耐火材料工艺学(冶金工业第二版)复习要点1

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耐火材料笔记整理
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第一章耐火材料的组成及性质 1、耐火材料的定义,决定耐火材料性质的三个基本因素。
传统的定义:耐火度不小于 1580℃的无机非金属材料;ISO 的定义:耐火度不小于 1500℃ 的非金属材料及制品) ; 耐火材料的化学成分、 矿物组成及微观结构决定了耐火材料的性质;
15、一般材料的重烧都是收缩的,为什么在砌筑窑炉等热工
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设备时还要留膨胀缝? 16、什么是热震稳定性,一般认为材料具备什么性能时有较 好的热震稳定性?
热震稳定性 耐火材料抵抗温度急剧变化而不被破坏的性能称为热震稳定性或抗热冲击性 能。 因此导热系数高的材料,其热震稳定性也相对较高。根据这种观点,材料抗热震的能力同 其弹性模量呈正比的关系。 材料的膨胀系数越小,热导率越大,其抗热震稳定性能越好。
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2、硅砖中各物相的相对含量对硅砖的性质有很大影响,主 要表现在哪些方面?
硅砖中鳞石英、方石英、残存石英与玻璃相的相对含量对硅砖的性质有很大影响。 首先, SiO2 各种晶型的熔点不同。其中方石英最高,为 1728℃,鳞石英次之,为 1670℃,
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4、耐火材料的性质主要包括哪些。
耐火材料的常温物理性质 (1)气孔率 (2)吸水率(3)体积密度(4)真密度与真比重 (5)透气度; 耐火材料的热学性质和导电性质 (1)热膨胀(2)热导率(3)热容(4)导电性; 耐火材料的力学性质通常包括 (1)耐压强度(2)抗折强度(3)扭转强度(4)耐磨性 (5)弹性模量(6)高温蠕变 耐火材料的高温使用性质(1)耐火度(3)高温体积稳定性(4)热震稳定性(5)含碳耐 火材料的抗氧化性(6)抗渣蚀性能
9、什么是热膨胀,表示方法有哪些,有何实际意义?
热膨胀 耐火材料的体积或长度随着温度的升高而增大的物理性质称为热膨胀。耐火材料 的热膨胀可以用线膨胀系数或体膨胀系数表示,也可以用线膨胀百分率或体积膨胀百分率 表示。膨胀系数是指耐火材料由室温加热至试验温度的区间内,温度每升高 1℃,试样体积 或长度的相对变化率。 意义:窑炉设计的重要参数、预留膨胀缝的依据,可间接判断耐材 热震稳定性能。膨胀百分率则是指耐火材料由室温加热至试验温度时,试样体积或长度的 变化百分率。
12、什么是耐火度,其与熔点的区别是什么,影响耐火度的 主要因素是什么?
耐火材料在无荷重条件下,抵抗高温作用而不熔化的性质称为耐火度。耐火度与熔点的区 别:1、熔点指纯物质的结晶相与液湘处于平衡时的温度;2、熔点是一个物理常数;3、耐 火材料为多相混合体, 其熔融是在一定的温度范围内进行的, 是一个工艺指标。 影响因素: 耐火制品的化学矿物组成及其分布状态是影响其耐火度的主要因素。杂质成分特别是具有 强熔剂作用的杂质, 将严重降低制品的耐火度。 同时, 测定条件也将影响到耐火度的大小, 如: 粉末的粒度、 测温锥的安装、 升温的速率及炉内的气氛 (针对变价元素, 如 Fe2+与 Fe3 +之间的转变)
18、耐火材料在高温下损毁的原因有哪些?
熔渣侵蚀是耐火材料使用过程中最主要的一种损毁形式
第 2 章 硅石耐火材料 1、硅石耐火材料的定义?硅石的主要矿物组成是什么?
硅石耐火材料(Silica refractory)是指以天然硅石为主要原料制得的耐火材料。我国标准与国 际标准规定硅石耐火 化学成分(%) : SiO2 Al2O3 CaO R2O Fe O 材料中 SiO2 含量不得 93-98 0.5-2.5 0.3-2.5 0.2-2.7 1-1.5 少于 93%。而将 SiO2 矿物组成(%) : 含量大于或等于 85% 鳞石英 方石英 石英 玻璃相 3-70 20-80 3-15 4-10 但小于 93%的耐火材 料称为硅质耐火材料(Siliceous refractory)。硅砖的矿物组成主要是鳞石英、方石英、少量的 残余石英与玻璃相. 硅砖的化学及矿物组成大致如右:
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5、耐火材料矿物组成分类,哪部分先被侵蚀?
耐火材料一般说来是一个多相组成体,其矿物组成取决于耐火材料的化学组成和生产工艺 条件,矿物组成可分为两大类:结晶相与玻璃相,其中结晶相又分为主晶相和次晶相。次 晶相
7、什么是气孔率、显气孔率、闭气孔率和吸水率?
耐火材料中气孔体积与总体积之比称为气孔率。耐火材料中的气孔可分为三类:开口气孔 (显气孔) 、贯通气孔、封闭气孔。若把开口气孔与贯通气孔合并为一类,则耐火材料的气 V Pa 1 100% 孔可分为开口气孔和封闭气孔两类; V0 公式见课本 P8;显气孔率 式中 Pa 为显气孔率 V1 为制品中开口气孔的体积 V0 为制品的总体积,即试样外表面围成的体积,亦称表观体积。吸水率是指耐火制品中全 部开口气孔吸满水时,制品所吸收水的重量与制品重量之比。吸水率实质上是反映制品中 开口气孔量的一个指标
3、主成分、杂质成分和添加成分各自起到的作用?
主成分 是指在耐火材料中对材料的性质起决定作用并构成耐火基体的成分。杂质成分 耐 火材料中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)称为杂 质。 杂质的存在往往能与主要成分在高温下发生反应, 生成低熔性物质或形成大量的液相, 从而降低耐火材料基体的耐火性能,故也称之为熔剂。添加成分 耐火材料的化学组成中除 主要成分和杂质成分外有时为了制作工艺的需要或改善某些性能往往人为地加入少量的添 加成分,引入添加成分的物质称为添加剂。按照添加剂的目的和作用不同可分为矿化剂、 稳定剂、促烧剂等。
17、 什么是抗渣蚀性能以及其主要影响因素,熔渣侵蚀机 理有哪几种方式?
抗渣蚀性能 耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀的性能称为抗渣蚀性能。熔渣侵入机理主要有 以下几种方式:1、通过气孔;气孔率高的材料,熔渣易于通过气孔渗入耐火材料内部,增 大熔渣与耐火材料的接触面积, 而导致材料的溶蚀量加大。 2、 通过耐火材料中形成的液湘; 耐火材料中杂质含量较高时, 耐火材料基质中玻璃相的含量较高, 高温下形成的液湘较多, 耐火材料的抗渣蚀性能较差。 3、在耐火材料固相中扩散;熔渣在耐火材料固相中扩散速 度一般是较慢的。 影响耐火材料抗渣能力的因素:熔渣与耐火材料的化学矿物组成;耐火材料在熔渣中的溶 解度
14、什么是高温体积稳定性,重烧线变化?高温体积稳定性
高温体积稳定性是评价耐火材料质量的一项重要物理指标,表示耐火材料在高温下 长期使用时,其外形及体积保持稳定而不发生变化的性能。 一般而言,烧成耐火制品在高 温煅烧过程中,由于各种原因制品在烧成结束时,其物理化学反应往往未达到平衡状态; 另一方面,制品在烧成过程中由于窑炉温度分布不均等原因,不可避免地存在欠烧现象, 这些烧结不充分的欠烧制品中,其间的物理化学反应进行得也不充分。因此制品在使用过 程中受到高温长期作用时,一些物理化学变化会继续进行并伴随有不可逆的体积变化。这 些不可逆的体积变化称为残余膨胀或残余收缩,也称重烧膨胀或收缩。重烧体积变化的大 小表征了耐火制品的高温体积稳定性,对高温窑炉等热工设备的结构及工况的稳定性具有 十分重要的意义。 测定意义:衡量材料烧结性能的好坏。重烧体积变化可用体积变化百分 率或线变化百分率表示
11、什么是耐压强度、抗折强度、高温蠕变性能
耐火材料的耐压强度包括常温耐压强度和高温耐压强度,分别是指常温和高温条件下,耐 火材料单位面积上所能承受的最大压力,以牛顿/毫米 2(或 MPa)表示。耐火材料的抗折 强度包括常温抗折强度和高温抗折强度,分别是指常温和高温条件下,耐火材料单位截面 积上所能承受的极限弯曲应力,以牛顿/毫米 2(或 MPa)表示。它表征的是材料在常温或 高温条件下抵抗弯矩的能力,采用三点弯曲法测量。 耐火材料的高温蠕变性能是指在某一 恒定的温度以及固定载荷下,材料的形变与时间的关系。
2、耐火材料按化学属性分类时分为哪三类,各包括哪些耐 火材料?
耐火材料按化学属性大致可分为酸性耐火材料:通常是指其中含有相当数量二氧化硅的耐 火材料。硅质耐火材料,粘土质耐火材料,半硅质耐火材料;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) 。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) 。 附: 根据耐火度的高低 普通耐火材料: 1580℃~1770℃ 高级耐火材料: 1770℃~2000℃ 特级耐火材料:>2000℃ 依据形状及尺寸标普型:230×113×65(尺寸比)Max:Min<4:1 异型:不多于 2 个凹 角,Max:Min<6:1 特异型: Max:Min<8:1 从外观来分 砖制品:烧成砖、不烧砖; 散状耐火材料 按化学矿物组成 (1)硅质耐火材料 含 SiO2 在 90%以上 (2)镁质耐火材 镁质耐火 材料是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 3) 白云石质耐火材料 以天然白云石为主要原料生产Байду номын сангаас碱性耐火材料 (4)碳复合耐火材料 (5)含锆耐火材料(6)特种耐火材料
13、什么是高温荷重软化温度,影响它的因素有哪些,通常 所说的荷重软化点指什么?高温荷重软化温度: 耐火材料的高温荷重软化温
度也称为高温荷重变形温度,表示材料在温度与荷重双重作用下抵抗变形的能力;耐火制 品的荷重软化温度取决于制品的化学-矿物组成、组织结构、显微结构、液相的性质、结晶 相与液相的比例及相互作用等。 试样压缩 0.6%时的变形温度即为试样的荷重软化开始温度, 即通常所说的荷重软化点。
6、耐火材料骨料和基质有哪两种结合形态,各有何特点?
耐火材料骨料与基质的结合形态有两种:即陶瓷结合与直接结合。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(骨料)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,如普通镁砖中硅酸盐基质与方镁石之间的结合。此类耐火制品在高温使 用时,低熔点的硅酸盐首先在较低的温度下成为液相(或玻璃相软化) ,大大降低了耐火制 品的高温性能。直接结合是指耐火制品中,高熔点的主晶相之间或主晶相与次晶相间直接 接触形成结晶网络的一种结合。 直接结合耐火制品一般具有较高的高温力学性能,与材质 相近的硅酸盐结合的耐火制品相比高温强度可成倍提高,其抗渣蚀性能和体积稳定性也较 高。
8、什么是体积密度、真密度和真比重?
体积密度 耐火制品单位表观体积的质量称为体积密度,通常用 kg/m3 或 g/cm3 表示。 G 对于同一种耐火制品而言,其体积密度与显气孔率呈负相关关系,即制品的体积密度大则 Db Vb 显气孔率就低。 式中:Db 为体积密度(g/cm3)G 为试样质量 g;Vb 为试样表 观体积 cm3 真密度与真比重 耐火材料的质量与其真体积(即不包括气孔体积)之比,称 为真密度,通常也用 g/cm3 来表示。 式中:Dt 为真密度(g/cm3);G 为试样质 G Dt 为试样真体积 量 g; Vt cm3 ;真比重的概念: 单位体积耐火材料的重量与 4℃单位体积水的 Vt 重量之比值。从数值上来说,真密度和真比重是相等的。
10、什么是耐火材料的力学性能,包括哪些?
耐火材料的力学性质是指制品在不同条件下的强度等物理指标,是表征耐火材料抵抗不同
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温度下外力造成的形变和应力而不破坏的能力。耐火材料的力学性质通常包括耐压强度、 抗折强度、扭转强度、耐磨性、弹性模量及高温蠕变等。
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