耐火材料基础知识精选文档.ppt

耐火材料基础知识本讲稿第一页，共七十六页2 同学们好！同学们好！现在我们学习现在我们学习耐火材料耐火材料本讲稿第二页，共七十六页1 耐火材料耐火材料31.1、耐火材料的种类和性能、耐火材料的种类和性能1、耐火材料的定义和分类、耐火材料的定义和分类 a、定义：凡具有抵抗高温以及在高温下所产生的物理化学、定义：凡具有抵抗高温以及在高温下所产生的物理化学 作用的材料统称耐火材料。作用的材料统称耐火材料。b、三种分类方法、三种分类方法：1）按耐火度分类：）按耐火度分类：A、普通耐火材料、普通耐火材料 耐火度为耐火度为15801770。B、高级耐火材料、高级耐火材料 耐火度为耐火度为17702000。C、特级耐火材料、特级耐火材料 耐火度为大于耐火度为大于2000。本讲稿第三页，共七十六页42 2）根据化学矿物组成分类：）根据化学矿物组成分类：A A、氧化硅质耐火材料。、氧化硅质耐火材料。B B、硅酸铝质耐火材料。、硅酸铝质耐火材料。C C、氧化硅质耐火材料。、氧化硅质耐火材料。D D、铬铁质耐火材料。、铬铁质耐火材料。E E、碳质耐火材料。、碳质耐火材料。F F、其它高耐火度制品。、其它高耐火度制品。3 3）根据耐火材料的化学性质分类：）根据耐火材料的化学性质分类：A A、酸性耐火材料、酸性耐火材料 B B、碱性耐火材料、碱性耐火材料C C、中性耐火材料、中性耐火材料 本讲稿第四页，共七十六页51.2、耐火材料的主要性能、耐火材料的主要性能 耐火材料的基本特性可以通过它的物理性能和高温使用性耐火材料的基本特性可以通过它的物理性能和高温使用性能来表示。能来表示。一、耐火材料的物理性能：一、耐火材料的物理性能：主要包括体积密度、真比重、气孔率、吸水率、透气性、耐压强度、主要包括体积密度、真比重、气孔率、吸水率、透气性、耐压强度、热膨胀性、导电性及热容量等。这些物理性能的好坏，直接影响着耐火热膨胀性、导电性及热容量等。这些物理性能的好坏，直接影响着耐火材料的使用性能。材料的使用性能。本讲稿第五页，共七十六页6a、气孔率、气孔率在耐火制品内，有许多大小不同，形状不一的气孔。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；）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；）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；）不和大气相通的气孔称为闭口气孔；其中气孔率可分为：其中气孔率可分为：若耐火砖块的总体积（包括其中的全部气孔）为若耐火砖块的总体积（包括其中的全部气孔）为V、质量为、质量为M、开、开口气孔的体积为口气孔的体积为V1、闭口气孔的体积为、闭口气孔的体积为V2，连通气孔的体积为，连通气孔的体积为V3，则：则：本讲稿第六页，共七十六页71.真气孔真气孔率率=即砖块中全部气孔体积即砖块中全部气孔体积（包括开口、闭口和连通的气孔）占整块（包括开口、闭口和连通的气孔）占整块体积的百分率。体积的百分率。（2）显气孔率）显气孔率=100%即砖块中外通气孔（包括开口和连通的气孔）体积占整块体即砖块中外通气孔（包括开口和连通的气孔）体积占整块体积的百分率。积的百分率。（3）闭口气孔率）闭口气孔率=100%100%本讲稿第七页，共七十六页8即砖块中闭口气孔体积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。b、体积密度（容重）：包括全部气孔在内的、体积密度（容重）：包括全部气孔在内的1m3 砖块体积砖块体积的质量。的质量。体积密度体积密度=（kg/m3）c c、真比重：不包括气孔在内的单位体积砖块重量与、真比重：不包括气孔在内的单位体积砖块重量与44水的单水的单位体积重量之比。位体积重量之比。真比重真比重=本讲稿第八页，共七十六页9d、吸水率：是原料中所有开口气孔所吸收的水的质量、吸水率：是原料中所有开口气孔所吸收的水的质量Mw与与砖块质量砖块质量M之比值。用下述公式计算之比值。用下述公式计算:吸水率吸水率=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。质量。原料烧结程度愈好其吸水率愈低。本讲稿第九页，共七十六页10e、热膨胀性：、热膨胀性：耐火制品受热膨胀，冷后收缩，这种变化属于可逆变化的。耐火制品受热膨胀，冷后收缩，这种变化属于可逆变化的。耐火制品的热膨胀性能主要取决于其化学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矿物组成和所受的温度。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。表示，也可用线膨胀百分率或体积膨胀百分率表示。本讲稿第十页，共七十六页11二、耐火材料的使用性能二、耐火材料的使用性能 通常用来表示耐火材料使用性能的一些指标如耐火度、荷通常用来表示耐火材料使用性能的一些指标如耐火度、荷重软化温度、抗渣性、热稳定性、残余收缩等都是在特定的实重软化温度、抗渣性、热稳定性、残余收缩等都是在特定的实验条件下测定出来的，和实际使用情况有着一定距离。验条件下测定出来的，和实际使用情况有着一定距离。a、耐火度耐火度1、定义：耐火材料抵抗高温而不变形的性能叫耐火度。、定义：耐火材料抵抗高温而不变形的性能叫耐火度。加热时，耐火材料中各种矿物组成之会发生反应，并生成易加热时，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。一定程度时的温度。本讲稿第十一页，共七十六页122、耐火度的测定、耐火度的测定 测定耐火度时，将耐火材料试样制成一个上底每边为测定耐火度时，将耐火材料试样制成一个上底每边为2mm，下底，下底每边为每边为8mm，高，高mm、截面呈等边三角形的三角锥体。把三角锥体、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（放置试锥用的时，此时的温度而弯倒，当锥的顶点弯倒并触及底板（放置试锥用的时，此时的温度（与标准锥比较）称为该材料的耐火度，三角锥体软倒情况如下图所（与标准锥比较）称为该材料的耐火度，三角锥体软倒情况如下图所示。示。应该注意的是：耐火度并不能代表耐火材料的实际使用温度。应该注意的是：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，故实际使械强度，故实际使用温度比测定的耐火度低。用温度比测定的耐火度低。本讲稿第十二页，共七十六页13本讲稿第十三页，共七十六页14b、荷重软化温度、荷重软化温度 耐火材料在常温下的耐压强度很高，但在高温下发生软化，耐压强耐火材料在常温下的耐压强度很高，但在高温下发生软化，耐压强度也就显著降低一般用荷重软化温度来评定耐火材料的高温结构强度。度也就显著降低一般用荷重软化温度来评定耐火材料的高温结构强度。1、定义：荷重软化温度就是耐火材料受压发生一定变形量、定义：荷重软化温度就是耐火材料受压发生一定变形量 的温度。的温度。2、测定方法：、测定方法：将待测耐火材料制成高为将待测耐火材料制成高为50mm，直径为，直径为36mm 圆柱体试样，在圆柱体试样，在196k Pa的荷重压力下，按照一定的升温速度加热，测出试样的开始变的荷重压力下，按照一定的升温速度加热，测出试样的开始变形温度和压缩形温度和压缩4及及40%的温度作为试样的荷重软化温度。的温度作为试样的荷重软化温度。本讲稿第十四页，共七十六页15表表11 某些耐火材料在高温下的结构强度某些耐火材料在高温下的结构强度耐火材料耐火材料名称名称荷重软化开荷重软化开始点温度始点温度t0（）荷重软化终止荷重软化终止点点温度温度t1（）耐火度耐火度t2（）t2-t0（）氧化硅质氧化硅质粘土质粘土质氧化镁质氧化镁质163013501500167016001550173017302000100380500 由表可以看出：氧化硅质耐火材料的荷重软化温度和耐火度接近，因此由表可以看出：氧化硅质耐火材料的荷重软化温度和耐火度接近，因此氧化硅质耐火材的高温结构强度好；而粘土质耐火材料的荷重软化温度远比氧化硅质耐火材的高温结构强度好；而粘土质耐火材料的荷重软化温度远比其耐火度低，这是粘土质耐火材料的一个缺点。氧化镁质耐火材料的耐火度其耐火度低，这是粘土质耐火材料的一个缺点。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。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。本讲稿第十五页，共七十六页16c、热稳定性热稳定性1、定义：耐火材料抵抗温度急剧变化而不破裂或剥落的、定义：耐火材料抵抗温度急剧变化而不破裂或剥落的 能力称热稳定性或称耐急冷急热性。能力称热稳定性或称耐急冷急热性。耐火材料的热稳定性是一个非常重要的性质，因为在很多情况耐火材料的热稳定性是一个非常重要的性质，因为在很多情况下，耐火材料处于温度急剧变化的工作条件下。下，耐火材料处于温度急剧变化的工作条件下。本讲稿第十六页，共七十六页172、测定方法：、测定方法：热稳定性的测定方法很多。我国部颁的测定方法是将试样热稳定性的测定方法很多。我国部颁的测定方法是将试样在在850下加热下加热40分钟后，再置于流动的冷水分钟后，再置于流动的冷水(1020)中冷中冷却，并反复进行几次，直到其脱落部分的重量达到最初总重量却，并反复进行几次，直到其脱落部分的重量达到最初总重量的的20时为止，此时其经受的耐急冷急热次数就作为该材料的时为止，此时其经受的耐急冷急热次数就作为该材料的温度极度抵抗性指标。温度极度抵抗性指标。耐火材料的抵抗温度急变性能，除和它本身的物理性质耐火材料的抵抗温度急变性能，除和它本身的物理性质如膨胀型、导热性、孔隙度等有关外，还与制品的尺寸、形状如膨胀型、导热性、孔隙度等有关外，还与制品的尺寸、形状有关，一般薄的、尺寸不大和形状简单的制品，比厚的、尺寸有关，一般薄的、尺寸不大和形状简单的制品，比厚的、尺寸较大和形状复杂的制品有较好的耐急冷急热性。较大和形状复杂的制品有较好的耐急冷急热性。本讲稿第十七页，共七十六页18d、高温体积稳定性、高温体积稳定性定义：耐火材料在高温下长期使用时体积发生不可逆变化。定义：耐火材料在高温下长期使用时体积发生不可逆变化。有些体积膨胀叫残存膨胀，有些体积收缩叫残存收缩。有些体积膨胀叫残存膨胀，有些体积收缩叫残存收缩。这一变化严重时往往会引起炉子的开裂和倒塌。因此，这一变化严重时往往会引起炉子的开裂和倒塌。因此，使用耐火材料时，对这个性能必须十分注意。使用耐火材料时，对这个性能必须十分注意。和镁砖在使用过程中常产生残存收缩，硅砖常产生和镁砖在使用过程中常产生残存收缩，硅砖常产生膨胀现象。只有碳质制品的高温体积稳定性良好。膨胀现象。只有碳质制品的高温体积稳定性良好。各种耐火材料的残存膨帐和残存收缩的允许值一般为各种耐火材料的残存膨帐和残存收缩的允许值一般为0.5l.0范围内。范围内。本讲稿第十八页，共七十六页19e、抗渣性、抗渣性 耐火材料在高温下抵抗炉渣侵蚀的能力称为抗渣性。耐火材料在高温下抵抗炉渣侵蚀的能力称为抗渣性。耐火材料受炉渣侵蚀的过程是很复杂的，因而使测定抗渣性的方法很耐火材料受炉渣侵蚀的过程是很复杂的，因而使测定抗渣性的方法很难标准化。难标准化。影响材料抗渣性的主要因素有：影响材料抗渣性的主要因素有：a、炉渣化学性质、炉渣化学性质 炉渣主要分酸性渣和碱性渣。炉渣主要分酸性渣和碱性渣。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。差。本讲稿第十九页，共七十六页20b、工作温度、工作温度 温度在温度在800900时，炉渣对材料的侵蚀作用不大显著，但温时，炉渣对材料的侵蚀作用不大显著，但温度达到度达到12001400以上时，材料的抗渣性就大大降低。以上时，材料的抗渣性就大大降低。c、耐火材料的致密程度、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。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。本讲稿第二十页，共七十六页21本次课小结本次课小结1、要求掌握耐火材料的定义及分类的标准。、要求掌握耐火材料的定义及分类的标准。2、重点掌握耐火材料的物理性能和高温使用性能：、重点掌握耐火材料的物理性能和高温使用性能：物理性能包括各种气孔率和热膨胀性。物理性能包括各种气孔率和热膨胀性。高温使用性能包括耐火度、荷重软化温度、抗渣性、高温体积高温使用性能包括耐火度、荷重软化温度、抗渣性、高温体积稳定性等。稳定性等。本讲稿第二十一页，共七十六页222 硅酸铝质耐火材料硅酸铝质耐火材料 硅酸铝质耐火材料是由硅酸铝质耐火材料是由Al2O3和和SiO2及少量杂质所组成，根据其及少量杂质所组成，根据其Al2O3含量不同可分为：含量不同可分为：1、半硅质耐火材料、半硅质耐火材料(含含A12O3 1530%)2、粘土质耐火材料、粘土质耐火材料(含含Al2O3 3046)3、高铝质耐火材料、高铝质耐火材料(含含A12O340%)本讲稿第二十二页，共七十六页232.1 粘土质耐火材料粘土质耐火材料 自然界产出的粘土质耐火材料有耐火粘土和高岭土，主要组成为高自然界产出的粘土质耐火材料有耐火粘土和高岭土，主要组成为高岭石（岭石（Al2O32SiO22H2O），其余部分为），其余部分为K2O、Na2O、CaO、MgO,TiO2及及Fe2O3等杂质，含量约为等杂质，含量约为67。根据根据Al2O3、SiO2和杂质含量的不同，耐火粘土又分为硬质和杂质含量的不同，耐火粘土又分为硬质粘土和软质粘土两种。粘土和软质粘土两种。粘土受热后，首先放出结晶水，继续升高温度，则发生一系粘土受热后，首先放出结晶水，继续升高温度，则发生一系列变化而烧结，用化学式可表示为：列变化而烧结，用化学式可表示为：3（Al2O32SiO2，2H2O）3A12O3.2SiO24SiO26 H2O高岭石高岭石 莫来石莫来石 白硅石白硅石本讲稿第二十三页，共七十六页24l、粘土砖的性质、粘土砖的性质 a、耐火度、耐火度 一般粘土砖的耐火度在一般粘土砖的耐火度在15801730。当温度升高到当温度升高到1545时就产生时就产生液相，砖开始变软，达到液相，砖开始变软，达到1800时全部变成液相。当含有少量碱性化时全部变成液相。当含有少量碱性化合物时，则其耐火度将显著降低。合物时，则其耐火度将显著降低。b、荷重软化温度、荷重软化温度 因为粘土砖在较低的温度下出现液相而开始软比，如果受因为粘土砖在较低的温度下出现液相而开始软比，如果受外力就会变形，所以粘土砖的荷重软化温度比耐火度低很多，只外力就会变形，所以粘土砖的荷重软化温度比耐火度低很多，只有有1350左右。左右。本讲稿第二十四页，共七十六页25c、抗渣性、抗渣性 粘土砖是弱酸性的耐火材料，它能抵抗酸性渣的侵蚀，对碱粘土砖是弱酸性的耐火材料，它能抵抗酸性渣的侵蚀，对碱性渣侵蚀作用的抵抗能力则稍差。性渣侵蚀作用的抵抗能力则稍差。d、热稳定性、热稳定性 粘土砖的热膨胀系数小，所以它的热稳定性好。在粘土砖的热膨胀系数小，所以它的热稳定性好。在850时的水时的水冷次数一般为冷次数一般为l015次。次。e、体积稳定性、体积稳定性 粘土砖在高温下出现再结晶现象，使砖的体积缩小同时产粘土砖在高温下出现再结晶现象，使砖的体积缩小同时产生液相。由于液相表面张力的作用，使固体颗粒相互靠近，气孔生液相。由于液相表面张力的作用，使固体颗粒相互靠近，气孔率低，使砖的体积缩小，因此粘土砖在高温下有残存收缩的性质。率低，使砖的体积缩小，因此粘土砖在高温下有残存收缩的性质。本讲稿第二十五页，共七十六页262、粘土砖用途、粘土砖用途 粘土砖用途广泛。凡无特殊要求的砖体均可用粘土砖筑、高炉、粘土砖用途广泛。凡无特殊要求的砖体均可用粘土砖筑、高炉、热风炉、化铁炉、平炉和电炉等温度较低部分使用粘土砖。盛钢桶、浇热风炉、化铁炉、平炉和电炉等温度较低部分使用粘土砖。盛钢桶、浇铸系统用砖、加热炉、热处理炉、燃烧室、烟道、烟囱等均使用粘土砖。铸系统用砖、加热炉、热处理炉、燃烧室、烟道、烟囱等均使用粘土砖。粘土砖尤其适用于温度变化较大部位。粘土砖尤其适用于温度变化较大部位。本讲稿第二十六页，共七十六页2.2 2.2 高铝质耐火材料高铝质耐火材料 含含Al Al2 2O O3 3在在4646以上，用刚玉、高铝钒土或硅线石系矿物作原料以上，用刚玉、高铝钒土或硅线石系矿物作原料制成的耐火材料统称为高铝质耐火材料。制成的耐火材料统称为高铝质耐火材料。目前以铝钒土为制造高铝质耐火材料的主要原料目前以铝钒土为制造高铝质耐火材料的主要原料 1 1、高铝砖的性质、高铝砖的性质 a a、耐火度、耐火度:17501790:17501790，属于高级耐火材料。，属于高级耐火材料。b b、荷重软化温度、荷重软化温度:比粘土砖高比粘土砖高,没有硅砖高没有硅砖高 c c、抗渣性：、抗渣性：接近于中性耐火材料，抗碱性渣的能力比抗酸接近于中性耐火材料，抗碱性渣的能力比抗酸性渣的能力弱些。性渣的能力弱些。此外，高铝砖的热膨胀系数小，温度急变抵抗性很好，和粘土此外，高铝砖的热膨胀系数小，温度急变抵抗性很好，和粘土砖一样，在高温下也会发生残存收缩。砖一样，在高温下也会发生残存收缩。27本讲稿第二十七页，共七十六页 2 2、高铝砖的用途、高铝砖的用途 常用它来代替高质量的粘土砖和硅砖，以提高炉子的寿常用它来代替高质量的粘土砖和硅砖，以提高炉子的寿命。目前主要用于砌筑高炉、热风炉、电炉炉顶、鼓风炉、命。目前主要用于砌筑高炉、热风炉、电炉炉顶、鼓风炉、反射炉、回转窑内衬。此外，高铝砖还广泛地用做平炉蓄反射炉、回转窑内衬。此外，高铝砖还广泛地用做平炉蓄热式格子砖、浇注系统用的塞头、水口砖等。但高铝砖价热式格子砖、浇注系统用的塞头、水口砖等。但高铝砖价格要比粘土砖高，故用粘土砖能够满足要求的地方就不必格要比粘土砖高，故用粘土砖能够满足要求的地方就不必使用高铝砖。使用高铝砖。28本讲稿第二十八页，共七十六页 4.2.3 4.2.3 半硅质耐火材料半硅质耐火材料 SiO2含量大于含量大于65%，Al2O3含量为含量为1530%的的耐火材料属于半酸性耐火材料或叫半硅砖，其耐火耐火材料属于半酸性耐火材料或叫半硅砖，其耐火度不应低于度不应低于1610。半硅砖的各种性能介于粘土砖和硅砖之间，其半硅砖的各种性能介于粘土砖和硅砖之间，其特点是：特点是：(1)耐火度为耐火度为16501710。(2)热稳定性比粘土砖差，因石英膨胀系数大。热稳定性比粘土砖差，因石英膨胀系数大。(3)荷重软化开始温度为荷重软化开始温度为13501450，因含有较多的石英，故比，因含有较多的石英，故比一般的粘土砖稍高。一般的粘土砖稍高。29本讲稿第二十九页，共七十六页(4)体积稳定性好，因为原料中粘土的收缩被体积稳定性好，因为原料中粘土的收缩被SiO2的膨胀所抵消，的膨胀所抵消，若含若含SiO2多则会有残余膨胀产生。多则会有残余膨胀产生。(5)抗酸性渣的侵蚀性好。抗酸性渣的侵蚀性好。半硅砖所用原料广泛，价格低，加上具有上述特性，半硅砖所用原料广泛，价格低，加上具有上述特性，所以使用范围较广，可以代替二、三等粘土砖。常用以所以使用范围较广，可以代替二、三等粘土砖。常用以砌筑化铁炉内衬，加热炉炉顶和烟囱等。砌筑化铁炉内衬，加热炉炉顶和烟囱等。30本讲稿第三十页，共七十六页3 氧化硅质耐火材料氧化硅质耐火材料 硅砖就是一种含硅砖就是一种含SiOSiO2 2在在93%93%以上的氧化硅质耐火以上的氧化硅质耐火材料。材料。3.1 3.1 二氧化硅的结晶转变二氧化硅的结晶转变 二氧化硅在不同温度下的结晶状态（同素异晶二氧化硅在不同温度下的结晶状态（同素异晶体）有下列几种：体）有下列几种：（1 1）一石英，一石英，一石英；一石英；（2 2）鳞石英，鳞石英，鳞石英，鳞石英，鳞石英；鳞石英；（3 3）白硅石，白硅石，白硅石。白硅石。以上以上 是指较高温度下的结晶形态，是指较高温度下的结晶形态，和和 是指较低温度是指较低温度下的结晶形态。下的结晶形态。31本讲稿第三十一页，共七十六页 SiO2的各种同素异晶体在不同温度下会发生的各种同素异晶体在不同温度下会发生转变，这种转变按其本质的不同可分为下列两转变，这种转变按其本质的不同可分为下列两类：类：1、迟钝型转变、迟钝型转变 这是由一种结晶构造过渡到另一种新的结这是由一种结晶构造过渡到另一种新的结晶构造。这种转变是从结晶的边缘开始的，极晶构造。这种转变是从结晶的边缘开始的，极其缓慢地发展到结晶中心，所以需要很长的时其缓慢地发展到结晶中心，所以需要很长的时间且在一定温度范围下才能完成。间且在一定温度范围下才能完成。迟钝型转变一般只向着一个方向进行迟钝型转变一般只向着一个方向进行。32本讲稿第三十二页，共七十六页SiO2结晶的迟钝型转变有：结晶的迟钝型转变有：(1)(2)(3)(4)33本讲稿第三十三页，共七十六页2 2、高低型转变、高低型转变 这种转变不是由结晶表面逐渐向中心发展，而是这种转变不是由结晶表面逐渐向中心发展，而是整个结晶同时转变。在转变时结晶内部结构变化较整个结晶同时转变。在转变时结晶内部结构变化较小，所以转变是可逆的。属于这类转变的有：小，所以转变是可逆的。属于这类转变的有：（1 1）（2 2）（3 3）（4 4）34本讲稿第三十四页，共七十六页 硅砖在烧成过程中所进行的各种结晶转变可用图硅砖在烧成过程中所进行的各种结晶转变可用图4 44 4表示。表示。35本讲稿第三十五页，共七十六页36 氧化硅质耐火材料最大的特点氧化硅质耐火材料最大的特点是在晶型变化的同在晶型变化的同时还伴随有体积的变化时还伴随有体积的变化。现以烧成后的硅砖在使用时的情况来看，现以烧成后的硅砖在使用时的情况来看，白硅白硅石转变为石转变为一白硅石时体积膨胀一白硅石时体积膨胀2.8%，较之，较之鳞石英时鳞石英时大得多，故产生较大的应力，有时会发生破裂。若硅砖内大得多，故产生较大的应力，有时会发生破裂。若硅砖内还含有没有来得及转变的还含有没有来得及转变的一石英，则在高温下会继续一石英，则在高温下会继续进行迟钝型的转变，进行迟钝型的转变，这时体积膨胀会更大。这时体积膨胀会更大。本讲稿第三十六页，共七十六页37 由于上述原因，故一般希望烧成后硅砖中的鳞石由于上述原因，故一般希望烧成后硅砖中的鳞石英愈多愈好，白硅石次之，残存石英愈少愈好英愈多愈好，白硅石次之，残存石英愈少愈好。本讲稿第三十七页，共七十六页3.2 硅砖的性质及用途硅砖的性质及用途1 1、硅砖的性能、硅砖的性能（1 1）属酸性耐火材料，对酸性渣侵蚀的抵抗能力强，）属酸性耐火材料，对酸性渣侵蚀的抵抗能力强，对碱性渣侵蚀的抵抗能力弱。对碱性渣侵蚀的抵抗能力弱。（2 2）耐火度较一般粘土砖高，达）耐火度较一般粘土砖高，达1710171017301730。（3 3）荷重软化温度高，几乎接近其耐火度，一般都在）荷重软化温度高，几乎接近其耐火度，一般都在16201620以上，这是硅砖的最大优点。以上，这是硅砖的最大优点。（4 4）热稳定性差，水冷次数只有）热稳定性差，水冷次数只有1 12 2次，这主要是因次，这主要是因为有高低型晶体转变的缘故，所以硅砖不宜用于温为有高低型晶体转变的缘故，所以硅砖不宜用于温度有急变之处。度有急变之处。38本讲稿第三十八页，共七十六页（5 5）体积稳定性差，加热时产生体积膨胀，故砌砖时必须）体积稳定性差，加热时产生体积膨胀，故砌砖时必须注意留出适当的膨胀缝。此外，硅砖在低温下体积变化注意留出适当的膨胀缝。此外，硅砖在低温下体积变化更大，所以烘烤炉子时，低温下（更大，所以烘烤炉子时，低温下（600600以下）升温应缓以下）升温应缓慢。慢。（6 6）硅砖的真比重一般情况下其变化范围为）硅砖的真比重一般情况下其变化范围为2.332.332.422.42，以小为好，真比重小，说明石英晶型转变完全，使用过以小为好，真比重小，说明石英晶型转变完全，使用过程的残余膨胀就小。程的残余膨胀就小。39本讲稿第三十九页，共七十六页2、硅砖的用途、硅砖的用途 硅砖是酸性冶炼设备的主要砌筑材料，也是炼硅砖是酸性冶炼设备的主要砌筑材料，也是炼焦炉、铜熔炼炉等不可缺少的筑炉材料。由于硅砖焦炉、铜熔炼炉等不可缺少的筑炉材料。由于硅砖的荷重软化温度高，因而也可用在碱性平炉和电炉的荷重软化温度高，因而也可用在碱性平炉和电炉炉顶上，甚至蓄热室上层格子砖也可用它来砌筑。炉顶上，甚至蓄热室上层格子砖也可用它来砌筑。使用硅砖时应注意下列事项：使用硅砖时应注意下列事项：（1）硅砖在）硅砖在200300和和578时由于高低型晶型时由于高低型晶型 转变，体积骤然膨胀，故在烘炉时在转变，体积骤然膨胀，故在烘炉时在600以以 下升温不宜太快，否则有破裂的危险。在冷却下升温不宜太快，否则有破裂的危险。在冷却 至至600以下时应避免剧烈的温度变化。以下时应避免剧烈的温度变化。（2）尽量避免和碱性炉渣接触。）尽量避免和碱性炉渣接触。40本讲稿第四十页，共七十六页4 氧化镁质及其它碱性耐火材料氧化镁质及其它碱性耐火材料4.1 镁石质耐火材料镁石质耐火材料 含氧化镁（含氧化镁（MgO）在）在8095以上的耐火材以上的耐火材料，属于镁石质耐火材料（主要是镁砖）。料，属于镁石质耐火材料（主要是镁砖）。制造镁石质耐火材料的原料是菱镁矿。它的主制造镁石质耐火材料的原料是菱镁矿。它的主要成分是要成分是MgCO3,此外还含有此外还含有CaO、SiO2、Fe2O3等杂质。菱镁矿必须经过煅烧才能使用。等杂质。菱镁矿必须经过煅烧才能使用。烧成后的镁砖中矿物组成为：方镁石（烧成后的镁砖中矿物组成为：方镁石（MgO）占占8090%；铁酸镁（；铁酸镁（MgOFe2O3）,镁橄榄石镁橄榄石（2MgOSiO2），钙镁橄榄石（），钙镁橄榄石（CaOMgOSiO2）以及玻璃质等，共约以及玻璃质等，共约820。41本讲稿第四十一页，共七十六页1 1、镁砖的主要性能、镁砖的主要性能 a、耐火度、耐火度 因为方镁石（因为方镁石（MgO）结晶的熔点很高，可达）结晶的熔点很高，可达2800，故镁，故镁砖的耐火度在一般耐火砖中是最高的，通常在砖的耐火度在一般耐火砖中是最高的，通常在000以上。以上。这是镁砖的优点之一，常用做高温燃烧室或熔炼炉的砌筑这是镁砖的优点之一，常用做高温燃烧室或熔炼炉的砌筑料。料。b、高温结构强度、高温结构强度 镁砖的高温强度不好，荷重开始软化温度在镁砖的高温强度不好，荷重开始软化温度在15001550之间，比耐火度低之间，比耐火度低500以上，所以，不用镁以上，所以，不用镁砖砌筑高温炉的炉拱，以免在高温下受压变形，因炉拱砖砖砌筑高温炉的炉拱，以免在高温下受压变形，因炉拱砖承受的挤压力较大。承受的挤压力较大。42本讲稿第四十二页，共七十六页 c、抗渣性、抗渣性 镁砖属于碱性耐火材料，对于镁砖属于碱性耐火材料，对于CaO、FeO等碱性熔渣的抵抗等碱性熔渣的抵抗能力很强，故通常用做碱性熔炼炉的砌筑材料，但对于酸渣能力很强，故通常用做碱性熔炼炉的砌筑材料，但对于酸渣的抵抗力则很差。镁砖不能与酸性耐火材料相接触。的抵抗力则很差。镁砖不能与酸性耐火材料相接触。d、热稳定性、热稳定性 镁砖的热稳定性很差，只能承受水冷镁砖的热稳定性很差，只能承受水冷28次。次。e、体积稳定性、体积稳定性 镁砖的热膨胀系数大，在镁砖的热膨胀系数大，在201500之间的线膨胀系数为之间的线膨胀系数为14.3106，故砌砖过程中，应留足够的膨胀缝。，故砌砖过程中，应留足够的膨胀缝。43本讲稿第四十三页，共七十六页f、导热性、导热性 镁砖的导热能力约为粘土砖的几倍。故镁砖砌筑的炉体外层，一般应有足够的隔热层，镁砖的导热能力约为粘土砖的几倍。故镁砖砌筑的炉体外层，一般应有足够的隔热层，以减少散热损失。不过镁砖的导热性随温度升高而下降。以减少散热损失。不过镁砖的导热性随温度升高而下降。g、水化性水化性 煅烧不够的氧化镁与水作用，产生以下反应：煅烧不够的氧化镁与水作用，产生以下反应：MgO+H2OMg（OH）2 这称为水化反应。由于此反应，体积膨胀这称为水化反应。由于此反应，体积膨胀77.7%，使镁砖遭受严重破坏，产生裂纹或崩落。，使镁砖遭受严重破坏，产生裂纹或崩落。镁砖在储存过程中必须注意防潮。镁砖在储存过程中必须注意防潮。44本讲稿第四十四页，共七十六页452、镁砖的应用、镁砖的应用。炼钢工业中可用来砌筑碱性平炉炉底和炉墙，顶吹转炉炉衬，炼钢工业中可用来砌筑碱性平炉炉底和炉墙，顶吹转炉炉衬，电弧炉炉墙、炉底，均热炉和加热炉炉底，混铁炉内衬。有色冶电弧炉炉墙、炉底，均热炉和加热炉炉底，混铁炉内衬。有色冶金工业中用以砌筑铜、镍、铅鼓风炉炉缸、前床，精炼铜反射炉，金工业中用以砌筑铜、镍、铅鼓风炉炉缸、前床，精炼铜反射炉，矿石电炉内村等。矿石电炉内村等。本讲稿第四十五页，共七十六页1、镁铝砖、镁铝砖 镁铝砖是采用含钙少的煅烧镁砂（镁铝砖是采用含钙少的煅烧镁砂（MgO90%，CaO2.2%）作原料，）作原料，加入约加入约8%的工业氧化铝粉，以亚硫酸纸浆废液做结合剂，在的工业氧化铝粉，以亚硫酸纸浆废液做结合剂，在1580的高温下烧成的制品。的高温下烧成的制品。镁铝砖的矿相组成是以方镁石为主晶，镁铝尖晶石（镁铝砖的矿相组成是以方镁石为主晶，镁铝尖晶石（MgO.Al2O3）为基质。后者代替镁砖中的钙镁橄榄石，成为方镁石的结合剂。为基质。后者代替镁砖中的钙镁橄榄石，成为方镁石的结合剂。镁铝砖与镁砖比较，具有以下特点：镁铝砖与镁砖比较，具有以下特点：464.2 镁铝砖、镁铬砖和镁碳砖镁铝砖、镁铬砖和镁碳砖本讲稿第四十六页，共七十六页（1）镁铝砖的耐急冷急热性好，可承受水冷）镁铝砖的耐急冷急热性好，可承受水冷2025次，甚至更高。次，甚至更高。（2）由于镁铝尖晶石本身的熔点较高，故镁铝砖的高温结构强度比镁）由于镁铝尖晶石本身的熔点较高，故镁铝砖的高温结构强度比镁砖有所改善，达到砖有所改善，达到15201580，甚至更高。，甚至更高。镁铝砖具有以上优良性能，故在我国已广泛用做炼钢镁铝砖具有以上优良性能，故在我国已广泛用做炼钢平炉，炼铜反射炉等高温熔炼炉炉顶的砌筑材料，取得了平炉，炼铜反射炉等高温熔炼炉炉顶的砌筑材料，取得了延长炉子寿命的效果。大型平炉可达延长炉子寿命的效果。大型平炉可达300炉左右，中小型炉左右，中小型平炉在平炉在1000炉以上。炉以上。47本讲稿第四十七页，共七十六页2、镁铬砖、镁铬砖 镁铬砖是加铬铁矿于烧结镁砂中做为原料制成的含镁铬砖是加铬铁矿于烧结镁砂中做为原料制成的含Cr2O38的耐的耐火制品，火制品，其主要矿相组成为方镁石和含铬尖晶石（其主要矿相组成为方镁石和含铬尖晶石（MgO.Cr2O3）。）。镁铬砖对碱性熔渣的侵蚀有一定的抵抗能力，高温下的镁铬砖对碱性熔渣的侵蚀有一定的抵抗能力，高温下的体积稳定性好，在体积稳定性好，在1500时重烧线收缩很小。主要缺点是铬尖时重烧线收缩很小。主要缺点是铬尖晶石吸收氧化铁后，使砖的组织改变，引起晶石吸收氧化铁后，使砖的组织改变，引起“暴胀暴胀”，加速砖的，加速砖的损坏。损坏。镁铬砖常用来砌筑炼铜炉、电炉、回转窑及平炉的某些部镁铬砖常用来砌筑炼铜炉、电炉、回转窑及平炉的某些部位。位。48本讲稿第四十八页，共七十六页3、铬质耐火砖、铬质耐火砖 含含Cr2O3量较高（量较高（30%以上），而以上），而MgO量较少量较少（1030%）的耐火砖为铬质耐火砖。）的耐火砖为铬质耐火砖。它的主要特性是属于中性耐火材料，因为它的主要特性是属于中性耐火材料，因为Cr2O3属于中属于中性氧化物，故对碱性熔渣和酸性熔渣都有良好的抵抗能力。性氧化物，故对碱性熔渣和酸性熔渣都有良好的抵抗能力。铬砖有时用来砌筑在酸性耐火砖和碱性耐火砖交界的地方，铬砖有时用来砌筑在酸性耐火砖和碱性耐火砖交界的地方，以免酸性耐火砖与碱性耐火砖之间在高温下起反应。以免酸性耐火砖与碱性耐火砖之间在高温下起反应。49本讲稿第四十九页，共七十六页4、镁碳砖、镁碳砖 镁碳砖是采用高纯度镁砂、电熔镁砂、石墨粉为原料，镁碳砖是采用高纯度镁砂、电熔镁砂、石墨粉为原料，以中温沥青为结合剂，高压成型而制成。以中温沥青为结合剂，高压成型而制成。镁碳砖在我国是近几年来发展起来的一种新型高级耐火材镁碳砖在我国是近几年来发展起来的一种新型高级耐火材料。该制品具有热稳定性好，荷重软化温度与高温抗折强度高，料。该制品具有热稳定性好，荷重软化温度与高温抗折强度高，抗碱性渣侵蚀能力强的特点。抗碱性渣侵蚀能力强的特点。镁碳砖是当前炼钢炉采用的主要耐火材料之一，它主要镁碳砖是当前炼钢炉采用的主要耐火材料之一，它主要用于转炉、电炉的渣线部位其炉衬及炉外精炼的钢包等。用于转炉、电炉的渣线部位其炉衬及炉外精炼的钢包等。由于其性能比镁砖和焦油白云石砖好，故用在炼钢炉上炉由于其性能比镁砖和焦油白云石砖好，故用在炼钢炉上炉龄寿命可大大提高。龄寿命可大大提高。50本讲稿第五十页，共七十六页 白云石质耐火材料是以白云石为主要材料制成的，含白云石质耐火材料是以白云石为主要材料制成的，含CaO在在40%以上，以上，MgO大于大于30%的耐火制品。的耐火制品。白云石的化学组成为白云石的化学组成为MgCO3CaCO3，必须经过高温，必须经过高温(15001600)煅烧，才能使用。煅烧，才能使用。煅烧后的白云石熟料，主要矿相组成为方镁石（煅烧后的白云石熟料，主要矿相组成为方镁石（MgO）以及以及CaO晶型。熟料破碎至一定粒度，通常称为冶金白晶型。熟料破碎至一定粒度，通常称为冶金白云石砂，可做制砖原料。云石砂，可做制砖原料。514.3 白云石质火材料白云石质火材料本讲稿第五十一页，共七十六页5 其他耐火材料、散状耐火材料和隔热材料其他耐火材料、散状耐火材料和隔热材料5.1 碳质耐火材料碳质耐火材料 碳质耐火材料是用碳及其化合物制成的。包括碳质制品、石墨粘土质制品、碳质耐火材料是用碳及其化合物制成的。包括碳质制品、石墨粘土质制品、碳化硅制品等。碳化硅制品等。含碳耐火材料具有下列特性：含碳耐火材料具有下列特性：（1）耐火度高，因为碳实际上是不熔化的物质，在）耐火度高，因为碳实际上是不熔化的物质，在3500时升华；时升华；（2）碳质制品是中性耐火材料，具有很好的抗渣性；）碳质制品是中性耐火材料，具有很好的抗渣性；（3）高的导热性和导电性；）高的导热性和导电性；（4）热膨胀系数小，热稳定性好）热膨胀系数小，热稳定性好;52本讲稿第五十二页，共七十六页（5）高温强度高，耐磨性好；）高温强度高，耐磨性好；（6）碳和石墨在氧化气氛中会燃烧，碳化硅在高温下也慢慢发生氧）碳和石墨在氧化气氛中会燃烧，碳化硅在高温下也慢慢发生氧化作用，这是含碳耐火材料的主要缺点。化作用，这是含碳耐火材料的主要缺点。1、碳质制品、碳质制品 冶金工业所使用的碳质制品主要是碳砖。目前碳砖用以砌冶金工业所使用的碳质制品主要是碳砖。目前碳砖用以砌筑高炉风口以下的炉缸和炉底部位，也用来做铝电解槽的内衬。筑高炉风口以下的炉缸和炉底部位，也用来做铝电解槽的内衬。中小型高炉常在现场采用碳质材料直接捣固的技术。中小型高炉常在现场采用碳质材料直接捣固的技术。高炉使用碳