第七章 耐火材料精选PPT.ppt

第七章第七章第七章第七章 耐火材料耐火材料耐火材料耐火材料第1页，本讲稿共86页绪绪 论论一、耐火材料的定义一、耐火材料的定义传统的定义传统的定义：耐火度不小于：耐火度不小于1580的无机非金属材料；的无机非金属材料；ISO的定义的定义：耐火度不小于：耐火度不小于1500的非金属材料及制品；的非金属材料及制品；（耐火度耐火度-指材料在高温无荷重条件下，不熔融软化的温度指材料在高温无荷重条件下，不熔融软化的温度)耐火材料大部分是以耐火材料大部分是以天然矿石为原料天然矿石为原料制成，但目前采用某些制成，但目前采用某些工业原料和人工合成原料工业原料和人工合成原料制造的耐火材料也日益增多。制造的耐火材料也日益增多。第2页，本讲稿共86页二、耐火材料的分类二、耐火材料的分类 耐火材料品种繁多、用途各异，有必要对耐火材料进行科耐火材料品种繁多、用途各异，有必要对耐火材料进行科学分类，以便于科学研究、合理选用和管理。耐火材料的分类学分类，以便于科学研究、合理选用和管理。耐火材料的分类方法很多，其中主要有方法很多，其中主要有化学属性分类法、化学矿物组成分化学属性分类法、化学矿物组成分类法、生产工艺分类法、材料形态分类法类法、生产工艺分类法、材料形态分类法等多种方法。等多种方法。第3页，本讲稿共86页特级特级耐火材料耐火材料高级高级耐火材料耐火材料普通普通耐火材料耐火材料158017701770200020001.1.根据耐火度高低分根据耐火度高低分第4页，本讲稿共86页砖制品砖制品：烧成砖、不烧砖；：烧成砖、不烧砖；散状制品散状制品：不定形耐火材料；：不定形耐火材料；2 2、从制品外观来分：、从制品外观来分：第5页，本讲稿共86页 按按化化学学属属性性分分类类对对于于了了解解耐耐火火材材料料的的化化学学性性质质，判判断断耐耐火火材材料料在在实实际际使使用用过过程程中中与与接接触触物物之之间间的的化化学学作作用用情情况况具有重要意义。具有重要意义。耐火材料按化学属性大致可分为耐火材料按化学属性大致可分为酸性耐火材料、中性酸性耐火材料、中性耐火材料、碱性耐火材料耐火材料、碱性耐火材料。3.按制品化学属性分类：按制品化学属性分类：第6页，本讲稿共86页 耐火材料在使用过程中除承受高温作用外，往往伴随着耐火材料在使用过程中除承受高温作用外，往往伴随着熔渣（液态）及气体等熔渣（液态）及气体等化学侵蚀化学侵蚀。为了保证耐火材料在使用。为了保证耐火材料在使用中有足够的抵抗侵蚀介质侵蚀能力，中有足够的抵抗侵蚀介质侵蚀能力，选用的耐火材料的化学属选用的耐火材料的化学属性应与侵蚀介质的化学属性相同或接近。性应与侵蚀介质的化学属性相同或接近。第7页，本讲稿共86页（1）酸性耐火材料）酸性耐火材料通常是指其中含有相当数量通常是指其中含有相当数量二氧化硅二氧化硅的耐火材料。的耐火材料。硅硅质质耐耐火火材材料料中中游游离离二二氧氧化化硅硅含含量量很很高高(大大于于94%)，是是酸酸性性最最强强的的耐火材料；耐火材料；粘土质粘土质耐火材料中游离二氧化硅含量较少，是弱酸性的；耐火材料中游离二氧化硅含量较少，是弱酸性的；半半硅硅质质耐耐火火材材料料居居于于期期间间。也也有有将将锆锆英英石石质质耐耐火火材材料料和和碳碳化化硅硅质质耐耐火火材材料料归归入入酸酸性性耐耐火火材材料料的的，因因为为此此类类材材料料中中含含有有较较高高的的SiO2或或在高温状态下能形成在高温状态下能形成SiO2。第8页，本讲稿共86页（2）中性耐火材料）中性耐火材料中中性性耐耐火火材材料料按按严严格格意意义义讲讲是是指指碳碳质质耐耐火火材材料料。但但通通常常也也将将以以三三价价氧氧化化物物为为主主体体的的高高铝铝质质、刚刚玉玉质质、锆锆刚刚玉玉质质、铬铬质质耐耐火火材料归入中性耐火材料（两性氧化物如材料归入中性耐火材料（两性氧化物如Al2O3、Cr2O3等）。等）。此此类类耐耐火火材材料料在在高高温温状状况况下下对对酸酸、碱碱性性介介质质的的化化学学侵侵蚀蚀都都具具有有一一定定的的稳稳定定性性，尤尤其其对对弱弱酸酸、弱弱碱碱的的侵侵蚀蚀具具有有较好的抵抗能力。较好的抵抗能力。第9页，本讲稿共86页（3）碱性耐火材料）碱性耐火材料一般是指以一般是指以MgO、CaO或以或以MgOCaO为主要成分的耐火材为主要成分的耐火材料（镁质、石灰质、镁铬质、镁硅质、白云石质耐火制品及其料（镁质、石灰质、镁铬质、镁硅质、白云石质耐火制品及其不定形材料）。不定形材料）。这类耐火材料的耐火度都比较高，对碱性介质的化学侵蚀具这类耐火材料的耐火度都比较高，对碱性介质的化学侵蚀具有较强的抵抗能力。有较强的抵抗能力。第10页，本讲稿共86页4.按化学矿物组成分类：按化学矿物组成分类：此种分类法能够很直接地表征各种耐火材料的基本组此种分类法能够很直接地表征各种耐火材料的基本组成和特性，在生产、使用、科研上是常见的分类法，具有成和特性，在生产、使用、科研上是常见的分类法，具有较强的实际应用意义。较强的实际应用意义。第11页，本讲稿共86页（1）硅质耐火材料）硅质耐火材料含含SiO2在在90%以上的材料通常称为硅质耐火材料以上的材料通常称为硅质耐火材料，主，主要包括要包括硅砖及熔融石英制品硅砖及熔融石英制品。硅砖以硅石为主要原料生产，硅砖以硅石为主要原料生产，其其SiO2含量一般不低于含量一般不低于93%，主要矿物组成为磷石英和方石，主要矿物组成为磷石英和方石英英。第12页，本讲稿共86页（2）镁质耐火材料）镁质耐火材料镁镁质质耐耐火火材材料料是是指指以以镁镁砂砂为为主主要要原原料料，以以方方镁镁石石为为主主晶晶相相，MgO含量大于含量大于80%的碱性耐火材料。的碱性耐火材料。镁质镁质制品：制品：MgO含量含量87%，主要矿物为方镁石；，主要矿物为方镁石；镁镁铝铝质质制制品品：含含MgO75%，Al2O3含含量量一一般般为为7-8%，主主要要矿物成分为方镁石和镁铝尖晶石（矿物成分为方镁石和镁铝尖晶石（MgAl2O4）；）；镁镁铬铬质质制制品品：含含MgO60%，Cr2O3含含量量一一般般在在20%以以下下，主主要矿物成分为方镁石和铬尖晶石要矿物成分为方镁石和铬尖晶石;第13页，本讲稿共86页镁镁橄橄榄榄石石质质及及镁镁硅硅质质制制品品：此此种种镁镁质质材材料料中中除除含含有有主主成成分分MgO外外，第第二二化化学学成成分分为为SiO2。镁镁橄橄榄榄石石砖砖比比镁镁硅硅砖砖含含有有更更多多的的SiO2，前前者者的的主主要要矿矿物物成成分分为为镁镁橄橄榄榄石石，其其次为方镁石；后者的主要矿物为方镁石，其次镁橄榄石次为方镁石；后者的主要矿物为方镁石，其次镁橄榄石；镁镁钙钙质质制制品品：此此种种镁镁质质材材料料中中含含有有一一定定量量的的CaO,主主要要矿矿物成分除方镁石外还含有一定量的硅酸二钙（物成分除方镁石外还含有一定量的硅酸二钙（2CaOSiO2）。）。第14页，本讲稿共86页（3）白云石质耐火材料）白云石质耐火材料以天然白云石为主要原料生产的碱性耐火材料称为白云石以天然白云石为主要原料生产的碱性耐火材料称为白云石质耐火材料。质耐火材料。主要化学成分为：主要化学成分为：30-42%的的MgO和和40-60%的的CaO，二，二者之和一般应大于者之和一般应大于90%。主要矿物成分为：主要矿物成分为：方镁石方镁石和和方钙石方钙石（氧化钙）。（氧化钙）。第15页，本讲稿共86页（4）碳复合耐火材料）碳复合耐火材料碳复合耐火材料是指以不同形态的碳复合耐火材料是指以不同形态的碳素材料碳素材料与相应的与相应的耐火氧化物耐火氧化物复合生产的耐火材料。复合生产的耐火材料。（5）含锆耐火材料）含锆耐火材料含含锆锆耐耐火火材材料料是是指指以以氧氧化化锆锆（ZrO2）、锆锆英英石石等等含含锆锆材料为原料生产的耐火材料。材料为原料生产的耐火材料。含含锆锆耐耐火火材材料料制制品品通通常常包包括括锆锆英英石石制制品品、锆锆莫莫来来石石制制品品、锆刚玉制品锆刚玉制品等。等。第16页，本讲稿共86页（6）特种耐火材料）特种耐火材料特种耐火材料又可分为如下品种：特种耐火材料又可分为如下品种：碳质制品碳质制品：包括碳砖和石墨制品；：包括碳砖和石墨制品；纯氧化物制品纯氧化物制品：包括氧化铝制品、氧化锆制品、氧化钙制品等；：包括氧化铝制品、氧化锆制品、氧化钙制品等；非氧化物制品非氧化物制品：包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、硼化：包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、硼化锆、硼化钛、塞伦锆、硼化钛、塞伦(Sialon）、阿伦）、阿伦(Alon)制品等；制品等；第17页，本讲稿共86页按生产工艺可分为：按生产工艺可分为：烧成制品烧成制品、熔铸制品熔铸制品和和不烧制品不烧制品；5.其他分类方法其他分类方法第18页，本讲稿共86页大约起源于青铜器时代中期；大约起源于青铜器时代中期；东汉时期已用粘土质耐火材料做烧瓷器用的窑材和匣钵；东汉时期已用粘土质耐火材料做烧瓷器用的窑材和匣钵；20世纪初，耐火材料向高纯、高致密和超高温制品方向发展，同时出现了世纪初，耐火材料向高纯、高致密和超高温制品方向发展，同时出现了完全不需烧成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纤维；完全不需烧成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纤维；现代，随着原子能技术、空间技术、新能源技术的发展，具有耐高温、现代，随着原子能技术、空间技术、新能源技术的发展，具有耐高温、抗腐蚀、抗热振、耐冲刷等综合优良性能的耐火材料得到了应用。抗腐蚀、抗热振、耐冲刷等综合优良性能的耐火材料得到了应用。三、耐火材料的发展三、耐火材料的发展历史悠久历史悠久第19页，本讲稿共86页四四.中国耐火材料工业的现状与发展中国耐火材料工业的现状与发展1）计划经济时代计划经济时代中国耐火材料由中国耐火材料由33家重点企业扶持；家重点企业扶持；2）改革开放以后改革开放以后，随着钢铁工业的迅速发展，耐火材料行业，随着钢铁工业的迅速发展，耐火材料行业快速发展起来；快速发展起来；2004年统计，全国年统计，全国有有1136家耐火材料生产企业家耐火材料生产企业2005年统计，全国年统计，全国有有1359家耐火材料生产企业家耐火材料生产企业2006年统计，全国年统计，全国有有1505家耐火材料生产企业家耐火材料生产企业第20页，本讲稿共86页第21页，本讲稿共86页第一章第一章 耐火材料的组成与性质耐火材料的组成与性质第22页，本讲稿共86页 耐火材料的耐火材料的化学成分化学成分、矿物组成矿物组成及及微观结构微观结构决定了决定了耐火材料的性质；耐火材料的性质；正确合理选用耐火材料也是以其性质作为主要依正确合理选用耐火材料也是以其性质作为主要依据。据。第23页，本讲稿共86页1.1前前言言耐火材料是耐火度不低于耐火材料是耐火度不低于1580的无机非金属材料。的无机非金属材料。耐火材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性，即在高温耐火材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性，即在高温无荷重条件下不熔融软化的性能称为无荷重条件下不熔融软化的性能称为耐火度耐火度，它表示耐，它表示耐火材料的基本性能。火材料的基本性能。第24页，本讲稿共86页1.2耐火材料的组成、结构与性质耐火材料的组成、结构与性质耐火材料是构筑热工设备的高温结构材料，面临：耐火材料是构筑热工设备的高温结构材料，面临：承承受受高高温温作作用用；机机械械应应力力；热热应应力力；高高温温气气体体；熔熔体体以以及及固固体介质的侵蚀、冲刷、磨损体介质的侵蚀、冲刷、磨损。耐火材料的质量取决于其性质，为了保证热工设备的正耐火材料的质量取决于其性质，为了保证热工设备的正常运行，所选用的耐火材料必须具备能够满足和适应各种使常运行，所选用的耐火材料必须具备能够满足和适应各种使用环境和操作条件。用环境和操作条件。第25页，本讲稿共86页耐火材料的性质主要包括耐火材料的性质主要包括化学化学-矿物组成矿物组成、组织结构组织结构、力力学性质学性质、热学性质热学性质及及高温使用性质高温使用性质等。等。根据这些性质可以预测耐火材料在高温环境下的使用情况。根据这些性质可以预测耐火材料在高温环境下的使用情况。耐火材料所具有的各种性质是热工设备选择结构材料的重要依据。耐火材料所具有的各种性质是热工设备选择结构材料的重要依据。第26页，本讲稿共86页1.3耐火材料的化学耐火材料的化学-矿物组成矿物组成（1）化学组成）化学组成化学组成是耐火材料化学组成是耐火材料最基本的特性最基本的特性，是决定耐火材料的物，是决定耐火材料的物相组成以及很多重要性质如抗渣侵蚀性能、耐高温性能、相组成以及很多重要性质如抗渣侵蚀性能、耐高温性能、力学性能等的重要基础。力学性能等的重要基础。通常将耐火材料的化学组成按各个成分含量的多少及通常将耐火材料的化学组成按各个成分含量的多少及作用分为以下几类：作用分为以下几类：第27页，本讲稿共86页主成分主成分主成分是指在耐火材料中对材料的性质起决定作用并构成耐主成分是指在耐火材料中对材料的性质起决定作用并构成耐火基体的成分。火基体的成分。一般为一般为氧化物、元素或某些元素的化合物氧化物、元素或某些元素的化合物。耐火材料按其主成分的化学性质可分为耐火材料按其主成分的化学性质可分为酸性耐火材料酸性耐火材料、中性耐火材料中性耐火材料和和碱性耐火材料碱性耐火材料。第28页，本讲稿共86页杂质成分杂质成分耐耐火火材材料料中中由由原原料料及及加加工工过过程程中中带带入入的的非非主主要要成成分分的的化化学物质学物质（氧化物、化合物等）称为杂质。（氧化物、化合物等）称为杂质。杂杂质质的的存存在在往往往往能能与与主主要要成成分分在在高高温温下下发发生生反反应应，生生成成低低熔熔性性物物质质或或形形成成大大量量的的液液相相，从从而而降降低低耐耐火火材材料料基基体体的的耐耐火火性性能能，故故也也称称之之为为熔熔剂剂。即即杂杂质质成成分分对对耐耐火火基基体体起起一一定定的的熔熔剂剂作作用用，降降低低耐耐火火制制品品的的耐耐火火性性能能。有有利利作作用用是是降降低低制制品品（原原料料）的烧成温度，促进烧结。的烧成温度，促进烧结。注注:杂杂质质的的熔熔剂剂作作用用只只是是相相对对的的，这这种种作作用用取取决决于于基基体体的的性性质质和杂质的组成和比例和杂质的组成和比例。第29页，本讲稿共86页添加成分添加成分耐火材料的化学组成中除主要成分和杂质成分外有时为了耐火材料的化学组成中除主要成分和杂质成分外有时为了制作工艺的需要或改善某些性能往往制作工艺的需要或改善某些性能往往人为地加入少量的添加人为地加入少量的添加成分成分，引入添加成分的物质称为，引入添加成分的物质称为添加剂添加剂。作用是促进耐火制品在生产中的高温变化和降低烧结作用是促进耐火制品在生产中的高温变化和降低烧结温度等。温度等。按照添加剂的目的和作用不同可分为按照添加剂的目的和作用不同可分为矿化剂矿化剂、稳定剂稳定剂、促促烧剂（烧结剂）烧剂（烧结剂）等。等。第30页，本讲稿共86页（2）矿物组成）矿物组成耐耐火火材材料料一一般般说说来来是是一一个个多多相相组组成成体体，其其矿矿物物组组成成取取决决于于耐耐火火材材料料的的化化学学组组成成和和生生产产工工艺艺条条件件，矿矿物物组组成成可可分分为为两两大大类类：结结晶晶相相与与玻玻璃璃相相，其其中中结结晶晶相相又又分分为为主主晶晶相相和和次次晶相晶相。主晶相主晶相是指构成耐火制品结构的主体而且熔点较高的结是指构成耐火制品结构的主体而且熔点较高的结晶相。晶相。主晶相的性质、数量、结合状态直接决定着耐火主晶相的性质、数量、结合状态直接决定着耐火制品的性质制品的性质。第31页，本讲稿共86页次晶相次晶相又称第二固相，是在高温下与主晶相共存的第又称第二固相，是在高温下与主晶相共存的第二晶相。二晶相。如镁铬砖中与方镁石并存的铬尖晶石，镁铝砖中的镁如镁铬砖中与方镁石并存的铬尖晶石，镁铝砖中的镁铝尖晶石，镁钙砖中的硅酸二钙，镁硅砖中的镁橄榄石等。铝尖晶石，镁钙砖中的硅酸二钙，镁硅砖中的镁橄榄石等。次晶相也是熔点较高的晶体，它的存在可以次晶相也是熔点较高的晶体，它的存在可以提高耐火制提高耐火制品中固相间的直接结合品中固相间的直接结合，同时可以，同时可以改善制品的某些特定的改善制品的某些特定的性能性能。如：高温结构强度以及抗熔渣渗透、侵蚀的能力。如：高温结构强度以及抗熔渣渗透、侵蚀的能力。第32页，本讲稿共86页填充于主晶相之间的不同成分的结晶矿物（填充于主晶相之间的不同成分的结晶矿物（次晶相）和次晶相）和玻璃相玻璃相统称为统称为基质基质，也称为，也称为结合相结合相。基质的熔点一般较低，其组成和形态基质的熔点一般较低，其组成和形态对耐火制品的高温性对耐火制品的高温性质和抗侵蚀性能起着决定性的影响质和抗侵蚀性能起着决定性的影响。采用调整和改变耐火制品的基质采用调整和改变耐火制品的基质成分是改善制品性能的有效成分是改善制品性能的有效工艺措施。工艺措施。基质对于主晶相而言是制品的相对薄弱之处。基质对于主晶相而言是制品的相对薄弱之处。第33页，本讲稿共86页1.4耐火材料的显微结构耐火材料的显微结构耐火材料是由耐火材料是由固相固相（包括结晶相与玻璃相）和（包括结晶相与玻璃相）和气孔气孔两部两部分构成的分构成的非均质体非均质体。它们之间的相对数量及其分布和结合形。它们之间的相对数量及其分布和结合形态构成了耐火材料的显微结构。而态构成了耐火材料的显微结构。而耐火制品的显微组织结构耐火制品的显微组织结构表征的是耐火材料中主晶相与基质间的结合形态表征的是耐火材料中主晶相与基质间的结合形态。第34页，本讲稿共86页图图1-1 1-1 硅酸盐结合与直接结合显微结构示意图硅酸盐结合与直接结合显微结构示意图耐火材料主晶相与基质的结合形态有两种：耐火材料主晶相与基质的结合形态有两种：陶瓷结合陶瓷结合（硅酸盐结合）与（硅酸盐结合）与直接结合直接结合。第35页，本讲稿共86页陶瓷结合陶瓷结合又称为又称为硅酸盐结合硅酸盐结合，其结构特征是，其结构特征是耐火制品主耐火制品主晶相之间由低熔点的硅酸盐非晶质和晶质联结在一起而形成结晶相之间由低熔点的硅酸盐非晶质和晶质联结在一起而形成结合合（图（图1-1a），如普通镁砖中硅酸盐基质与方镁石之间的），如普通镁砖中硅酸盐基质与方镁石之间的结合。结合。此类耐火制品在高温使用时，低熔点的硅酸盐首先此类耐火制品在高温使用时，低熔点的硅酸盐首先在较低的温度下成为液相（或玻璃相软化），大大降低在较低的温度下成为液相（或玻璃相软化），大大降低了耐火制品的高温性能。了耐火制品的高温性能。第36页，本讲稿共86页MgOABC MgOSiO2CaO(wt%)A24.8339.0936.08B11.7037.0051.30C11.5436.2952.17耐火材料中陶瓷结合示意图耐火材料中陶瓷结合示意图第37页，本讲稿共86页直接结合直接结合是指耐火制品中，高熔点的主晶相之间或主是指耐火制品中，高熔点的主晶相之间或主晶相与次晶相间直接接触形成晶相与次晶相间直接接触形成结晶网络结晶网络的一种结合。的一种结合。直接结合耐火制品一般具有较高的直接结合耐火制品一般具有较高的高温力学性能高温力学性能，与，与材质相近的硅酸盐结合的耐火制品相比高温强度可成倍提材质相近的硅酸盐结合的耐火制品相比高温强度可成倍提高，其高，其抗渣蚀性能和体积稳定性抗渣蚀性能和体积稳定性也较高。也较高。第38页，本讲稿共86页一种致密氧化铝材料图示一种致密氧化铝材料图示第39页，本讲稿共86页1.5耐火材料的高温使用性质耐火材料的高温使用性质耐火制品在各种不同的窑炉中使用时，长期处于耐火制品在各种不同的窑炉中使用时，长期处于高温状高温状态态下，耐火材料耐高温的性质能否满足各类窑炉工作条件的要求，下，耐火材料耐高温的性质能否满足各类窑炉工作条件的要求，是材料选用的主要依据，因此是材料选用的主要依据，因此耐火制品的高温性质也是最重要的基耐火制品的高温性质也是最重要的基本性质本性质。第40页，本讲稿共86页（1）耐火度）耐火度耐火材料在无荷重条件下，抵抗高温作用而不熔化的性质耐火材料在无荷重条件下，抵抗高温作用而不熔化的性质称称为耐火度。为耐火度。与有固定熔点的结晶态物质不同，耐火材料一般是由多种与有固定熔点的结晶态物质不同，耐火材料一般是由多种矿物组成的多相固体混合物，矿物组成的多相固体混合物，没有固定的熔点没有固定的熔点。其熔融是在一定温。其熔融是在一定温度范围内进行的，当对其加热升温至某一温度时开始出现液相（即固定度范围内进行的，当对其加热升温至某一温度时开始出现液相（即固定的开始熔融温度），继续加热温度仍然继续升高、液相量也随之增多，的开始熔融温度），继续加热温度仍然继续升高、液相量也随之增多，直至升至某一温度全部变为液相，在这个直至升至某一温度全部变为液相，在这个温度范围温度范围内，内，液相与固相同时液相与固相同时存在存在。第41页，本讲稿共86页耐火度是一个技术指标，将被测制品按一定方法制成耐火度是一个技术指标，将被测制品按一定方法制成截头截头三角锥三角锥（2830mm2830mm）。试锥以一定升温速度加热，达到某一。试锥以一定升温速度加热，达到某一温度开始出现液相，温度继续升高液相量逐渐增加温度开始出现液相，温度继续升高液相量逐渐增加,粘度减小，粘度减小，试锥在重力作用逐渐软化弯倒试锥在重力作用逐渐软化弯倒,当其弯倒至当其弯倒至顶点与底接触的温度顶点与底接触的温度，即为试样的耐火度。即为试样的耐火度。第42页，本讲稿共86页耐火度与熔点的区别：耐火度与熔点的区别：1、熔点指纯物质的结晶相与液湘处于平衡时的温度；、熔点指纯物质的结晶相与液湘处于平衡时的温度；2、熔点是一个物理常数；、熔点是一个物理常数；3、耐火材料为多相混合体，其熔融是在一定的温度范围内进行的，、耐火材料为多相混合体，其熔融是在一定的温度范围内进行的，是一个工艺指标。是一个工艺指标。第43页，本讲稿共86页耐耐火火材材料料达达到到耐耐火火度度时时实实际际上上已已不不具具有有机机械械强强度度了了，因因此此耐耐火火度度的的高高与与低低与与材材料料的的允允许许使使用用温温度度并并不不等等同同，也也就就是是说说耐耐火火度度不不是是材材料料的的使使用用温温度度上上限限，只只有有综综合合考考虑虑材材料料的的其其它它性性能能和和使使用用条条件件，才才能能作作为为合合理理选选用用耐耐火火材材料料的的参参考考依依据据。以以镁镁砖砖为为例例，其其耐耐火火度度高高达达2000以上，但允许使用温度大大低于耐火度。以上，但允许使用温度大大低于耐火度。耐火度的耐火度的意义意义：评价原料纯度和难熔程度评价原料纯度和难熔程度。第44页，本讲稿共86页耐火制品的耐火制品的化学矿物组成及其分布状态化学矿物组成及其分布状态是影响其耐火度是影响其耐火度的主要因素。的主要因素。杂质成分杂质成分特别是具有强熔剂作用的杂质，将严重降低制品的耐特别是具有强熔剂作用的杂质，将严重降低制品的耐火度。火度。测定条件测定条件也将影响到耐火度的大小，如：粉末的粒度、测也将影响到耐火度的大小，如：粉末的粒度、测温锥的安装、升温的速率及炉内的气氛（针对变价元素，如温锥的安装、升温的速率及炉内的气氛（针对变价元素，如Fe2与与Fe3之间的转变）。之间的转变）。影响因素影响因素第45页，本讲稿共86页（2）高温荷重软化温度）高温荷重软化温度耐耐火火材材料料的的高高温温荷荷重重软软化化温温度度也也称称为为高高温温荷荷重重变变形形温温度度，表表示示材材料料在在温温度度与与荷荷重重双双重重作作用用下下抵抵抗抗变变形形的的能能力力，即即指指耐耐火火材材料料试试样样在在固固定定压压力力下下，不不断断升升高高温温度度，试试样样发发生生一一定定变变形形量量和和坍坍塌塌时时的的温温度。度。高高温温荷荷重重软软化化温温度度在在一一定定程程度度上上能能表表明明耐耐火火制制品品在在与与其其使使用用情情况况相相近近的的条条件件下下的的结结构构强强度度与与变变形形情情况况，因因而而是是耐耐火火制制品品的的重重要要性性能指标。能指标。耐火制品的荷重软化温度取决于耐火制品的荷重软化温度取决于制品的化学制品的化学-矿物组成、组织结构、矿物组成、组织结构、显微结构、液相的性质、结晶相与液相的比例及相互作用等显微结构、液相的性质、结晶相与液相的比例及相互作用等。第46页，本讲稿共86页耐火制品荷重软化温度的测定：耐火制品荷重软化温度的测定：一般是在一般是在0.2MPa的固定载荷下，以一定的升温速度均匀加热，测定的固定载荷下，以一定的升温速度均匀加热，测定试样试样（3650mm3650mm直圆柱体）直圆柱体）压缩压缩0.6%、4%、40%时的温度。时的温度。试样压缩试样压缩0.6%时的变形温度即为试样的荷重软化开始温度，时的变形温度即为试样的荷重软化开始温度，即通常所说的即通常所说的荷重软化点荷重软化点。试样压缩试样压缩4（2mm）变形温度变形温度；试样压缩试样压缩40（20mm）溃裂点溃裂点；第47页，本讲稿共86页各种耐火材料的荷重变形曲线各种耐火材料的荷重变形曲线1-高铝砖（高铝砖（Al2O370%）；）；2-硅砖；硅砖；3-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 第48页，本讲稿共86页影响荷软的因素：影响荷软的因素：q化学矿物组成。晶相构造和性状、晶相与液相的比例和相互作用、化学矿物组成。晶相构造和性状、晶相与液相的比例和相互作用、液相粘度等。液相粘度等。q生产工艺。制品烧成温度和气孔率等。生产工艺。制品烧成温度和气孔率等。q原料纯度、杂质成分的性质和含量。原料纯度、杂质成分的性质和含量。q测定条件。升温速率快，荷软温度较高。测定条件。升温速率快，荷软温度较高。测定荷软的意义：测定荷软的意义：可以作为材料最高的使用温度可以作为材料最高的使用温度。第49页，本讲稿共86页（3）高温体积稳定性）高温体积稳定性高温体积稳定性是评价耐火材料质量的一项重要物理指标，高温体积稳定性是评价耐火材料质量的一项重要物理指标，表示耐表示耐火材料在高温下长期使用时，其外形及体积保持稳定而不发生变化的火材料在高温下长期使用时，其外形及体积保持稳定而不发生变化的性能性能。第50页，本讲稿共86页 一般而言，烧成耐火制品在高温煅烧过程中，由于各种原因一般而言，烧成耐火制品在高温煅烧过程中，由于各种原因制品在烧成结束时，其物理化学反应往往未达到平衡状态；制品在烧成结束时，其物理化学反应往往未达到平衡状态；另一方面，制品在烧成过程中由于窑炉温度分布不均等原因，另一方面，制品在烧成过程中由于窑炉温度分布不均等原因，不可避免地存在欠烧现象，这些烧结不充分的欠烧制品中，其不可避免地存在欠烧现象，这些烧结不充分的欠烧制品中，其间的物理化学反应进行得也不充分。因此制品在使用过程中受间的物理化学反应进行得也不充分。因此制品在使用过程中受到高温长期作用时，一些物理化学变化会继续进行并伴随有不到高温长期作用时，一些物理化学变化会继续进行并伴随有不可逆的体积变化。可逆的体积变化。第51页，本讲稿共86页这些这些不可逆的体积变化称为残余膨胀或残余收缩，也称重不可逆的体积变化称为残余膨胀或残余收缩，也称重烧膨胀或收缩。烧膨胀或收缩。重烧体积变化重烧体积变化的大小表征了耐火制品的高温体积稳定性，对的大小表征了耐火制品的高温体积稳定性，对高温窑炉等热工设备的结构及工况的稳定性具有十分重要的意高温窑炉等热工设备的结构及工况的稳定性具有十分重要的意义。义。测定意义：衡量材料烧结性能的好坏。测定意义：衡量材料烧结性能的好坏。第52页，本讲稿共86页重烧体积变化可用体积变化百分率或线变化百分率表示：重烧体积变化可用体积变化百分率或线变化百分率表示：式中：式中：V，V0分别表示重烧前后试样的体积；分别表示重烧前后试样的体积；L，L0分别表示重烧前后试样的长度。分别表示重烧前后试样的长度。第53页，本讲稿共86页一般材料的重烧都是收缩的，为什么在砌筑窑一般材料的重烧都是收缩的，为什么在砌筑窑炉等热工设备时还要留膨胀缝？炉等热工设备时还要留膨胀缝？第54页，本讲稿共86页（4）热震稳定性）热震稳定性耐耐火火材材料料抵抵抗抗温温度度急急剧剧变变化化而而不不被被破破坏坏的的性性能能称称为为热热震震稳稳定定性性或抗热冲击性能。或抗热冲击性能。第55页，本讲稿共86页一般而言，耐火制品在温度变化时会产生体积膨胀或收缩。当这一般而言，耐火制品在温度变化时会产生体积膨胀或收缩。当这种膨胀和收缩受到约束时，材料内部就会产生应力，这种应力称之为种膨胀和收缩受到约束时，材料内部就会产生应力，这种应力称之为热应力。当材料内部由于温度变化而产生的热应力超过制品的强度时，热应力。当材料内部由于温度变化而产生的热应力超过制品的强度时，制品将会产生开裂、崩落或断裂。制品将会产生开裂、崩落或断裂。另一个方面，不同矿相之间热膨胀性的差异，产生的应力。另一个方面，不同矿相之间热膨胀性的差异，产生的应力。第56页，本讲稿共86页热应力可由下式计算：热应力可由下式计算：式中：式中：Q热应力；热应力；E弹性模量；弹性模量；热膨胀系数；热膨胀系数；T材料的初始温度与表面温度之差；材料的初始温度与表面温度之差；泊松比泊松比(在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值)。第57页，本讲稿共86页上上式式表表明明，材材料料内内部部的的热热应应力力与与材材料料的的弹弹性性模模量量、热热膨膨胀胀系系数数以以及及温温度度差差成成正正比比。当当热热应应力力达达到到材材料料的的强强度度极极限限时时也也就就是是材材料料的的强强度不足以抵抗热应力时，制品就会产生破坏。度不足以抵抗热应力时，制品就会产生破坏。导热率高的制品，材料中温度分布易于均匀，其表层与内导热率高的制品，材料中温度分布易于均匀，其表层与内部的温度差（温度梯度）就小，因而产生的热应力相对较小；部的温度差（温度梯度）就小，因而产生的热应力相对较小；反之，导热率低的材料，其中的温度分布难以均匀，材料中反之，导热率低的材料，其中的温度分布难以均匀，材料中的温度梯度大，由此而产生的热应力也大。因此的温度梯度大，由此而产生的热应力也大。因此导热系数高导热系数高的材料，其热震稳定性也相对较高的材料，其热震稳定性也相对较高。第58页，本讲稿共86页材料因热震破坏的情况可以分为两大类：材料因热震破坏的情况可以分为两大类：一类是材料发生瞬时断裂；对这类破坏的抵抗称之为抗热震断裂性一类是材料发生瞬时断裂；对这类破坏的抵抗称之为抗热震断裂性能。能。人们人们从从热弹性力学热弹性力学的观点出发，以强度应力为判据，认为材的观点出发，以强度应力为判据，认为材料中的热应力达到抗张强度极限后，材料就产生开裂，而一旦有裂料中的热应力达到抗张强度极限后，材料就产生开裂，而一旦有裂纹产生就会导致材料完全破坏纹产生就会导致材料完全破坏。所导出的结果对于一般的玻璃、。所导出的结果对于一般的玻璃、瓷器和电子陶瓷等都能较好的适应，但是对于一些含有微孔瓷器和电子陶瓷等都能较好的适应，但是对于一些含有微孔的材料和非均质的金属陶瓷等都不适合。的材料和非均质的金属陶瓷等都不适合。根据这种观点，材根据这种观点，材料抗热震损伤的能力和其弹性模量呈反比的关系。料抗热震损伤的能力和其弹性模量呈反比的关系。弹性模量对热震稳定性的影响弹性模量对热震稳定性的影响第59页，本讲稿共86页另一类是在热冲击循环作用下，材料表面发生开裂、剥落，另一类是在热冲击循环作用下，材料表面发生开裂、剥落，并不断发展，以致最终破裂或变质而破坏；对于这类破坏的抵并不断发展，以致最终破裂或变质而破坏；对于这类破坏的抵抗称为抗热震损伤性能；抗称为抗热震损伤性能；人们人们从从断裂力学断裂力学观点出发以应变能断裂能为判据进行分析。观点出发以应变能断裂能为判据进行分析。根据这种观点，材料抗热震的能力同其弹性模量呈正比的关系。根据这种观点，材料抗热震的能力同其弹性模量呈正比的关系。第60页，本讲稿共86页由于抗热震稳定性问题的复杂性（除了弹性模量因素影响以外还有由于抗热震稳定性问题的复杂性（除了弹性模量因素影响以外还有材料的强度、材料的强度、膨胀系数、热导率膨胀系数、热导率、形状和尺寸等），至今还未能建立、形状和尺寸等），至今还未能建立一个十分完善的理论，因此任何试图改进材料抗热震性能的措施，一个十分完善的理论，因此任何试图改进材料抗热震性能的措施，都必须结合具体的使用条件和要求，综合各种因素的影响，同时必都必须结合具体的使用条件和要求，综合各种因素的影响，同时必须和实际经验相结合。须和实际经验相结合。目前人们所认可的是：材料的膨胀系数越小，热导率越大，目前人们所认可的是：材料的膨胀系数越小，热导率越大，其抗热震稳定性能越好。其抗热震稳定性能越好。第61页，本讲稿共86页此此外外，耐耐火火制制品品的的宏宏、微微观观组组织织结结构构对对制制品品的的热热震震稳稳定定性性也也有有一一定定影影响响。当当耐耐火火制制品品内内部部存存在在某某些些细细微微缺缺陷陷，如如微微气气孔孔、微微裂裂纹纹等等，有有利利于于延延缓缓或或终终止止裂裂纹纹的的扩扩展展。采采取取一一定定的的工工艺艺措措施施使使制制品品内内部部产产生生微微裂裂纹纹而而达达到到阻阻止止裂裂纹纹扩扩展展的的目目的的，是是目目前前普普遍遍采采用用的的提提高高制制品品热热震震稳稳定性有效措施之一。定性有效措施之一。耐火制品外形结构及尺寸设计的不合理，会导致制品局部应力集耐火制品外形结构及尺寸设计的不合理，会导致制品局部应力集中而产生破坏。中而产生破坏。第62页，本讲稿共86页耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀的性能称为抗渣蚀性能。耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀的性能称为抗渣蚀性能。腐蚀性介质通常称之为腐蚀性介质通常称之为“熔渣熔渣”。所谓。所谓“熔渣熔渣”，包括高温下，包括高温下与耐火材料接触的各种固态、液态物料（如水泥熟料、石灰、熔融与耐火材料接触的各种固态、液态物料（如水泥熟料、石灰、熔融金属、玻璃液等）、冶金炉渣、燃料灰分、飞灰以及各种气态物质金属、玻璃液等）、冶金炉渣、燃料灰分、飞灰以及各种气态物质等。高温环境下，熔渣物质与耐火材料相接触，并与之发生复杂的等。高温环境下，熔渣物质与耐火材料相接触，并与之发生复杂的物理化学反应，导致耐火材料的侵蚀损毁。物理化学反应，导致耐火材料的侵蚀损毁。占材料被损坏原因的占材料被损坏原因的占材料被损坏原因的占材料被损坏原因的5050以上。以上。以上。以上。(5)(5)抗渣蚀性能抗渣蚀性能第63页，本讲稿共86页钢钢水水及及熔熔渣渣对对耐耐火火材材料料的的侵侵蚀蚀第64页，本讲稿共86页熔渣侵蚀是耐火材料使用过程中最主要的一种损毁形式，熔渣侵蚀是耐火材料使用过程中最主要的一种损毁形式，耐火材料在熔渣中的溶蚀损毁一般可分为以下几种情况：耐火材料在熔渣中的溶蚀损毁一般可分为以下几种情况：单纯溶蚀：单纯溶蚀：耐火材料与熔渣不发生化学反应的物理溶解作用所造耐火材料与熔渣不发生化学反应的物理溶解作用所造成的耐火材料的损毁。如碳素材料向钢铁溶液中的溶解即属于单纯溶蚀成的耐火材料的损毁。如碳素材料向钢铁溶液中的溶解即属于单纯溶蚀作用。作用。反应溶蚀：反应溶蚀：耐火材料与熔渣物质在其接触界面处发生化学反应，耐火材料与熔渣物质在其接触界面处发生化学反应，生成低熔点的化合物，导致耐火材料工作面的溶蚀损毁。生成低熔点的化合物，导致耐火材料工作面的溶蚀损毁。第65页，本讲稿共86页渗透、侵入变质溶蚀：渗透、侵入变质溶蚀：熔渣类物质通过耐火材料的气孔或通熔渣类物质通过耐火材料的气孔或通过液相、固相扩散，渗入耐火材料基体中与耐火材料的基质和结晶过液相、固相扩散，渗入耐火材料基体中与耐火材料的基质和结晶相发生反应，使耐火制品的组织结构发生质变而造成耐火材料的溶相发生反应，使耐火制品的组织结构发生质变而造成耐火材料的溶蚀损毁。蚀损毁。碱性耐火材料的熔渣侵蚀过程就是一个典型的渗透、侵入变碱性耐火材料的熔渣侵蚀过程就是一个典型的渗透、侵入变质溶