耐火材料组成、结构与性质
耐火材料第五章
→C4AF、C3A、C2F使CaO-MgO（2370 ℃）系统的始熔温度降低
900~1000℃。 C3S本身熔点高，但易与SiO2、MgO反应生成低熔物。所
以，提高白云石材料的高温性能，必须尽量降低Al2O3、氧化铁以及SiO2
等杂质。
二、化学组成对镁质制品性能的影响
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
Al2O3的影响 铝铁比A/F = 0.64 铝铁比A/F ＜0.64 铝铁比A/F >0.64 CaO-MgO-C3S-C4AF CaO-MgO-C3S-C4AF-C2F CaO-MgO-C3S-C4AF-C3A 1295℃ 1290 ℃ ＜1300 ℃
→C3A、C2F的影响相似。
2.0
C/S质量比
相组合
0
MgO M2 S 镁硅砖 1860
0-0.93
MgO M2 S CMS 1502
0.93
MgO CMS 1490
0.93-1.4
MgO CMS C3MS2 1490
1.4
MgO C3MS2 1575
1.4-1.87
1.87
MgO MgO C3MS2 C2S C2S 镁钙砖 1575 1890
矿物 M MK 2400 MA 2130 MF 1750 不一致 C3S 1900 分解 M2S 1890 C2S 2130 CMS 1498 不一致 C3MS2 1575
5
C2F 1435
熔点 2800 ℃
1、 MgO-C的氧化还原反应
1、MgO的稳定性随T↑， △G↑, 稳定性↓
CO稳定性随T↑，△G↓， 稳定性↑ 2、MgO的稳定性随P'Mg↑， △G↓，稳定性↑ CO稳定性随P'CO ↑, △G↑，稳定性↓
耐火材料学
第一章绪论1.定义。
耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机非金属材料（传统）。
或耐火材料为物理与化学性质适宜于在高温下使用的非金属材料，但不排除某些产品可含有一定量的金属材料（国标）。
2.填空。
耐火材料按化学性质可分为酸性耐火材料、碱性耐火材料、中性耐火材料；按供给形态可分为定型耐火材料和不定型耐火材料；按耐火度可分为普通耐火材料、高级耐火材料、特级耐火材料、超级耐火材料；按加工制造工艺可分为烧成砖耐火材料、熔铸砖耐火材料、不烧砖耐火材料。
按化学矿物组成可分为硅质耐火材料、硅酸铝质耐火材料、镁质耐火材料、白云石质耐火材料、铬质耐火材料、锆质耐火材料、碳复合耐火材料、特种耐火材料。
（必考一种）3.不定型耐火材料的品种很多，主要有浇注料、可塑料、捣打料、干式料、喷射料、接缝料、挤压料、涂料、炮泥、泥浆等。
第二章耐火材料显微结构与性质一、耐火材料的显微结构1.填空。
耐火材料的性质包括：化学矿物组成、组织结构、力学性质、热学性质和高温使用性能。
或耐火材料的性质包括：物理性质、使用性能和工作性能。
2.物理性质是指材料本身固有的特性，包括导热系数、热膨胀系数、热容等热学性质；常温与高温下的耐压强度、抗折强度、弹性模量、泊松比、断裂韧性等力学性质以及真密度、体积密度、气孔率（开口气孔率（显气孔率）、闭气孔率、真气孔率（总气孔率））、吸水率、透气度等表示材料致密程度的性质等等。
3.耐火材料的使用性能多半是指在使用条件下抵抗损毁能力的性能。
包括抗渣性、抗热震性、耐火度、高温荷重软化温度、高温蠕变性、高温体积稳定性（重烧线变化）等。
耐火材料的使用性能对其使用寿命有很大影响。
除了耐火度外，它们决定于材料的物质组成和显微结构，而耐火度主要与其化学成分有关。
4.耐火材料的工作性能主要指的是其在制造和施工过程中表现出来的性质，如在压制过程中泥料的可压缩性，浇注料在施工过程中的流动性等。
它们不像使用性能那样受到显微结构的影响，而是反过来对耐火材料的显微结构产生影响。
《耐火材料基础知识》课件
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。
耐火材料
5.良好的抗蚀性。 耐火材料在使用过程中，常常受到液态熔液、 炉尘、气态介质或固态物质的化学作用，使制 品被侵蚀损坏。因此，耐火材料必须具有强的 抵抗这种蚀损的性能。此外，要求耐火材料具 有一定的耐磨性，在某些特殊条件下有一定的 透气性、导热性、导电性和硬火材料(原料或制品)的化学组成
耐火材料种类繁多，通常按耐火度高低分为: 普通耐火材料（1580～1770℃） 高级耐火材料（1770～2000℃） 特级耐火材料（2000℃以上）
按化学特性分为:
酸性耐火材料 中性耐火材料 碱性耐火材料
酸性耐火材料以氧化硅为主要成分，常用的有 硅砖和粘土砖。 硅砖是含氧化硅93％以上的硅质制品，使用的 原料有硅石、废硅砖等，其抗酸性炉渣侵蚀能力 强，荷重软化温度高，重复煅烧后体积不收缩， 甚至略有膨胀；但其易受碱性渣的侵蚀，抗热振 性差。硅砖主要用于焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢 炉等热工设备。粘土砖以耐火粘土为主要原料， 含有30％～46％的氧化铝，属弱酸性耐火材料， 抗热振性好，对酸性炉渣有抗蚀性，应用广泛。
碱性耐火材料以氧化镁、氧化钙为主要成分，常用的 是镁砖。含氧化镁80％～85％以上的镁砖，对碱性渣和铁 渣有很好的抵抗性，耐火度比粘土砖和硅砖高。主要用于 平炉、吹氧转炉、电炉、有色金属冶炼设备以及一些高温 设备上。 在特殊场合应用的耐火材料有高温氧化物材料，如氧化 铝、氧化镧、氧化铍、氧化钙、氧化锆等，难熔化合物材 料，如碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和硫化物等；高 温复合材料，主要有金属陶瓷、高温无机涂层和纤维增强 陶瓷等。
耐火材料(原料或制品)的化学组成，一般用化学分析的 方法进行测定。耐火材料通常测定Al203，Si02，Fe203， CaO，MgO，Ti02，ZrO2，Na20，K20等氧化物。
冶金设备_1耐火及保温材料
1 耐火及保温材料【本章重点】（1）耐火的热工性能（2）常用耐火材料——硅制、硅酸铝制和镁制耐火材料返回【本章难点】（1）Al2O3——SiO2二元系相图根据Al2O3——SiO2二元系相图，随着t的变化找到两个共晶点（1540℃和1810℃）和三个平衡固相（方石英、莫来石、刚玉），从而分析硅酸铝制耐火材料的热工特性。
（2）挂渣在火法冶金生产过程中，许多的冶金炉如鼓风炉、烟化炉、闪速炉以及转炉和电炉等都有金属质水套或水箱作为其水冷保护层，有些金属构件在水冷的同时进行挂渣保护，还有一些转炉（窑）的耐火砖内衬，进行热挂渣保护。
这些措施均可延长炉衬的使用寿命。
根据挂渣机理、挂渣的成分分析其在护炉过程中特点。
返回【主要内容】1.1 概述耐火材料是指耐火度不低于1580℃的无机非金属材料，它在一定程度上可以抵抗温度骤变和炉渣侵蚀，并能承受高温荷重。
应用冶金工业所用耐火材料占其生产总量的60~70%；冶金炉是大量优质耐火材料的消耗者。
要求耐火材料在高温设备中受高温条件的物理化学浸蚀和机械破坏作用，所以耐火材料的性能应满足如下要求：⑴.耐火度高在1000~1800℃之间，耐火材料应具有在高温作用下不易熔化的性能。
⑵.高温结构耐火材料在受到炉子砌体的荷重下或其他机械震动下不发生软化变形和坍塌。
⑶.热稳定性冶金炉和其他工业窑炉在操作过程中由于温度骤变引起各部分温度不均匀，砌体内会产生应力而使材料破裂和剥落；因此，耐火材料应具有抵抗这种破损的能力。
⑷.抗渣蚀性具有抵抗高温化学腐蚀的能力。
⑸.高温体积冶金炉在长期高温使用中，炉砖内部由于晶形转变会产生不可恢复的体积收缩或膨胀，造成砌体的破坏；因此，耐火材料必须在高温下体积稳定。
⑹.外形尺寸砌体的砖缝虽用耐火泥填充，但密度和强度均比制品差，因此砖缝愈小愈好，耐火制品不能有大的扭曲、缺角、溶洞和裂纹等缺陷，尺寸公差要合乎规定要求。
1.2 耐火材料的分类、组成及性质耐火材料的种类很多，除轻质耐火材料（绝热材料）外，所有耐火材料可根据不同特点进行如下分类。
耐火材料——精选推荐
1耐火材料定义：耐火度不低于1580的非金属材料。
即耐火材料是用作高温窑、炉等热工设备，以及高温容器和部件的无机非金属材料，耐火度不低于1580℃，并在高温下能承受相应的物理化学变化及机械作用。
2耐火材料分类：（根据化学性质）酸性耐火材料、碱性耐火材料、中性耐火材料; 根据耐火度可分为: 普通耐火制品：耐火度为1580~1770℃, 高级耐火制品：耐火度为1770~2000℃,特级耐火制品：耐火度大于2000℃ .3耐火材料显微结构：耐火材料是由固相（包括结晶相和玻璃相）和气孔两部分构成的非均质体宏观结构。
4耐火材料的分类根据耐火度可分为: 普通耐火制品：耐火度为1580~1770℃;高级耐火制品：耐火度为1770~2000℃; 特级耐火制品：耐火度大于2000℃ . 5 开口气孔率（显气孔率）: =13V V V+×100%,V 0、V 、V 分别表示总体积、 开口气孔和闭口气孔体积c m6吸水率:它是制品中全部开口气孔吸满的水的质量与其干燥质量之比，以百分率表示。
7透气度:是表示气体通过耐火制品难易程度的特性值。
8真密度:是指不包括气孔在内的单位体积耐火材料的质量9耐火材料的热膨胀是指其体积或长度随着温度升高而增大的物理性质。
10线膨胀系数是指由室温至试验温度间，每升高1 ℃，试样长度的相对变化率。
11热导率是表征耐火材料导热性的一个物理指标，是指单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量。
12气孔率对热导率的影响：耐火材料通常都含有一定的气孔，气孔内气体热导率低，因此气孔总是降低材料的导热能力。
在一定温度以内，对一定的气孔率来说，气孔率愈大，则热导率愈小。
13常温耐压强度 ：是指常温下耐火材料在单位面积上所能承受的最大压力。
14耐磨性：耐火材料抵抗坚硬物料或气体(如含有固体颗粒的)磨损作用(研磨、摩擦、冲击力作用)的能力。
15高温耐压强度是材料在高温下单位截面所能承受的极限压力。
耐火材料的组成和性质
2024/10/13
材料科学与工程学院
6
３、添加成分
在耐火制品生产中，为了促进其高温变化 和降低烧结温度，有时加入少量的添加成分。 添加成分按其目的和作用的不同分为：矿化剂、 稳定剂和烧结助剂。除可烧掉成分外，它们都 包含在制品的化学成分中。
(1) 矿化剂：促进某相转变而加入的成分。
如：在硅砖生产中，加入的铁鳞、石灰乳作 为矿化剂使高温α-方石英转变成α-鳞石英。
如：石墨（单质C，鳞片状结构）、刚玉（简 单化合物Al2O３、三方晶系，呈桶状，短柱状）
目前还存在“人造矿物”如：人造金刚石， 水泥熟料中的A矿（C3S）、B矿（C2S）等。
2024/10/13
材料科学与工程学院
10
2．矿物的同质多象现象
同种化学成分的物质在不同的外界条件下， 可生成结构不同，形态和物理性质方面均有差异 的矿物，这种现象称为同质多象现象（变体）。
2024/10/13
材料科学与工程学院
17
MgO SiO2 CaO (wt%) A 24.83 39.09 36.08
B 11.70 37.00 51.30
C 11.54 36.29 52.17
MgO
A
B
C
耐火材料中陶瓷结合示意图
2024/10/13
材料科学与工程学院
18
b、直接结合: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产生结晶网络的 一种结合，而不是靠低熔点的硅酸盐相产生结合。
如:镁铬砖中的主晶相是方镁石； 镁铝砖中的主晶相是方镁石等。
2024/10/13
材料科学与工程学院
13
主晶相
次晶相又称第二固相，是在高温下与主晶相共 存的第二晶相。次晶相也是熔点较高的晶体，它 的存在可以提高耐火制品中固相间的直接结合， 同时可以改善制品的某些特定的性能。
第二章 耐火材料的性能
1-刚玉砖；2-粘土砖； 3-高铝砖；4-镁砖； 5、6-硅砖
3、抗折强度
抗折强度：亦称抗弯强度或断裂模量，是指材料单位面积 所能承受的极限弯曲应力。
耐火材料的抗折强度分为常温抗折强度和高温抗折强度。 在 常 温 下 测 得 的 抗 折 强 度 为 常 温 抗 折 强 度 ； 在 10001200º C的某一特定温度下测得的抗折强度为高温抗折强度。
Db—体积密度，g/cm3； M —试样的质量，g/cm3； Vt—试样中材料的实际体积，cm3； Vo—试样中开口气孔的体积，cm3； Vc—试样中闭口气孔的体积，cm3。
M Dt Vt
气孔率与密度之间的关系
Db Pa (1 ) 100% Da
Db Pt (1 ) 100% Dt
常用耐火材料的常温耐压强度
一般制品：10-15MPa 高级制品：25-30MPa
2、高温耐压强度
高温耐压强度：耐火材料在1000-1200℃的高温热态下单 位面积所能承受的最大压力，以N/mm2表示。
常用耐火材料的高温耐压强度
耐火制品高温耐压强度的这种变化是受材料中 的某些组分、特别是其中的基质或其结合相在 高温下发生的变化所控制。一般而言，完全由 晶体构成的烧结耐火材料，因高温下其中晶粒 及晶界易发生塑性变形，特别是当其加荷速度 较小时更易发生塑性变形，故其强度随温度的 升高而降低。当其中部分晶相间在高温下熔融 或形成熔融体时，随着温度的升高，此种多相 材料的强度也因显微结构随温度变化而降低。 但当温度进一步提高后，由于玻璃相的粘度由 脆性变为强韧性，使材料颗粒间结合更为牢固， 从而使强度明显提高。而后，随着温度升高， 因材料中熔体粘度急剧下降，材料的强度也随 之急剧下降。
§2.2 耐火材料的宏观结构
耐火材料的基本知识
耐火材料的基本知识目录一、耐火材料的定义与分类 (2)1.1 耐火材料的定义 (3)1.2 耐火材料的分类 (3)1.2.1 根据化学成分分类 (4)1.2.2 根据耐火度分类 (5)1.2.3 根据使用温度分类 (6)1.2.4 根据材质分类 (7)二、耐火材料的物理化学性质 (8)2.1 耐火材料的物理性质 (9)2.2 耐火材料的化学性质 (10)2.2.1 化学稳定性 (11)2.2.2 抗氧化性 (12)2.2.3 耐酸性 (13)三、耐火材料的应用领域 (15)3.1 建筑材料 (16)3.2 陶瓷与玻璃工业 (17)3.3 冶金工业 (18)3.4 耐火材料在环保和节能方面的应用 (20)四、耐火材料的制备与加工 (21)4.1 原料的选择与处理 (22)4.2 炼制过程 (23)4.3 成型方法 (24)4.4 后处理与检验 (26)五、耐火材料的性能评估与测试 (27)5.1 性能评估方法 (28)5.2 主要性能测试方法 (30)5.2.1 化学分析 (31)5.2.3 工艺性能测试 (33)六、耐火材料的选用与优化 (34)6.1 选用原则 (36)6.2 优化策略 (36)七、耐火材料的发展趋势与挑战 (38)7.1 发展趋势 (40)7.2 面临的挑战 (41)一、耐火材料的定义与分类耐火材料是一种在高温环境下能够保持其物理性质和化学性质稳定的材料。
它们广泛应用于冶金、陶瓷、石油化工等领域，为各种高温设备或工艺过程提供必要的结构支撑和保护。
基于其特殊的性质和应用，耐火材料在工业领域中的重要性不言而喻。
粘土质耐火材料：以粘土为主要原料，具有良好的可塑性、耐火度和化学稳定性，广泛应用于高炉、热风炉等冶金设备中。
硅质耐火材料：以硅石为原料，具有优异的耐高温性能、抗渣性和耐腐蚀性，常用于炼钢炉等高温设备的内衬材料。
高铝质耐火材料：以高铝矾土或工业氧化铝为原料，具有优良的抗侵蚀性和高温机械强度，常用于玻璃熔窑等高温设备的结构材料。
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;
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；1.3耐火材料的化学-矿物组成（1）化学组成化学组成是耐火材料最基本的特性，是决定耐火材料的物相组成以及很多重要性质如抗渣侵蚀性能、耐高温性能、力学性能等的重要基础。
通常将耐火材料的化学组成按各个成分含量的多少及作用分为以下几类：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。
耐火材料按其主成分的化学性质可分为酸性耐火材料、中性耐火材料和碱性耐火材料。
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。
（2）矿物组成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。
主晶相是指构成耐火制品结构的主体而且熔点较高的结晶相。
主晶相的性质、数量、结合状态直接决定着耐火制品的性质。
次晶相又称第二固相，是在高温下与主晶相共存的第二晶相。
如镁铬砖中与方镁石并存的铬尖晶石，镁铝砖中的镁铝尖晶石，镁钙砖中的硅酸二钙，镁硅砖中的镁橄榄石等。
次晶相也是熔点较高的晶体，它的存在可以提高耐火制品中固相间的直接结合，同时可以改善制品的某些特定的性能。
如：高温结构强度以及抗熔渣渗透、侵蚀的能力。
填充于主晶相之间的不同成分的结晶矿物（次晶相）和玻璃相统称为基质，也称为结合相。
基质的组成和形态对耐火制品的高温性质和抗侵蚀性能起着决定性的影响。
基质对于主晶相而言是制品的相对薄弱之处。
为了提高耐火制品的使用寿命，在生产实践中，往往采取调整和改变制品的基质组成的工艺措施，来改善和提高耐火制品的性质。
耐火材料的高温使用性质
耐火材料的高温使用性质5.1 耐火度5.1.1 耐火度定义定义：耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性质称为耐火度。
耐火度是个耐火材料高温性质的技术指标，对于耐火材料而言，耐火度表示的意义与熔点不同。
熔点是纯物质的结晶相与其液相处于平衡状态下的温度，如氧化铝Al2O3熔点为2050℃，氧化硅SiO2的熔点为1713℃，方镁石MgO的熔点为2800℃等。
但是，一般耐火材料是由各种物质组成的多相固体混合物，并非单相的纯物质，故没有固定的熔点，其熔融是在一定的温度范围内进行的，即只有一个固定的开始熔融温度和一个固定的熔融终了温度，在这个温度范围内液相和固相是同时存在的。
5.1.2 耐火度测定在实际中，耐火度的测定并非采用直接测温的方法，而是通过具有固定弯倒温度的标准锥与被测锥弯倒情况的比较来测定的。
耐火度测定：将-180目的物料加上结合剂，用模具制成截头三角锥，上底边长2mm，下底边长8mm，高30mm，截面成等边三角形。
将2只被测锥与4只标准锥用耐火泥交错固定于耐火材料台座上，6个锥锥棱向外成六角形布置，锥棱与垂线夹角为8o。
台座转速为2r/min，快速升温至比估计的耐火度低100℃～200℃时，升温速度变为2.5℃/min。
由于被测锥产生液相及自重的作用，锥体逐渐变形弯倒，锥顶弯至与台座接触时的温度，即为被测材料的耐火度（记下2个参考高温标准锥的锥号，例如WZ168～170）。
标准锥称为测温锥，我国测温锥用“WZ”表示锥体弯倒温度的1/10进行标号；前苏联用“ПK”，英国、日本等国用“SK”等标号测温锥。
系列锥号及相应温度见教材书后的附表2。
锥体弯倒时的液相含量约为70～80%，其粘度约为10～50Pa.s 。
5.1.3 影响材料耐火度的因素(1)决定耐火材料耐火度的因素：主要是材料的化学矿物组成及其分布情况。
各种杂质成分特别是具有强熔剂作用的杂质成分，会严重降低制品的耐火度，因此提高耐火材料耐火度的主要途径应是采取措施来保证和提高原料的纯度。
耐火材料讲义PPT课件
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。
耐火材料的组成和性质
• 矿物组成和化学组成是两个不同 C，金刚石，石墨； TiO2，金红石。 Al2O3.SiO2，红柱石，蓝晶石，硅线石； ZnS，纤维锌矿，闪锌矿。
说明化学组成相同，但可成为不同的矿物， 既两个不同的概念。
22
• 制品矿物组成取决于制品的化学组成和工艺 条件。
41
真密度
• 指不包括气孔在内的单位体积耐火材料的重量。 • 真密度 dt = M / Vt (g/cm3)
其中： M— 干试样重 Vt— 试样总体积
42
比重
• 真比重：不包括气孔在内的单位体积耐火材料 的重量与同温度下水的单位体积重量之比。
• 即耐火材料的真密度与同温度下水的密度之比。 • 当水的真密度等于1时，其真密度值与真比重
其中Vb，Vo，Vc分别代表总体积，开口气 孔和闭口气孔的体积。
34
注意：制品的气孔率指标通常用开口气孔率表示。
• 开口气孔与外界相通对制品使用时影响较重要； • 在一般制品中（除熔铸制品和轻质隔热制品外）
开口气体积占总气孔体积的绝对多数，闭口气孔 体积则很少； • 闭口气孔体积难于直接测定；
35
15
• 除上述三个主要方面外液相的性质；如粘度大 小也有影响，而用相图来分析杂质的熔剂用时 注意相图是处于平衡状态，而实际制品制造和 使用是不平衡的，但是仍有较大的实际意义。
• 杂质成分是降低其耐火材料性能，起着有害作 用；同时还具有降低制品（原料）的烧结温度， 处进制品烧结的有利作用，应全面考虑。
45
• 假比重： 包括闭口气孔体积在内的单位体积耐火
材料的重量与同温度下单位体积水的重量之比。 • 体积比重：
相量较多。
• 由于溶剂作用，降低制品耐火性能，通常视为 有害成分，既使含量甚微也是不容忽视的。因 此在标准内都有一定的规定。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
主讲：廖桂华 电话：65928200(o) E-mail: guihua.liao@
2020/7/12
第四篇 耐火材料工学基础
耐火材料是冶金、建材、化工、机械等工业高温窑 炉的重要基础材料。了解它们的性能并选用合适的耐 火材料对于生产控制及降低成本有重要的意义。本课 程介绍常用耐火材料的基本性能，应用范围以及易懂 的生产工艺与原料知识。
MgO含量大于80%的碱性耐火材料。
2020/7/12
1.2.2 按化学矿物组成分类
（4）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）。
MgO、CaO、 Al2O3、Cr2O3、 SiO2、C
方镁石、方钙 石、镁铝（铬） 尖晶石、镁橄 榄石
镁砖、白云石砖、镁橄 榄石砖、镁铝（铬、钙） 砖、镁碳砖等
Cr2O3（＞
铬镁尖晶石、
90%）、MgO、 铬铁矿
Fe2O3
ZrO2、 锆英石砖
C、SiC
无定形碳、石 炭砖、石墨制品、碳化
按化学属性分类 按化学矿物组成分类 其他分类方法
2020/7/12
1.2.1 按化学性质分类
耐火材料按化学属性分可分为酸性耐火材料、中性耐 火材料、碱性耐火材料。
● 按化学属性分类对于 了解耐火材料的化学性 质，判断耐火材料在实 际使用过程中与接触物 之间的化学作用情况具 有重要意义。
2020/7/12
2020/7/12
耐火材料工业曾被描绘为冶金工业和其它高温行业 的“支撑工业”和“先行工业”。耐火材料是高温技术 的基础材料，它与高温技术，尤其是钢铁工业的发展有 很密切的关系，相互依存，互为促进，共同发展。在一 定的条件下，耐火材料的质量、品种对高温技术发展起 着关键作用。
2020/7/12
耐火材料是构筑热工设备的高温结构材料，在使用过程中除 承受高温作用外，还不同程度地受到机械应力、热应力作用， 高温气体、熔体以及固体介质的侵蚀、冲刷、磨损。
-- 酸性耐火材料对酸性介质的侵蚀具有较强的抵抗能力。
-- 中性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。 -- 碱性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。
2020/7/12
1.2.2 按化学矿物组成分类
耐火材料的质量取决于其性质，为了保证热工设备的正常运 行，所选用的耐火材料必须具备能够满足和适应各种使用环境 和操作条件的性质。
2020/7/12
第一章 绪论
一、耐火材料的定义及其性能要求 （一） 定义
1、传统的定义：耐火度不小于1580℃的无机非金属材料。 2、ISO的定义：耐火度不小于1500℃的非金属材料及制品。
硅质制品
半硅质
酸 性
粘土质
渐
高铝质
强
碳质制品
中性
铬质
镁橄榄石
铬镁质
碱 性
镁铝尖晶石 渐
镁钙质
强
1.2.1 按化学性质分类
耐火材料在使用过程中除承受高温作用外，往往伴随着熔 渣（液态）及气体等化学侵蚀。为了保证耐火材料在使用中有 足够的抗侵蚀能力，选用的耐火材料的化学属性应与侵蚀介质 的化学属性相同或接近。
（5）良好的抗渣性——耐火材料在使用过程中抵抗各种侵蚀性物 质的化学作用而不被蚀损的能力。表征指标：抗渣性评价
（6）良好的耐磨性——耐火材料在使用过程中，有时会受到高速 流动的火焰、含固体颗粒的烟气、液态金属和熔渣，甚至固体物 料等物质的直接冲刷或磨蚀作用，因此这时要求耐火材料要具有 良好的耐磨性。表征指标：耐压强度和耐磨性（或硬度）指标。
（7）外形和尺寸准确——对定型制品而言。
2020/7/12
1.2 耐火材料的分类
耐火材料品种繁多、用途各异，有必要对耐火材料进行科学分类， 以便于科学研究、合理选用和管理。耐火材料的分类方法很多，其中主 要有化学属性分类法、化学矿物组成分类法、生产工艺和使用部位分类 法、材料形态分类法等多种方法。
2020/7/12
1.2.2 按化学矿物组成分类
（2）硅酸铝质耐火材料
SiO2－Al2O3系矿物是重要的耐火原料。根据从Al2O3含量 的不同，可将硅酸铝质耐火材料划分为不同的种类。
表1 SiO2－Al2O3系耐火材料
2020/7/12
1.2.2 按化学矿物组成分类
（3）镁质耐火材料 镁质耐火材料是指以镁砂为主要原料，以方镁石为主晶相，
序号 类别 1 硅质制品
2 硅酸铝质 制品
3 刚玉质制 品
4 镁质制品
5 铬质制品
6 锆质制品
7 含碳制品
2020/7/12
8
主成分
主晶相
SiO2
鳞石英、方石 英
SiO2、Al2O3
莫来石、方石 英、刚玉
Al2O3（＞90%） 刚玉
制品举例 硅砖、石英玻璃
半硅砖、粘土砖、高铝 砖、莫来石—刚玉砖 刚玉—莫来石砖
墨、 SiC
硅制品
1.2.2 按化学矿物组成分类
（1）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，主要矿 物组成为磷石英和方石英，主要用于焦炉和玻璃窑炉等热工设 备的构筑。
熔融石英制品以熔融石英为主要原料生产，其主要矿物组成 为石英玻璃。由于石英玻璃的膨胀系数很小，因此熔融石英制 品具有优良的抗热冲击能力。
（3）良好的高温体积稳定性——在使用过程中，不产生过大的体 积膨胀或收缩，以免影响高温设备的结构稳定性或严密性。表征 指标：重烧线变化（%）
2020/7/12
1.1 耐火材料的定义及其性能要求
（二） 对耐火材料的性能要求及其表征指标
（4）良好的热震稳定性——耐火材料抵抗温度急剧变化而不发生 开裂、剥落的能力。表征指标：材料的热膨胀系数和抗热震性指标
2020/7/12
第一章 绪 论
1.1 耐火材料的定义及其性能要求
（二） 对耐火材料的性能要求及其表征指标
（1）足够高的耐火度—— 具有在足够高的温度下不软化、不熔融 的性能。表征指标：耐火度
（2）足够高的荷重软化温度——耐火材料在高温下能够承受大荷 载及其他热机械应力，且不丧失结构强度、不发生变形坍塌的性 能。表征指标：荷重软化温度