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。

应变速率和时间无关，几乎不变。

蠕变曲线最小速率；④cd-第三阶段：第三次蠕变，加速蠕变。

应变速率de/dt随时间稍微增加而迅速增加，曲线变陡直到断裂，最终断裂在d点。

图1 典型高温蠕变图4.耐火度的概念：耐火材料在高温下抵抗熔化的能力。

耐火度的测定方法：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。

5.高温荷重软化温度：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。

测定荷重软化温度的方法：是固定试样承受的压力，不断升高温度，测定试样在发生一定变形量的坍塌时的温度，称为高温荷重变形温度。

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。

6.重烧线变化率的概念：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。

7.抗热震性：即热稳定性，又称为耐急冷急热性。

指耐火材料抵抗温度的急剧变化而不破裂或剥落的性能。

影响抗热震性的因素：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。

8.抗渣性：耐火材料在高温下抵抗炉渣侵蚀和冲刷作用的能力。

测定抗渣性方法中的三种静态法：包括熔锥法、坩埚法和浸渍法。

①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。

②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侵蚀情况。

③浸渍法。

将耐火制品切成圆棒状，在规定温度下，浸入熔渣中，浸渍一定时间后，取出观察侵蚀情况，测定其体积变化，计算侵蚀百分率。

第三章1.耐火制品的原料需要煅烧的原因耐火矿物原料含水，以碳酸盐形式存在，受热时释放出水分或排出二氧化碳。

原料加热时结晶形态发生变化，晶体长大，伴有较大体积变化。

为避免制品在烧成或使用过程中受热发生体积变化导致砌体损毁，制砖前先需加热煅烧处理。

原料煅烧过程中产生一系列物理化学反应，形成瘠化剂。

作为坯料，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，提高制品的性能。

煅烧最终目的达到烧结，有活化烧结、轻烧活化、二步煅烧及死烧。

2.原料加工主要包括哪些工序？包括原料拣选、破碎、粉碎、细磨和筛分。

①原料拣选：选出夹杂在原料中的杂物、生烧料、未燃尽的燃料以及熔瘤块等；根据原料的外观特征进行分级堆放，便于管理和使用。

②破粉碎、细磨和筛分的目的在于将块状原料制备成具有一定颗粒组成的颗粒和细粉，以便使不同组成的粉料配制及混合均匀；增加原料的比表面积，提高其物理化学反应的速度。

破碎，将物料块度从250~350mm破碎到40~50mm；粉碎，从40~50mm粉碎至4~5mm；细磨，从4~5mm细磨至小于0.088mm。

3.成型料制备主要包括哪些工序？成型料制备主要包括配料、混合、困料等工序。

配料、混合、困料的含义①配料是将各种颗粒组成的物料按规定比例配合，以保证成型后坯体的密实和制品的性能符合要求。

配料方法有重量法和容积法两种。

②混合是使泥料中各组分经混练后达到均匀分布。

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称混练。

③困料就是将混合好的泥料，在一定温度和湿度条件下贮放一定时间充分反应，以改善泥料的成型性能。

4.成型：是借助于外力和模型将坯料加工成规定尺寸和形状的坯体的过程。

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（15%左右）和注浆法（40%左右）。

详细分析半干压成型的动力性过程，以及各阶段所发生的变化：图2 压力压缩曲线压制的过程可用压力—压缩曲线表示，压制是按如下三段进行：①第一阶段：在压力作用下，坯料中的颗粒开始移动，重新配置成较紧密的堆积，特点是压缩明显。

②第二阶段，颗粒发生脆性及弹性变形，压缩呈阶梯式。

坯料被压缩到一定程度后，即阻碍进一步压缩，当压力增加到使颗粒再度发生变形时，才引起坯料的压缩，伴随坯体致密度增加，短促而频繁。

③第三阶段，在极限压力下，坯料的致密度不再提高。

机压成型砖坯出现层裂和层密度现象的含义：层裂是在加压过程中形成的垂直于加压方向的层状裂缝。

坯料水分过高、细粉过量、结合剂过少及压力过高导致层裂。

层密度现象即成型后砖坯的密度沿加压方向逆变。

上方单向加压是上密下疏，同一水平面上是中密外疏。

采用双面加压及在模具四壁涂润滑油可减少。

5.坯体干燥的目的坯体干燥时砖坯中除去水分的过程。

其目的是通过干燥排除水分，使砖坯增加机械强度，以减少运输和搬运过程的机械损失并使砖坯在装窑之后进行烧成时具有必要的强度，承受一定的应力作用，提高烧成成品率；并未烧成提供有益条件。

6.烧成的概念：烧成是对坯体进行加热处理，使其达到烧结的工艺过程。

升温阶段指什么阶段？升温阶段所发生的物理化学变化：升温阶段：从开始加热至最高烧成温度的阶段。

温度变化范围较大，坯体内产生下列物理化学变化。

①水分排除。

室温至200℃，排出砖坯中残存自由水和大气吸附水。

砖中留下气孔，具有透气性，有利于下一阶段反应。

②分解、氧化。

200~1000℃。

黏土砖和高铝砖：结合黏土的杂质矿物及有机物质的分解和氧化，黏土矿物分解脱水并开始产生低熔液相；硅砖中的Ca(OH)2分解，石英发生晶型转变，β-石英转变为α石英，CaO 与SiO2的反应亦在此阶段进行；镁砖是氢氧化物及结构水的排除。

砖坯质量减少，气孔率进一步增大，强度有较大的下降或稍有提高。

③形成液相或新的耐火相。

1000℃以上分解作用继续进行。

随温度升高其液相生成量增加，新的耐火相开始形成，并进行溶解、重结晶。

黏土砖和高铝砖此阶段液相量大量增加，坯体剧烈收缩及烧结；硅砖中石英相转变速度大大增加，坯体密度显著下降；镁砖中出现固相反应，制品开始烧结。

扩散、流动和溶解-沉析等传质进行，颗粒在液相表面张力作用下使坯体致密、体积缩小、气孔率降低、强度增大，烧结急剧进行。

保温阶段指什么阶段？保温阶段亦称为烧结阶段，这时温度为最高烧成温度。

在此阶段中各种反应趋于完全、充分，液相量继续增加，结晶相进一步长大而达到致密化即所谓“烧结”。

特种耐火材料的固相反应及烧结亦在此阶段完成。

冷却阶段指什么阶段？冷却阶段是从最高烧成温度降至室温的冷却过程。

发生耐火相的析晶、某些晶相的晶型转变和玻璃相的固化等过程。

黏土制品莫来石缓慢析出，液相固化变成玻璃相并伴有收缩。

硅砖有方石英和鳞石英的快速晶型转变，体积收缩。

坯体的强度、密度和体积有相应的变化，烧成时结构和化学反应产物稳定下来，形成耐材最终性能指标。

6.隧道窑的逆流传热工作原理。

窑体沿长度分预热带、烧成带和冷却带。

每隔一定时间推车机将装有砖坯的窑车，从窑前端推入窑内。

砖坯入窑后开始被烟气预热，窑车向烧成带移动加热至最高温度并经一定时间保温，制品即烧成。

烧成制品经冷却带冷却后出窑。

冷却空气经冷却带鼓入窑内冷却制品,同时被加热，热空气的一部分沿窑体进入烧成带作为二次空气，其余部分从窑内抽出作为一次空气和干燥介质或热源。

燃料和一次空气经烧成带的烧嘴混合燃烧，窑内遇二次空气再次燃烧并直接加热制品。

烟气逆窑车运动方向流动，加热制品时被冷却，与砖坯排出气体一起形成废气，经排烟机从预热带抽出排至大气。

第四章1.粘土砖的矿相组成：莫来石(25%～50%)和部分硅氧晶体(以方石英为主、少量鳞石英)，玻璃相(25%～60%)。

绘制SiO2-Al2O3系统相图，并能分析各类制品在组成和温度变化时的相变化。

图3 SiO2-Al2O3系统相图当A12O3含量5.5%~15%区间，液相曲线向下的趋势很陡，含量变化不大，温度下降却比较大，达将近150℃。

A12O3低于5%的原料不能用来制造耐火材料。

A12O3小量变动会对耐火度与其它高温作业性质产生比较大的影响。

A12O3含量从15%渐增46%，液相曲线较平稳，温度差110℃变化不大，A 12O3的小量变动对高温性质不致产生显著影响，在生产中重要控制原料中杂质。

1595℃以上温度中，粘土及半硅质耐材中主结晶为稳定的莫来石，生成量决定于A12O3含量增多。