耐火材讲义料与燃烧概论
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耐火材料与燃烧概论9
耐火材料与燃料燃烧讲义
1
相对于这些普通耐火材料而言，特殊耐火材料具有如下几个特点：
(1) 特殊耐火材料的大多数材质的组成已经超出了硅酸盐的范围，纯 度高，一般的纯度均在 95%以上，特殊要求的在 99%以上。所用的原料几乎 都是人工合成或是将矿物经过机械、物理、化学方法提纯的化工料，而极 少直接引用矿物原料。这些材质的熔点都在1728℃以上。 (2) 特殊耐火材料的制造工艺不局限于干压法，除了应用传统的注浆 法、可塑法等成型工艺外，还采用了诸如等静压、热压注气相沉积、化学 蒸镀、热压、熔炼、等离子喷涂、轧膜、爆炸等成型新工艺，并且成型用 的原料大多采用微粒级的细粉料。
航 天
导弹头部雷达天线保护罩 洲际导弹头部防护材料 火箭发动机燃烧室内衬、 喷嘴
原子能反应堆核燃料 核燃料涂层 吸收中子控制棒 中子减速剂 反应堆反射材料
≥100 500 2000-3000
Al2O3, ZrO2, HfO2耐火纤维 碳纤维+酚醛 SiC, Si3N4，BeO, 石墨纤 维 复合材料
耐火材料与燃料燃烧讲义
10
9.1.3 氧化锆制品
氧化锆制品是以纯度大于 99% 的氧化锆 (ZrO2) 为原料，用高温陶瓷工艺 方法或其他特殊工艺方法制成的耐火材料。氧化锆熔点为 2700℃，莫氏硬 度为 7 。氧化锆有三种变体，低温型为单斜结晶 ( 密度为 5.68g/cm3) ，高温 型为立方结晶(密度为6.27g/cm3)，两者间有四方结晶(密度为6.10g/cm3)。 在加热过程中三种发生如下转变： 单斜型
耐火材料与燃料燃烧讲义
13
9.1.4 氧化钙制品
氧化钙制品是以纯度大于99%的氧化钙(CaO)为原料，用高温陶瓷工艺 方法或其他特殊工艺方法制成的耐火材料，氧化钙熔点为2570℃，真密度 为3.08-3.46g/cm3，随煅烧温度的提高而增大；莫氏硬度为6；0-1700℃温 度范围内平均线膨胀系数为 13.8×10-6/℃，热导率随温度升高而降低， 100℃时为 14.2W/m· ℃， 1000℃时为 7.0W/m· ℃。抗熔融金属、碱性渣及熔 融磷酸钙的侵蚀。此外，由于氧化钙的分解压低，其化学稳定性很高，可 以在高温真空条件下使用。 氧化钙难于烧结，在大气中稳定性低，易于水化，这是制造氧化钙制 品的最大困难。为提高氧化钙制品的稳定性，常采用加入1-5%的稳定剂。 最有效的稳定剂有 TiO2、BeO、Fe2O3+MgO等。它们在烧结过程中，在CaO晶 体表面上生成易熔的低共熔物，既利于烧结，又能防止CaO晶体的水化。 氧化钙坩埚用于铂和铂族金属的冶炼。高纯度氧化钙坩埚在原子能工 业中用于冶炼高纯度铀及钚，或作为金属钙还原四氟化铀制取铀的容器。 含有TiO2稳定剂的砖可用作回转窑内衬。
耐火材料与燃烧概论4
耐火材料与燃料燃烧讲义
15
2400 2350 Al2O3 2000
温度，℃
1995
1600
Cr2O3
1720
Fe2O3 1200
0
20
40 R2O3,mass%
60
80
图4-5 MgO-R2O3系相图
耐火材料与燃料燃烧讲义 16
R2O3 固溶于方镁石中，形成阳离子空穴，因此能够促进烧结。其促进 烧结的影响顺序可排列如下：Fe3+>Cr3+>Al3+。 以MgO-MgO· R2O3体系中固溶同量R2O3而论，由于MgO· Cr2O3的熔点最高， 同方镁石的共熔温度最高，溶解量也较高。溶于方镁石形成固溶体后开始 出现液相温度最高，故在镁质耐火材料中，除高纯镁石材料外，含铬尖晶 石的镁质耐火材料是最优秀的。
方镁石是氧化镁唯一的结晶形态，属等轴晶系， NaCl 型晶体结构。 晶格常数和真密度分别随煅烧温度的升高而增大和减小。充分烧结的方 镁石晶格常数可达4.20Å，真密度为3.61g/cm3。 方镁石的化学活性很大，极易与水或大气中的水分进行水化反应。
耐火材料与燃料燃烧讲义
4
方镁石属离子晶体，离子间静电引力大，晶格能高达 3935kJ/mol，故 熔点很高，达2800℃。但是，当温度达1800℃以上，便可产生升华现象而 且其稳定性随温度提高和压力减小而降低。 方 镁 石 构 成 的 耐 火 材 料 在 1600℃ 以 上 的 还 原 气 氛 中 极 易 被 还 原 。 MgO+C=Mg(g)+CO(g)最低反应温度如下表所示。
耐火材料与燃料燃烧讲义
2
(2) 直接结合镁砖：以高纯烧结镁砂为原料，经烧结制成的，MgO含 量95%以上，是方镁石晶粒间直接结合的镁质耐火制品。
《耐火材料基础知识》课件
有色金属工业
在铜、铝等有色金属的冶炼和加工过程中，耐火 材料也扮演着重要的角色，对于保护炉衬和提高 产品质量具有重要作用。
核能领域
核能领域对于耐火材料的要求极高，需要具备优 良的高温性能、化学稳定性和抗辐照性能，为核 能技术的发展提供支撑。
耐火材料的发展趋势
高性能化
提高耐火材料的性能指标，以满足高温、高速、 高负荷等苛刻工况的需求。
复合耐火材料
通过将不同材质的耐火材 料进行复合，形成具有多 重性能的复合耐火材料， 以满足复杂工况的需求。
绿色耐火材料
研发低污染、低能耗的绿 色耐火材料，减少对环境 的负面影响，推动耐火材 料行业的可持续发展。
耐火材料的应用前景
1 2 3
钢铁工业
随着钢铁工业的发展，对耐火材料的需求量不断 增加，尤其在高炉、连铸和轧钢等关键部位，需 要高性能的耐火材料。
维护保养
为了延长耐火材料的使用寿命，需要 定期进行维护保养，如检查、修复、 更换等。
环境友好
耐火材料在使用过程中应尽量减少对 环境的污染，符合可持续发展的要求 。
05
耐火材料的发展趋势与展望
新型耐火材料的研发
纳米级耐火材料
利用纳米技术，开发出具 有高性能的纳米级耐火材 料，具有更佳的抗热震性 能和高温强度。
环保化
加强环保意识，研发低污染、低能耗的耐火材料 ，推动行业的可持续发展。
智能化
利用传感器、物联网等先进技术，实现耐火材料 的智能化监控和管理，提高生产效率和安全性。
晶体结构
指耐火材料中的晶体颗粒的大小 、形状、取向及分布情况，对耐 火材料的力学性能和高温性能有
重要影响。
玻璃质结构
指耐火材料中的玻璃质成分的粘度 、流动性及稳定性等，对耐火材料 的抗热震性能和高温性能有一定影 响。
在铜、铝等有色金属的冶炼和加工过程中，耐火 材料也扮演着重要的角色，对于保护炉衬和提高 产品质量具有重要作用。
核能领域
核能领域对于耐火材料的要求极高，需要具备优 良的高温性能、化学稳定性和抗辐照性能，为核 能技术的发展提供支撑。
耐火材料的发展趋势
高性能化
提高耐火材料的性能指标，以满足高温、高速、 高负荷等苛刻工况的需求。
复合耐火材料
通过将不同材质的耐火材 料进行复合，形成具有多 重性能的复合耐火材料， 以满足复杂工况的需求。
绿色耐火材料
研发低污染、低能耗的绿 色耐火材料，减少对环境 的负面影响，推动耐火材 料行业的可持续发展。
耐火材料的应用前景
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钢铁工业
随着钢铁工业的发展，对耐火材料的需求量不断 增加，尤其在高炉、连铸和轧钢等关键部位，需 要高性能的耐火材料。
维护保养
为了延长耐火材料的使用寿命，需要 定期进行维护保养，如检查、修复、 更换等。
环境友好
耐火材料在使用过程中应尽量减少对 环境的污染，符合可持续发展的要求 。
05
耐火材料的发展趋势与展望
新型耐火材料的研发
纳米级耐火材料
利用纳米技术，开发出具 有高性能的纳米级耐火材 料，具有更佳的抗热震性 能和高温强度。
环保化
加强环保意识，研发低污染、低能耗的耐火材料 ，推动行业的可持续发展。
智能化
利用传感器、物联网等先进技术，实现耐火材料 的智能化监控和管理，提高生产效率和安全性。
晶体结构
指耐火材料中的晶体颗粒的大小 、形状、取向及分布情况，对耐 火材料的力学性能和高温性能有
重要影响。
玻璃质结构
指耐火材料中的玻璃质成分的粘度 、流动性及稳定性等，对耐火材料 的抗热震性能和高温性能有一定影 响。
耐火材料讲义
耐火材料讲议第一章：概述随着炼钢工业的发展，对碉火材料的要求也相应提高，以转炉为例，炉衬材料由70年的焦油白云石砖发展到现在的高档镁碳砖，品种类别也越来越丰富，可以说炼钢工业的发展推动了耐火材料工业的发展，反过来，耐火材料工业的突飞猛进又促进了炼钢工业高速发展，因而，耐火材料和炼钢密不可分，目前，炼钢用耐火材料主要有以下几类：浇注料（LM-70、LM-65、尖晶石等），耐火砖（粘土质、镁碳质、镁质、硅质等）。
镁砂、高温火泥、石棉、硅藻土粉等。
生产准备的同志未来工作中会经常接触到耐火材料，在以后的学习中逐步为大家介绍。
第二章：30t转炉用耐火材料第一节：镁碳砖现代转炉砌筑，多采用镁碳砖，从砌筑方法上讲，有全碳砖修砌，也有不同砖共同修砌的综合砌筑法，炉衬结构大致分为以下几个部分，综合砌炉时，一般就根据炉衬和部位的浸蚀性进行修筑，侵略者蚀性严惩的地方（如溶池、渣线等部位）用质量较好的砖，反之，侵蚀性较轻的部位（如炉帽等部位）用质量一般的砖。
一、镁碳砖的理化特性：镁碳砖由镁砂制成，其主要成份是氧化镁、碳。
体积密度28g/cm3，目前，国内有三个牌号，用镁碳二字的汉语拼音的第一个大写字母及碳含量来表示，分别为机械翻译-18系列，机械翻译-14系列、机械翻译-10系列。
其物理化学特性见下表：二、镁碳砖（炉衬）的侵蚀机理：炉衬内的镁碳砖其损坏来自以下几个方面：⑴机械冲击和磨损⑵镁碳砖高温熔解⑶高温溶液渗透⑷高温下金相挥发在镁碳砖炉衬中，随着碳含量的增加抗渣浸蚀性会有所提高，但不是碳含量越高越好，因为碳含量越高氧化失碳后镁碳砖的结构更疏松，使用效果会变差，碳在镁碳砖中起“骨架“作用。
三、镁碳砖的抗渣侵蚀性⑴铁水成份对炉衬寿命有显著影响，特别是Si、P、S的含量。
⑵终点温度过高，炉衬寿命降低，特别是1700℃以上时。
⑶提高炉渣碱度有利于降低镁碳砖的侵蚀。
⑷提高渣中氧化镁含量也可以降低对镁碳砖的侵蚀。
⑸提高渣中氧化铁含量会导致炉衬侵蚀加剧。
耐火材料与燃烧概论12
第12章 常用工程的燃烧计算
燃烧是一种复杂的物理化学过程，实质是燃料中的可燃成分与氧进 行的氧化反应。燃烧产物的成分，与参加燃烧的空气量有关，也取决于 燃烧装臵的设计。当空气充足和燃烧过程进行完善时，燃料中的可燃成 分如碳、氢、硫都能与氧化合成 CO2、H2O以及SO2等诸燃烧产物，这种燃 烧称为完全燃烧。但当空气不足或燃烧过程进行不够完善时，燃烧产物 中除了上述成分外，还可能生成CO、H2、CH4等未燃尽气体及固态颗粒， 构成所谓不完全燃烧。燃料的不完全燃烧，不仅意味着热量损失、能源 浪费。而且会引起环境污染，造成公害，因此一般燃烧装臵都要求作到 完全燃烧。
在式(12-7)中如果代入气体燃料的包含含湿量的全气体成分，则计算 出来的是对应1Nm3湿气体燃料的理论空气需要量。如代入的是干气体成分， 则计算出来的将是对应1Nm3干气体燃料的理论空气需要量，由于通常需要 的是对应于实际送入燃烧装臵里的全气体成分燃料理论空气需要量。因此 这时还需根据含湿量进行折算。 在表12-1给出了计算出的各种燃料燃烧所需理论空气量。
耐火材料与燃料燃烧讲义
表12-1 各种燃料的理论空气量 燃 料 木 材 褐 煤 无烟煤 木 炭 焦 炭 汽 油 重 油 苯 酒 精 煤 气 水煤气 发生炉煤气 理论空气量 L0(kg/kg) 4~5 5~7 11~11.3 10~12 10~12 14.5~15 14~14.5 13.4 9.4 4~5 4~5 4~5 V0(Nm3/kg) 3~4 4~6 8.5~8.8 8~9 8~9 11.3~11.5 10.3~11.0 10.4 7.1 4.0~5.5 2.3~5.5 1.0~1.1
Cy C y (kg)碳完全燃烧时所需氧为 (Nm3)，而生成的二氧化碳为 1.866 100 100
燃烧是一种复杂的物理化学过程，实质是燃料中的可燃成分与氧进 行的氧化反应。燃烧产物的成分，与参加燃烧的空气量有关，也取决于 燃烧装臵的设计。当空气充足和燃烧过程进行完善时，燃料中的可燃成 分如碳、氢、硫都能与氧化合成 CO2、H2O以及SO2等诸燃烧产物，这种燃 烧称为完全燃烧。但当空气不足或燃烧过程进行不够完善时，燃烧产物 中除了上述成分外，还可能生成CO、H2、CH4等未燃尽气体及固态颗粒， 构成所谓不完全燃烧。燃料的不完全燃烧，不仅意味着热量损失、能源 浪费。而且会引起环境污染，造成公害，因此一般燃烧装臵都要求作到 完全燃烧。
在式(12-7)中如果代入气体燃料的包含含湿量的全气体成分，则计算 出来的是对应1Nm3湿气体燃料的理论空气需要量。如代入的是干气体成分， 则计算出来的将是对应1Nm3干气体燃料的理论空气需要量，由于通常需要 的是对应于实际送入燃烧装臵里的全气体成分燃料理论空气需要量。因此 这时还需根据含湿量进行折算。 在表12-1给出了计算出的各种燃料燃烧所需理论空气量。
耐火材料与燃料燃烧讲义
表12-1 各种燃料的理论空气量 燃 料 木 材 褐 煤 无烟煤 木 炭 焦 炭 汽 油 重 油 苯 酒 精 煤 气 水煤气 发生炉煤气 理论空气量 L0(kg/kg) 4~5 5~7 11~11.3 10~12 10~12 14.5~15 14~14.5 13.4 9.4 4~5 4~5 4~5 V0(Nm3/kg) 3~4 4~6 8.5~8.8 8~9 8~9 11.3~11.5 10.3~11.0 10.4 7.1 4.0~5.5 2.3~5.5 1.0~1.1
Cy C y (kg)碳完全燃烧时所需氧为 (Nm3)，而生成的二氧化碳为 1.866 100 100
第四章 耐火原料讲诉
第四章耐火原料耐火材料是由各种不同种类的耐火原料在特定的工艺条件下加工生产而成。
耐火材料在使用过程中会受到各种外界条件的单独或复合作用，因此要有多种具有不同特性的耐火材料来满足特定的使用条件,其所用的耐火原料种类也是多种多样的。
耐火原料的种类繁多，分类方法也多种多样。
按原料的生成方式可分为天然原料和人工合成原料两大类，天然矿物原料是耐火原料的主体。
自然界中存在的各种矿物是由构成这些矿物的各种元素所组成。
现在已探明氧、硅、铝三种元素的总量约占地壳中顽强素总量的90%，氧化物、硅酸盐和铝硅酸盐矿物占明显优势，是蕴藏量十分巨大的天然耐火原料。
天然耐火原料的主要品种有：硅石、石英、硅藻土、蜡石、粘土、铝矾土、蓝晶石族矿物原料、菱镁矿、白云石、石灰石、镁橄榄石、蛇纹石、滑石、绿泥石、锆英石、珍珠岩、铬铁矿和石墨等。
天然原料通常含杂质较多，成分不稳定，性能波动较大，只有少数原料可直接使用，大部分都要经过提纯、分级甚至煅烧加工后才能满足耐火材料的生产要求。
能作耐火原料用的天然矿物原料的种类是有限的，对制作现代工业所特殊要求的高质量和高技术耐火材料，它们无法满足要求。
人工合成耐火原料在近几十年的发展十分迅速。
这些合成的耐火原料可以完全达到人们预先设计的化学矿物组成与组织结构，质量稳定，是现代高性能与高技术耐火材料的主要原料。
常用的人工合成耐火原料有：莫来石、镁铝尖晶石、锆莫来石、堇青石、钛酸铝、碳化硅等。
按耐火原料的化学组分，可分为氧化物原料与非氧化物原料。
随着现代科学技术的发展，某些有机化合物已成为高性能耐火原料的前驱体或辅助原料。
按化学特性，耐火原料又可分为酸性耐火原料，如硅石、粘土、锆英石等；中性耐火原料，如刚玉、铝矾土、莫来石、铬铁矿、石墨等；碱性耐火原料，如镁砂、白云石砂、镁钙砂等。
按照其在耐火材料生产工艺中的作用，耐火原料又可分为主要原料和辅助原料。
主要原料是构成耐火材料的主体。
辅助原料又分为结合剂和添加剂。
耐火材料讲义PPT课件
对不合格的耐火砖进行返 工或报废处理，防止不合 格品流入市场。
04 耐火材料的应用领域
钢铁工业
熔炼与连铸
耐火材料用于制造钢包、中间包 、滑动水口等，保护钢水不被氧 化，提高产品质量。
轧钢与锻造
耐火材料用于制造加热炉炉衬， 减少能源损失，提高加热效率。
有色金属工业
铝冶炼
耐火材料用于制造铝熔炼炉炉衬，保护铝液不被氧化，提高铝产品质量。
06 案例分析：某耐火材料公 司的成功经验
公司概况与市场定位
公司成立时间
01
成立于XXXX年，是国内较早进入耐火材料行业的公司之一。
公司规模
02
拥有员工XXX余人，其中研发人员占比XX%。
市场定位
03
专注于高端耐火材料的研发、生产和销售，服务于国内外钢铁、
有色金属、玻璃等高温工业领域。
技术创新与产品开发
公司建立了专业的客户服务团队，为客户提供全方位的技术支持和售后服务，及时解决客户问题，提 高客户满意度。
环境友好与可持续发展
环境友好
公司注重环境保护，采用环保材料和工 艺，减少生产过程中的环境污染。
VS
可持续发展
公司积极履行社会责任，推动产业升级和 绿色发展，实现可持续发展。
THANKS FOR WATCHING
铜冶炼
耐火材料用于制造铜熔炼炉炉衬，保护铜液不被氧化，提高铜产品质量。
陶瓷与玻璃工业
陶瓷烧成
耐火材料用于制造陶瓷烧成窑炉的炉 衬，保护陶瓷制品不被氧化或污染。
玻璃熔炼与连铸
耐火材料用于制造玻璃熔窑的炉衬和 玻璃液输送管道，确保玻璃液的纯度 和质量。
能源与环保领域
煤化工
耐火材料用于制造煤气化炉炉衬，保护炉体免受高温和化学侵蚀。
04 耐火材料的应用领域
钢铁工业
熔炼与连铸
耐火材料用于制造钢包、中间包 、滑动水口等，保护钢水不被氧 化，提高产品质量。
轧钢与锻造
耐火材料用于制造加热炉炉衬， 减少能源损失，提高加热效率。
有色金属工业
铝冶炼
耐火材料用于制造铝熔炼炉炉衬，保护铝液不被氧化，提高铝产品质量。
06 案例分析：某耐火材料公 司的成功经验
公司概况与市场定位
公司成立时间
01
成立于XXXX年，是国内较早进入耐火材料行业的公司之一。
公司规模
02
拥有员工XXX余人，其中研发人员占比XX%。
市场定位
03
专注于高端耐火材料的研发、生产和销售，服务于国内外钢铁、
有色金属、玻璃等高温工业领域。
技术创新与产品开发
公司建立了专业的客户服务团队，为客户提供全方位的技术支持和售后服务，及时解决客户问题，提 高客户满意度。
环境友好与可持续发展
环境友好
公司注重环境保护，采用环保材料和工 艺，减少生产过程中的环境污染。
VS
可持续发展
公司积极履行社会责任，推动产业升级和 绿色发展，实现可持续发展。
THANKS FOR WATCHING
铜冶炼
耐火材料用于制造铜熔炼炉炉衬，保护铜液不被氧化，提高铜产品质量。
陶瓷与玻璃工业
陶瓷烧成
耐火材料用于制造陶瓷烧成窑炉的炉 衬，保护陶瓷制品不被氧化或污染。
玻璃熔炼与连铸
耐火材料用于制造玻璃熔窑的炉衬和 玻璃液输送管道，确保玻璃液的纯度 和质量。
能源与环保领域
煤化工
耐火材料用于制造煤气化炉炉衬，保护炉体免受高温和化学侵蚀。
耐火材料与燃烧概论3资料
T
CN
Cf
CP CO
r O
图13-3 理想状况下层流扩散火焰断面上的浓度与温度分布
Cf–燃料浓度; Co–氧浓度; CP–燃烧产物浓度; CN–氮浓度; T–温度; f–火焰锋面
耐火材料研究室
扩散火焰某断面处的气体浓度和温度分布如图13-3所示。图中Cf、Co、 Cp、CN分别表示燃料、氧气、燃烧产物以及氮的浓度，T表示温度，f表示 火焰前锋位置。从图可以看出在火焰前锋面上化学反应十分迅速，燃烧产 物浓度Cp和温度均最高，并由燃料侧向火焰锋面逐渐递增，而氧浓度由空 气侧向火焰锋面逐渐递减，在火焰锋面上Cf与Co均接近于零。在图13-2中 由喷口到火焰前锋顶部的距离则被称为火焰高度hf，它是燃烧装置选择燃 烧器的重要依据。
耐火材料研究室
气体燃料、液体燃料与固体燃料的燃烧中，根据燃烧条件可能都会出现 动力燃烧和扩散燃烧，或处于两者之间的过渡燃烧。本章只讨论气体燃料 的扩散燃烧，它是研究扩散燃烧的基础。
一般来说，燃烧所需的全部时间通常包括两部分：即气体燃料与氧化剂 混合所需时间τmix以及燃料进行化学反应所需时间τche。如果不考虑这两种 过程的重叠，则整个燃烧时间τ就是上述两种时间之和，即τ=τmix+τche。 如果τmix<<τche，则τ≈τche，即燃烧过程受化学动力学因素控制，而为动 力燃烧工况。这是在预混与非预混燃烧中都可能存在的情况。这时燃烧速 率将强烈地受到化学动力学因素控制，可燃混合气的性质、温度、压力、 浓度等的变化将强烈地影响燃烧速率，而气流速度、气流流过的物体形状 和尺寸等与扩散混合有关的因素，对燃烧速率并无显著影响。
以下进一步讨论扩散火焰高度问题。根据射流理论可以计算出圆柱形燃料 自由射流扩散火焰的高度。在这里仅简略导出结论。
耐火材料与燃烧概论15
煤粉在炉中随气流而快速运动，煤粉在炉内逗留时间很短，一般仅2-3s， 故需将煤粉磨得很细，使它来得及充分燃烧。对煤粉的要求为：颗粒平均直 径为40-100μm；水分含量为 (0.5-1.0)Wf%。在煤粉炉，煤粉是先与部分燃 烧空气(称一次风)组成一股煤粉−空气混合流，然后再经过燃烧器喷入炉内 燃烧，燃烧所需总空气量的其余部分称二次风，当把煤粉制粉系统的排气送 入炉内燃烧时，称为三次风。在燃烧器中合理地安排一、二、三次风口的射 流是达到所需燃烧空气动力场的关键。煤粉燃尽后的灰渣可以固态或液态排 出炉外，并分别称之为固态除渣煤粉炉及液态除渣煤粉炉。
① 化渣问题。旋风炉对燃料的适应性，主要受灰渣性质的限制，因此 需采用适当的熔剂以降低灰渣的熔点，对于扩大旋风炉的适用范围具有很 大意义。根据实践经验，增加成分中的金属氧化物可以降低灰渣的熔点。
耐火材料与燃料燃烧
② 积灰问题。当采用旋风燃烧时，虽然烟气中的飞灰大大减少，但锅 炉受热面的积灰问题并未彻底解决，甚至由于这时烟气中只有细灰，受热面 积灰现象反而有所加剧，到目前为止，积灰问题尚未解明，这是影响旋风炉 广泛采用的一个重要原因。 ③ 灰渣物理热的利用问题。采用旋风炉后，空气系数可以减小，而燃 烧却更安全，这些因素可以使锅炉的热效率提高。但是，旋风炉的捕渣率很 高，而且是呈液态流出，带走大量物理热。特别是对于多灰燃料，必须考虑 液态渣的物理热的利用问题。
耐火材料与燃料燃烧
由于挥发分是气态的，容易与空气混合，挥发分比焦炭易于着火，故 当温度足够高又有空气时，挥发分将首先着火。当挥发分着火燃烧后，它 一方面加热焦炭，但同时又与焦炭争夺燃烧所需的氧。焦炭在大部分挥发 分燃烧以后，才着火燃烧，但与挥发分差不多同时燃尽。焦炭的燃烧一般 先从其表面的某一局部开始，再逐渐扩展到整个表面。焦炭中所含矿物杂 质燃烧后形成的灰分，由于在燃烧过程中会形成妨害氧气由颗粒外部向内 部扩散的逐渐增厚的灰壳，对燃尽时间有一定的影响，故灰分对燃烧是不 利的。
① 化渣问题。旋风炉对燃料的适应性，主要受灰渣性质的限制，因此 需采用适当的熔剂以降低灰渣的熔点，对于扩大旋风炉的适用范围具有很 大意义。根据实践经验，增加成分中的金属氧化物可以降低灰渣的熔点。
耐火材料与燃料燃烧
② 积灰问题。当采用旋风燃烧时，虽然烟气中的飞灰大大减少，但锅 炉受热面的积灰问题并未彻底解决，甚至由于这时烟气中只有细灰，受热面 积灰现象反而有所加剧，到目前为止，积灰问题尚未解明，这是影响旋风炉 广泛采用的一个重要原因。 ③ 灰渣物理热的利用问题。采用旋风炉后，空气系数可以减小，而燃 烧却更安全，这些因素可以使锅炉的热效率提高。但是，旋风炉的捕渣率很 高，而且是呈液态流出，带走大量物理热。特别是对于多灰燃料，必须考虑 液态渣的物理热的利用问题。
耐火材料与燃料燃烧
由于挥发分是气态的，容易与空气混合，挥发分比焦炭易于着火，故 当温度足够高又有空气时，挥发分将首先着火。当挥发分着火燃烧后，它 一方面加热焦炭，但同时又与焦炭争夺燃烧所需的氧。焦炭在大部分挥发 分燃烧以后，才着火燃烧，但与挥发分差不多同时燃尽。焦炭的燃烧一般 先从其表面的某一局部开始，再逐渐扩展到整个表面。焦炭中所含矿物杂 质燃烧后形成的灰分，由于在燃烧过程中会形成妨害氧气由颗粒外部向内 部扩散的逐渐增厚的灰壳，对燃尽时间有一定的影响，故灰分对燃烧是不 利的。
耐火材料与燃烧概论3
耐火材料与燃料燃烧讲义
5
图3-2 SiO2的理论晶型转变
耐火材料与燃料燃烧讲义
6
图3-3 SiO2的实际晶型转变
耐火材料与燃料燃烧讲义
7
(2) 快速型转化。当达到一定温度时这种转化就会骤然发生，而且 不是从结晶核心或边缘开始逐步进展，而是整个结晶同时骤然转变，且 转变是可逆的。
无论是缓慢型转化或快速型转化，都伴随有体积的变化。体积的变 化直接影响到硅砖的生产和使用过程。SiO2的各种形态转化时发生的体 积效应如表3-2所示。
耐火材料与燃料燃烧讲义
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图3-1 Al2O3-SiO2二元系相图
图中A点为100% SiO2的熔点，B点为100% Al2O3的 熔点。
耐火材料与燃料燃烧讲义
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3.1 氧化硅质耐火材料
3.1.1 SiO2的同素异性转变
硅砖的主要成分为SiO2，在不同的温度下以不同的形态存在。在耐 火材料加热或冷却的过程中，在一定的条件下常常发生晶型转变并伴有 体积变化。
耐火材料与燃料燃烧讲义
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3.1.2 硅砖的生产
生产硅砖的原料主要是硅石，其次还有少量的废硅砖(大约20%左右)
以 及 矿 化 剂 等 。 为 了 保 证 硅 砖 的 质 量 ， 一 般 要 求 硅 石 中 SiO2 含 量 大 于 96% (我国多数大于98%)，Al2O3、Fe2O3、TiO2及碱金属氧化物等杂 质总含量一般要小于2%。为了生产出高质量的致密硅砖，要求原料越致
+0.004
2.37~2.35
0.4405~0.4255
γ=1.473
1.475
-
2.242 (转变温度下)
0.4460
弱
耐火材料与燃烧概论
7.8
167800
67.1
22.7
2.8
7.4
耐火材料与燃料燃烧讲义
11.1.2.3 能源技术水平不断提高，但与国际先进水平仍有差距 (1) 煤炭工业。已具备设计、建设、装备及管理千万吨级露天煤矿和大
中型矿区的能力，综合机械化采煤等现代化成套设备广泛使用，拥有了 一批世界先进水平的大型煤矿。但从国际比较看，我国多数煤矿规模小、 生产技术水平低、装备差、效率不高。2003年我国平均单井产量约6万 吨,采煤机械化程度仅45%，远低于国际先进水平。
耐火材料与燃料燃烧讲义
(3) 石油天然气工业。建立了从科学研究、勘探开发、地面工程建设 到装备制造的完整体系，复杂断块勘探开发、提高油田采收率等技术达 到国际领先水平。同时，我国石油天然气技术发展也面临着严重挑战： 近些年来，石油地质理论一直没有大的突破，地球物理勘探技术还不适 应复杂地区、南方海相地层和深海勘探需要，亟待理论发展和技术创新。
耐火材料与燃料燃烧讲义
(2) 电力工业。总体装备水平进步很快。300、600MW等级大型机组 正在成为发电装备的主力军，水电设备达到国际先进水平。形成了区域 电网为主，比较完备的500kV和330kV主网架750 kV示范工程启动， 电网运行基本实现了自动化、现代化管理；电网发展进入大规模跨区送 电和全国联网的新阶段，并向高效、环保、安全、经济的更高目标迈进。 全 国 供 电 标 准 煤 耗 从 1978 年 的 471g/(kW·h) 下 降 到 2003 年 的 381g/(kW·h)。我国制造600MW及以下常规燃煤发电设备的性能价 格比具有明显的国际竞争优势。但另一方面，我国电力工业还存在着关 键技术设备自主开发生产能力弱等问题。清洁煤发电、核电、大型超 （超）临界机组、大型燃气轮机、大型抽水蓄能电站和高压直流输电设 备技术开发和设备生产与国际先进水平还有相当差距。
耐火材料与燃烧概论8
然或人工制造的耐火材料。又称 为保温材料或轻质材料。 应用绝热材料的根本目的在于降低高温热工设备砖砌体的热损失，提 高热效率，增加生产，降低能源消耗。
高温炉窑通过炉墙的热损失有两种形式，即炉墙以导热的形式向外散 热和砖砌体的蓄热损失。连续性操作炉窑以散热损失为主，间歇式操作的 热工设备主要是蓄热损失。所以要针对热损失的形式，合理选择和应用绝 热材料。
耐火材料与燃料燃烧讲义 8
5.0 小气孔 大气孔 4.0
λ / W / m· ℃
3.0
2.0
600
700
800 t/ ℃
900
1000
图8-2 导热系数和温度及气孔大小的关系
耐火材料与燃料燃烧讲义
9
导热系数与气孔的大小也有关系。若气孔率小，气孔尺寸愈小，分布
均匀，则增大气孔率，使导热系数降低。当气孔率达到一定值后，气孔尺
耐火材料与燃料燃烧讲义
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8.3.2.4 轻质混凝土 按轻质骨料的种类分为：膨胀珍珠岩轻质混凝土、膨胀蛭石轻质混凝 土、空心球耐火混凝土、陶粒轻质混凝土及复合轻质骨料混凝土等。 按胶结剂种类分为：水泥胶结轻质混凝土，无机物胶结轻质混凝土、 有机物胶结轻质混凝土和复合胶结轻质混凝土。 按施工方法分为：轻质骨料混凝土、泡沫轻质混凝土和加气轻质混凝 土。 轻质混凝土的性能主要与轻质骨料、粉料及胶结剂的性能和用量有关。
轻质绝热材料既可使以导热的方式散失的热量减少，又可使因蓄热损 失的热量减少，从而可获得最佳节能效果。
耐火材料与燃料燃烧讲义
1
8.1 绝热材料的特征与分类
8.1.1 绝热材料的主要特征
绝热材料的主要特征为：气孔率高，一般为65-78%；体积密度小，一 般不超过 1.3g/cm3，目前工业上常用为 0.5-1.0g/cm3；导热系数小，多数 小于 1.26W/m·℃；重烧收缩小，一般不超过 2% 。因此，绝热材料也称为 轻质隔热材料。
高温炉窑通过炉墙的热损失有两种形式，即炉墙以导热的形式向外散 热和砖砌体的蓄热损失。连续性操作炉窑以散热损失为主，间歇式操作的 热工设备主要是蓄热损失。所以要针对热损失的形式，合理选择和应用绝 热材料。
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5.0 小气孔 大气孔 4.0
λ / W / m· ℃
3.0
2.0
600
700
800 t/ ℃
900
1000
图8-2 导热系数和温度及气孔大小的关系
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导热系数与气孔的大小也有关系。若气孔率小，气孔尺寸愈小，分布
均匀，则增大气孔率，使导热系数降低。当气孔率达到一定值后，气孔尺
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8.3.2.4 轻质混凝土 按轻质骨料的种类分为：膨胀珍珠岩轻质混凝土、膨胀蛭石轻质混凝 土、空心球耐火混凝土、陶粒轻质混凝土及复合轻质骨料混凝土等。 按胶结剂种类分为：水泥胶结轻质混凝土，无机物胶结轻质混凝土、 有机物胶结轻质混凝土和复合胶结轻质混凝土。 按施工方法分为：轻质骨料混凝土、泡沫轻质混凝土和加气轻质混凝 土。 轻质混凝土的性能主要与轻质骨料、粉料及胶结剂的性能和用量有关。
轻质绝热材料既可使以导热的方式散失的热量减少，又可使因蓄热损 失的热量减少，从而可获得最佳节能效果。
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8.1 绝热材料的特征与分类
8.1.1 绝热材料的主要特征
绝热材料的主要特征为：气孔率高，一般为65-78%；体积密度小，一 般不超过 1.3g/cm3，目前工业上常用为 0.5-1.0g/cm3；导热系数小，多数 小于 1.26W/m·℃；重烧收缩小，一般不超过 2% 。因此，绝热材料也称为 轻质隔热材料。