北京科技大学+耐火材料期末复习

基质：基质是耐火材料中大晶体或骨料间隙中存在的物质。

主晶相：主晶相是指构成耐火制品结构的主体且熔点较高的晶相

耐火度：耐火度是指耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性能。

显微结构：在光学和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，称为显微结构。

陶瓷结合：又称为硅酸盐结合，其结构特征是耐火制品主晶相之间由低熔点的硅酸盐非晶质和晶质联结在一起而形成结合。

直接结合：指耐火制品中，高熔点的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镁酸盐相产生结合。

混练：使两种以上不均匀的物料的成分和颗粒均匀化，促进颗粒接触和塑化的操作过程称混炼。

液相烧结：凡有液相参加的烧结过程；液相起到促进烧结和降低烧结温度的作用。

低水泥浇注料：由水泥带入的CaO含量一般在1.0-2.5%之间的反絮凝浇注料。

热硬性结合剂：热硬性结合剂是指在常温下硬化很慢和强度很低，而在高于常温但低于烧结温度下可较快的硬化的结合剂

水硬性结合剂：水硬性结合剂是必须同水进行反应并在潮湿介质中养护才可逐渐凝结硬化的结合剂

气硬性结合剂：气硬性结合剂是在大气中和常温下即可逐渐凝结硬化而具有相当高强度的结合剂

减水剂：保持浇注料流动值基本不变的条件下，可显著降低拌和用水量的物质称为减水剂弹性后效：坯体压制时，外部压力被内部弹性力所均衡，当外力取消时，内部弹性力被释放出来，引起坯体膨胀的作用称为弹性后效

荷重软化点：以压缩0.6%时的变形温度作为被测材料的荷重软化温度，即荷重软化点

镁碳砖：镁碳砖是以烧结镁砂或电熔镁砂为主要原料，并加入适量的石墨和含碳质有机结合剂而制成的镁质制品。

电熔镁砂：由天然菱镁矿、水镁石、轻烧镁砂或烧结镁砂在电弧炉中高温熔融而成的镁质原料

矿化剂：加入耐火材料中，在烧成过程中能促进其他物质转变或结晶的少量物质。

防氧化剂：含碳耐火材料采用金属添加剂的作用在于抑制碳的氧化，被称为防氧化剂

可塑性: 物料受外力作用后发生变形而不破裂，在所施加使其变形的外力撤除后，变形的形态仍保留而不恢复原状，这种性质称为可塑性。

熔铸莫来石制品:由高铝矾土或工业氧化铝、粘土或硅石进行配料,在电弧炉内熔融，再浇铸成型及退火制成的耐火制品称为熔铸莫来石制品。

再结晶碳化硅制品:再结晶碳化硅制品是一种无结合物的碳化硅制品，它是在不加入结合剂的条件下，靠碳化硅晶粒的再结晶作用制成的。

水玻璃的模数:氧化硅与氧化钠的分子比称为水玻璃的模数。

捣打料:以粉粒状耐火物料与结合剂组成的松散状耐火材料称为捣打料。

耐火泥:耐火泥也叫铝酸盐水泥，是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约为50%的熟料,再磨制成的水硬性胶凝材料。

简答题：

1.耐火材料按化学性质分几类？这种分类的意义？

酸性耐火材料、碱性耐火材料、中性耐火材料

此分类对了解耐火材料的化学性质，判断在使用过程中它们之间及耐火材料与接触物间化学作用情况有着重要意义。

2.耐火材料的物理性质主要取决于什么？

耐火材料的化学组成和矿物组成。

3.定性耐火材料生产的基本过程？各主要过程的目的是什么？

（1）颗粒组成及配料。颗粒组成应符合最紧密堆积原理和有利于烧结。

（2）混炼。不同组分和粒度的物料与适量的结合剂经混合和挤压作用达到分布均匀和充分润湿的泥料的制备过程。

（3）成型。耐火材料借助外力和模型，成为具有一定尺寸、形状和强度的坯体和制品的过程。

（4）干燥。干燥的目的在于提高坯体的机械强度和保证烧成初期能够顺利进行。

（5）烧成。通过烧成过程中一系列物理化学变化，形成稳定的组织结构和矿物相，以获得制品的各种性质。

4.配料、混炼、成型和烧成的定义；烧成制度的定义。

配料：配料是将大、中、小颗粒状和粉状物料按一定比例进行配合的工序。

混炼：使两种以上不均匀物料的成分和颗粒均匀化，促进颗粒接触和塑化的操作过程。

成型：借助外力、工具和模型，将材料加工成为具有一定尺寸、形状和强度的胚体或制品的过程。

烧成：将生坯高温烧成致密的、具有新的稳定矿物晶相和足够强度的烧结体，这个高温过程称为烧成。

烧成制度：对升温过程、最高烧结温度与保温时间、降温方式以及气氛的控制。

5.液相烧结的作用？

（1）颗粒粒度与形状：细颗粒有利于提高烧结致密化速度，便于获得高的最终烧结密度。在颗粒重排阶段提高毛细管力便于固相颗粒在液相中移动。在溶解-再析出阶段强化固相颗粒之间和固相、液相间的物质迁移加快烧结速度。另外，细小晶粒的烧结组织有利于获得性能优异的烧结材料。此外，颗粒重排阶段初期，颗粒形状影响毛细管力大小，形状复杂导致颗粒重排阻力增加，球形颗粒有利于颗粒重排，形状复杂的固相颗粒降低烧结组织的均匀性，综合力学性能可知在溶解-再析出阶段，颗粒形状的影响较小。

（2）液相的影响：液相的粘度愈低, 它们对固相的浸润愈好, 愈有利于烧结。但液相粘度降低和对固体浸润性能的改善并不一定总是有利于烧结的。液相对烧结过程的作用主耍为两部分:首先是在液相毛细管力和由于表面曲率不同而引起的压力差的作用下所发生的固体颗粒重排过程，在这部分作用中, 液相对固相的浸润性能起重要作用。其次为通过液相的重结晶过程。

6.主成分、杂质、主晶相和基质的定义。

主成分：它是耐火制品中构成耐火基体的成分，是耐火材料的特性基础。

杂质：能与耐火基体作用而使耐火性能降低的氧化物或化合物。

主晶相：主晶相是指构成耐火制品结构的主体且熔点较高的晶相

基质：基质是耐火材料中大晶体或骨料间隙中存在的物质。

7.耐火材料显微结构和性能的关系？

耐火材料显微结构两种类型：一种是有硅酸盐（硅酸盐晶体矿物或玻璃相）结合物胶结晶体

颗粒的结构类型；另一种是有晶体颗粒直接交错结合成结晶网。这种显微结构上的差别取决于各相间的界面能和液相对固相的润湿情况。属于直接结合的结构类型的制品的高温性能（高温力学强度、抗渣性和热震稳定性）要优越得多。

8.耐火材料气孔的种类及对性能的影响？

（1）封闭气孔（2）开口气孔（3）贯通气孔

气孔的存在主要影响材料的致密度，显气孔率高时，材料结构疏松，强度低，抗渣性能弱。

9.构成耐火材料的主要化学元素？

硅、铝、镁、钙。

10.耐火材料抗渣性的定义，提高耐火材料抗渣性的途径?

抗渣性：耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀作用而不被破坏的能力。

途径：（1）保证和提高原料的纯度（2）选择适宜的生产方法

11.耐火度的定义？耐火度是耐火材料的最高使用温度吗?

耐火度指耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性能。

耐火度不是耐火材料的最高使用温度：耐火材料在使用中经受高温作用的同时，通常还伴有荷重和溶剂作用，因而制品耐火度不能视为耐火材料最高使用温度。

12．荷重软化点的定义及影响因素。各种耐火材料荷重软化温度的特点

定义：试样压缩0.6%（即试样压缩0.3mm）时对应的温度，即荷重软化点。

取决于材料的化学矿物组成：

①晶相、晶体构造和性状（网络骨架高；孤岛状低）；

②②晶相及液相的数量及液相的粘度；

③③晶相及液相之间的相互作用

工艺条件：气孔率低、体积密度大，荷软温度较高

测试条件：升温速度快，荷软温度较高

11.抗热震性的定义及影响因素。

热震稳定性：耐火材料抵抗温度急剧变化而不被破坏的能力。

材料的热膨胀系数；材料的导热系数；缓冲热应力的因素（弹性模量的大小）

12.何谓一次莫来石化？二次莫来石化？如何评价二次莫来石化所带来的影响？

一次莫来石化：高岭石脱水后的偏高岭石分解出来的Al2O3与SiO2反应形成莫来石的过程。二次莫来石化：铝矾土中高岭石脱水后的偏高岭石分解出来的SiO2与水铝石的Al2O3反应形成莫来石的过程。

影响：莫来石的反应有一定的膨胀效应，因此，对于高铝矾土的烧结和高铝砖的生产来说，二次莫来石化是有害的，通常需要采取相应措施消减二次莫来石化的影响，例如在高铝砖的生产中，避免二次莫来石危害的措施：适当提高煅烧温度、调整配料组成、调整颗粒组成、部分熟料和结合粘土共同细磨。但是，在高荷软或低蠕变高铝砖中，可以利用这一反应过程产生的微膨胀来抵消材料高温下的收缩，有效地提高了材料的抗蠕变性能。所以，二次莫来石化也有有利的一面。

13.硅砖的结构特点及形成原因，矿化剂的种类和作用。

硅砖结构疏松，内部孔隙较大。

硅砖的主要成分是SiO2，SiO2在高温下存在多晶转变，硅砖中会有残余石英存在，在使用过程中它会继续进行晶型转变，体积膨胀较大，易引起砖体结构松散。

碱金属氧化物、FeO、MnO、CaO、MgO

矿化剂作用：加速石英在烧成时转变为低密度的变体(鳞石英和方石英)而不显著降低其耐火度。还能防止砖坯烧成时因发生急剧膨胀而产生的松散和开裂

14.莫来石、菱镁矿、白云石、镁铝尖晶石和镁镁橄榄石的分子式。

莫来石：3Al2O3·2SiO2 菱镁矿：MgCO3

白云石：CaCO3·MgCO3 镁铝尖晶石：MgO·Al2O3

镁橄榄石：2MgO·SiO2

15.镁质耐火材料的种类和特点。

种类：冶金镁砂、镁砖、镁硅砖、镁铝砖、镁钙砖、镁碳砖等。

特点：镁质耐火材料的耐火度高，对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性。

16.论述直接结合镁铬砖、再结合和半再结合镁铬砖的性能特点、生产工艺和使用情况？（1）直接结合镁铬砖。直接结合镁铬砖采用高纯镁砂和铬矿精矿生产的镁铬砖，其杂质含量少，烧成温度高（≥1700℃），高温矿物相的直接结合率高，具有高抗侵蚀性、高强度、耐腐蚀及优良的抗热震性。应用于水泥回转窑、炼钢电炉衬、玻璃窑蓄热室、石灰窑、混铁炉等。

（2）再结合镁铬砖。用电熔镁砂为原料按合适的化学与粒度组成配合，经混炼、高压成型、1800℃高温烧成而成。制品中直接结合程度高，杂质含量少，具有优良的高温强度、高温体积稳定性、耐腐蚀和抗侵蚀性。应用于VOD炉渣线，重有色金属转炉风口区，闪速炉反应塔、沉淀池，碱性耐火材料窑炉高温带等。

（3）半再结合镁铬砖。采用部分电熔镁砂为原料生产的镁铬砖。其性能介于直接结合镁铬砖和再结合镁铬砖之间。使用情况与再结合镁铬砖差不多。

17.碳化硅制品的种类；氮化硅结合碳化硅砖的工艺特点。

种类：氧化物结合碳化硅；氮化硅结合碳化硅；自结合碳化硅；反应烧结碳化硅。

特点：氮化硅结合碳化硅砖是以氮化硅为主要结合相的碳化硅制品。一般含碳化硅70%～75%，氮化硅18%～25%，具有良好抗高温强度和优良的抗侵蚀能力。以碳化硅和金属硅粉为主要原料，采用高温氮化烧成法制备。主要用于高炉风口、铝电解槽内衬等。

20.耐火材料中引入碳质材料有什么作用？

（1）碳质的导热系数高，韧性好，对渣的润湿性差，引入到耐火材料中可大大提高钢铁工业用耐火材料的使用寿命。

（2）碳质材料的导热系数高和热膨胀系数低，使材料具有优良的抗热震性能。

（3）碳质材料对渣的润湿性差，使材料具有优良的抗侵蚀性能。

（4）碳质材料的防氧化性能差，必须采用防氧化措施。

21.碳复合耐火材料中引入的抗氧化剂的作用机理。

①首先与氧发生反应，避免碳与氧反应。

②氧化后形成的新矿相产生体积膨胀，封闭气孔，使砖的致密度提高，阻止矿渣的渗透。

③新生成的矿相在石墨和氧化之间“搭桥”，使其形成牢固的结合。

22.碳复合耐火材料使用酚醛树脂的优点。

①混练与成型性能好，在室温下可直接混练与成型；

②砖坯强度高；

③在热处理时可进一步缩合，使成品强度进一步提高；

④固定碳高，在还原气氛下能形成牢固的碳结合；

⑤在高温下能使MgO-C砖保持较高的热态强度。

23.碳复合耐火制品的种类有哪些，各有什么主要用途？

种类：镁碳砖、铝碳砖。

镁碳砖主要用于转炉、电炉、钢包等。

铝碳砖主要用于炼钢连铸系统的中间包水口、滑板及长水口等。

24.不定形耐火材料的主要优点。

（1）工厂占地面积小，投资少，能耗低；

（2）生产过程简便，劳动强度低；

（3）供货周期短；

（4）适用性强，可制成任何形状的构筑物；

（5）施工简便，直接使用或调配后使用；

（6）使用方便，可进行在线或离线修补。

25.不定形耐火材料结合剂的分类。

按硬化条件分类：1)水硬性结合剂2)气硬性结合剂3)热硬性结合剂

按化学性质分类：有机和无机结合剂。

无机结合剂：1)硅酸盐类2)铝酸盐类3)磷酸盐类等；

有机结合剂：1)水溶性结合剂2)非水溶性结合剂3)碳素结合剂等。

26.减水剂的作用机理。

答：不与材料反应，只起表面物理化学作用。溶于水后能吸附在粒子表面上，提高粒子表面的ζ电位，增加粒子间斥力，释放出由微粒子组成的凝聚结构中包裹的游离水。保持浇注料流变性（作业性）的条件下，能使单位用水量减少，满足作业需要。

27.高技术浇注料中使用微粉的种类和主要优点是什么。

粒径小于10um可以称为微粉，小于5um的称为超微粉。主要使用：SiO2微粉和α-Al2O3微粉

优点：（1）不生成大量含结构水的水化产物，挥发和分解成分少，有利于材料受热后结构和强度的保持；（2）微粉的表面活性高，有利于提高低、中温的结合强度，降低烧结温度；（3）微粉分散后可填充更细小的空间，有利于减水，改善流动性，提高致密度，改善抗熔渣渗透性。

28.硅酸铝质耐火材料的分类。蓝晶石族矿物的分类和特点

半硅质制品：Al2O3含量15-30%；

粘土质制品：Al2O3含量30-46%；

高铝质制品：Al2O3含量>46%；

刚玉质制品：Al2O3含量>90%；

蓝晶石族矿物（三石）包括：硅线石、红柱石、蓝晶石。

特点：加热后均不可逆地转化成莫来石和方石英。

29.高技术浇注料的理论基础和优越性能？

理论基础：在配料方面，低水泥和超低水泥结合浇注耐火材料同普通浇注耐火材料所不同的是在由耐火细粉和结合剂组成的基质中，用超细粉来取代部分或大部分铝酸钙水泥，在加入少量分散剂使超细粉均匀地分散于骨料颗粒之间，填充在亚微米级的空隙中，从而形成均匀致密的组织结构。

优越性能：（1）由于其中CaO含量低，高温下基质中的低共熔液湘数量少，材料的抗渣性、高温强度和荷软得以提高；CaO+SiO2+Al2O3在高温下将形成钙长石和钙铝黄长石，这两个物相都是低熔相。（2）加入的水较少，只有普通浇注料的1/2-1/3，材料的气孔率较低，体积密度提高。（3）水泥颗粒的水化产物在加入过程中会分解。水泥加入量的减少将避免大量水合键破坏而使中温强度下降引发的问题，有利于材料中温强度的提高。

30.耐火材料的配方设计包括哪些内容，有何作用？

耐火材料的配方设计实际上是泥料的配方设计。泥料是成型前各种原料的均匀混合物，包括

不同尺寸的各种耐火原料颗粒、添加剂、结合剂等。耐火材料泥料配方设计包括两个主要部分：

（1）化学与相组成的设计。根据耐火材料品种、性质要求，设计合理的化学组成以及经烧后材料中应达到的相组成。

（2）颗粒组成的设计。确定泥料中不同原料的颗粒尺寸及分布。它对于耐火材料显微结构颗粒尺寸及分布、气孔尺寸及分布参数，以及成型、施工性能等有重要意义。