耐火材料复习 (3)

2010级耐火材料复习题

1.什么是耐火材料

耐火材料：耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。

国际标准化组织(ISO)正式出版的国际标准中规定：“耐火材料是耐火度至少为1500℃的非金属材料或制品(但不排除那些含有一定比例的金属)”，即耐火材料是用作高温窑炉等热工设备的结构材料，以及工业用高温容器和部件的材料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。

2.陶瓷结合和直接结合的概念是什么？

a 陶瓷结合(硅酸盐结合)

结构特征:耐火制品主晶相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。即普通镁砖中硅酸盐基质与方镁石之间的结合。

使用注意点：此类耐火制品在高温时，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。

b 直接结合：结构特征是耐火制品主晶相之间由晶体颗粒直接交错结合成结晶网而形成结合。如氮化硅结合碳化硅制品的中氮化硅基质与碳化硅之间的结合。

使用注意点：属于直接结合结构类型的制品的高温性能(高温力学强度、抗渣性和热震稳定性)要优越得多。

3.耐火材料的化学组成和矿物组成有什么区别？

1. 化学组成

化学组成是耐火材料制品的基本特性。

耐火材料化学组成按各成分含量和其作用分两部分：占绝对多量的基本成分－主成分和占少量的从属的副成分。

副成分：原料中伴随的夹杂成分和工艺过程中特别加入的添加成分(加入物)。

2.矿物（物相）组成

耐火材料（制品）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。

4.简述主晶相、次晶相、基质和杂质的概念？

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。

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。

基质(结合相):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。

杂质：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）。

5.耐火度、荷重软化点的定义，表示方法？什么叫荷重软化开始点，影响耐火度和荷重软化点的因素是什么？

（1）耐火度：耐火材料在无荷重条件下，抵抗高温作用而不熔化的性质。用截头三角锥（2×8×30mm）表示。

（2）荷重软化点：材料在温度与荷重双重作用下抵抗变形的能力，即指耐火材料试样在固定压力下，不断升高温度，试样发生一定变形量和坍塌时的温度。表示方法：一般是在0.2MPa的固定载荷下，以一定的升温速度均匀加热，测定试样（Φ36×50mm直圆柱体）压缩0.6%、4%、40% 时的温度。

（3）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。

（4）影响耐火度的因素：a化学组成。b分布情况。

（5）影响荷重软化点的因素：a，化学矿物组成。晶相构造和性状、晶相与液相的比例和相互作用、液相粘度等。b，生产工艺。制品烧成温度和气孔率等。c，原料纯度、杂质成分的性质和含量。d ，测定条件。升温速率快，荷软温度较高。

6.重烧收缩和线膨胀有什么区别，引起重烧收缩的原因是什么？

引起重烧收缩的原因：(1)烧成过程中，物理化学变化没达到烧成温度下的平衡状态，高温长期使用，一些物理化学变化会继续进行。(2)烧成不充分的制品，在窑炉上使用再受高温作用时，烧成变化继续进行，制品的体积发生变化－膨胀或收缩。

7、大多数制品重烧都是收缩，为什么砌筑窑炉时还要留膨胀缝？留膨胀缝的依据是什么？

8.蓝晶石、硅线石、红柱石的特性

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。

天然硅线石族精料粉状料加入到基质料中+矾土熟料＝Ⅲ等（或低Ⅱ等）高铝

硅线石粒度小于0.5mm，红柱石可适当放宽至小于2mm，蓝晶石为0.147～0.074mm。

制品的烧成温度为1350～1500℃（莫来石化转变温度＋体积效应）。

9.试绘出有矿化剂存在下的SiO2随温度变化的状态图，注明各种变体的转变温度及体积变化。加热纯SiO2时，其晶型是怎样转化的？

没有矿化剂时：石英转变为鳞石英或方石英时，矿化剂很少或几乎没有，α-石英形成α-方石英。

10.高铝制品的热震稳定性比粘土砖差，I 、Ⅱ等高铝砖比Ⅲ等高铝砖更差些 ？

高铝制品的抗渣性

制品中A12O3含量↑和液相量↓， 抗渣性↑ 。

高铝制品高温结构强度、热震稳定性及抗渣性。

原料纯度↑ ，改变基质的化学－矿物组成，

玻璃相数量↓ ，调整玻璃相成分，

制品的高温结构强度、热震稳定性及抗渣性↑ 。

11.试标出Al2O3-SiO2二元系相图不同区域的相组成，并在横坐标下方标出硅砖、叶腊石砖、粘土砖、硅线石砖、莫来石砖、一等高铝砖、特等高铝砖和刚玉砖中五种砖主要化学组成所处的大致位置

12.荷重变形曲线不同的原因与耐火材料制品中化学矿物组成的关系？

β-石英 γ-鳞石英

α-石英 573℃ 1171050

荷重变形曲线不同的原因：①存在的结晶相、晶体构造和性状。a 晶体形成网络骨架,变形温度高，b 晶体以孤岛状分散于液相中,变形温度由液相的含量及粘度所决定。②晶相和液相的数量及液相在一定温度下的粘度。③晶相与液相的相互作用，会改变液相的数量和性质。

13.碳化硅耐火材料的生产方法

（1）粘上结合碳化硅质材料生产工艺：碳化硅+加入部分结合粘土，成型、烧成。结合粘土的量一般不超过15%。粘土做结合剂时粘土中铝氧与碳化硅在1100～1150℃反应引起膨胀。2Al2O3+SiC=4AlO+SiO+CO，4AlO+O2=2Al2O3，SiO+O2=2SiO2。烧成温度：1350～1400 ℃。（2）二氧化硅结合碳化硅材料

生产工艺流程图：碳化硅原料+二氧化硅+结合剂→混练→成型→烘干

→烧成→拣选→成品。

（3）莫来石结合碳化硅：莫来石+碳化硅等为原料，莫来石含量约5%～8%.，纸浆或糊精作为结合剂。成型：半干压，1380℃烧成，莫来石与碳化硅晶体牢固地结合在一起。

（4）自结合碳化硅

自结合碳化硅: 低温型的β-SiC结合高温型的α-SiC。

生产原理：碳化硅颗粒+碳+金属硅粉，1450℃的温度下埋碳烧制，硅粉和碳反应生成低温型β-SiC，β-SiC结合碳化硅颗粒

（5）氮化硅结合碳化硅

在碳化硅+15%～25%金属硅粉，混入适量的结合剂，经困料后成型，在氮化炉中通入高纯氮气以一定的温度和压力制度氮化反应烧结。其反应式为：

3Si+ 2N2→Si3N4

Si3N4和SiC均为共价键性极强的化合物，有相似的物理化学性能，在高温状态下仍保持高的键合强度。

14隔热耐火材料生产方法

隔热耐火制品的生产产方法：

a 烧尽加入物法(可燃物加入法)

砖的泥料中加入容易烧尽的可燃物，制品在烧成后有气孔，炭末，锯木屑，泡沫苯乙烯，b 泡沫法。泥料中加入泡沫剂，松香皂等，以机械方法使之起泡，经烧成后获得多孔的制品。c化学法。利用能适当产生气体的化学反应，在制砖工艺过程中获得一种多孔的制品，用白云石或方镁石加石膏，以硫酸作发泡剂。碳酸盐和酸，苛性碱和铝，金属和酸。

d多孔材料法

用天然的硅藻土，人造的粘土泡沫熟料，氧化铝空心球，氧化锆空心球，等多孔原料制取轻质耐火砖。

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