冶 金 炉 热 工 基 础课件

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1、1,冶 金 炉 热 工 基 础,山东工业职业学院 冶金学院,2,同学们好！现在我们学习耐火材料,3,4 耐火材料,4.1耐火材料的种类和性能,1、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 作用的材料统称耐火材料。,b、三种分类方法：,1）按耐火度分类： A、普通耐火材料 耐火度为15801770。 B、高级耐火材料 耐火度为17702000。 C、特级耐火材料 耐火度为大于2000。,4,2）根据化学矿物组成分类： A、氧化硅质耐火材料。 B、硅酸铝质耐火材料。 C、氧化硅质耐火材料。 D、铬铁质耐火材料。 E、碳质耐火材料。 F、其它高耐火度制品。 3）根据

2、耐火材料的化学性质分类： A、酸性耐火材料 B、碱性耐火材料 C、中性耐火材料,5,2、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能来表示。 A、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、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。,6,a、气孔率 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； （2）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；,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V、质量为 M、开口

3、气孔的体积为V1、闭口气孔的体积为V2，连通气孔的体积为V3，则：,7,真气孔率=,即砖块中全部气孔体积 （包括开口、闭口和连通的气孔）占整块体积的百分率。 （2）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 积的百分率。 （3）闭口气孔率= 100%,100%,8,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1m3 砖块体积 的质量。,体积密度=,（kg/m3）,c、真比重：不包括气孔在内的单位体积砖块重量与4水的单 位体积重量之比。,真比重=,9,d、吸水率：是原料中所有开口气孔所吸收的水的质量Mw与 砖块质量M之比值。用

4、下述公式计算:,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质量。原料烧结程度愈好其吸水率愈低。,10,e、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。 耐火制品的热膨胀性能主要取决于其化学矿物组成和所受的温度。 耐火制品的热膨胀性可用线膨胀系数或体积膨胀系数来表示，也可用线膨胀百分率或体积膨胀百分率表示。,11,B、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。,a、 耐火度 1、定义：耐火材料抵抗高温而不变形的性能叫耐

5、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。,12,2、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2mm，下底每边为8mm，高mm、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。 因为在实际使用时，耐火材料承受一定的机 械强度，故实际使用温度比测定的耐火度低。

6、,13,14,B、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 的温度。,2、测定方法： 将待测耐火材料制成高为50mm，直径为36mm 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，测出试样的开始变形温度和压缩4及40%的温度作为试样的荷重软化温度。,15,表41 某些耐火材料在高温下的结构强度,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其耐火度

7、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。,16,C、 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，因为在很多情况下，耐火材料处于温度急剧变化的工作条件下。,17,2、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 在850下加热40分钟后，再置于流动的冷水(1020)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 的20时为止，此时其

8、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。,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 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。,18,D、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。 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， 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 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

9、和残存收缩的允许值一般为 0.5l.0范围内。,19,E、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难标准化。 影响材料抗渣性的主要因素有：,a、炉渣化学性质 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差。,20,b、工作温度 温度在800900时，炉渣对材料的侵蚀作用不大显著，但温度达到12001400以上时，材料的抗渣性就大大降低。 c 、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

10、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。,21,本次课小结 1、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： 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、高温体积稳定性等。,22,4.2 硅酸铝质耐火材料,硅酸铝质耐火材料是由Al2O3和SiO2及少量杂质所组成，根据其Al2O3含量不同可分为：,1、半硅质耐火材料(含A12O3 1530%) 2、粘土质耐火材料(含Al2O3 3046) 3、高铝质耐火材料 (含A12O340%),23,4.2.1 粘土质耐火材料,自然界产出的粘土质耐火

11、材料有耐火粘土和高岭土，主要组成为高岭石（Al2O32SiO22H2O），其余部分为K2O、Na2O、CaO、MgO,TiO2及Fe2O3等杂质，含量约为67。 根据Al2O3 、SiO2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。,3（Al2O32SiO2，2H2O）3A12O3.2SiO24SiO26 H2O 高岭石 莫来石 白硅石,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：,24,l、粘土砖的性质 a、耐火度,一般粘土砖的耐火度在15801730。 当温度升高到1545时就产生液相，砖开始变软，达到1800时全部变成液相。当含有少量碱

12、性化合物时，则其耐火度将显著降低。,b、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1350左右。,25,c、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，对碱性渣侵蚀作用的抵抗能力则稍差。,d、热稳定性 粘土砖的热膨胀系数小，所以它的热稳定性好。在850时的水冷次数一般为l015次。,e、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。,26,2、粘土砖用途 粘土砖用途广泛。凡无

13、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。,27,4.2.2 高铝质耐火材料 含Al2O3在46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。 目前以铝钒土为制造高铝质耐火材料的主要原料 1、高铝砖的性质 a、耐火度: 17501790，属于高级耐火材料。 b、荷重软化温度: 比粘土砖高,没有硅砖高 c、抗渣性： 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。 此外，高铝砖的热膨胀系数小，温度急变抵抗

14、性很好，和粘土砖一样，在高温下也会发生残存收缩。,28,2、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使用高铝砖。,29,SiO2含量大于65%，Al2O3含量为1530%的 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1610。 半硅砖的各种性能介于粘土砖和硅砖之间，其 特点是： (1) 耐火度为16501710。 (2) 热稳定性比粘土砖差，因石英膨胀系数大。

15、 (3) 荷重软化开始温度为13501450，因含有较多的石英，故比一般的粘土砖稍高。,4.2.3 半硅质耐火材料,30,(4) 体积稳定性好，因为原料中粘土的收缩被SiO2的膨胀所抵消，若含SiO2多则会有残余膨胀产生。 (5) 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，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。,31,4. 3 氧化硅质耐火材料,硅砖就是一种含SiO2在93%以上的氧化硅质耐火 材料。 4.3.1 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 体）有下列几种： （1）一石英，一石英； （2）

16、鳞石英，鳞石英，鳞石英； （3）白硅石，白硅石。 以上是指较高温度下的结晶形态，和是指较低温度下的结晶形态。,32,SiO2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 类： 1、迟钝型转变 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 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。 迟钝型转变一般只向着一个方向进行。 SiO2结晶的迟钝型转变有：,33,(1) (2) (3) (4),34,2、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 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： （1） （2） （3） （4）,35,硅砖在烧成过程中所进行的各种结晶转变可用图44表示。,36,氧化硅质耐火材料最大的特点是在晶型变化的同时还伴随有体积的变化。