耐火材料工艺学
耐火材料工艺学 氧化镁-氧化钙系耐火材料
3）MF在MA中的溶解度较在方镁石中的溶解度大 得多，因此MA能从方镁石中转移MF从而消除了 MF因温度波动引起的向方镁石中溶解或自其内部 析出的作用，从而提高方镁石的塑性，消除对热 震稳定性的不良影响； 4）MA与FeO反应可生成含有氧化铁的尖晶石； 5）尖晶石的熔点为2135℃，且与方镁石形成二元 系的始熔温度较高（1995℃），因而以MA作结合 物的制品的耐火度和荷重变形温度较高。
广泛采用的稳定剂有CaO、MgO及其混合物，其中 CaO较有效，MgO次之。 CaO加入量通常为3～8%或更多 （按质量计）。
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ZrO2—MgO 系 的 立 方 固 溶 体 在 长 时 间 加 热 处 理 (1000 ～ 1400℃)后会发生分解，导致制品破坏。ZrO2—CaO系立方 固溶体虽较稳定，但长时间加热时亦会发生部分分解，而 使ZrO2失去稳定作用。ZrO2—Y2O3固溶体与其它ZrO2固溶 体相比最主要优点是在1100～1400℃长时间加热不发生分 解，但这类氧化物稀缺，价格昂贵，只能局限于某些特殊 要 求 的 地 方 使 用 。 多 种 复 合 稳 定 剂 ， 如 ZrO2—MgO 和 ZrO2—CaO固溶体中加入1～2％Y2O3即可显著提高其热震 稳定性。加入3～5％Y2O3可以使固溶体完全不分解，而且 有很高的机械强度和较低的热膨胀系数。
27
锆英石是ZrO2—SiO2二 元系中唯一的化合物(图71)。它在1676℃分解并在 1687℃ 异 成 分 熔 化 ， 纯 ZrSiO4 耐 火 度 在 2000℃ 以 上，随杂质含量增加，耐 火度亦相应降低。
28
第二节 氧化锆制品
一、原料的制取和稳定
氧化锆在地壳中的含量约占0.026％，分布极为分散。在自 然界中主要有两种含锆矿石。
耐火材料工艺学 ppt课件
白云石质耐火材料： 以天然白云石为主要原料生产的碱性耐火材料称为白云石质耐火材料 。主要化学成分为30-42%的MgO和40-60%的CaO，二者之和一般应大 于90%。其主要矿物成分为方镁石和方钙石（氧化钙）。 碳复合耐火材料： 碳复合耐火材料是指以不同形态的碳素材料与相应的耐火氧化物复合 生产的耐火材料。一般而言，碳复合材料主要包括镁碳制品、镁铝碳 制品、锆碳制品、铝碳制品等。
2 .按化学矿物组成分类
硅质耐火材料、镁质耐火材料、白云石质火材料、铬质火材料、 碳质火材料、锆质火材料和特种火材料
硅质耐火材料： 含SiO2在90%以上的材料通常称为硅质耐火材料，主要包括硅砖及熔 融石英制品。硅砖以硅石为主要原料生产，其SiO2含量一般不低于94% ，主要矿物组成为磷石英和方石英； 镁质耐火材料： 指以镁砂为主要原料，以方镁石为主晶相，MgO含量大于80%的碱性耐 火材料。通常依其化学组成不同分为： 镁质制品： MgO含量≥87%，主要矿物为方镁石； 镁铝质制品：含MgO >75%，Al2O3一般为7-8%，主要矿物成分为方镁 石和 镁铝尖晶石（MgO· Al2O3 ）； 镁铬质制品：含MgO>60% ，Cr2O3一般在20%以下，主要矿物成分为方 镁石 和铬尖晶石； 镁钙质制品：主要矿物成分除方镁石外还含有一定量的硅酸二钙。
也有将锆英石质耐火材料和碳化硅质耐火材料归入酸性耐火材料 的，因为此类材料中含有较高的SiO2或在高温状态下能转变为SiO2。 对酸性介质的侵蚀具有较强的抵抗能力
中性耐火材料 中性耐火材料按严格意义讲是指碳质耐火材料。通常也将以三价 氧化物为主体的高铝质、刚玉质、锆刚玉质、铬质耐火材料归入中性 耐火材料。因为此类材料含有较多量的两性氧化物如Al2O3、Cr2O3等。 此类耐火材料在高温状况下对酸、碱性介质的化学侵蚀都具有一 定的稳定性，尤其对弱酸、弱碱的侵蚀具有较好的抵抗能力。
耐火材料复习题
《耐火材料工艺学》复习提纲第一章1.耐火材料的概念：耐火材料是指耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。
2.按化学矿物组成分类：硅质制品、硅酸铝制品、镁质制品、白云石制品、铬质制品、特殊制品。
第二章1.三种化学矿物组成：①主成分。
耐火制品中构成耐火基体的成分。
它的性质和数量直接决定制品的性质。
氧化物、元素或非氧化物的化合物。
分酸性、中性和碱性三类。
②杂质成分。
由原料及加工过程中带入的非主要成分的化学物质（氧化物、化合物等）。
这些杂质的存在往往能与主成分在高温下发生反应，生成低熔性或大量的液相，从而降低耐火基体的耐火性能，也称之为溶剂。
③添加成分。
为促进其高温变化和降低烧结温度。
分为矿化剂、稳定剂和烧结剂等。
两种矿物组成：①结晶相（主晶相和次晶相）：主晶相是耐火制品结构的主体而且熔点较高的结晶相。
其性质、数量、结合状态直接决定着耐火材料的性质。
次晶相又称第二固相，也是熔点较高的晶体，提高耐火制品中固相间的直接结合，改善制品的某些性能。
②玻璃相：基质是指填充于主晶相之间的不同成分的结晶矿物（次晶相）和玻璃相，也称为结合相。
硅砖的主晶相：磷石英、方石英粘土砖的主晶相：莫来石、方石英2.三种气孔率表示方法及关系：①总气孔率（真气孔率）Pt，总气孔体积与制品总体积之比；②开口气孔率（显气孔率）Pa，开口气孔体积与制品总体积之比；③闭口气孔率Pc，闭口气孔体积与制品总体积之比。
三者的关系为：Pt＝Pa +Pc气孔率大小影响耐火制品哪些性能？气孔率是耐火材料的基本技术指标。
其大小影响耐火制品的所有性能，如强度、热导率、抗热震性等。
3.高温蠕变性的概念：制品在高温下受应力作用随着时间变化而发生的等温形变。
分为高温压缩蠕变、高温拉伸蠕变、高温弯曲蠕变和高温扭转蠕变等。
高温蠕变曲线的三阶段①oa-起始段：加外力后发生瞬时弹性变形，外力超过试验温度下的弹性极限时会有部分塑性形变；②ab-第一阶段：紧接上阶段的蠕变为一次蠕变，初期蠕变，应变速率de/dt随时间增加而愈来愈小，曲线平缓，较短暂；③bc-第二阶段：二次蠕变，黏性蠕变、均速蠕变或稳态蠕变。
耐火材料工艺学(PPT 39页)
（4） “碳”与“炭”的区别
002
004
101
三维结构
“碳”是一种元素，符号为C。 “炭” 是碳，且以无定形碳为主
100
102
103
006
112 110
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的人造物质(artifact, non-natural )。 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
炭的化学成分主要是碳，且其中
Al2O3-SiC-C Al2O3-SiC-C Al2O3-SiC-C
高炉出铁口用
Al2O3-SiC-C炮泥 Al2O3-SiC-C铁沟浇注料
高炉出铁口组成 渣沟
主沟
沟盖 出铁口
铁沟 摆动流槽
Al2O3-SiC-C质炮泥 高炉出铁口
Ironmaking——torpedo ladle（鱼雷罐）
炼铁——鱼雷罐(运送铁水、铁水预处理脱P,S)
与炉渣亲和性润湿性好、脆性材料、热导率小
抗渣性与热震稳定性差
铁水的预处理 顶吹、顶底复吹、超高功率电炉 炉外精炼、连铸比的不断提高。 要求耐火材料使用寿命(service life)要高。
新的冶炼技术的需要
上个世纪80年代初至80年代末的二伊战争 石油危机
重油紧缺----如何节能降耗？ 能源危机的需要
➢ 考虑材料的致密度。满足前述条件下，尽量选择体积 密度小的材料，以减少蓄热增强体温。
➢ 在用作电炉内衬时，还需考虑其导电性。 耐火材料的性能必须要满足生产要求，在此基础上， 考虑其经济要求，尽量使生产成本最低。
4.1 碳复合耐火材料发展概况(背景、历程和地位) （1）背景
传氧统化耐物火为材主料：MgO、Al2O3 、MA、A3S2…… 特点：离子晶体、熔点高、储量丰富
耐火材料的生产过程及过程步骤介绍
耐火材料的生产过程及过程步骤介绍耐火材料的品种和质量取决于耐火材料的原料及其生产工艺.在原料确定的情况下，耐火材料的生产工艺方法与制度是否正确与合理.对所得耐火制品的质量影响极大。
耐火材料性能的控制.必须通过特定的工艺手段来实现。
因此.耐火材料的生产者必须精子此道，使用者为能正确选用具有某一特性的耐火材料，使其物尽其用，也必须对耐火材料的生产工艺有所了解。
耐火材料的生产工艺流程。
对块状制品，一般包括如下儿个过程:原料的加工一配料一混练一成塑-干燥-烧成-拣选一成品。
原料的质量是耐火材料质觉的基本保证。
要发展优质高效的耐火制品，必须有纯净的质量均一和性质稳定的原料。
因此，选取适宜作为耐火材料原料的天然矿石，开采后必须再经过加工。
原料的加工主要包括原料的精选提纯（或均化、合由）原料的干燥和锻烧，原料的破粉碎和分级。
（1）原料的精选提纯和均化。
为了提高原料纯度.一般需经拣选或冲洗.剔除杂质:有的还需采用适当的选矿方法进行精选提纯。
原料中成分不均的需要均化。
有的在精选后还可引人适量有益加人物，高性能的复合原料需采用人工合成方法。
(2）原料的锻烧。
为了保证原料的高溢体积稳定性、化学稳定性和高强度.多数夭然原料和合成原料需经高溢锻烧制成熟料或经熔融制成熔块。
熟料缎烧溢度一般多控制在使其达到烧结致密化的范田内。
对主晶相为氧化物的原料，烧结温度Ts约为其熔点Tm的0.7-0.9倍，即Ts=(0.7-0.9)Tm，多高于制品的烧成似度，更高于制品的使用滋度。
熟料煅烧一般在竖窑或回转窑中进行。
有的原料，如软质耐火钻土作为钻合剂虽不经锻烧.但若含水过多.应经于燥，以便破碎和分级。
(3）原料的破粉碎和分级。
原料破粉碎是为了制成不同粒级的颗位及细粉，以便于调整成分，进行级配，便多组分间混合均匀，便于相互反应，并获得致密的或具有一定粒状结构的制品坯体。
一般先将颗粒破碎到极限位径40 -50mm；再将位度破碎到极限粒径4一5mm(中碎)，然后细碎。
耐火材料工艺学试题-(2006)[1]
![耐火材料工艺学试题-(2006)[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/5a26a2dfad51f01dc281f142.png)
2003级《耐火材料工艺学》试题考生姓名＿＿＿＿＿＿＿＿＿班级＿＿＿＿＿＿考生注意：第一题“填空”和第二题“判断题”的答案，请直接写在卷面上。
一、填空（每题2分）1 耐火材料是指＿＿＿＿＿＿不低于＿＿＿＿的无机非金属材料，其性能主要取决于＿＿＿＿组成和＿＿＿＿组成；2显气孔率是指制品中＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的比值；3耐火材料的热膨胀、热导率是指其＿＿学方面的物理性质，一般情况下，晶体结构对称性愈强，热膨胀率愈＿＿，晶体结构愈复杂，热导率愈＿＿；4 为了使硅砖中大量形成鳞石英，通常采用的矿化剂有＿＿＿＿、＿＿＿＿。
5硅酸铝质耐火材料是以＿＿和＿＿为基本化学组成的耐火材料，我国高铝矾土原料的主要矿物组成是＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿，其中＿＿等矾土熟料比＿＿等矾土熟料难烧结；6天然产的无水硅酸铝原料“三石”是指＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿，其加热膨胀效应最大的：＿＿＿＿＿＿；7镁碳砖的主要原料是＿＿＿＿和＿＿＿＿以及＿＿＿＿＿＿＿＿结合剂，铝碳质制品主要应用于连铸系统的“三大件”，也即＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿；8 主晶相是指决定耐火材料性质的主要矿相，直接结合指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的结合，陶瓷结合指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的结合，镁砖的主晶相是＿＿＿＿＿＿，镁铝砖（Al2O35-10%）的主晶相是＿＿＿＿＿＿；9 不定形耐火材料通常是指原料经混合后不需机压＿＿＿＿和高温＿＿＿＿的散状料和预制块。
根据美国材料测试标准，普通水泥结合浇注料CaO为＿＿＿＿＿＿%，低水泥结合浇注料CaO为＿＿＿＿＿＿%，超低水泥结合浇注料CaO为＿＿＿＿＿＿%，无水泥结合浇注料CaO为＿＿＿＿＿＿%；10白云石耐火材料按化学组成分有高钙白云石、＿＿＿＿白云石和富镁白云石之分，它们抵抗富硅渣侵蚀能力的顺序：＿＿＿＿＿＿＞＿＿＿＿＿＿＞＿＿＿＿＿＿，抵抗富铁渣侵蚀能力的顺序：＿＿＿＿＿＿＞＿＿＿＿＿＿＞＿＿＿＿＿＿，并且，还原气氛下抵抗富铁渣侵蚀能力＿＿于氧化气氛下。
耐火材料工艺学第四章硅质耐火材料
CaO-FeO-SiO2 系
∵CaO-SiO2 、 FeO-SiO2 都 有二液区，由两个含二 液区的二元系统构成的 三元系统，仍然保持着 二液区。
∴ CaO- FeO可作为矿化剂； 硅砖可以同时吸收不同 比例的CaO和FeO。
Al2O3-SiO2系
∵加入6% Al2O3，液化 温度由1723℃ 降到 3Al2O3·2SiO2-SiO2共晶 点1595℃ ，并且无二 液区。
二、特点
①对酸性炉渣抵抗力强，但受碱性渣强烈侵 蚀，对CaO、FeO、Fe 2O3等氧化物有良好 的抵抗性；
②荷重变形温度高，波动在1640~1680℃间， 接近鳞石英，方石英的熔点(1670℃、 1713℃)；
③热震稳定性低，其次是耐火度不高，这限 制了广泛应用。
应用于： —焦炉、热风炉、玻璃熔窑、隧道窑的拱顶、 各种窑炉的架子砖等。
为什么在硅砖的生产过程中，β-石英 转化成鳞石英的量越多越好？
然界中，各种硅石所含的石英一般均为 β-石英， 至于鳞石英、方石英则很少。 ①方石英的熔点1723℃、鳞石英是1670℃、而石
英是1600℃，但石英具有较高的体积稳定性； ②硅砖中鳞石英具有特殊的结构，矛头状双晶相互
交错的网络状结构，形成结晶网络，能获得坚强 的骨架；因而使砖具有较高的荷重软化点及机械 强度；
3、矿化剂的选择原则
①与SiO2作用,并在不太高的温度下形成液相, 且对制品的耐火度降低不大;
②能够形成足够的液相,液相应具有低的黏度及 大的润湿石英的能力,且数量随温度的改变不 大;
③在制砖过程中,矿化剂分布应均匀,不具水溶性; ④经济、溶液制备容易、便于生产控制。
即:
* 有二液区； ** 形成液相温度＜ 1470℃（鳞石英的最高稳定温度）
精品课件-耐火材料生产基本工艺原理
混练时的加料顺序： 通常先加入粗颗粒料，然后加水或泥浆、纸浆废液，混合1～2min后，再 加细粉。 若粗细颗粒同时加入，易出现细粉集中成小泥团及“白料”。
坯料的塑化处理可采用困料（陈腐）
困料中的水化反应，有时能产生胶体物质 例如含CaO偏高的镁质坯料在困料时发生下述化学反应：
MgO+H2O →Mg(OH)2 CaO十H2O→ Ca(OH)2 生成物呈胶体性质，提高坯料的结合性和可塑性，降低体积效应的危害性。
则：5－3 18.5%；3－1 29%；1－0 17.5%
七、配料 1、配料的组成 包括按规定比例配合的各种原料和同一原料的各不同颗粒组 成的粉料。 (1) 配料的化学组成必须能满足制品的要求，并且应比制品指标要求高些。 (2) 在配料中应含有结合成分，使坯料具有足够的结合性。 (3)原料中含有水分和灼减成分时，原料、配料和制品的化学组成之间应进行换 算。
●助磨剂
一、选矿与提纯
选矿：利用多种矿物的物理和化学性质的差别，将矿物集合体的原矿粉碎，并分离 出多种矿物。 提纯：利用一系列化学及物理化学反应，矿物富集的过程。
选矿方法：机械法、物理-化学法、纯化学法、电气法等。
二、原料的煅烧
原料煅烧时产生一系列物理化学反应，能改善制品的成分及其组织结 构，保证制品的体积稳定及其外形尺寸的准确性，提高制品性能。
矽肺病。
五、助磨剂 助磨剂在粉磨过程中，吸附在物料颗粒表面，使物料表面自由能和晶格畸变 程度减小，促使颗粒软化，另外，助磨剂的吸附可平衡颗粒表面上因粉碎而 产生的不饱和价键，防止颗粒重新聚结。
水是一种最简单的助磨剂，适量水可助磨又可防尘。
第二节 坯料的制备 耐火材料制品几乎都是由粉料颗粒经加工制备而成，所涉及的颗粒，通常是指 毫米至微米级的颗粒。 一、颗粒的几何学性质 1、粉体颗粒的构造 一次颗粒 ；二次颗粒或团聚体。 废旧制品重新利用
耐火材料生产工艺
混练设备
混练机
困料
作用
使结合粘土进一步分散，从而使其与水分分布更均匀， 发挥其可塑性能与结合性能，以改善泥料的成型性能
1对粘土砖的作用
氧化钙在泥料中充分消化，避免CaO水化
2钙含量高的镁砖泥料
去除料内因化学反应产生的气体
2.泥浆注入石膏模中，石膏吸收水分，并在其 表面集结成水分较少的泥料膜
半干法成型坯体密实程度
1.泥料性质2.压制压力 3.增压速度 4.加压时间
有触变性的泥料 1.成型易水化的物料如焦油白云石和焦
油镁砂料
2.浇注料
压力机
干燥
干燥：提高坯体的机械强度，有利于装窑操作并保证
烧成初期能够顺利进行
过程
1.结合粘土的干燥 2.熟料的干燥
原料的煅烧
1.形成熟料：密度高，强度大，体积稳定性好， 具有良好的物理-化学性能和外形质量，从而 保证耐材制品的外形尺寸
2.煅烧的天然矿石有粘土、高铝矾土、菱镁矿 和白云石等
3.不煅烧的天然矿物有硅石、叶蜡石等 4.煅烧温度Ts约为其熔点的0.7~0.9倍，多高 于制品的烧成温度，更高于制品的使用温度。
从最高烧成温度至室温的冷却过程中， 主要发生耐火相的析晶、某些晶相的 晶型转变、玻璃相的固化等过程，在 此过程中坯体的强度、密度、体积依 品种不同都有相应的变化
坯体中各种反应趋于完全、充分、液 相数量继续增加，结晶相进一步成长 而达到致密化
烧结过程的宏观结构变化及其影响因素
宏观结构变化
坯体的烧结可以概括为三个阶段1.热态接触：物料内部各组分质点间的接触增加，但仍 保留其边界2.开始阶段：质点间的边界被打开，但新的气孔尚未形成3.形成封闭气孔阶
耐火材料工艺学(冶金工业第二版)复习要点2
第3章Al2O3-SiO2系耐火材料-3高铝质、硅线石及莫来石质10、高铝砖中，减轻二次莫来石化有些什么措施？减轻二次莫来石化反应措施：（1）熟料的严格拣选分级（2）合理选择结合剂的种类和数量结合粘土尽可能少加（5～10%）用生矾土细粉代替结合粘土用高铝矾土和结合粘土粉按比例配合（3）熟料的邻级混配和氧化铝含量高的熟料以细粉形式加入（4）合适的颗粒组成适当增加细粉数量（45～50%）适当增大粗颗粒的尺寸和数量部分熟料和结合粘土共同细磨共磨时熟料和粘土混合料中的A12O3／SiO2重量比应略大于2.55。
（5）适当提高烧成温度（Ⅱ级矾土熟料）11、什么是“三石”？性质如何？定义：部分硅线石族矿物原料—硅线石砖、红柱石砖或蓝晶石砖。
结构特征及基本性质不同的晶体结构：蓝晶石- 三斜晶系硅线石和红柱石-斜方晶系同一化学式：Al2O3•SiO2Al2O362.92 SiO237.08%12、影响“三石”分解或膨胀性的因素有哪些？影响分解或膨胀性的因素：矿物本身结构；矿物纯度；矿物粒度大小——蓝晶石粒度＜0.2mm，膨胀小且无明显差异；粒度＞0.2mm，膨胀大且差异大。
——硅线石粒度＜0.088mm，1400℃开始分解，1700℃完全莫来石化；粒度＞0.088mm，分解温度提高100℃，1700℃尚有残余硅线石。
——红柱石＜0.15mm，1500℃均莫来石化。
13、硅线石质制品生产工艺要点？制砖工艺与高铝砖的基本相同◇原料为精料◇硅线石和红柱石精矿料可直接制砖，蓝晶石不宜直接用来制砖。
但通过对其粒度的调整，也可直接制砖。
◇天然硅线石族精料通常以颗粒状或粉状料引入。
◇硅线石一般要求小于0.5mm，红柱石可适当放宽至小于2mm，蓝晶石一般为0.147～0.074mm。
◇一般制品的烧成温度为1350～1500℃（莫来石化转变温度＋体积效应）。
14、向铝硅系耐火材料中添加硅线石质矿物可提高其性能，原理是什么？将硅线石族矿物添加到铝硅系耐火材料中，可从下列三个方面提高后者的性能：（1）硅线石族矿物莫来石化产生的膨胀来弥补不定形耐火材料、不烧砖在加热过程中的收缩以保证耐火材料砌体的体积稳定性。
耐火材料生产过程
① ②
毛细管力、粘结剂附着力、
机械捏合力等作用，物料 产生团聚、捏合。但总体 之内。
混练过程中物料混合不均匀度与时间的关系
而言，这两种作用的结果，是使配合料的均匀性波动在一定范围 (h1~h2)
二、混 练
（2）混练效率
● 混合效率可用混合指数 i 来表示。在整个坯料的不同部位
进行多点取样，并测定某一组分的含量 C, 就可以计算出整个
二、半干法压制成型
1. 压制过程
耐火材料的压制成型过程可 以大致分为以下三个阶段： 阶段A: 在压力作用下，颗粒发生 明显的位移，重新分布形成较紧 密的堆积，坯料被压缩明显。 压缩，mm P1
压力，MPa
A
B
P2
C
二、半干法压制成型
1. 压制过程
阶段B: 当压力增至 P1 后，
颗粒发生脆性及弹性变形， 坯料被进一步压缩，但呈 阶梯式变化——坯料被压 缩到一定程度后，即阻碍 进一步压缩，一旦压力继 续增大到使颗粒再度产生 过程短促而频繁，最后，压制过程进入第三阶段。 阶段C: 在极限压力 P2 作用下，坯料不再被压缩，坯体的密度不
增大而降低，从而使得成型坯体的密度亦不均匀，产生所谓的
“层密度”现象。 ● 压强随砖坯厚度改变的关系如下： Sh = S0· exp(-Kh/R) Sh——距受压面 h mm 处的压强；S0——受压面上的压强； K—— 与模型结构有关的系数；R——坯体截面的当量半径。
二、半干法压制成型
2. 砖坯中的压力分布和层密度现象 ● 由于坯体的气孔率取决于压强大小，故沿坯体厚度方向的 压强落差即在一定程度上确定了坯体密度的均匀性。因此， 坯体密度的均匀性可用 Sh和 S0 的比值来估计： β =Sh/ S0 = exp(-Kh/R) 显然， β 越接近于1，则坯体密度的均匀性越好。 3. 影响坯体密度均匀性的因素 (1) 坯料的性质：包括其流动性、自然堆积密度等。 (2) 坯料颗粒间的内摩擦力及颗粒与模壁间的外摩擦力大小：与 颗粒形状、含水率、塑化剂或润滑剂性质及含量有关。 (3) 加压速度及加压方式。 (4) 坯体的大小、厚薄及形状等。
9种常用耐火材料制品的成型方法介绍
9种常用耐火材料制品的成型方法介绍目录刖§1.机压成型法11.可塑成型法2.注浆成型法32.等静压成型法4.振动成型法43.捣打成型法5.挤压成型法54.熔铸成型法7.热压成型法71—刖S耐火材料的成型是指借助于外力和模型将坯料加工成规定尺寸和形状的坏体的过程。
成型方法很多，传统的成型方法按坯料含水量的多少可分为半干法(坯料水分5%左右)、可塑法QK分15%左右)和注浆法(水分40%左右)。
耐火制品生产中根据坯料的性质、制品的形状、尺寸和工艺要求来选用成型方法。
由于耐火材料工业的不断发展，成型工艺也在不断发展，连续铸钢用的铝碳制品采用等静压成型，特大型砖采用挤压法成型;微型制品采用热压注法成型等。
不管用哪一种方法，成型后的耐火制品坯体均应满足下列要求：(1)形状、尺寸和精度符合设计要求；(2)结构均匀、致密，表面及内部无裂纹；(3)具有足够的机械强度；(4)符合逾期的物理性能要求。
1.机压成型法机压成型法是目前耐火材料生产中使用最多的成型方法。
该方法使用压砖机和钢模具将泥料压制成坯体。
因一般机压成型均指含水量为4%〜9%的半干料成型方法，因面也称半干法成型。
该法常用的设备有摩擦压砖机、杠杆压砖机和液压机等。
机压成型过程实质上是一个使坯料内颗粒密集和空气排出、形成致密坯体的过程。
机压成型的砖坯具有密度高、强度大、干燥收缩和烧成收缩小、制品尺寸容易控制等优点，所以该法在耐火材料生产中占主要地位。
机压成型时为获得致密的坯体，必须给予坯料足够的压力。
这压力的大小应能够克服坯料颗粒间的内摩擦力，克服坯料颗粒与模壁间的外摩擦力，克服由于坯料水分、颗粒及其在模具内填充不均匀而造成的压力分布不均匀性，这三者之间的比例关系取决于坯料的分散度、颗粒组成、坯料水分、坯体的尺寸和形状等。
虽然压力与坯体致密化的关系有若干理论公式可供计算，如坯体气孔随压力成对数关系而变化等，但通常用试验方法近似地确定坯体所需的单位而积压力，并依此决定压砖机应有的总压力。
耐火材料工艺学第一章
3、气孔在材料中的存在部位影响其性质
晶内气孔：对密度、力学性质和热学性质有影响；对抗渣性影 响不大； 晶间气孔：对高温蠕变和抗渣性有影响，对热震稳定性有利； 基质内的气孔：对抗渣性危害甚大。
4、气孔的大小和分布对材料性质有影响：
5、不同的材料有不同的气孔率。
2、体积密度 (简称 体密）
定义：单位表观体积占有的质量称为体积密度，以g/cm3表示。
怎样衡量杂质熔剂作用的强弱？
1.体系开始出现液相温度的高低；
2.单位杂质（熔剂）作用生成液相的多少；
3.随温度升高，液相量增长的速度快慢；
4.液相的性质（主要指粘度和润湿性）。
杂质的熔剂作用越强，对制品的耐火性能影响越
大。
添加成分： 在生产过程中为了某种特定的需要而人为地
加入的少量成分。
按照添加剂的目的和作用不同可分为:
（2）中性耐火材料
中性耐火材料按严格意义讲是指碳质耐火材料。但通 常也将以三价氧化物为主体的高铝质、刚玉质、锆刚玉 质、铬质耐火材料归入中性耐火材料（两性氧化物如 Al2O3、Cr2O3等）。
此类耐火材料在高温状况下对酸、碱性介质的化学侵 蚀都具有一定的稳定性，尤其对弱酸、弱碱的侵蚀具有 较好的抵抗能力。
（3）碱性耐火材料
一般是指以MgO、CaO或以MgO· CaO为主要成分的 耐火材料（镁质、石灰质、镁铬质、镁硅质、白云石质 耐火制品及其不定形材料）。 这类耐火材料的耐火度都比较高，对碱性介质的化学 侵蚀具有较强的抵抗能力。
4、依据形状及尺寸的不同 标普型：230mm×113mm×65mm； 不多于4个量尺，（尺寸比）Max:Min<4:1； 异 型：不多于2个凹角，（尺寸比）Max:Min<6:1； 或有一个50～70°的锐角； 特异型：（尺寸比） Max:Min<8:1； 或不多于4个凹角；或有一个30～50°的锐角；
耐火材料工艺学考试要点
耐火材料的一般性质，包括化学矿物组成，组织结构，力学性质，热学性质，高温使用性质。
主成分：酸性耐火材料含有相当数量的游离二氧化硅。
酸性最强的耐火材料是硅质耐火材料中性耐火材料按其严密含义来说是碳质耐火材料，高铝质耐火材料（二氧化铝含量在45%以上）是偏酸而趋于中性的耐火材料，络质耐火材料是偏碱性而趋于中性的耐火材料。
碱性耐火材料含有相当数量的MgO和CaO等，镁质和白云是质耐火材料是强碱性耐火材料，鉻镁系和镁橄榄石质耐火材料以及尖晶石质耐火材料是属于弱碱性耐火材料。
杂质成分：这些杂质成分是某些能与耐火基体起作用而使耐火性降低的氧化物或者化合物，即通常称为溶剂的杂质。
因杂质成分的溶剂作用使系统的共熔液相生成温度愈低，单位溶剂生成的液相量愈多，且随温度升高液相量增长速度愈快，黏度愈小，润湿性愈好，则杂质溶剂作用愈强。
将干燥的材料在规定温度条件下加热时质量减少百分率称为酌减。
主晶相是指构成制品结构的主体且熔点较高的晶相。
基体是指耐火材料中大晶体或是骨料间隙中存在的物质。
耐火材料是由固相（包括结晶相和玻璃相）和七孔两部分构成的非均质体，其中各种形状和大小的气孔与固相之间的宏观关系（包括他们的数量和分布结合情况等）构成耐火材料的宏观组织结构。
吸水率：他是制品中全部开口气孔希曼水后的质量与其干燥质量之比热膨胀：是指其体积或长度随着温度的升高而增长的物理性质。
其原因是原子的非谐性振动增大了物体中原子的间距从而使体积膨胀。
p11材料的热膨胀与其晶体结构和键强度高的材料如SiC具有低的热膨胀系数。
对于组成相同的材料，由于结构不同，热膨胀系数也不同。
耐火材料的热膨胀系数取决于它的化学组成。
热导率：是表征耐火材料导热特性的一个物理指标，其数值等于热流密度处于负温度梯度。
其物理意义是质单位温度梯度下，单位时间内垂直面积的热量。
大部分耐火材料的热导率随温度升高而增大。
但有些如镁砖、碳化砖等则相反，随温度升高热导率反而会下降。
耐火材料工艺学氧化镁-氧化钙系耐火材料
1、什么是镁质耐火材料？包括哪些制品？这类耐火材 料有哪些特点？ 2、镁质耐火制品的化学组成对其性能有哪些影响？
3、镁质耐火制品中的结合物有哪些？各有什么特点？
4、镁质耐火材料的原料有哪些？
5、简述镁质耐火制品的生产工艺要点？
6、了解氧化镁—氧化钙系其它类型耐火材料所用的 原料及生产工艺。
第六章 尖晶石耐火材料
定义：尖晶石指的是相同结构的一类矿物，化学通 式可表示为 AO· R2O3(或 AR2O4)，其中 A代表二价元素 离子，可以是 Mg2+ 、 Fe2+ 等； R 为三价元素，可以是 Al3+，Fe3+、Cr3+等。它们大部分都以同晶型固溶体的 形式存在。所有尖晶石借晶格膨胀形成固溶体。
分类：尖晶石耐火材料按其所用的原料及其组成可 分为：铬砖、铬镁砖、镁铬砖、镁铝尖晶石耐火材料。
的Fe2O3后耐火度仍很高。
故镁质耐火材料对含铁炉渣
有良好的抵抗力。
图5-3 MgO－ Fe2O3系
二、镁质耐火制品结合物及其组织结构特点 1、结合物
（1）硅酸盐 以C3S为结合物时，荷重变形温 度高，抗渣好，但烧结性差，易形成CaO和晶型 转化的C2S；以C3MS2、CMS为结合剂的制品荷 重变形温度低，耐压强度小；以C2S为结合物烧 结性差，荷重变形温度高，但C2S的晶型转化易 造成制品开裂；以C2S或M2S为结合物的制品具有 较高的荷重变形温度，对碱性或铁质渣的化学稳 定性高，抗渣性高。
5）尖晶石的熔点为2135℃，且与方镁石形成二元
系的始熔温度较高（1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ95℃），因而以MA作结合 物的制品的耐火度和荷重变形温度较高。
2、组织结构特点 从微观结构看，耐火制品非均一物质，而是由 不同化学成分及不同结构的矿物组成的。 一种是直接结合； 一种是液相包围颗粒；
耐火材料工艺学-绪论
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二、耐火材料所用原料
天然矿石原料：如耐火粘土、硅石、矾土、菱
镁矿、白云石、石墨、锆英石、蓝晶石、红柱石、 硅线石等。
人工合成原料：如工业氧化铝、碳化硅、氮化
硅、莫来石、合成堇青石(M2A2S5)、镁铝尖晶石 (MA)、ZrO2等。
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（3）碱性耐火材料
一般是指以MgO、CaO或以MgO·CaO为主要 成分的耐火材料（镁质、石灰质、镁铬质、镁硅质、 白云石质耐火制品及其不定形材料）。
这类耐火材料的耐火度都比较高，对碱性介质 的化学侵蚀具有较强的抵抗能力。
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（6）特种耐火材料 特种耐火材料又可分为如下品种： 碳质制品：包括碳砖和石墨制品； 纯氧化物制品：包括氧化铝制品、氧化锆制 品、氧化钙制品等； 非氧化物制品：包括碳化硅、碳化硼、氮化 硅、氮化硼、硼化锆、硼化 钛、塞伦(Sialon）、阿伦(Alon) 制品等。
（元/吨） （万吨） （万日元/吨）
1980年
480
370
270
10
2000年
350
650
133
15
下降27% 上涨75.7% 下降51% 上涨50%
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我国耐火材料的发展状况 国内耐火企业的发展历程
在我国，解放前耐火材料的年产量仅为7.4万吨， 产品单一，只能生产粘土砖和硅砖，生产简陋，多 为手工作坊式。
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晶相和液相的数量及液相在一定温度下 的黏度，如液相量愈多，或黏度愈小， 则软化温度下降愈多。
晶相与液相的相互作用会改变液相数量 和性质。
粘土砖 :由耐火粘土和粘土熟料制成。相组 成是莫来石和大量硅酸盐玻璃相，高温荷 重由玻璃相承担，荷重能力主要决定于玻 璃相的含量和黏度。
硅酸盐玻璃相在800~900℃下就开始变为黏 度很大的液相。随温度升高液相黏度基本 没有降低，因为晶相在液相中溶解量增多， 使硅氧量增多，黏度增大。粘土砖具有很 宽的荷重变形温度范围，达200℃。
1600 1550 1400 1470
TK-TH
20
1900
1660 1800 1580 1600 200 30 200
1250
1320
1500
250
各种耐火材料的荷重变形曲线 1－高铝砖（Al2O370%）；2－硅砖；3－镁砖；4，6－粘土砖； 5－半硅砖
影响高温荷重软化温度因素：
(1)化学矿物组成。结晶相、晶体构造和 性状，即晶体是否形成网络骨架，或孤 岛状分散在液相中，前者软化温度高， 后者受液相的含量及其黏度所决定。
一些耐火原料及制品的耐火度
名称 耐火度范围/℃ 耐火度范围 /℃ 结晶硅石 1730～1770 硅砖 1690～1730 高铝砖 1770～2000 粘土砖 1610～1750 镁砖 ＞2000 硬质粘土 1750～1770 白云石砖 ＞2000 名称
2.5.2 高温荷重软化温度 •荷重软化温度指耐火材料在恒定的荷重下， 对高温和荷重共同作用的抵抗性能。
2.5.5抗渣性
•抗渣性指耐火材料在高温下抵抗炉渣
侵蚀和冲刷作用的能力。 •熔渣侵蚀是材料在使用中最常见的一 种损坏形式。 •约有50%损坏是由熔渣侵蚀引起。
•耐材抗渣性主要与材料的化学矿物组成 及组织结构有关，也与熔渣的性质及相 互条件有关。
•采用高纯耐火原料，改善化学矿物组成，
尽量减少低熔物及杂质含量，制品产生
2.5.3重烧线变化率 •体积稳定性又称重烧收缩或膨胀。耐 火材料在高温长期停留时体积发生的不 可逆变化。 •大多数耐火材料高温下会产生残余收 缩，而硅砖却膨胀。 •残余收缩或膨胀过大会使炉体强度受 到影响，甚至发生倒塌。 •选材时要求残余收缩或膨胀小，且不 超过其使用温度。
重烧线变化计算
L1 L0 Lc 100% L0
方法进行测试，以耐火度降低程度来表示耐
火材料抗渣性的优劣。
坩埚法。耐火制品上切取边长为80mm，
高度为65mm的立方体，或钻取直径 50mm、高50mm的圆柱体试样，在其顶 面中心钻一直径30~40mm、深度 30~40mm孔，装入炉渣，在规定温度下 加热，并保持一定时间。冷却后，从钻孔 的直径部位切开，观察炉渣对耐火材料的
测温锥得WZ、ПК和SK标号对照表 中温部分
WZ标号 ПК标号 SK标号 德国标准/℃ 美国标准/℃
123 125 128 130 132 135 138
123 125 128 130 132 135 138
7 8 9 10 11 12 13
1230 1250 1280 1300 1320 1350 1380
耐火制品的0.2MPa荷重变形温度/℃
耐火砖种类
硅砖（耐火度 1730℃） 刚玉砖 （Al2O390%） 莫来石砖 （Al2O370%） 镁砖（耐火度约 2000℃） 一级粘土砖 （Al2O340%， 耐火度1730℃） 三级粘土砖
0.6％变形 4％变形 40％变形温 温度（TH） 温度 度（TK） 1650 1670 1870
这是比较好的一种动态测定耐火 材料抗渣性的试验方法，特点是 直观、对比性强、重复性好。缺 点是炉内气氛较难控制，试验后 试块的厚度测量不易掌握。中国 （GB8931）、美国（ASTMC874） 以及英国（BS1902：5· 13）都规 定用这种方法作为检测耐火材料 抗渣性的标准方法。
试锥在不同熔融阶段的弯倒情况 a－熔融开始以前；b－在相当于耐火度的 温度下；c－在高于耐火度的温度下
•耐火度通常都用标准测温锥的锥号表 示。 •各国标准测温锥规格不同，锥号所代 表的温度也不一致。 •有德国的塞格尔锥（SK）、国际标准 化组织（ISO）、中国的（WZ）和前苏 联（ПК）等。其中ISO、WZ、ПК是一 致的，采用锥号乘以10即为所代表的 温度。
1250 1260 1285 1305 1325 1335 1350
测温锥得WZ、ПК和SK标号对照表 中温部分
WZ标号 ПК标号 SK标号 德国标准/℃ 美国标准/℃
141 143 146 148 150 152 153
141 143 146 148 150 152 153
14 15 16 17 18 19 20
32 33 34 35 36 37
1710 1730 1750 1770 1790 1825
1700 1745 1760 1785 1810 1820
测温锥得WZ、ПК和SK标号对照表 高温部分
WZ标号 ПК标号 SK标号 德国标准/℃ 美国标准/℃
185 188 192 196 200
185 188 192 196 200
•重烧线变化值是砌窑时预留胀缝和烤窑 时制订升温曲线与松拉条的依据。尽可
能小。
•较大的重烧线变化增加操作负担，还影
响窑炉气密性和寿命。
•玻璃窑炉对硅砖、电熔锆刚玉砖应多注
意。
2.5.4抗热震性
•热稳定性又称为耐急冷急热性。 •耐火材料抵抗温度的急剧变化而不破 裂或剥落的性能。 •对间歇式作业的设备特别重要。
26 27 28 29 30 31
1580 1610 1630 1650 1670 1690
1595 1605 1615 1640 1650 1680
测温锥得WZ、ПК和SK标号对照表
高温部分
WZ标号 ПК标号 SK标号 德国标准/℃ 美国标准/℃
171 173 175 177 179 182
171 173 175 177 179 182
•不能把耐火度作为使用温度，达耐火
度时已有70％～80％的液相生成，其粘
度为10～15Pa· s，不再有机械强度和耐
侵蚀性。 •提高耐火原料的纯度，可提高耐火材 料的耐火度。
耐火度的测定方法是将材料做成截
头三角锥。在规定的加热条件下， 与标准高温锥弯倒情况作比较。直 至试锥顶部弯倒接触底盘，此时与 试锥同时弯倒的标准高温锥可代表 的温度即为该试锥的耐火度。
38 39 40 41 42
1850 1880 1920 1960 2000
1835
•影响耐火制品耐火度的因素： •杂质成分特别是强溶剂作用的杂质，将严重 降低制品的耐火度。
•成分分布不均匀，不能形成理想的高熔点矿
物，耐火度降低。
•耐火材料在使用中经受高温作用的同时还伴
随有荷重和外物的溶剂作用等等。
开始变形温度升高，但对荷重终了温
度影响不大。在工艺因素中，烧成温
度、配料颗粒组成，原料纯度，添加
物等有影响。
（ 3 ） 其他。熟料颗粒组成与气孔率含 量，熟料用量多会使气孔率提高，降低体 密度从而使软化点降低。提高原料纯度、 减少低熔物或溶剂含量，会提高荷软温度。 耐材使用中注意：实际使用时荷重远小于 0.2MPa，开始变形温度将提高。砌体在 厚度上受热不均匀，大部分负荷由温度较 低部分承担。承受时间很长。同时还承受 其他类负荷。高温室璇顶使用温度低于开 始软化点。
•也为高温荷重变形温度，耐火制品在持续
升温条件下，承受恒定载荷产生变形的温度。
•耐火制品同时抵抗高温和载荷两方面作用
的能力。
•测定荷重软化温度的方法有示差-升温
法和非示差-升温法两种。
•测定一般是加压0.2MPa，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，4％为软化变形温度及 40％变形温度。
1410 1435 1460 1480 1500 1520 1540
1400 1435 1465 1475 1490 1520 1530
测温锥得WZ、ПК和SK标号对照表 高温部分
WZ标号 ПК标号 SK标号 德国标准/℃ 美国标准/℃
158 161 163 165 167 169
158 161 163 165 167 169
800 无
1300 1400 1450 1450
800 无
1300 1300 1300 1400
800 无
粘土砖 1400 1400 1300
900 无
高铝砖 无 无
1400 无
刚玉砖 无
1500 无
锆刚玉 砖 1400
无
镁砖 1000 锆英石 砖
•测定耐火材料抗渣性方法分为静态法和动 态法两类。 •静态法包括熔锥法、坩埚法和浸渍法。 •熔锥法。将耐火材料与炉渣分别磨成细粉， 按不同比例混合，制成截头三角锥，其形状、 大小与标准测温锥相同，然后按耐火度试验
•影响抗热震性的因素是耐火材料的热 物理性质（如导热性、热膨胀系数）、 组织结构、颗粒组成和形状尺寸。
•热膨胀系数小、弹性模量小、热导率
大的材料抗热震性好。
•YB/T376.1-1995直形砖水急冷法. •将长200~230mm、宽100~150mm、厚 50~100mm的直形砖的受热端面伸入至 1100℃的炉内50mm，保持20min。取 出试样迅速将其受热端浸入到流动冷水 中急冷3min，然后干燥。 •用受热端面破损一半的热循环次数表 征其抗热震性。
测温锥得WZ、ПК和SK标号对照表 中温部分
WZ标号 ПК标号 SK标号 德国标准/℃ 美国标准/℃
110 112 114 116 118 120
110 112 114 116 118 120
1 2 3 4 5 6