耐火材料

而不易损毁的性能。

6. 耐真空性:
材料在真空和高温下服役时的耐久性，
因高温减压时耐火材料中有些组分极易挥发。
第三节 耐火材料的生产过程
原料加工 → 配料 → 混炼 → （成型） → 干燥 → 烧
成（熔制）→（成型）→检验→成品
即耐火材料的生产过程与陶瓷或玻璃的生产过
程相似。
第二章 耐火材料各论
重烧）制得氧化镁。将氧化镁粉碎后加入添加
剂和结合剂，混合后成型、煅烧即制得镁砖。
5．性质
耐火度
大于 1920 ℃，荷重软化温度
大于
1500℃，抗热震性 1100℃冷水 大于25次，抗 碱性好，最高使用温度大于1600℃。
6．应用 用于各种炉衬，特别是碱性环境。
二、白云石质耐火材料
4.
性质：比重大（4.55），高温下黏度高，耐 火度大（大于 1825 ℃），荷重软化温度大于 1650℃，耐磨，热膨胀低。抗热震性差，抗渣 性差，抗碱腐蚀性差。 5. 应用：用于连续铸钢的盛钢桶内衬，有色 冶炼炉的铸口，还可用于玻璃窑等。
二、含锆英石的其它耐火材料
包括：Zr-Al砖
第四篇 耐火材料
第一章 耐火材料基础
第一节 概
述
一、概念
耐火材料是耐火度不低于1580℃的材料，一般
是指主要由无机非金属材料构成的材料和制品。
二、主要种类
1.
按化学成分分为 （ 1 ）氧化硅质（以氧化硅为主 包括硅砖和石 英玻璃）； （2）氧化铝质 (以氧化铝和氧化硅为主 又分为 半硅质、粘土质和高铝质)； （3）氧化镁质（又分为镁砖、镁铝砖、镁硅砖、 镁钙砖、镁铬砖和镁碳砖）；
第一节 硅质耐火材料
为典型的酸性耐火材料。
一、二氧化硅的相变
不同晶型之间的转变称为迟钝型转变，如：石
英→鳞石英→方英石。是不可逆的。
同一晶型之间的转变称为快速型转变，如：α石
英→β石英→γ石英, 是可逆的。
二、硅砖的生产
以 天 然 SiO2 质 岩 石 为 原 料 ， 要 求 杂 质 组 分
四、耐火材料的使用性质


1．耐火度: 材料在高温作用下达到软化程度时的温度。
2．荷重软化温度: 普通材料加恒压0.2N/mm2下，升温
测其软化温度。

3．高温体积稳定性: 材料重烧线变化率和体积变化率。

4．耐热震性（抗热震性）: 极限温差。 5．抗渣性: 材料在高温下抵抗熔渣及其它熔融液侵蚀
二、浇注耐火材料
在粉料、粒料中加入一定量的水和结合剂，使
之具有流动性，适用于以浇注方法施工的不定 形耐火材料。
1 脊性耐火材料
（1）粒状料：由各种耐火材料组成，以硅酸锆质和刚 玉材料用得最多。硅质材料（硅石）用得很少，因为 氧化硅在高温下与碱性结合剂反应强烈，且体积膨胀 较大，但由于其抗热震性很好可用于酸性环境下。 镁质材料可制造碱性耐火材料，但在配制浇注料时不 应使用含水结合剂。 碳化硅是配制浇注料的优良材料，可作为耐高温、耐 磨、高导热的浇注原料。
第三节 镁质耐火材料
为典型的碱性耐火材料。种类较多。
一、氧化镁砖
1．种类
各 种 镁 砖 ： Mg-Si、Mg-Ca、Mg-Al、Mg-Cr、
Mg-C等。 2．组成 方镁石、镁方铁矿、镁尖晶石、镁硅酸盐（橄 榄石、辉石）等。 3．原料 主要为菱镁矿。
4．生产 首先将菱镁矿煅烧（ 1000 ℃轻烧， 1400 ℃以上

（2）粉状料：它实现粒状料的紧密堆积，保证
混合料的均匀流动性，提高浇注料的结合强度。 要求：粒度必须合理，小于1微米的超细粉应含 一定数量，一般由体积稳定的熟料制成或稍加 入适量的膨胀剂以补充粒料的收缩。
2．结合剂
分为有机结合剂和无机结合剂。
根据其硬化特点可分为：气硬性、水硬性、热

4．应用
是目前使用最广泛的一种不定形耐火材料，主
要用于构筑各种加热炉的内衬等整体构筑物。
三、可塑耐火材料
由粉状和粒状物与可塑黏土等结合剂和增塑剂
配合，加少量水分，经充分混炼，所组成的一 种呈硬泥状并在较长时间内保持较高可塑性的 不定形耐火材料。 使用时应注意：黏土加热后的收缩率要小于4%。 优点：抗热震性好。
1670℃，耐酸性高，抗热震性很差，850℃冷水两次。
主要用在玻璃窑。
第二节 硅酸铝质耐火材料
以氧化铝和氧化硅为主，Al2O3： 30%～46%。
一、粘土质耐火材料
1．原料：耐火粘土（高岭土、铝土矿等）
2．生产：似陶瓷 3 ．性质及应用：耐火度
1580～1770℃，高温 耐压强度 大于58.8Mpa(1000～1200℃), 荷重软 化温度 1250～1400℃， 高温体积稳定 小于1%， 抗热震性好 1100℃ 水冷50次以上，抗渣性好。 4 应用：主要用于炼刚炉。
以CaO和MgO为主要成分的耐火材料。
1．种类：含游离氧化钙的白云石质耐火材料和
稳定型的白云石制品； 2．组成：游离氧化钙型（方镁石和石灰石）， 稳定型（C3S、MgO为主，少量C2S、C4AF）
3．生产：游离氧化钙型（天然白云石烧或不烧，
粘结），稳定型（以天然白云石、石英、磷灰 石为原料配合后共烧结而成，烧结温度小于 1450℃）。 4 ．性质：游离氧化钙型 （耐火度 1500 ～ 1700 ℃，稳定性差，极易吸水分解，成本低）； 稳定型（常温耐压 50 ～ 70Mpa，荷重软化温度 1500℃，抗渣好，抗热震性差）。
4.

按耐火度分为： 普通（1580～1770℃）; 高级（1770～2000℃）; 特级（大于2000℃）；
5.

按化学性质分为： 酸性耐火材料; 中性耐火材料; 碱性耐火材料；
6.

按标准和尺寸分为： 标准砖; 异型砖; 管形材; 耐火器皿；
7.
2.
按矿物成分 （1）白云石质 MgCa（CO3）2 （2）橄榄石质（Mg2SiO4） （3）尖晶石质（Fe2MgO4） （4）碳质（石墨制品） （5）含锆质（氧化锆+莫来石+刚玉） （6）特殊耐火材料 （碳化物、氮化物、硼化 物）
3.


按制造方法分为： 块状耐火材料; 不定形耐火材料; 烧制耐火材料; 熔铸耐火材料；


按使用场合： 冶金用; 水泥窑用; 玻璃窑用; 陶瓷窑用; 锅炉用。
三、耐火材料的组成
1．化学成分：主成分、杂质成分（有害）和外
加组分（有益）； 2. 物相组成：主晶相、次晶相和基质。
第二节 耐火材料的性质
一、耐火材料的宏观性质
1．气孔：开孔、闭孔和贯通孔； 2．气孔率：体积百分比 真气孔率 Pt=（Vc+Vo）/Vb×100% 闭气孔率 Pc= Vc/Vb×100% 显气孔率 Pa= Vo /Vb×100% Vc--- 闭孔体积； Vo--- 开孔 + 贯通孔； Vb--- 材料总 体积 Pt= Pc+ Pa
一、纯锆英石耐火材料

1．原料：天然锆英石（ZrSiO4）矿砂，含量大于90%。 在1500～1700℃（低于锆英石分解温度）煅烧出块， 若加入碱金属氧化物可在 1050～1300℃煅烧，之后急 冷，然后细磨。 2．生产：用有机结合剂黏结，用黏土可引起制品的耐 火度和体积稳定性降低。可加入少量氧化钙等矿化剂 以促进烧结。最高烧结温度为1700℃。 3．组成：几乎全部由ZrSiO4晶体组成，含少量玻璃质 和氧化锆。

二、耐火材料的力学性质
1．常温耐压强度:
S=P/A P—材料破坏时的最 大压力；A—受压面积 2 ．高温耐压强度 : 在高于 1000 ～ 1200 ℃条件下， 单位面积所承受的最大压力。 3 ．抗折强度（抗弯强度、断裂模量） : 材料单 位面积所承受的极限弯曲应力。 4．耐磨性: 材料抗机械磨损作用的能力。
二、高铝质耐火材料


Al2O3大于48%。原料和生产与粘土质耐火材料相似。
性质：耐火度 1770～2000℃， 荷重软化温度 大于1400℃，
导热性好，抗热震性较差 850℃ 水冷30次以上，抗渣性好。

应用：为最广泛的一种，用于冶金、建材、陶瓷、电力锅炉等。 其用作电炉顶寿命比硅砖高2～5 倍。
可提高抗热震性； Zr-Cr-Al砖 可提高强化基质的耐高温性和抗 腐性； Zr-SiC砖 可提高抗渣性和耐磨性。
第六节 不定形耐火材料
一、概述
1.
定义：有合理级配的粒状和粒状了与结合剂 共同组成的不经成型和烧成而直接供使用的耐 火材料。又称为散状耐火材料。 2. 构成：粒料（骨料）、粉料（掺合料）、 结合剂（胶结剂）。 3. 形状：浆状、泥膏状和松散状。 4 种类：浇注耐火材料、可塑耐火材料和其它 不定形耐火材料。
1 ．性质：气孔率大（ 15 ～ 25% ），强度
抗压 30 ～ 6 ～ 0Mpa，抗渣性好，耐火度（还原气氛） 3500℃升华，抗氧化能力差。 2．应用：炼铁高炉，铝电解槽内衬及阳极。
二、石墨耐火制品
原料：石墨、耐火黏土、可塑性黏土及少量碳
1．石墨黏土制品（坩埚、蒸馏罐、盛钢桶砖等）
（ Al2O3、TiO2、碱金属氧化物）含量小于 2% 。
生产工艺与陶瓷相似。
三、硅砖的性质和使用

1．SiO2>93%，鳞石英：30%～70%，方英石：20%～
80%，石英：3%～15%，玻璃相：4%～14%。


2．真密度小于2.38g/cm3,体积密度：1.80～1.95 g/cm3.
3．使用性质：耐火度 1690～1730℃，掺杂时 1620～
第四节 碳质耐火材料
一、碳素耐火材料
即碳砖、碳块及无定形碳为主。
1 ．原料：灰分小于 8% 的各种煤和少量石墨。
配料为高碳有机物（沥青、煤焦油等）。 2 ．生产：主料 80% ～ 85% ，配料 20% ～ 15% ， 在温度50～70℃下混炼后成型，冷却后在还原 气氛下焙烧。 3 ．原理： 200 ～ 500 ℃ 结合剂逸出； 450 ～ 800℃ 焦化；1000～1300℃烧结；缓慢降温。
5
应用：游离氧化钙型（炼刚炉衬、电炉炉
衬）；稳定型（可部分代替镁砖）。
三、尖晶石质耐火材料Hale Waihona Puke Baidu
1．种类：Mg-Al、Mg-Cr
2．组成：镁铝尖晶石和镁铬尖晶石 3．生产：首先需要合成尖晶石，然后烧结或不
烧。也可制备不定形耐火材料。 4．性质：强度高，抗蠕变性强，荷重软化温度 1700～1750℃，抗渣性远大于镁砖，体积稳定。 5．应用：有色金属冶炼炉衬及其它各类炉衬。

3．密度（g/cm3）
体积密度 d=M/V 视密度或表观密度 da=M/（Vc+Vt） 真密度 dt=M/Vt Vc---闭孔体积；Vt---除气孔外的材料体积； V---总体积；M—质量
4．吸水率（%）
是指全部显气孔被水填满时，水的质量与 干燥材料的质量之比。 Wa=（M-Mo）/Mo×100% Wa— 吸水率； M— 吸水后质量； Mo— 吸水前 质量
三、耐火材料的热学及电学性质
1．热膨胀性:
包括线膨胀系数和体积膨胀系数； 2．导热性: 导热系数； 3 ．比热容 : 常压下加热一公斤材料使之升高 1℃所需要的热量（kJ） 4．导电性: 电阻率. 碳质和碳化硅质材料为导体，一般耐火材料为 不良导体，但温度大于1000℃时导电性明显提 高，熔融时导电能力很强。
硬性及陶瓷结合剂。应用最广泛的有高铝水泥、 水玻璃和磷酸盐。
3．配制与生产
（1）颗粒料的配合：对各级颗粒根据最紧密堆积的原 则进行配合。 （2）结合剂及促凝剂的确定：非碱性颗粒一般选用水 泥结合剂，采用磷酸盐应注意浓度，应水玻璃注意控 制模数及比重。 （3）困料：15～28℃以上静止一段时间，使气体充分 逸出。 （4）养护：成型并凝固后浇水或浸水养护3～7天或蒸 汽养护24h。 （5）烘烤：干燥去水，600℃，保温16～32h。
化硅。 制备工艺：与碳素耐火材料相似 。烧成温度 1000～1150℃。 性质：强度高，抗腐和抗渣性好，热膨胀低， 导热性高。 应用：熔融金属耐火材料。
2．其它石墨制品
以可塑黏土作结合剂制得的石墨制品。也可加
入碳化硅、氧化铝、氧化锆等制成复合制品。
第五节 含锆质耐火材料
指含有氧化锆或硅酸锆的耐火材料。