耐火材料基础知识精选文档.ppt
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1、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
2、、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
3、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
4、,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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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t
12、0()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
13、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
14、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
15、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,
16、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
17、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
18、、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
19、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
20、、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
21、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
22、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
23、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
24、。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。
25、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
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