耐火材料基础知识.

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1、1.耐火材料的力学性能 耐压强度 抗折强度 粘结强度 一、耐火材料基本知识概述 2.耐火材料的热学性能 一、耐火材料基本知识概述 热膨胀性 导热性 热容 重烧线变化 3.耐火材料的使用性能 一、耐火材料基本知识概述 耐火度 荷重软化温度 抗热态蠕变性 热震稳定性 抗渣性、抗氧化性、抗水化性、抗爆 裂性、抗碱性、耐磨性。 耐火度 耐火度是指耐材在无荷重时抵抗高温作 用而不融化的性能。 影响耐火度的因素 主要是耐火制品的化学成分，矿物组成及其分 布状态；各种杂质成分特别是具有强溶剂作用 的成分会严重降低制品的耐火度；成分分布不 均同样也会降低制品的耐火度： 值得一提的是，耐火度虽然是判定耐火材料质

2、量 尤其是化学纯度的一个指标，但在该温度范围材 料已不再具有结构强度和机械强度，故认为耐材 的耐火度越高，使用温度越高和越耐用的看法是 不正确的。 荷重软化温度 荷重软化温度是指耐材制品在承受恒定荷载和 持续升温条件下，产生一定变形量对应的温度 ，是耐材制品在荷重、升温及时间的综合作用 下性能的特征值。 荷重软化温度的测定一般是加压0.2MPA（隔热 定形耐材制品0.05MPA），从试样膨胀的最高点 压缩至它原始高度的0.6%为软化开始温度（国际 标准为0.5%），4%为软化变形温度，40%为变 形温度。 决定荷重软化温度的主要因素是制品的化学- 矿物组成，高荷重软化温度的晶相或液相，较 少的

3、有害杂质都有利于制品荷重软化温度的提 高，另外，优良的生产工艺也与制品的荷重软 化温度直接相关。 几种耐材的荷重软化温度变化曲线 抗热态蠕变性 耐火材料的热态蠕变性即时指材料在恒定温 度、恒定荷载的作用下变形随时间的变化，一 般用变形率与时间的关系曲线或蠕变速率来表 示。由于施加荷重的方式不同，可分为热态压 缩蠕变、热态拉伸蠕变、热态抗折蠕变和热态 扭转蠕变等； 由于耐材在热态、荷重条件下的变形量及时间 -形变曲线，是随着材质、升温速率、恒定温 度、荷载大小等诸多因素的变化而变化的，而 且差异极大。因此对不同材质的不同制品，需 根据其使用条件不同，单独规定其热态蠕变试 验温度等条件要求。 热震

4、稳定性 耐火材料抵抗温度急剧变化而不被破坏 的性能称为热震稳定性，通常用加热试 样后可经受水冷或风冷的次数或热震后 残余强度的保持率来表示； 影响耐火制品抗热震的主要因素为制品 的物理性能和显微结构，特别是热膨胀 性、热导率等；一般来讲，耐火制品的 热膨胀率越大，抗热震性越差；制品的 热导率越高，抗热震性越好。 热膨胀性 热膨胀性是指其体积或长度随着温度升 高而增大的性质。 影响热膨胀性的因素 材料的热膨胀性与其晶体结构和键强密 切相关，具体如下： 1.键强高的材料如SIC具有低的热膨胀系数； 2.对于组成相同的材料，结构不同，热膨胀性能 也不同。通常结构紧密的晶体热膨胀系数都较大 ，而类似于

5、无定形的玻璃，则具有较小的膨胀系 数；键强高的材料如SIC具有低的热膨胀系数； 3.对于氧离子紧密堆积结构的氧化物，由于氧离 子紧密接触以及相互热振动，一般热膨胀系数较 大，如氧化镁、氧化铝等； 4.在非同向性晶体中，其热膨胀的各向异性十分 明显，各晶轴方向的热膨胀系数不等； 5.结构上高度各向异性的材料，其体积膨胀系数 都很小，可作为一种优良的抗热震材料，如瑾青 石； 对于耐火材料来说，热膨胀系数主要取决于它 的化学矿物组成，当制品中含有多晶转变的晶体 时，将导致热膨胀的不均匀变化，在相变点会发 生突变，例如硅质制品； 耐火材料的热膨胀对其热震稳定性有直接影响 ，对于热膨胀大的以及有多晶转变

6、的制品，无论 在烧成或者使用时均要注意。 名称粘土砖砖莫来石 砖砖 莫来石 刚刚玉砖砖 刚刚玉砖砖半硅砖砖硅砖砖镁砖镁砖 平均热 膨胀系 数（20- 1000oC ）10-6 4.56. 0 5.55. 8 7.07.58.08. 5 7.07.911.513. 0 14.015.0 常用耐火制品平均热膨胀系数 导热性 导热性是指单位时间内、单位温度梯度 时，单位面积试样所通过的热量。 影响导热性的因素 1.耐火材料中所含气孔对热导率影响最大，对一 定范围的气孔率来说，气孔率越大，热导率越小 ； 2.材料的化学成分越复杂，杂质含量越多，添 加成分形成的固溶体越多，其热导率降低越明显 ，晶体结构

7、越复杂的材料，通常热导率也越小； 3.温度也是影响热导率的一个基本因素，大部分 耐材的热导率随温度升高而增大； 4.温度也是影响热导率的一个基本因素，大部分 耐材的热导率随温度升高而增大； 热容 热容（又称比热容）是指常压下加热1公 斤样品使之升温一度所需的热量。 影响热容的因素 耐火材料的热容是随它的化学矿物组成和所处的 温度条件而变化的，通常很少测定热容，检验标 准中也没有规定方法。 重烧线变化 重烧线变化是指将耐火材料试样加热到规定温度 ，并恒定一定时间，冷却至室温以后，其线性尺 寸的不可逆变化。 耐火材料在烧制过程当中的物理化学变化一般都 未达到烧成温度下的平衡状态，当制品在长期使 用

8、中，受高温和时间的作用，会进一步产生物理 化学变化，从而进一步烧结和物相再结晶和玻璃 化，从而初始制品进一步密实，产生重烧收缩。 但是有的如硅质在高温下产生膨胀。 重烧线变化的大小表明制品高温体积稳定性的好 坏，为了降低耐火制品的重烧收缩或膨胀，在工 艺上一般提高砖坯的成型密度，适当提高烧成温 度或延长保温时间，但不宜过高，以免制品变形 或者进一步玻璃化，从而降低了热震稳定性。 冷态耐压强度 耐压强度 热态耐压强度 在室温下，耐火制 品试样单位面积上 所能承受到不被破 坏时的极限压力 耐火制品在指定高 温条件下单位面积 上所能承受到不被 破坏时的极限压力 冷态抗折强度 抗折强度 热态抗折强度

9、在室温下，规定尺 寸的长方体试样在 三点弯曲装置上受 压弯作用不折断时 所能承受的极限弯 曲应力。 在规定的高温条件 下，单位截面的耐 材试样在三点弯曲 装置上受压弯作用 不折断时所能承受 的极限弯曲应力。 粘结强度： 耐火泥浆、接缝料、喷涂料、可塑料等不 定形耐材在各种温度及特定条件下与其他定形耐材 或施工体相接触部位的结合牢固程度的指标。 1.硅质耐火原料：以二氧化硅为主成分的天然矿物和人工 合成原料；通常将二氧化硅含量大于96%的硅质原料，如 硅石、石英沙、脉石英等称为硅质原料，将二氧化硅含 量大于60%的硅质原料，如叶腊石、膨胀珍珠岩、硅藻土 等称为半硅质原料。 二、常用耐火原料硅质

10、1.石英原料的主要类型：脉石英、石英砂、石英砂岩、石 英岩、石英质砾石及硅藻土等。 1.1 脉石英：颜色洁白、致密块状的石英；半透明，贝壳状断 口，油脂光泽，因呈脉状产出，故称脉石英。 1.2 石英砂：又称硅砂，由粒径0.12mm的石英组成的砂粒， 通常由暴露在地表的石英质母岩经风化、破碎而成。 1.3 石英砂岩：一种固结的砂质岩石，由硅质胶结物胶结石英 砂粒而成。 第一节 石英原料的主要类型及SiO2变 体 1.4 石英岩：又称硅石，由石英砂岩受动力变质作用而生 成的变质岩，主要由石英的颗粒集合体所构成。 1.5 石英质砾石：外形如鹅蛋，俗称“鹅卵石”，通常呈 白色、灰色、亦有黑色。色白者由

11、石英岩、石英砂岩或 脉石英经风化、破碎、磨圆形成，色黑者多为燧石组 成。 1.6 硅藻土：海水或淡水中的微生物硅藻类的遗体骨 骼（硅壳）堆积而成，本质上是含水的非晶质二氧化 硅。 第一节 石英原料的主要类型及SiO2变 体 2. SiO2变体的种类及性质 SiO2的种类 第一节 石英原料的主要类型及SiO2变 体 -石英、-石英 -鳞石英、-鳞石英、-鳞石英 -方石英、-方石英 石英玻璃 2. SiO2变体的种类及性质 SiO2的晶型转变 第一节 石英原料的主要类型及SiO2变 体 重建型转变：从晶体表面开始逐渐 向其内部进行的，需要在转变温度 下保持相当长时间。为了加速其转 变需要加入矿化剂

12、。 位移型转变：达到一定温度就骤 然发生，整个晶体同时发生，且 转变是可逆的。 3. 矿化剂对SiO2晶体转变的作用 在烧成时加速石英转变为鳞石英和方石英，而不显著 降低系统的耐火度；还能防止在烧成时因坯体发生急剧体 积效应而产生的松散与开裂。 矿化剂的矿化能力与下述因素有关： 1）矿化剂与SiO2形成液相的共熔温度 2）矿化剂与SiO2形成的液相的结晶能力 3）石英与亚稳方石英在液相中的溶解速度 4）液相结构 第一节 石英原料的主要类型及SiO2变 体 矿化剂的选择与加入量 矿化剂矿化作用的强弱不是选择矿化剂的位移标准， 实际生产中需根据硅石原料的组成与性质来确定。理想的 矿化剂应具备如下条

13、件： 1）能与SIO2作用，并在不太高的温度下形成液相（一般 在13001350 以前），而且对系统的耐火度降低不大 ； 2）能够形成足够数量的液相，液相应具有低的粘度及较 强的润湿石英颗粒表面的能力； 3）矿化作用不过于激烈，烧成制品不产生裂纹； 4）矿化剂不具备水溶性，在坯体中易于分布； 5）价格合理，易于制备。 第一节 石英原料的主要类型及SiO2变 体 1. 硅石的分类 硅质耐火材料的最主要原料是硅石。工业上对块状硅质原料统 称为硅石（石英岩）。 1.1 按硅石的组织结构分类 结晶硅石（再结晶石英岩）和胶结硅石（胶结石英岩） 第二节 硅石 由石英砂岩经变质作用再 结晶而成的变质岩。硅质

14、 砂岩中的硅质胶结物在地 质作用下而在原石英颗粒 表面再结晶，成为石英颗 粒的增大部分 胶结硅石是石英颗粒被硅 质胶结物结合而成的沉积 岩，其中石英颗粒结晶较 小，杂质含量多，加热易 转变 1.2 按硅石的致密程度分类 硅石原料应具有较大的致密性，可以分为极致密、致密、 比较多孔和多孔四种。 第二节 硅石 硅石类类型极致密致密比较较多孔多孔 吸水率%0.50.51.51.54.04.0 显气孔率%1.21.24.04.010.010.0 硅石的致密程度分类 1.3 按剧烈膨胀温度分类 硅石受热时，由于石英的多晶转变，其比重减小、体积膨 胀，加热至某一温度时会开始产生剧烈的膨胀。该温度越低 ，砖

15、坯烧成时松散开裂的可能性越大。按照剧烈膨胀开始温 度的高低可将硅石分为低热稳定性、中热稳定性和高热稳定 性三种。 第二节 硅石 硅石类类型低热稳热稳 定中热稳热稳 定高热稳热稳 定 剧烈膨胀开始温度1150115012251225 膨胀率 %0.170.170.200.20 硅石的剧烈膨胀开始温度 2 硅石的性质及评价 第二节 硅石 外观性质：结晶硅石外观呈乳白色、灰白色、淡黄以及红褐色。有 光泽，断面平滑连续；胶结硅石外观白色、灰白、淡黄、红色及黑色， 断面致密，呈贝壳状，几乎没有光泽。 组织结构：根据硅石的显微结构特性，在一定程度上可以判断硅石的 加热性质与转变情况。对于结晶硅石，如果石英

16、结晶比较小，粒度大小 不一，并以锯齿状交错紧密结合，则煅烧时容易转变，膨胀也不大，并 且不易松散；如果硅石的石英结晶较大且直径大小接近并呈圆形，则烧 成膨胀大，转变慢，易松散，烧成制品易产生裂纹，砖的气孔率高，强 度低。 化学成分与耐火度：硅石中SIO2是主成分，Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO 、K2O、Na2O、TiO2等均为副成分。Al2O3的存在除增加硅石在高温下形 成液体的趋势外，还会延缓硅石的分解。Al2O3含量高时还会显著降低砖 坯的荷重软化点。Al2O3为2%时，荷软降低125； Al2O3为6%时，荷软 降低275；一般控制Al2O31.3%，生产优质硅砖则控制在0.5%。 第二节 硅石 K2O、Na2O是很强的溶剂，一方面他们能显著降低硅石的耐火度，另 一方面他们又能促进石英的转变。一般控制K2O+Na2O不超过0.2%0.5% 。 F