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1、耐火材料工艺原理复习资料第一章 绪论1.定义。耐火材料是耐火度不低于1580的无机非金属材料（传统）。或耐火材料为物理与化学性质适宜于在高温下使用的非金属材料，但不排除某些产品可含有一定量的金属材料（国标）。2.填空。耐火材料按化学性质可分为酸性耐火材料、碱性耐火材料、中性耐火材料；按供给形态可分为定型耐火材料和不定型耐火材料；按耐火度可分为普通耐火材料、高级耐火材料、特级耐火材料、超级耐火材料；按加工制造工艺可分为烧成砖耐火材料、熔铸砖耐火材料、不烧砖耐火材料。按化学矿物组成可分为硅质耐火材料、硅酸铝质耐火材料、镁质耐火材料、白云石质耐火材料、铬质耐火材料、锆质耐火材料、碳复合耐火材料、特种
2、耐火材料。（必考一种）3.不定型耐火材料的品种很多，主要有浇注料、可塑料、捣打料、干式料、喷射料、接缝料、挤压料、涂料、炮泥、泥浆等。第二章 耐火材料显微结构与性质一、耐火材料的显微结构1.填空。耐火材料的性质包括：化学矿物组成、组织结构、力学性质、热学性质和高温使用性能。或耐火材料的性质包括：物理性质、使用性能和工作性能。2.物理性质是指材料本身固有的特性，包括导热系数、热膨胀系数、热容等热学性质；常温与高温下的耐压强度、抗折强度、弹性模量、泊松比、断裂韧性等力学性质以及真密度、体积密度、气孔率（开口气孔率（显气孔率）、闭气孔率、真气孔率（总气孔率）、吸水率、透气度等表示材料致密程度的性质等
3、等。3.耐火材料的使用性能多半是指在使用条件下抵抗损毁能力的性能。包括抗渣性、抗热震性、耐火度、高温荷重软化温度、高温蠕变性、高温体积稳定性（重烧线变化）等。耐火材料的使用性能对其使用寿命有很大影响。除了耐火度外，它们决定于材料的物质组成和显微结构，而耐火度主要与其化学成分有关。4.耐火材料的工作性能主要指的是其在制造和施工过程中表现出来的性质，如在压制过程中泥料的可压缩性，浇注料在施工过程中的流动性等。它们不像使用性能那样受到显微结构的影响，而是反过来对耐火材料的显微结构产生影响。5.填空。耐火材料高温使用性质包括：耐火度、荷重软化温度、高温蠕变性、高温体积稳定性、热震稳定性、抗渣性。6.耐
4、火材料两大损毁原因：热震损坏和渣蚀损毁。因此耐火材料的抗热震性和抗渣性十分重要。7.耐火度（即，耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性质）的大小，是耐火材料抵抗高温作用的性能标志。8.选用耐火材料，仅凭耐火度的高低，是否科学可行？答：否。耐火材料作为构筑热工设备的高温结构材料，在使用过程中除了承受高温作用外，还要不同程度的受到机械应力、热应力的作用，高温气体、熔体以及固体介质的侵蚀、冲刷和磨损作用等等。也即，可能同时受到物理、化学和机械方面的作用。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的性质。也即，应该全面具备抵抗上述作用的性质，如在高温时不易熔化软化、不易被溶蚀和
5、磨损、不易崩裂剥落等等。9.简答。杂质成分与制品的高温性质之间的关系。答：（1）开始生成液相量减少，荷重开始变形温度越高。（2）生成液相量的温度曲线越平缓，荷重变形温度范围越宽。（3）耐火度与开始生成的液相量有关。（4）原料和制造方法相同而配料比不同时，开始生成液相量多的制品其热震稳定性和抗渣性低，而常温耐渣强度大。10.杂质的存在，往往能与主成分在高温下发生反应，生成低熔性或大量的液相，从而降低耐火材料基体的耐火性能，故也称之为熔剂。杂质成分的危害性所带来的溶剂作用，除了能使耐火材料的高温性能降低的危害作用外，也有降低烧结温度、促进配合料烧结的有利作用。11.简答。杂质成分的危害性。答：（1
6、）一些杂质成分自身的熔点低。（2）一般杂质成分或含杂质成分的化合物与主成分相互作用，可在很低温度下形成共熔液相。（3）即使杂质成分或含杂质成分的化合物与主成分相互作用的共熔液相温度不算低，但在此温度下液相量多。（4）一般杂质成分或含杂质成分的化合物与主成分相互作用的共熔液相，随温度升高液相量急剧增加、液相粘度减小、液相对主成分物相的润湿性更好。12.Al2O3对SiO2的溶剂作用比TiO2强。13.填空。耐火材料主成分是耐火材料化学组成的主体成分，是耐火材料的特性基础，它的性质和质量直接决定制品的性质，含量高。耐火材料副成分是耐火材料化学组成的从属成分，来源于原料中的杂质成分和工艺过程中混入或
7、有意加入的添加剂成分，含量低。（二考一）14.耐火材料的化学组成是耐火材料制品的基本特性，耐火材料的许多性质取决于化学组成。15.为了促进某些高温物理化学反应、降低烧成温度，或因生产工艺（注浆成型的减水剂）及施工的需要（浇注料流动性和致密性），或是为了得到有益的物相组成（硅砖生产中的矿化剂、氧化锆材料中的稳定剂等），有时需要在配合料中加入少量的添加剂（如矿化剂、稳定剂、烧结剂、减水剂、润滑剂、助磨剂等）。16.为什么凡涉及高温性质，其测试条件并不完全符合耐火材料的使用条件？答：因为一些耐火材料的使用期限长达数年，而实验室中不可能进行长达数年的性质测试。尽管由于测试条件与实际使用条件有差别，单凭
8、耐火材料性质测试结果不能准确预示耐火材料在实际使用时的工作性能和推知其使用寿命，但是仍然可用于选择和改进耐火材料、推测判断其高温使用状态的参考依据。17填空。耐火材料是由固相（包括结晶相和玻璃相）和气孔两部分组成的非均质体。耐火制品气相矿物相玻璃相结晶相次晶相主晶相固相耐火制品一般为多相聚集体。18.耐火材料的相组成：晶相、玻璃相（液相）与气相。气相包括在耐火材料结构中的气孔和裂纹。19.主晶相：指构成耐火制品结构的主体而且熔点较高的结晶相。主晶相的性质、数量、结合状态直接决定着耐火制品的性质。20.次晶相（又称第二固相）：是在高温下与主晶相共存且熔点较高的第二晶相。次晶相的存在，可以提高耐火
9、制品中固相间的直接结合，即提高制品中结晶相的固固结合程度，从而可以提高制品的高温结构强度以及抗熔渣渗透、侵蚀的能力。21.基质：填充于主晶相之间的不同成分的结晶矿物和玻璃相统称为基质，也称为结合相。相对而言，基质的数量不多，但基质的组成和形态对耐火制品的高温性质和抗侵蚀性能起着决定性影响。因为基质对于主晶相而言是制品的相对薄弱之处，在使用中无论物理因素还是化学因素的破坏，往往首先从基质部分开始，基质被破坏后主晶相失去基质保护才被破坏。22.显微结构：在光学与电子显微镜下分辨出的试样中所含有相的种类及各相的数量、形状、大小、分布取向和它们相互之间的关系。耐火材料的显微组织结构表征的是耐火材料中主
10、晶相与基质间的结合形态。23.陶瓷结合型（又称硅酸盐结合或基质胶结）显微结构的特征：耐火制品主晶相之间由低熔点的硅酸盐相（非晶质和晶质）连接在一起而形成的结合。如粘土砖、硅砖、普通镁砖等。24.直接结合型显微结构的特征：高熔点主晶相之间或主晶相与次晶相间直接接触产生结晶网络的一种结合，而不是靠低熔点的硅酸盐相产生的结合。如高纯镁砖、镁铬砖等。二、耐火材料的物理性质1.气孔率：气孔的体积与试样的体积之比。2.填空。耐火材料气孔类型按气性原理可分为开口气孔和闭口气孔（贯通和非贯通）。3.一般耐火砖的开口气孔率为20%左右，熔铸砖的开口气孔率和闭口气孔率都很小；轻质隔热砖的闭口气孔率很大；粘土砖的闭
11、口气孔率为3%左右。4.真密度：指不包括气孔的单位体积耐火材料的质量。比重瓶法5.体积密度：带有气孔的干燥材料的质量与其总体积之比值，即单位表观体积的质量。是表征制品致密度的技术指标，是制品中气孔体积和矿物组成的综合反映。6.不同化学矿物组成的制品，比较体积密度没有意义；只有当制品的化学矿物组成一定时，体积密度才是衡量制品中气孔体积多少的指标。7.测定耐火材料体积的方法：阿基米德法。8.吸水率：带有气孔的材料中所有开口气孔所吸的水的质量与其干燥材料质量之比。鉴定原料煅烧质量，烧结良好则吸水率低。9.透气度：是表示气体通过耐火制品难易程度的特征值。其物理意义是，在一定时间内和一定压差下，气体通过
12、一定面积和厚度试样的气体量。10.热容：物体温度升高1K所需要的能量(J/K)。热容越大，材料的蓄热量越大，在选用蓄热室用耐火材料时，热容是一个需要考虑的因素。在获得相同热量的情况下，热容大的耐火材料温升低于热容小的耐火材料的温升，因而有利于抗热震性的提高。11.热导率：是指单位温度梯度下，在单位时间内通过单位面积的热量（W/(mK)）。12.导热的实质：晶格质点的热振动，邻近质点由于热振动的相互作用，发生能量转移而实现热量的传递（即，通过晶格振动的格波来传输的，声子导热）。13.热导率的实际测定方法分为稳态法和非稳态法两种。前者最常用的是 水流量平板法，并使待测试样处于稳定的温度场中；后者最
13、常用的是 热线法（十字热线法和平行热线法），并使待测试样处于变化的温度场中。（平板法、热线法、激光法）14.水流量平板法适用于热面温度在2001300、热导率在0.032.00 W/(mK)之间的热导率测定；十字热线法适用于测试温度1250、热导率1.5 W/(mK)、热扩散率10-6m/s的耐火材料；平行热线法适用于测试温度1250、热导率25/(mK)的耐火材料。15.影响热导率的因素：答：、化学矿物组成与晶体结构的复杂程度。一般耐火制品中，当化学组分数与杂质多、形成的固溶体多、玻璃液相多、晶体结构复杂程度高时，制品的热导率相对就较小。例如：镁铝尖晶石（MgAl2O4）比刚玉（Al2O3）
14、、方镁石（MgO）晶体结构复杂程度高，则镁铝尖晶石（MgAl2O4）热导率较小；莫来石(3Al2O32 SiO2)比镁铝尖晶石（MgAl2O4）结构复杂程度高，则莫来石(3Al2O32 SiO2)热导率更小。玻璃相中质点排列的有序程度比晶体低，玻璃相热导率比晶体的小，如石英玻璃石英晶体。、气孔与微裂纹。气体的热导率低，耐火材料的微小气体孔隙阻碍热量传递，所以高气孔率的耐火材料的热导率一般都较小。但较多大尺寸气孔的存在会导致材料的高温热导率增加。因此，轻质隔热耐火材料中的气孔应设置为微细众多的孔隙结构，以便使其具有很小热导率的性质。微裂纹使材料的热导率降低。、温度。晶相物质随温度升高，热导率减小
15、；玻璃相等物质随温度升高，热导率增大。16.质点的相对原子质量愈小、密度愈小，弹性模量愈大，构成的材料的导热系数愈大。多晶体的导热系数比单晶小。一般情况下，晶粒越小，晶界越多，对导热系数的影响就越大。17.定义。热膨胀是指体积或长度随着温度升高而增大的物理性质，其原因是非谐性振动增大了物体中原子的间距，从而使体积膨胀。18.填空或判断。线膨胀率=(LT-L0)/L0 平均线膨胀率=(LT-L0)/L0(T-T0)=L/(L0T)19.热膨胀产生的原因：材料中原子受热激发的非谐性振动，使原子间的间距增大而产生的长度或体积膨胀。20.热膨胀百分率：耐火材料由室温升至试验温度，试样体积或长度的变化百分率。21.热膨胀系数：耐火材料由室温升至试验温度，温度每升高1试样长度的相对变化率。22.常用的技术指标：线膨胀百分率和线膨胀系数。23.常见的热膨胀系数测定方法：顶杆法和望远镜法。24.热膨胀系数大的耐火材料的抗热震性一般较差。在温度急变的使用场合，应首选热膨胀系数低的耐火材料。25.若线膨胀系数（）很小，则体膨胀系数（），3。26.影响材料热膨胀特性的因素：答：、化学矿物组成。碱性耐火材料酸性耐火材料；在加热过程中存在多晶转变的材料，其热膨胀系数的变化不均匀，在相变点处会发生突变（硅质制品和氧化锆质制品）；材料中含有较多低熔液相或挥发性成分时，热
