magnesite bric krich in CaO） 以以高钙的烧镁石高钙的烧镁石为原料，经为原料，经16001680 烧制而成，含烧制而成，含CaO 6%10%，CaO/ SiO2分子比分子比2，主晶相为，主晶相为方镁石方镁石。 由由硅酸三钙硅酸三钙和和硅酸二钙硅酸二钙结合的镁质耐火结合的镁质耐火材料。（材料。（容易水化容易水化）6.直接结合镁砖（直接结合镁砖（direct bonding magnesi

31、te bric）：）： 以以高纯烧结镁砂高纯烧结镁砂为原料，经为原料，经烧结烧结制成，制成，含含MgO 95%以上，是以上，是方镁石晶粒间方镁石晶粒间直接结直接结合的镁质耐火材料。合的镁质耐火材料。7.镁碳砖镁碳砖（magnesite carbon bric） 以以烧结镁石烧结镁石或或电熔镁石电熔镁石为主要原料，并为主要原料，并加入适量加入适量石墨和含碳的有机结合剂石墨和含碳的有机结合剂，经高压，经高压成形制成，含成形制成，含C 10%40%是碳结合的镁质是碳结合的镁质耐火材料。耐火材料。8.不烧结不烧结镁质制品镁质制品及不定形及不定形镁质耐火材料镁质耐火材料（bulk magnesite r

32、efractory）第五节第五节 熔铸耐火材料熔铸耐火材料 指指原料及配合料原料及配合料经经高温熔化高温熔化后后浇铸浇铸成一定形成一定形状的制品。状的制品。 熔融方法有熔融方法有电熔法和铝热法电熔法和铝热法两种。两种。 电熔法是电熔法是电弧炉或电阻炉电弧炉或电阻炉中熔化配合料。中熔化配合料。 铝热法铝热法是利用是利用铝热铝热反应反应（2Al+ Fe2O3 = 2Fe+ Al2O3+Q） 放出热量将配合料放出热量将配合料熔化熔化(自蔓燃技术自蔓燃技术)。电熔法电熔法是生产熔铸耐火材料的是生产熔铸耐火材料的主要方法主要方法。生产工艺：生产工艺：原料制备原料制备=加工加工=合加工合加工=熔融熔融=浇

33、铸成形浇铸成形=热处理热处理=机械加工。机械加工。 熔铸耐火制品的熔铸耐火制品的种类种类很多，目前应用最很多，目前应用最广泛的是广泛的是熔铸锆玉砖熔铸锆玉砖。 其他熔铸制品有其他熔铸制品有熔铸莫来石砖熔铸莫来石砖、熔铸、熔铸锆锆莫来石砖莫来石砖、以及、以及石英质、镁质、尖晶石及镁石英质、镁质、尖晶石及镁橄榄石质橄榄石质等熔铸制品。等熔铸制品。 熔铸制品与熔铸制品与烧结法制品相烧结法制品相比，有以下特点：比，有以下特点：制品很制品很致密致密，气孔少，密度大，机械强度高，气孔少，密度大，机械强度高，高温结构强度大高温结构强度大，导热性高，抗渣性好。导热性高，抗渣性好。一、熔铸锆莫来石耐火材料（一、

34、熔铸锆莫来石耐火材料（fused-cast mullite refractory） 熔铸锆莫来石制品主要用熔铸锆莫来石制品主要用高铝矾土或工高铝矾土或工业氧化铝、粘土或硅石进行业氧化铝、粘土或硅石进行配料，在电弧炉配料，在电弧炉内经内经19002200 熔融，再用熔融，再用砂模浇铸砂模浇铸成形成形及及热处理热处理制成，其主要矿物成分是制成，其主要矿物成分是莫来石莫来石。 熔铸锆莫来石耐火材料可作熔铸锆莫来石耐火材料可作玻璃熔窑玻璃熔窑中中温度温度低低1450 区域区域的砌筑体。的砌筑体。二、熔铸锆刚玉耐火材料（二、熔铸锆刚玉耐火材料（fused cast zirconia-alumina re

35、fractory） 以精选的以精选的锆英石矿经脱硅锆英石矿经脱硅处理的产品和工处理的产品和工业业氧化铝氧化铝为原料，在电弧炉内经为原料，在电弧炉内经2000 左左右熔化后加入砂模或金属模内成形，经热处右熔化后加入砂模或金属模内成形，经热处理和机械加工而成熔铸理和机械加工而成熔铸锆刚玉耐火制品锆刚玉耐火制品。 用于直接与金属液和熔渣接触处，是抵用于直接与金属液和熔渣接触处，是抵抗侵蚀的良好材料抗侵蚀的良好材料 。是玻璃熔窑和金属冶。是玻璃熔窑和金属冶炼炉受侵蚀炼炉受侵蚀最严重不可缺少的材料最严重不可缺少的材料。但但热稳热稳定形较差定形较差 。第六节第六节 轻质耐火材料（轻质耐火材料（light

36、weight refractory） 指指气孔率高气孔率高、体积密度低、热导率低体积密度低、热导率低的耐的耐火材料。轻质耐火材料的火材料。轻质耐火材料的特点特点是具有是具有孔结孔结构构（气孔率一般为（气孔率一般为40%85%）和高的）和高的隔热性。隔热性。 使用温度在使用温度在600900为为低温低温隔热材料；隔热材料；9001200为为中温中温隔热材料；超过隔热材料；超过1200的的为为高温高温隔热材料。隔热材料。 工业窑炉砌体工业窑炉砌体蓄热损失和炉体表面散热蓄热损失和炉体表面散热损失损失，一般约占燃料，一般约占燃料消耗的消耗的24%45%。 用用热导率低、热容量小热导率低、热容量小的的轻

37、质砖轻质砖做炉体做炉体材料，可材料，可节省燃料消耗节省燃料消耗；同时，由于窑炉可；同时，由于窑炉可以以快速升温和冷却快速升温和冷却，故能，故能提高设备生产效率；提高设备生产效率；还能减轻炉体质量还能减轻炉体质量，简化窑炉构造，提高产，简化窑炉构造，提高产品质量，降低品质量，降低环境温度环境温度，改善劳动条件改善劳动条件。 轻质耐火材料的缺点轻质耐火材料的缺点: 气孔率气孔率较大，较大，组织组织疏松，抗渣性能差疏松，抗渣性能差，熔渣会很快地，熔渣会很快地侵入砖体侵入砖体气内，使之碎裂气内，使之碎裂，不能用于，不能用于直接接触熔渣和直接接触熔渣和液态金属液态金属的部位；不能用于的部位；不能用于承重

38、结构承重结构，也不，也不宜用于宜用于与炉料接触、磨损严重的与炉料接触、磨损严重的部位。部位。 因此，在工业窑炉中一般因此，在工业窑炉中一般不用于与炉渣和不用于与炉渣和受流速大的热气流冲刷及机械振动大的受流速大的热气流冲刷及机械振动大的部位。部位。 轻质耐火材料多用作窑炉轻质耐火材料多用作窑炉的隔热层、内衬的隔热层、内衬或保温层。或保温层。一、轻质耐火材料的生产方法一、轻质耐火材料的生产方法燃烬加入物法燃烬加入物法（inclusion of combustion material） 是目前制造轻质耐火制品常用的方法。是目前制造轻质耐火制品常用的方法。 主要加入物为主要加入物为锯末、木炭、煤粉锯末

39、、木炭、煤粉等，也有等，也有的加入的加入聚氯乙烯空心球聚氯乙烯空心球。 料坯经干燥，在料坯经干燥，在5001000 氧化气氛中，氧化气氛中，将将可燃物完全燃烬可燃物完全燃烬，最后在，最后在12501600 下下烧成。制品体积密度一般为烧成。制品体积密度一般为0.61.3g/cm3，强度较高，使用温度可达强度较高，使用温度可达13501700 。二、几种主要轻质耐火材料的性能二、几种主要轻质耐火材料的性能1. 轻质硅砖（轻质硅砖（light weight silica brick） 以硅石为原料，采用以硅石为原料，采用烧烬加入物法烧烬加入物法制成制成的含的含SiO2 91%以上的多孔轻质砖以上的

40、多孔轻质砖,也可制成也可制成不烧制品。不烧制品。 轻质硅砖的一些性能与致密硅砖相接轻质硅砖的一些性能与致密硅砖相接近。但其体积密度为近。但其体积密度为0.91.10g/cm3；耐压耐压强度为强度为1.965.83 MPa；导热性较低，；导热性较低，350 导热系数为导热系数为3.494.19W/(m)；耐热震；耐热震性有所提高；高温下有微小的残余膨胀，性有所提高；高温下有微小的残余膨胀，1450 时的膨胀率时的膨胀率小于小于0.2%。（二）轻质粘土砖（二）轻质粘土砖（light weight fireclay brick） 是含是含Al2O330%46%的具有多孔结构的轻的具有多孔结构的轻质耐

41、火制品，是采用可塑泥料质耐火制品，是采用可塑泥料燃烬加入物燃烬加入物制制成的多孔制品。成的多孔制品。 轻质粘土砖的体积密度为轻质粘土砖的体积密度为0.751.20 g/cm3 ，耐压强度，耐压强度0.985.88 MPa；300 时时导热系数为导热系数为0.7952.93 W(m)。使用温度。使用温度一般为一般为9001250 。最高使用温度为。最高使用温度为12001400 。（三）轻质高铝砖（三）轻质高铝砖（light weight high-alumina brick） 指指Al2O3含量在含量在48%以上，主要由以上，主要由莫来石莫来石与与玻璃玻璃相，或相，或刚玉相与玻璃相组成刚玉相与

42、玻璃相组成的具有的具有多多孔结构孔结构的耐火制品。其性能优于的耐火制品。其性能优于轻质硅砖和轻质硅砖和轻质粘土砖轻质粘土砖。 采用采用工业氧化铝及高铝矾土工业氧化铝及高铝矾土等原料生产等原料生产的轻质高铝砖和轻质刚玉砖，耐火度高达的轻质高铝砖和轻质刚玉砖，耐火度高达1800 ，最高使用温度可达，最高使用温度可达1650 。（四）轻质混凝土（四）轻质混凝土（light weight concrete） 是用是用轻质骨料轻质骨料的粉料，加的粉料，加胶结剂、外加胶结剂、外加剂配合制成剂配合制成混合料，直接浇注成具有混合料，直接浇注成具有多孔多孔结构结构的的整体式炉衬或制成多孔整体式炉衬或制成多孔制品

43、。制品。它除具有它除具有混凝土混凝土的特性外，还具有的特性外，还具有绝热、绝热、保温和体轻保温和体轻等轻质材料所具有的性能，并等轻质材料所具有的性能，并有一定的有一定的承重能力承重能力。 加气耐火混凝土是用加气耐火混凝土是用耐火材料、胶结剂耐火材料、胶结剂和外加剂和外加剂按比例配合，采用按比例配合，采用化学法化学法制造的制造的具有具有多孔结构多孔结构的耐火混凝土。的耐火混凝土。（五）其他轻质制品及性能（五）其他轻质制品及性能1.硅藻土制品硅藻土制品 是用是用天然硅藻土天然硅藻土为原料制成的。为原料制成的。 体积密度为体积密度为0.450.68 g/cm3，气孔率，气孔率72%；耐压强度低，约为

44、；耐压强度低，约为0.396.8 MPa；400 时导热系数为时导热系数为0.190.938 W(m)；耐火度约耐火度约1280。最高使用温度为。最高使用温度为9001000 。 2.膨胀蛭石膨胀蛭石 是一种是一种铁、镁质含水硅酸盐类铁、镁质含水硅酸盐类矿物。矿物。具有薄片状结构，层间含水具有薄片状结构，层间含水5%10%，受，受热后热后体积膨胀体积膨胀。体积膨胀率为。体积膨胀率为1030倍。膨倍。膨胀后的体积密度为胀后的体积密度为0.10.3 g/cm3，吸水率，吸水率达达40%；常温导热系数为；常温导热系数为0.5230.628 W(m)；耐火度为；耐火度为13001370 。 使用温度为

45、使用温度为9001000 。4.珍珠岩制品珍珠岩制品 珍珠岩珍珠岩是酸性是酸性玻璃质火山熔岩玻璃质火山熔岩。将天然。将天然珍珠岩在珍珠岩在400500 下脱水后急热至下脱水后急热至11501380 ，体积体积急剧膨胀急剧膨胀，得到体积，得到体积密度为密度为0.040.065 g/cm3，导热系数为，导热系数为0.523 W(m)的膨胀珍珠岩的膨胀珍珠岩绝热材料绝热材料。 使用温度为使用温度为800 。制品具有化学稳定。制品具有化学稳定性好、绝热、隔音、防火、阻燃等特性。性好、绝热、隔音、防火、阻燃等特性。5.水渣和矿渣棉水渣和矿渣棉 水渣是将水渣是将冶金熔渣冶金熔渣用用冷水冷水冲入冲入水池水池

46、急冷急冷后得到的后得到的轻而疏松的散粒物料轻而疏松的散粒物料。矿渣棉是。矿渣棉是将将熔融高炕渣熔融高炕渣用用高压蒸汽喷射成雾状高压蒸汽喷射成雾状，冷，冷却后制成的却后制成的纤维状渣棉纤维状渣棉。 特点是特点是能耐高温、导热系数小，可制成能耐高温、导热系数小，可制成多孔绝热制品，在多孔绝热制品，在900 以下以下使用。使用。6.漂珠漂珠 是由发电厂是由发电厂锅炉燃烧煤粉锅炉燃烧煤粉时产生的时产生的高温熔高温熔融煤灰融煤灰骤冷形成的骤冷形成的玻璃质球体玻璃质球体，质地轻、，质地轻、中空、能漂于水面，故称中空、能漂于水面，故称漂珠漂珠。 矿物组成包括矿物组成包括玻璃相约玻璃相约80%82.5%，莫，

47、莫来石相来石相10%15%，其他，其他5%。 漂珠漂珠可制成可制成各种绝热各种绝热制品。它的耐火度制品。它的耐火度为为16101730 ，软化变形温度，软化变形温度12001250 ，最高使用温度为，最高使用温度为9001200 。三、耐火纤维（三、耐火纤维（refractory fibre）（一）耐火纤维的性能（一）耐火纤维的性能 是纤维状的一种是纤维状的一种新型高效绝热材料新型高效绝热材料。 它既具有一般纤维的特性（如柔软、强它既具有一般纤维的特性（如柔软、强度高、可加工成各种度高、可加工成各种棉、绳、带、毡、毯棉、绳、带、毡、毯等等），又具有普通纤维所没有的），又具有普通纤维所没有的耐高

48、温、耐高温、耐腐蚀性耐腐蚀性能。能。 目前，耐火纤维的生产和应用得到迅速目前，耐火纤维的生产和应用得到迅速的发展，各种高温国窑使用的发展，各种高温国窑使用耐火纤维耐火纤维后，后，节能效果显著提高节能效果显著提高。 它的主要性能有：它的主要性能有：（1）耐高温耐高温。最高使用温度可达。最高使用温度可达12502500 。（2）低热导率低热导率。（3）体积密度小体积密度小，耐火纤维的体积密度仅，耐火纤维的体积密度仅为为0.10.2 g/cm3，为粘土砖的（，为粘土砖的（1/10）（1/20），为轻质粘土砖的（），为轻质粘土砖的（1/5）（1/10）。）。（4）化学稳定性好化学稳定性好。（5）耐热震

49、性好。耐热震性好。（6）热容量低热容量低。另外，耐火纤维还具有。另外，耐火纤维还具有柔柔软、易加工、施工方便软、易加工、施工方便等特点。等特点。（二）耐火纤维的生产方法（二）耐火纤维的生产方法生产方法很多，有以下几种：生产方法很多，有以下几种：1.熔融喷吹法熔融喷吹法2.高速离心法高速离心法3.胶体法胶体法: 将物配制成将物配制成胶体盐类胶体盐类，并在，并在一定条件下一定条件下固化成纤维坯体固化成纤维坯体，最后，最后煅煅烧成烧成纤维。纤维。1.棉：棉：可作为填充物及隔热材料，直接用于可作为填充物及隔热材料，直接用于热工设备。热工设备。2.纤维毡。纤维毡。 将纤维交错粘压，成为具有一定将纤维交错

50、粘压，成为具有一定强度的毡制品。强度的毡制品。3.纤维毯。纤维毯。4.纤维带纤维带。 此外有此外有纤维绳、布、纤维大块纤维绳、布、纤维大块及各种形及各种形状的产品，还有状的产品，还有纤维水泥、纤维喷涂料、捣纤维水泥、纤维喷涂料、捣打料和浇灌料打料和浇灌料等不定型耐火材料产品。等不定型耐火材料产品。四、氧化铝、氧化锆空心球及其制品四、氧化铝、氧化锆空心球及其制品（一）氧化铝空心球及其制品（一）氧化铝空心球及其制品 氧化铝空心球及其制品氧化铝空心球及其制品能在能在1800 以以下长时间使用，在高温下也具有较好的下长时间使用，在高温下也具有较好的化学稳定性和耐侵蚀性化学稳定性和耐侵蚀性，在，在氢气氛

51、氢气氛下使下使用非常稳定。用非常稳定。 将氧化铝原料用电弧炉熔融至将氧化铝原料用电弧炉熔融至2000 左左右，熔液倾倒用右，熔液倾倒用高压空气高压空气吹散液流，在空中吹散液流，在空中冷却因冷却因表面张力表面张力作用即成氧化铝空心球。作用即成氧化铝空心球。 将所得的空心球将所得的空心球过筛过筛，除去，除去细粉和大的碎细粉和大的碎片、颗粒片、颗粒等，将等，将成品氧化铝空心球包装成品氧化铝空心球包装，即，即作为成品出厂。作为成品出厂。 通常采用通常采用70%的的氧化铝空心球与氧化铝空心球与30%的的烧烧结氧化铝细结氧化铝细粉，以粉，以硫酸铝硫酸铝结合，用木模加压结合，用木模加压振动成形。坯体经干燥后

52、，根据不同情况，振动成形。坯体经干燥后，根据不同情况，采用采用高温烧成或轻烧成为高温烧成或轻烧成为制品。制品。（二）氧化锆空心球及其制品（二）氧化锆空心球及其制品 氧化锆空心球及其制品能在更高温下使氧化锆空心球及其制品能在更高温下使用，且能在用，且能在2200 下长时间使用。下长时间使用。 氧化锆的导热系数约为氧化锆的导热系数约为氧化铝的一半氧化铝的一半，其，其隔热性能更好，作为高温保温材料隔热性能更好，作为高温保温材料，氧化锆，氧化锆空心球及其制品。空心球及其制品。 熔点为熔点为2700，是一种高级耐火材料，但，是一种高级耐火材料，但在一定的温度下会发生在一定的温度下会发生晶型转变晶型转变，

53、不能稳定，不能稳定地使用。地使用。第七节第七节 不定形耐火材料不定形耐火材料一、浇注耐火材料一、浇注耐火材料 浇注料（浇注料（refractory castables）是一种由）是一种由粒状和粉状耐火原料制成的。粒状和粉状耐火原料制成的。 使用这种耐火材料时要加入一定量的材使用这种耐火材料时要加入一定量的材料料结合剂和水分结合剂和水分。它具有较高的。它具有较高的流动流动性，适性，适用于用于浇注浇注施工。为改善其性能，还可另加施工。为改善其性能，还可另加塑塑化剂、减水剂、促硬剂化剂、减水剂、促硬剂等。由于基本组成、等。由于基本组成、施工和硬化过程与土建工程中用的混凝土相施工和硬化过程与土建工程中

54、用的混凝土相当，故也常称之为当，故也常称之为耐火混凝土耐火混凝土。浇注料用的结合剂浇注料用的结合剂: 使用最广泛的是使用最广泛的是高铝水泥、水玻璃和磷高铝水泥、水玻璃和磷酸盐。酸盐。二、可塑耐火材料（二、可塑耐火材料（plastic refractory） 又叫又叫可塑料可塑料，是一种在较长时间内具有较，是一种在较长时间内具有较高可塑性呈高可塑性呈软泥膏状软泥膏状的不定形耐火材料。它的不定形耐火材料。它是由合理级配的是由合理级配的颗粒和细粉颗粒和细粉并加入适当的并加入适当的结结合剂、增塑剂和水充分混炼合剂、增塑剂和水充分混炼而成。使用最广而成。使用最广泛的是硅酸铝质耐火原料。结合剂多用泛的是硅

55、酸铝质耐火原料。结合剂多用粘土、粘土、水玻璃、硫酸铝水玻璃、硫酸铝等）。等）。 可塑耐火材料的可塑耐火材料的凝结硬化凝结硬化取决于取决于结合剂结合剂的的作用。常用作用。常用气硬性和热硬性气硬性和热硬性结合剂。磷酸铝结合剂。磷酸铝是使用最广泛的一种是使用最广泛的一种热硬性结合剂热硬性结合剂，施工后，施工后经干燥可获得很高的强度。经干燥可获得很高的强度。三、其他不定形耐火材料三、其他不定形耐火材料 除前述除前述耐火混凝土和可塑料耐火混凝土和可塑料以外，广泛使以外，广泛使用的其他品种还有用的其他品种还有捣打料、喷射料和投射料捣打料、喷射料和投射料以及耐火泥。以及耐火泥。（一）捣打料（一）捣打料.（二）喷射料和投射料（二）喷射料和投射料. 喷射料（喷射料（gunning mix）是经）是经喷射喷射方式进方式进行行施工的散状耐火材料施工的散状耐火材料。（三）（三）耐火泥耐火泥（refractory mortar）主要用作主要用作砌筑耐火砖体的接缝和涂层材料砌筑耐火砖体的接缝和涂层材料。 制造普通耐火泥用的制造普通耐火泥用的结合剂结合剂为为塑性粘土塑性粘土。要求耐火泥在常温和中温下具有要求耐火泥在常温和中温