华北理工矿物材料基础课件第5章 耐火材料

Chap.3耐火材料§1概述（概念、种类、组成、性质）§2耐火材料的生产过程§3氧化硅质耐火材料§4硅酸铝质耐火材料§5碱性及尖晶石质耐火材料§6碳质耐火材料§7含锆质耐火材料§8不定形耐火材料§9特种耐火材料§10耐火材料的应用※教学目的与要求：

了解耐火材料的概念、种类和分类；掌握各种耐火材料的生产过程；掌握各种耐火材料的性能及应用。※重点、难点：各种耐火材料的性能及应用。一、耐火材料的概念§1概述耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。（耐火度：在高温无荷重条件下不熔融软化的性能。）多与“高温工业”密切相关。我国生产耐火材料的历史悠久，目前，耐火材料的产量居世界第一。二、耐火材料的种类1、按其化学成分矿物组成分类：

A、氧化硅质耐火材料。

B、硅酸铝质耐火材料。

C、镁质耐火材料。

D、铬铁质耐火材料。

E、碳质耐火材料。

F、其它高耐火度制品。2、按耐火度分类：

A、普通耐火材料耐火度为1580～1770℃。

B、高级耐火材料耐火度为1770～2000℃。

C、特级耐火材料耐火度为大于2000℃。二、耐火材料的种类4、其他分类：

A、成型特点：块状/不定形

B、热处理方式：不烧制品/烧成制品/熔铸制品

C、制品形状及尺寸：标准砖/异型砖/管材等

D、使用场合：冶金用/水泥窑用/玻璃熔窑用等3、根据耐火材料的化学性质分类：

A、酸性耐火材料

B、碱性耐火材料

C、中性耐火材料

三、耐火材料的组成1、化学组成◎主成分：占绝大多数，决定了制品的基本性能。镁砖——MgO；硅砖——SiO2；碳砖——C◎杂质：夹杂，往往有害，含量微少就会影响材料抗高温性能。◎外加成分：为特定目的而另外加入的少量成分。（矿化剂、助熔剂）三、耐火材料的组成2、物相组成◎主晶相：耐火材料结构的主体，熔点较高，对材料性质起支配作用。很多耐火制品以其主晶相来命名，如莫来石砖、刚玉砖。◎次晶相：在高温下与主晶相和液相并存的、含量较少、对材料的高温性能影响较主晶相小的第二种晶相。◎基质：耐火材料大晶体间隙中存在的细微晶体或玻璃质。ZrO2-Al2O3-SiO2系耐火材料的背散射电子成分像，1000×图中白色相为斜锆石，小的白色粒状斜锆石与灰色莫来石混合区为莫来石－斜锆石共析体，基体灰色相为莫来石。四、耐火材料的宏观性质1、气孔在耐火制品内，有许多大小不同，形状不一的气孔。（1）和大气相通的气孔称为开口气孔；（2）贯穿耐火制品的气孔称为连通气孔；（3）不和大气相通的气孔称为闭口气孔；四、耐火材料的宏观性质1、气孔使用过程中，耐火制品被外界物质（液体、熔渣、气体）侵入而加速破坏时：1）连通气孔起主要作用；2）开口气孔也被介质侵入，但其中空气被压缩，会对流体起抑制作用；3）闭口气孔影响较小；四、耐火材料的宏观性质（1）真气孔率=（2）显气孔率=×100%

外通气孔（开口和连通）体积占整块体积的百分率。（3）闭口气孔率=×100%×100%全部气孔体积（包括开、闭和连通）占整块体积的百分率。即砖块中闭口气孔体积占整块体积的百分率。

若耐火砖块的总体积（包括其中的全部气孔）为V、质量为M、开口气孔的体积为V1、闭口气孔的体积为V2，连通气孔的体积为V3，则：2、气孔率四、耐火材料的宏观性质3、体积密度（容重）：包括全部气孔在内的1m3

砖块体积的质量。体积密度=（kg/m3）4、吸水率：是原料中所有开口气孔所吸收的水的质量Mw与砖块质量M之比值。用下述公式计算:吸水率=×100%

吸水率测定方法简便，在生产实际中常用来鉴定耐火原料的质量。原料烧结程度愈好其吸水率愈低。五、耐火材料的力学性质1、常温耐压强度

常温下材料单位面积所能承受的最大压力，用MPa，即S=2、高温耐压强度耐火材料在高于1000—1200℃的条件下，于红热状态单位面积所能承受的最大压力。S—试样的常温耐压强度P—试样破坏时施加的最大压力A—试样的受压面积五、耐火材料的力学性质3、抗折强度

材料单位截面所能承受的极限弯曲应力。

R=4、耐磨性抵抗固体、液体和含尘气流对其表面机械磨损作用的能力。R—试样的抗折强度P—试样断裂时所施加的最大载荷L—两支点间的距离b—试样宽度h—试样高度六、耐火材料的热学性质及导电性1、热膨胀性耐火制品受热膨胀，冷后收缩，这种变化属可逆变化。耐火制品的热膨胀性能主要取决于其化学—矿物组成和所受的温度。耐火制品的热膨胀性可用线膨胀系数或体积膨胀系数来表示，也可用线膨胀百分率或体积膨胀百分率表示。六、耐火材料的热学性质及导电性2、导热性导热系数：在能量传递过程中，热量从温度较高部分传至温度较低部分的数量。λ—导热系数Q—在t时间内流经面积为F截面的总热量L—冷面与热面之间的距离T1—热面的温度T2—冷面的温度六、耐火材料的热学性质及导电性3、比热容常压下加热1kg物质使之升温1℃所需的热量。耐火材料的比热容取决于其化学成分、矿物组成和所处的温度。一般随温度升高而缓慢增加。实验测定，比热容与温度的关系可用下式表示：Cp=C0+at+bt2+…Cp—耐火材料在温度t℃时的等压比热容C0—耐火材料在温度0℃时的等压比热容a,b—实验测定的系数t—温度六、耐火材料的热学性质及导电性4、导温性材料受热时温度的传递速度。可用下式表示：α—导温系数Cp—等压比热容γ—体积密度六、耐火材料的热学性质及导电性5、导电性除碳质、石墨质和碳化硅耐火材料外，一般耐火材料在常温下是电的不良导体。但是，随着温度升高，电阻减小，导电性增加，特别是在1000℃以上，导电性显著提高。耐火材料的导电性通常以电阻率表示，其与温度的关系：A，B—与材料性质有关的常数七、耐火材料的使用性质——1、耐火度A、定义：耐火材料抵抗高温而不变形的性能。加热时，耐火材料中各种矿物组成之会发生反应，并生成易熔的低熔点结合物而使之软化，故耐火度只是表明耐火材料软化一定程度时的温度。

B、测定：将耐火材料试样制成一个截面呈等边三角形的三角锥体。把三角锥体试样和比较用的标准锥体放在一起热。三角锥体在高温作用下则软化而弯倒，当锥的顶点弯倒并触及底板时的温度（与标准锥比较）称为该材料的耐火度。note：耐火度并不能代表耐火材料的实际使用温度。因为在实际使用时，耐火材料承受一定的机械强度，故实际使用温度比测定的耐火度低。七、耐火材料的使用性质——2、荷重软化温度

A、定义：耐火材料受压发生一定变形量的温度。B、测定方法：将待测耐火材料制成高为50mm，直径为36mm圆柱体试样，在200kPa的荷重压力下，按照一定的升温速度加热，测出试样的压缩0.6％(高度压缩0.3mm,开始变形温度)和压缩4％(高度压缩2mm）及40%（20mm)的温度作为试样的荷重软化温度。(P118)荷重变形曲线不同的原因主要取决于制品中化学矿物组成，即取决于：（1）存在的结晶相、晶体构造和性状，即晶体是否形成网络骨架或以孤岛状分散于液相中，前者变形温度高，后者变形温度主要由液相的含量及粘度所决定，可见显微组织结构对制品的荷重变形温度有显著影响。(2)晶相和液相的数量及液相在一定温度下的粘度。(3)晶相与液相的相互作用，两者的相互作用会改变液相的数量和性质。此外，制品的致密程度对高温荷重变形亦有一定的影响。七、耐火材料的使用性质——2、荷重软化温度

粘土砖的主要相组成是莫来石和作为莫来石基质的大量的硅酸盐玻璃相。针状莫来石晶体孤立的分散于基质中，而不形成结晶网络，硅酸盐玻璃相在较低的温度甚至800_900℃下就开始转变为粘度很大的液相。随着温度升高，液相的粘度并未降低，而是由于莫来石晶体在液相中具有显著的分解或溶解作用，提高液相中Al2O3含量，特别是SiO2的含量，从而使液相的粘度增大。所以粘土砖具有很宽的荷重变形温度范围。(曲线6）七、耐火材料的使用性质——2、荷重软化温度

硅砖的相组成主要是鳞石英和少量的方石英，且鳞石英在砖中形成矛状双晶相互交错构成结晶网络，这种结构形成制品的坚硬骨架。只有大约1—6％的杂质组成10一15％左右的液相，而且液相的粘度大。鳞石英又并不因有液相出现而溶解在其中破坏网络骨架，鳞石英只是在接近其熔点时，由于熔融而使骨架破坏引起砖的变形以致坍塌。故开始变形温度与终点只差10一20℃，与耐火度只差约60~70℃左右。这一特点也就决定了硅砖高温结构强度会突然丧失的特征，在使用中必须注意这一点。(曲线2）七、耐火材料的使用性质——2、荷重软化温度

镁砖中主要相组成是方镁石结晶，但方镁石晶体在砖内不形成结晶网络骨架，而被结合物所胶结。因此，结合物的性质决定着镁砖的高温结构强度。在普通镁砖中，作为结合物的一般是钙镁橄榄石和镁蔷薇辉石等熔点较低的硅酸盐，虽然方镁石晶粒的熔点高（2800℃），但有在l400℃左右开始熔化的硅酸盐存在，且其液相在高温下粘度很小．所以反映出荷重变形开始温度与终点相差10_30℃，而与耐火度之差则超过1000℃。(曲线3）七、耐火材料的使用性质——2、荷重软化温度

七、耐火材料的使用性质——耐火材料名称荷重软化始点温度t0（℃）荷重软化终点温度t1（℃）耐火度t2（℃）t2-t0（℃）氧化硅质粘土质氧化镁质163013501500167016001550173017302000100380500

由表可见：某些耐火材料在高温下的结构强度氧化镁质耐火材料的耐火度虽然很高，但其高温结构强度同样很差，所以实际使用温度仍然低于其耐火度很多。当然，在没有荷重的情况下，其使用温度可以大大提高。

而粘土质耐火材料的荷重软化温度远比其耐火度低，这是它的一个缺点。氧化硅质耐火材料的荷重软化温度和耐火度接近，故其高温结构强度好；2、荷重软化温度

七、耐火材料的使用性质——3、高温体积稳定性A、定义：在热负荷作用下外形体积或线度保持稳定而不发生永久变形的性能。B、表示：对烧结制品，一般以制品在无重负荷作用下的重烧体积变化百分率或重烧线变化百分率来衡量其优劣。重烧体积变化和重烧线变化的表示式如下：ΔV和ΔL—分别表示重烧体积变化率和重烧线变化率V0和V1—分别表示样品重烧前后的体积L0和L1—分布表示样品重烧前后的长度七、耐火材料的使用性质——4、耐热震性A、定义：耐火制品抵抗温度急剧变化而不破坏的能力。B、表示：将耐火材料内产生热应力到强度极限的温差作为极限温差，即安全温差，以Δ

Tf表示，并以此作为材料抵抗裂纹形成能力的标志，可用下式表示：Δ

Tf—极限温差δf—材料的极限应力μ—泊松比（横向应变与纵向应变的比值）

—平均热膨胀系数E—弹性模量七、耐火材料的使用性质——5、抗渣性

A、定义：耐火材料在高温下抵抗炉渣侵蚀的能力称为抗渣性。

熔渣侵蚀是耐火材料在使用过程中最常见的一种损坏形式，如各种炼钢炉炉衬，盛钢桶的工作衬，炼铁高炉从炉身下部到炉缸的炉衬．许多有色冶金炉衬，玻璃池窑的池壁以及水泥回转窑内衬等的损坏，多是由此种作用引起的。在实际使用中，约有50％是由于熔渣侵蚀而损坏，因此，研究耐火材料的抗渣性具有非常重要的意义。七、耐火材料的使用性质——5、抗渣性B、影响材料抗渣性的主要因素有：a、炉渣化学性质含酸性较多的耐火材料，对酸性炉渣的抵抗能力强，对碱性炉渣的抵抗能力差;碱性耐火材料对碱性渣的抵抗能力强，对酸性渣的抵抗能力差。b、工作温度温度在800~900℃时，炉渣对材料的侵蚀作用不大显著，但温度达到1200~1400℃以上时，材料的抗渣性就大大降低。c、耐火材料的致密程度提高耐火材料的致密度，降低它的气孔率是提高耐火材料抗渣性的主要措施，可以在制砖过程中选择合适的颗粒配比和较高的成型压力。七、耐火材料的使用性质——6、耐真空性A、定义：耐火材料在真空和高温下服役时的耐久性。B、测定：常采用将耐火材料置于特定的真空和温度下经历一定时间的方法测定，并以其失重或失重速度度量。通常在常温下，耐火材料的蒸汽压都很低，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，其挥发性将成为不可忽视的问题，会因其挥发减量而造成损耗，加速其损坏。在这样条件下与在高温常压下（大气压）下使用不同，耐真空性成为耐火材料必备的重要特性之一。原料加工§2耐火材料的生产过程成型配料泥料的混练烧成干燥一、原料加工原料的精选、提纯和均化原料的煅烧原料的破粉碎和分级有杂质的去杂；品位低的先选；成分不均匀的先均化；高纯度的可人工合成

为了保证原料的高温体积稳定性、化学稳定性和高强度。破粉碎的目的是制成不同粒级的颗粒及细粉，以便调整成分，进行级配，以获得致密的和具有一定结构的制品坯体。分级是为了合理配料。二、配料各种原料的配比粒度的配比A、主体原料B、辅助原料：纸浆、结合剂、水分A、R大/R小

>7B、三组分最紧密堆积原则：两头大，中间小大：中：细=5:1:4=6:1:3=7:1:2三、泥料的混练

将合理配合的各种物料准确称量后，制成各种组分、各种颗粒均匀分布的泥料，并使混合料中各种物料具有较好的结合基础。湿碾机中混练困料1、使水分均匀、颗粒组成均匀、原料成分均匀，并且可塑性↑；2、设备：湿碾机、搅拌机、混砂机3、加料顺序：大颗粒→水、结合剂→细粉4、有的泥料需困料3天，最长达1年。三、泥料的混练困料：把泥料堆在一起，在一定温度、湿度下放置一定时间，叫做~。作用：A、使水分通过毛细管作用达到均匀；B、使物料分散性、可塑性、结合性进一步提高；C、在潮湿环境中，细菌作用使有机质分解为有机酸，有机酸可起结合、润滑作用，使坯料均化。D、使某些物化反应继续进行，使反应完全。三、泥料的混练四、成型目的：将泥料制成具有一定形状和适当密度与强度的砖坯。砖坯的成型方法：按含水量来分：半干法成型（水2～6%）可塑法成型（水10～16%）注浆法成型（水40%左右）摩擦压砖机五、干燥

大部分刚成型后的坯体含有较多水分，强度较低不便堆码和搬运，也不能直接入窑烧成，必须进行干燥处理，否则不但搬运堆码过程中会大量破损，入窑煅烧由于水分剧烈排出还会引起暴裂。

砖坯的干燥是热湿传递过程，目前主要采用热空气或热废气进行干燥。

干燥制度必须适当控制，使砖坯内水分向外扩散和表面水分蒸发的速率相适应。六、烧成目的：使砖坯在高温下发生一系列物理化学反应并达到烧结。排除残余水分矿物的分解、新矿物的形成、晶型转变固相反应、液相生成、新晶体形成和晶体长大固相烧结液相烧结烧成中的物理化学变化：六、烧成A、坯体排除水分阶段（10～200℃）排除坯体中残存的自由水和吸附水，坯体中留下气孔，有利于下阶段反应进行。B、分解、氧化阶段（200～1000℃）排除化学结合水，碳酸盐或硫酸盐分解，有机物氧化燃烧。可能有晶型转变或少量低熔液相开始生成，坯体质量↓气孔率↑六、烧成C、液相形成和耐火相合成阶段（>1000℃）分解作用继续完成，T↑，液相生成量↑，η↓，某些新耐火矿物开始形成，并进行溶解重结晶。由于液相的扩散、流动、溶解、沉析传质过程的进行，颗粒表面在液相表面张力的作用下，进一步靠拢促使坯体致密化，使强度↑，体积↓，气孔率↓，烧结急剧进行。六、烧成D、烧结阶段坯体中各种反应趋于完全、充分，液相数量继续增加，结晶相进一步成长而达到致密化，即所谓“烧结”。E、冷却阶段主要发生耐火相析晶，某些晶体晶型转变，玻璃相固化

六、烧成固相烧结随着温度升高，质点扩散作用使相互接触的同晶体或异晶体间进行固相反应，使晶体长大或形成新的晶体。（如镁砖）砖坯中粉粒越细，其含量越多，并相互充分接触，越有利于砖坯的烧结。液相烧结温度升高到一定程度，原料中的杂质之间，或杂质与主成分或次成分之间可共同作用形成液相。（如粘土砖）一般液相的数量多和粘度低，有利于砖坯的烧结。六、烧成隧道窑101.2×2.2×1.6m粘土砖隧道窑系统图1.推车机；2.排烟机；3.烟囱；4.气幕风机；5.抽烟风兼一次风机；6.冷却送风机；7.燃料管六、烧成倒焰窑

间歇式倒焰窑1.窑室；2.燃烧室；3.档火墙；4.喷火口；5.吸火孔；6.支烟道；7.主烟道；8.窑门；9.窑孔顶；10.窑箍；11.看火孔（也可作取样孔）七、非烧结耐火制品的生产不烧砖的生产不烧砖是不经烧成而直接供使用的耐火制品。其它生产工艺与烧结制品基本相同，只是不烧砖中各种粒状和粉状料的结合，不是由物料经高温烧结完成，而主要是靠加入的化学结合剂，故也叫化学结合耐火砖。不定型耐火材料的生产结合剂增塑剂促硬剂缓凝剂其他外加剂粒状粉状料直接使用+一、SiO2的同素异形转变§3氧化硅质耐火材料迟钝型转变快速型转变

迟钝型转变时体积变化大，但缓慢。快速型转变体积变化较小，但瞬间完成，其体积效应危害大。§3氧化硅质耐火材料一、SiO2的同素异形转变氧化硅转变时体积变化如表所示，鳞石英转变时体积变化较小，方石英较大，希望在烧成后硅砖中含有大量鳞石英，方石英次之，残余石英愈少愈好。（石英熔点1600℃，鳞石英1670℃，方石英1723℃）二、硅砖的生产§3氧化硅质耐火材料2、工艺流程：1、原料：石英岩

石英砂岩燧石岩硅石矿化剂→粉碎硅石→粗、中、细碎→筛分→配料→混合→成型→干燥石灰→消化→石灰乳入库←成品←检验←烧成矿化剂的作用是加速石英转变为低密度的变体（鳞石英和方石英）而不显著降低其耐火度。一般采用CaO+FeO(3~4%)§3氧化硅质耐火材料二、硅砖的生产生产中应注意的事项：1、由于细颗粒有助于鳞石英的生成，减少体积变化和裂纹产生，硅砖的最大颗粒以2～3mm为宜。2、硅砖烧成时砖体膨胀，因此成型时砖模的尺寸要相应减小。3、为了获得致密砖坯，硅砖成型压力应不低于100～150MPa；4、硅砖烧成温度不应超过1430℃，烧成温度过高时，由于方石英生成量多，会增加烧成废品率。三、硅砖的性质和使用§3氧化硅质耐火材料1、化学成分

矿物组成:

鳞石英30-70%，方石英20-80%，

石英3-15%，玻璃相4-40%。主要成分：SiO2:93-98%主要杂质：Al2O3、Fe2O3、少量矿化剂2、真密度应小于

2.38g/cm3、2.32-2.36g/cm3

3、使用性质耐火度1690-1730℃；荷重软化温度：1620-1670℃；残余膨胀率不超过0.3-0.4%；耐热震性很差，850℃下水冷仅1-2次；酸性耐火材料，对酸性、弱酸、含腐蚀性成分的炉气具很强的抵抗力；主要用于砌筑玻璃炉窑和焦炉。§4硅酸铝质耐火材料

硅酸铝质耐火材料是由Al2O3和SiO2及少量杂质所组成，根据其Al2O3含量不同可分为：1、半硅质耐火材料（Al2O315~30％

）

2、粘土质耐火材料(Al2O330~46％)3、高铝质耐火材料(A12O3＞46%)4、刚玉质耐火材料(A12O3＞90%)属弱酸性耐火材料，主要品种有：粘土砖和不定形耐火材料。一、粘土质耐火材料

1、原料耐火粘土产出状态分散性和可塑性矿物成分杂质硬质粘土较坚硬和致密的块状岩石水润后，粘性及可塑性均较差，不易在水中分散高岭石（水铝石和三水铝石）长石、云母、铁质、含TiO2矿物软质粘土基本松散的土状集合体具有很好的可塑性高岭石类矿物除上述杂质外，常含一些有机质、硫化物、硫酸盐、碳酸盐等。半软质粘土介于硬质和软质之间是用天然产的各种粘土作原料，将一部分粘土预先煅烧，并与生粘土配制成的Al2O3含量为30～46%的耐火制品。一、粘土质耐火材料

2、粘土质耐火材料的生产

原料的准备

综合反应式

熟料的制备一、粘土质耐火材料

2、粘土质耐火材料的生产

原料的准备

结合粘土

配料、混练与成型

干燥

烧成

熟料+结合粘土混合料

粗碎、干燥、细磨成粉、调浆

混练（困料再混练）、成型

成型方法不同

坯体含水量不同干燥不同

隧道窑

将坯体烧结

隧道窑或倒焰窑一、粘土质耐火材料3、粘土质耐火制品的性能及应用

耐火度

Al2O3含量越高、碱性氧化物含量越低，耐火度越高。特等≥1750℃；一等≥1730℃

；二等≥1670℃

；三等≥1580℃高温耐压强度随Al2O3含量的增加而增大，在1000-1200℃出现最大值，最高耐压强度大于58.8MPa。荷重软化温度在1250-1400℃间，低，是限制粘土质耐火材料在过高温度下使用的主要原因之一。体积稳定性长期在高温下使用会产生残余收缩，一般不超过1%，因为有部分原料未完全形成稳定物相。耐热震性很好。多熟料粘土砖1100℃水冷循环达50次，甚至100次。抗渣性抗弱酸性炉渣侵蚀的能力强，抗酸性和碱性炉渣弱。二、半硅质耐火制品Al2O3+TiO2<30%，SiO2>65%的半酸性耐火材料主要制品：半硅砖和蜡石砖原料：叶腊石（Al2O3•4SiO2•H2O）一突出特点：含结构水少，可直接生料制砖。在烧成时，体积膨胀与收缩变化的结果相互抵消，最终体积变化很小。主要特点：体积稳定性好，对酸性、弱酸性炉渣有较好的抵抗力，荷重软化变形温度较高。用途：盛钢桶内衬、燃烧室和高温烟道，寿命高于粘土砖。三、高铝质耐火材料定义：Al2O3含量大于48％的硅酸铝质耐火材料。按Al2O3含量分为三个等级：

Ⅰ等：Al2O3

>75%Ⅱ等：Al2O3

60-75%Ⅲ等：Al2O3

48-60%应用：所用耐火材料中应用最广泛的一种，用于各种工业领域的窑炉和锅炉上，可提高炉窑的使用寿命（与粘土砖比），炉顶使用，比硅砖要好。三、高铝质耐火材料1、原料（1）高铝矾土不能直接用来制砖坯，必须经高温煅烧，三阶段如下：A、分解脱水及莫来石化阶段主要矿物：水铝石和高岭石。B、二次莫来石化阶段C、重结晶烧结阶段1500℃以上，料块致密化影响烧结的主要因素是二次莫来石化，以及在高温下的液相组成和数量，因为：（1）形成莫来石时产生体积增值；（2）在二次莫来石化时，由于体积增大而导致颗粒间相互推开产生孔隙，此孔隙很难靠液相来弥合。因此，要使矾土烧结，促进充分的二次莫来石化，应适当提高煅烧温度。三、高铝质耐火材料（1）高铝矾土C、具较高的机械强度和硬度D、抗化学侵蚀性强，甚至不溶氢氟酸三、高铝质耐火材料1、原料（2）蓝晶石、红柱石、硅线石B、耐火度

很高，1825℃A、加热性质应用：温度剧变部位，如高炉炉喉、出铁口等。

（2）蓝晶石、红柱石、硅线石三、高铝质耐火材料

从数据看出，蓝晶石的莫来石生成温度低，温度范围宽，膨胀值大。红柱石膨胀值最小。其中蓝晶石为不定形耐火材料的优良膨胀剂原料。硅线石和红柱石直接供制砖料使用，通常以粉料加入到基质组分中，再与矾土熟料(或特级粘土熟料）颗粒料配合成砖料，制成相当于Ⅲ等(或低Ⅱ等)高铝制品组成的硅线石质耐火制品。（因为他们的理论组成为：Al2O362.93%，SiO237.07%）高温烧成三、高铝质耐火材料2、生产工艺原料经高温煅烧成熟料配料、混练、成型、干燥破碎、细磨、筛分≥1500℃硅线石砖：硅线石可以不经高温煅烧直接作为脊料使用，以结合粘土或有机树脂作结合剂，经高压成型后在1500以上高温烧成。导热性：很好，比粘土砖高三、高铝质耐火材料3、性质耐火度:1770~2000℃，随Al2O3含量的增加和杂质的减少而提高。抗渣性：既抗碱性渣又抗酸性渣。荷重软化温度:1400~1900℃，比粘土砖高，比硅砖低耐热震性：介于粘土制品和硅质制品间碱性耐火材料：化学性质呈碱性的耐火材料。§5碱性及尖晶石质耐火材料镁质耐火材料白云石质耐火材料尖晶石质耐火材料以镁铝尖晶石、镁铬尖晶石及复合尖晶石为主晶相的耐火材料。以氧化镁为主要成分、以方镁石为主晶相的一类耐火材料。以白云石为主要原料，以CaO、MgO为主要成分的碱性耐火材料1、种类一、镁质耐火材料主要品种原料成分结合相普通镁砖烧结镁石MgO91%硅酸盐(CMS、C3MS2)直接结合镁砖高纯烧结镁石MgO95%方镁石晶粒间直接结合镁钙砖高钙烧结镁石CaO6-10%硅酸二钙镁硅砖高硅烧结镁石SiO25-11%镁橄榄石镁铝砖烧结镁石Al2O35-10%镁铝尖晶石镁铬砖烧结镁石Cr2O38-20%镁铬尖晶石镁碳砖烧结镁石C10-40%碳冶金镁砂烧结镁石不定形耐火材料2、矿物组成一、镁质耐火材料方镁石主要晶相镁方铁矿铁酸镁硅酸盐相镁铝尖晶石镁铬尖晶石3、生产工艺一、镁质耐火材料菱镁石制作各种镁砖，不能直接使用天然原料，必须将菱镁石预先煅烧。1000℃轻烧磨细压成球团或荒坯1400-1800℃下高温烧成烧结镁石一次烧成难得到致密的熟料对含碳镁砖，需要在还原气氛下快速轻烧4、特点一、镁质耐火材料耐火度很高，一般在1920℃以上。荷重软化温度一般在1500-1600℃以上。抗热震性以镁铬砖和镁碳砖最好，1100℃冷水循环>25次。抗碱性熔渣的性能一般较好，其中以镁碳砖和镁铝砖最好。最高使用温度多在1600-1700℃以上。5、应用一、镁质耐火材料普通镁砖钢液、熔渣的高温热负荷流体的流动冲击钢液与强碱性渣的化学侵蚀镁钙砖镁硅砖镁铝砖镁铬砖镁碳砖直接结合镁砖抗碱性渣更好受蚀严重温度急变高温温度急变渣蚀炉顶优于普通镁质耐火制品1、含游离CaO的白云石质耐火材料二、白云石质耐火材料主要品种沥青白云石制品轻烧油浸白云石制品烧成油浸白云石制品半稳定性白云石制品镁白云石烧成油浸制品冶金白云石制品镁钙碳不烧制品1）含游离CaO的白云石质耐火材料的矿物组成二、白云石质耐火材料矿物组成碳及有机结合剂MgO-CaO-C3S-C4AF-C2F-C3A游离CaO极易水化，因此所用结合剂都是无水和不吸潮而防水的含碳较高的有机物。因其组成中含有难于烧结的活性CaO，极易吸潮粉化，故又称不稳定或不抗水的白云石质耐火材料。因此所用结合剂都是无水和不吸潮而防水的含碳较高的有机物。2）含游离CaO白云石耐火制品的生产特点二、白云石质耐火材料冶金白云石焦油沥青白云石制品直接将烧结白云石破碎、筛分和合理级配而成将白云石颗粒破碎成数毫米加入少许铁磷，合成熟料这是长期以来生产及使用的一种不烧白云石制品。此种制品不宜久存，更不可受潮。烧结白云石破碎筛分级配+粗颗粒脱水焦油沥青成型、冷却加混合150-180℃预热+结合剂+细颗粒沥青结合捣打料烧结白云石+沥青混合均匀架设胎模捣打或震动密实4）含游离CaO白云石耐火制品的生产特点二、白云石质耐火材料轻烧油浸白云石制品沥青结合的白云石制品强还原气氛800-900℃轻烧碳素半焦化真空容器0.2-0.5N/mm2浸到50-250℃的热态沥青制品烧成油浸白云石和镁白云石耐火制品白云石或（镁）白云石熟料粉碎、筛分和合理配合3%脱水有机结合剂混合料加搅拌成型镁钙碳制品烧结镁白云石+碳黑或石墨无水有机结合剂高压成型半稳定白云石制品白云石+铁磷细碎成球煅烧油浸2、稳定性白云石制品二、白云石质耐火材料

无游离CaO的白云石熟料。组成中CaO全部呈结合态，不会因水化而粉散，因而称稳定性白云石质耐火材料。A、化学成分矿物组成CaO、MgO各占40%，SiO2占13-15%，CaO/SiO2重量比2.8，R2O3约5%C3S、方镁石；少量C2S、C4AFB、生产白云石石英砂磷灰石粉碎、配料压制成球高温煅烧尽可能消除游离CaO，生成C3S4、稳定性白云石制品二、白云石质耐火材料C、制品的性能和应用常温耐压强度为50-70MPa荷重软化温度约为1500℃具很强的抗碱性熔渣侵蚀的能力较好的大气稳定性较高的抗水化性耐热震性较差各种炼钢炉的副炉底和炉衬加热炉的均热床和高温段炉底水泥回转窑高温烧成带化铁炉、盛钢桶的内衬三、尖晶石质耐火材料尖晶石指的是相同结构的一类矿物，化学通式可表示为AO•R2O3，可以是Mg2+、Fe2+其中A代表二价元素离子，R为三价元素，可以是Fe3+、Al3+、Cr3+等。它们大部分都以固溶体的形式存在。知识点：以尖晶石族矿物为主晶相或以尖晶石与方镁石共同构成主晶相的耐火材料。三、尖晶石质耐火材料广泛应用的有镁铝尖晶石质耐火材料镁铬尖晶石质耐火材料1、镁铝尖晶石质耐火材料三、尖晶石质耐火材料A、理想化学式MgO·Al2O3

理论化学组成MgO：28.3wt%，Al2O3:71.7wt%B、镁铝尖晶石的合成

由于天然的极少富集成可供开采的矿床，故耐火材料所用尖晶石多用人工合成方法制取。具体合成方法有：◆电熔法合成尖晶石用工业Al2O3粉或特级高铝矾土和轻烧氧化镁在电炉中熔制，熔制温度2200℃左右。◆烧结法合成尖晶石早期的烧结法近年来的烧结法不烧和烧成块状制品C、镁铝尖晶石耐火制品1、镁铝尖晶石质耐火材料◆生产与普通镁砖的生产过程基本相同。坯体应高压成型和高温烧成。◆性质和应用☆常温和高温强度很高，荷重软化温度1700-1750℃，抗蠕变能力很强。☆具有优良的抵抗熔渣直接侵蚀的性能，优于镁铝砖。☆具很好的耐真空性，较低的热膨胀系数、较好的抗热震性。☆当气氛变化时，体积稳定性很好。A、定义：以镁铬尖晶石为主晶相或镁铬尖晶石与方镁石共同构成主晶相的耐火材料。2、镁铬尖晶石质耐火材料B、主要制品：

铬砖→以铬矿为原料，主要组成为铬尖晶石。可用铬矿直接制成：铬矿→颗粒和细粉→含镁材料+结合剂→成型、干燥制品←1550℃烧成2、镁铬尖晶石质耐火材料B、主要制品：

铬镁砖→一次烧成法烧结镁砂+精选铬矿颗粒→颗粒料

镁砂细粉+粒状料→配料

→预合成尖晶石再烧成法+结合剂泥料成型、烧成普通镁铬砖轻烧MgO铬矿→压成球/块→1850℃煅烧→合成镁铬尖晶石破粉碎合理级配+细料混合料+有机结合剂泥料150-200MPa成型高温烧成以无定形碳或结晶石墨为主要组成的耐火材料。§6碳质耐火材料炭素耐火材料石墨耐火制品一、炭素耐火材料主要品种：炭砖（炭块/炭素糊）1、炭砖的一般生产过程A、原料低灰分（<8%）的无烟煤灰分少、强度高、挥发份少而无水的煤焦、煤沥青焦、石油沥青焦B、配料遵循粒度合理级配的原则，极限粒度由制品大小及形状而定。结合剂宜采用含碳高的有机物结合剂的加入量依成型方法和坯料密实性与粒度而定，一般为15-20%。坯料在比结合剂软化点高50-70℃的加热条件下混练，混练时间要充分，以保证各级颗粒均匀分布，并使结合剂将颗粒粘结。1、炭砖的一般生产过程C、混练E、焙烧D、成型砖坯在热态下进行，然后冷却定型。必须在隔绝空气的条件下进行。坯体在焙烧时，挥发分在200-500℃之间逸出，450℃开始焦化，800℃焦化基本完成，最高烧结温度一般在1000-1300℃之间。气孔率很高15-25%，但常温耐压强度仍达30-60MPa.只要在高温下不接触氧，它就具有很高的高温强度，抵抗高温热负荷的能力也很强。具低的热膨胀性，耐热震性非常好。不溶任何酸碱盐有机物的熔液中，抗渣性非常优越。2、炭砖的性质与应用A、性质C、应用B、缺点在空气中从350℃开始氧化，与CO2在600℃以上可反应。砌筑炼铁高炉的炉底、炉腹、炉身等处内衬。3、炭糊A、生产工艺B、应用砌筑炭块和构筑整体内衬。

石油焦、沥青焦或无烟煤、冶金焦破粉碎和分级配料混练+结合剂混合料炭糊以石墨为主要原料和主要组成的耐火制品。主要品种：石墨粘土制品、石墨碳化砖等其他品种。二、石墨耐火制品1、石墨粘土制品石墨粘土坩埚、蒸馏罐、铸钢用塞头砖、水口砖、盛钢桶砖等。原料：石墨35-60%、耐火粘土熟料0-40%、可塑性耐火粘土30-60%有时加入，SiC→提高制品的导热性和荷重软化温度混合料→+水→泥料→混练→成型→烧成性质具较高的强度相当高的耐金属液和熔渣侵蚀能力热膨胀性较低，导热性较高，耐热震性也较强可作为直接接触熔融金属的耐火材料二、石墨耐火制品2、其他石墨制品A、石墨SiC制品以SiC代替熟料，以提高石墨制品的耐高温性能。C、石墨复合制品适当降低石墨含量，提高制品的密度、强度、耐磨损等性能。如：Al2O3-C系制品等。B、加入其他耐高温材料如刚玉、ZrO2等一、概述§7含锆质耐火材料锆英石质耐火材料属于酸性耐火材料，其抗渣性强，热膨胀率较小．热导率随温度升高而降低，荷重软化点高，耐磨强度大，热震稳定性好，已成为各种工业领域中的重要材料。纯ZrSiO4耐火度在2000℃以上，随杂质含量增加，耐火度亦相应降低二、纯锆英石耐火制品以锆英石为主晶相的耐火制品。1、纯锆英石耐火制品的生产A、原料的处理

原料：精选的锆英石矿砂（含锆英石约90%）

原料经破碎和磨细后，用重选法分选。通常对精矿砂预先煅烧成锆英石熟料团块。§7含锆质耐火材料混合1500-1700℃精矿砂磨成细砂另一部分+有机结合剂粒球或荒坯煅烧成密实的团块1、纯锆英石耐火制品的生产B、制品的生产

☆宜采用暂时性的结合剂，如：亚硫酸盐纸浆废液、糊精、乙基硅酸盐、磷酸、水玻璃等。

☆若用可塑耐火粘土作结合剂，则制品便于成型和烧结，但往往会引起制品耐火度、体积稳定性的降低。

☆为了促进制品的烧结，在配料中常加入少量矿化剂，如少量CaO、MgO等。在高温下，会促使ZrO2·SiO2分解，并与ZrO2形成ZrO2固溶体进入玻璃相中，从而促进烧结。1、纯锆英石耐火制品的生产B、制品的生产

☆对含有各级粗颗粒的制品，需多级颗粒配料；若坯体完全由细颗粒组成，细粉的最大粒度通常在44um以上。

☆成型，普通制品：挤泥法、平压法；

致密者：泥浆浇注法；

高致密者：泥浆浇注和等静压法。

☆烧成：纯锆英石制品必须在较高的温度下烧成，高致密的制品需要更高的温度。根据坯体中细粉的性质、含量和矿化剂的种类和数量，最高烧结温度一般在1700℃。2、纯锆英石制品的性质和应用A、性质

☆真密度4.55g/cm3，最高达4.62g/cm3。

☆高温下粘度也很高，耐火度很高，>1825℃。

☆高温下，抵抗热重负荷优良，耐磨性较好。☆热膨胀性较低，体积稳定性较高。

☆无粗颗粒时，耐热震性较差；由多级颗粒构成，耐热震性会显著提高。☆具有良好的耐熔渣、金属液、玻璃液侵蚀的性能。B、应用★连续铸钢用盛钢桶的内衬及其它受氧化性熔渣侵蚀极严重的部位。★也可用作铜、铝冶炼炉的铸口等。★还可用作玻璃熔窑与玻璃液直接接触之处和上部结构及电熔锆刚玉与硅砖之间的隔离砖。三、含锆英石的其他烧结耐火材料锆铝砖：ZrO2·SiO2

+Al2O3★与致密的纯锆英石制品相比，体积密度较小、气孔率略高、强度稍低。★主要用于盛钢桶衬砖和连续铸钢中间盛钢桶内衬。锆铝铬砖：ZrO2·SiO2

+Al2O3+Cr2O3★性质与锆铝砖相似，但抗渣性较好锆铝碳化硅砖：ZrO2·SiO2

+SiC★提高制品的抗渣性、耐磨性。★在锰钢盛钢桶中使用，寿命较长。A、定义：由合理级配的粒状和粉状料与结合剂共同组成的，不经成型和烧成而直接供使用的耐火材料。§8不定形耐火材料——概述骨料掺合料胶结剂基本组成B、分类根据其工艺特性分类：浇注料、灌注料可塑料捣打料喷射料投射料耐火泥C、化学和矿物组成取决于所用的粒状、粉状耐火材料，也与结合剂的品种和数量有关。D、密度主要与组成材料及其配比有关，同时也与施工方法和技术有关。E、生产混练过程1、浇注料用的脊性耐火原料（1）粒状料

A、硅酸铝质原料

B、硅质材料

C、镁质材料

D、铬质材料

E、锆质材料

F、SiC一、浇注耐火材料（2）粉状料

A、实现紧密堆积

B、避免粒度偏析

C、与粒状料材质相同，等级更优良。以提高基质质量。

D、基质部分高温下收缩，粒状料受热膨胀。硅酸铝质原料蜡石粘土熟料高铝矾土熟料硅线石类矿物可不经煅烧直接使用蓝晶石不能直接作粒状材料因其在1200-1400℃范围内形成莫来石时，可急剧发生体积膨胀。红柱石的膨胀性介于二者之间，直接使用效果不及硅线石硅线石蓝晶石红柱石硅石：中温体积膨胀较大高温下与碱性结合剂反应强烈体积稳定性、耐热震性都很低硅质材料故，很少用之。熔融石英：热膨胀系数极小耐热震性很好耐酸性介质侵蚀故，可作中温下使用的原料。硅石硅石熔融石英铬质材料：用于加热炉中气氛变化不大的部位。在制造碱性同酸性材料间隔层的浇注料中，应用此种原料较适宜。镁质材料：制造耐碱性熔渣侵蚀的镁碳浇注料和铺加热炉炉底的浇注料的主要原料。采用此种材料配制浇注料时，不应使用含水的结合剂。粒状料锆质材料：如锆英石，可作为配制锆英石浇注料的主要原料。SiC：很适宜于用作耐高温、耐磨或高导热之处的浇注料原料。2、浇注料用的结合剂一、浇注耐火材料

A、铝酸钙水泥

B、水玻璃

C、磷酸盐主要成分：铝酸钙化学组成：CaO·Al2O3矿物组成：CA、CA2、C12A7、C2AS、C4AFCA具有很高的水硬活性铝酸钙水泥水泥产物在加热中的变化Na2O·nSiO2模数不同，成分不同；模数越高，粘结能力越强。水玻璃磷酸铝的凝结与硬化磷酸盐磷酸铝硬化体在高温下的变化

500-900℃，硬化体的冷态强度随逐渐下降，但热态强度却持续增长

1000-1500℃，硬化体中的各种磷酸铝都先后分解成AlPO4和P2O5。3、浇注料的配制与施工配合

困料浇注与成型养护烘烤颗粒料的配合结合剂及促进剂的确定用水量水泥、水玻璃不用困料。磷酸盐需要困料多数浇注料仅经浇注或再经震动，即可成型。浇注料成型后，必须根据结合剂的硬化特性，采取适当的措施进行养护，促进其硬化。一般应在第一次使用前进行烘烤，使物理水、结晶水排除。

浇注料是目前生产与使用最广泛的一种不定形耐火材料。主要用于构筑各种炉内衬等整体构筑物。4、浇注料的应用

铝酸钙水泥浇注料：各种加热炉和其他无渣、无酸碱侵蚀的热工设备中。

磷酸盐浇注料，即可广泛用于加热金属的均热炉和加热炉中，也可用于出铁槽、出钢槽及炼焦炉、水泥窑中直接与熔融金属和高温热处理物料接触的部位。冶金炉和其他容器中的一些部位，使用优质磷酸盐浇注料进行修补有良好的效果。二、可塑耐火材料粒状物料粉状物料可塑粘土增塑剂少量水分混练一种呈硬泥膏状，并在较长时间内保持较高可塑性的不定形耐火材料。+形成1、可塑料的性质A、具有较高的可塑性，且较长时间储存后，仍具有一定的可塑性。B、可塑性与粘土特性、粘土用量、水分有关。一般随水量的增多而提高，但水量过多也不行，一般为5-10%。C、为了尽量控制可塑料中的粘土用量和减少用水量，可外加增塑剂，如纸浆废液、木素磷酸盐。二、可塑耐火材料2、可塑料的硬度与强度以软质粘土作结合剂的可塑料，在施工后具有硬化缓慢和常温强度很低的缺点，往往外加适量气硬性、热硬性结合剂，如硅酸钠、磷酸、磷酸盐、氯化盐等。3、可塑料的收缩可塑料中含有很多粘土和水分，在干燥和1000℃以上加热中，往往产生很大的干缩和烧缩。为了防治收缩，减少其危害，还需外加助胀剂，如蓝晶石细粉。二、可塑耐火材料4、可塑料的耐热震性A、有硅酸铝质耐火原料作为粒状和粉状料的可塑料，在加热过程中和在高温下使用时，不会产生由于晶型转化而引起严重变形。B、在加热面附近的矿物组成为莫来石和方石英时，玻璃体较少，可塑料的结构和物相是递变而非激变。C、可塑料具有均匀的多孔结构、膨胀系数、弹性模量一般都较低。与相同材质的烧结耐火制品和其他不定形耐火材料相比，可塑料的耐热震性较好，原因有三：二、可塑耐火材料5、可塑料的配制和使用A、配料→混练→

脱气并挤压成条→切割或再挤压成块、饼、其它形状→密封储存→供应使用。B、特别适用于：各种加热炉、均热炉、退火炉等；也可用于小型电弧炉的炉盖、炉嘴等部位。三、其他不定形耐火材料1、捣打料A、定义：由耐火原料制成的粒状和粉状料经合理级配和混练而制成的，呈松散状的不定形耐火材料。C、用途：主要用于与熔融物料直接接触的各种冶炼炉中作炉衬材料。B、施工方式：强力捣打。与同类材质的其他不定形耐火材料相比，捣打料多呈干的或半干的松散状，多数在成型之前无粘结性，因而只有强力捣打才可获得密实的结构。高温抗磨浇注料-渣井浇注施工前后2、喷射耐火材料和投射耐火材料（1）喷射料的组成：A、粒状和粉状料：根据炉内可能达到的最高温度、温度波动范围、炉渣性质等来选材，如高硅砖等。B、结合剂：冷态喷射有时用水泥，热态则不宜用之。常用的有：硅酸钠、磷酸盐、硫酸盐。C、助熔剂：热态喷射有时加入少量助熔剂，以利于其快速烧结。D、水分：水分加多，喷射料的粘度较小，利于喷射操作。但对喷射层的性能不利。（2）喷射料的性质：附着性。应用：修补圆形窑炉和容器。（3）投射料：其组成和性质与喷射料相同，只是将喷射施工改为高速运转的投射机具。三、其他不定形耐火材料3、耐火泥A、定义：由粉状物料和结合剂组成的供调制泥浆用的不定形耐火材料。B、对耐火泥浆的基本要求：流动性、可塑性、利于施工；粘结性；体积稳定性；与砌体或基质具有相同的化学组成，以免发生反应；应与砌体或基质具有相近的热膨胀性。C、耐火泥的配制：主要是制备和选用粉状料、配结合剂。

粉料：可选用材质与砌体或基底材料相同或相近的各种烧结充分的熟料和其他体积稳定的耐火原料，将其制成细粉。

结合剂：塑性粘土。三、其他不定形耐火材料D、应用：用作砌筑耐火砖砌体的接缝和涂层材料。定义：由高纯的人工合成或高度精选的天然原料制备的，具有某些特殊性能的一类耐高温材料。§9特种耐火材料碳化硅质耐火材料刚玉质耐火材料莫来石质耐火材料堇青石质耐火材料应用最广的一种特殊耐火材料。主要制品：碳化硅砖、异形碳化硅制品、SiC窑具等。按组成分类：

粘土结合碳化硅制品石墨及碳结合SiC制品

Si3N4结合SiC制品重结晶SiC制品1、SiC性质：

Si-C系统中唯一的二元化合物。常见的晶型：α

β§9特种耐火材料特点：

化学稳定性好同硅酸在高温下不反应

易受碱性熔渣侵蚀，抗酸性渣能力强高温下易氧化2100-2400℃2、SiC的合成A、原料：B、