耐火材料-基础知识

耐火砖的平均比热容 与温度的关系曲线
1一黏土砖；2—镁砖； 3—硅砖：4—硅线石砖； 5—白云石砖；6—铬砖
耐火材料的热学性能---（2）热膨胀性



热膨胀性是指耐火制品在加热过程中的 长度变化，其表示方法有线膨胀率和线 膨胀系数量种。 线膨胀率是指由室温至试验温度间，试 样长度的相对变化率。 线膨胀系数是指由室温至试验温度间， 温度每升高1℃，试样长度的相对变化率。
镁、尖晶石
40UP 15.3 70 1700UP 5.1 3.54 30 1.15 4.9 4.4 3.8 0.2
镁、尖晶石
＞40 16.1 53 ** ** 3.5 ＞30 0.5 4.6 3.7 3.6 0.4
Al2O3
化学成分 Fe2O3 CaO MgO
18.6
1 0.8 80.5
12.5
** ** 84.8
耐火砖的检测报告
生产厂家 耐火砖名称 耐火砖型号 日本美浓 镁尖晶石砖 MIC-EXK 营口青花 镁铝尖晶石砖 HAS-50
耐火砖材质
耐火度 显气孔率 % 耐压强度 荷重软化点 吸水率 显比重 抗热震性 膨胀率 SK Refractoriness Apparent porosity Mpa cold crushing ℃ Load:0.2Mpa % g/cm2 1200℃air cooling % (1000℃) 350℃ 热传导率 500℃ 1000℃ SiO2


弹性模量是指材料在外力作用下产生的 应力与伸长或压缩弹性形变之间的关系。 亦称杨氏模量。其数值为试样横截面所 受正应力与应变之比。 弹性模量：材料的抗弹性变形的一个量， 材料刚度的一个指标。
耐火材料的使用性能---（1）耐火度


耐火度指耐火材料在无荷重时抵抗高温 作用而不熔化的性能。 耐火度是指耐火材料在高温下抵抗熔化 的能力。它是耐火材料的一项基本指标， 可以粗略地识别耐火材料质量的高低。
耐火材料的物理性质---（1）气孔率




气孔率是耐火制品所含气孔体积与制品 总体积的百分比。耐火材料内的气孔是 由原料中气孔和成型后颗粒间的气孔所 构成。大致可分为三类： (1)闭口气孔，它封闭在制品中不与外界 相通； (2)开口气孔，一端封闭，另一端与外界 相通，能为流体填充； (3)贯通气孔，贯通制品的两面，能为流 体通过。
五、耐火材料的制备原理

1.烧结耐火材料 烧铸耐火材料 熔铸耐火材料生产工艺流程如下图：
配料
混料
成型
烧结耐材流程图例
烧成
微机控制
成品
拣选
耐火材料性质的介绍



（1）物理性质：气孔率、吸水率、体积密度、真密度 （真比重） （2）热学性能：热容、热膨胀性、导热系数 （3）力学性能：常温耐压强度、抗折强度 （4）使用性能：耐火度、高温荷重软化温度、体积稳 定性 （5）热稳定性：渣性（耐玻璃侵蚀性）、热震 （6）抗蚀性能：抗碱性、抗氧化、抗水化
耐火材料的力学性能---（1）耐压强度



耐压强度是耐火材料在一定温度下单位 面积上所能承受的极限载荷。 耐压强度是衡量耐火材料质量的重要性 能之一。 耐火材料的耐压强度分为常温耐压强度 和高温耐压强度，常温耐压强度是指制 品在室温下测得的数值；高温耐压强度 是指制品在指定的高温条件下测得的数 值。
• 1—碳化硅砖；2— 镁砖；3—碳化硅砖 （含SIC70%）； 4—刚玉砖；5—碳 化硅砖（含 SIC50%）；6—烧 结白云石砖；7—氧 化锆砖；8—镁铬砖； 9—刚玉砖（90%）； 10—硅线石砖； 11—橄榄石砖； 12—铬砖；13—硅 砖；14—致密黏土 砖；15—黏土砖
镁砖、镁铬砖、刚玉砖比较明显



粘接强度是指两种材料粘接在一起时， 单位界面之间的粘结力。 耐火材科粘结强度主要是表征不定形耐 火材料在各种温度及特定条件，主要是 使用条件下的强度指标。 不定形耐火材料在使用时，要有一定的 粘结力，以使其有效地粘结于施工基体。
耐火材料的力学性能---（4）高温蠕变性


耐火材料高温蠕变性是指制品在高温下 受应力作用随着时间变化而发生的等高 温形变。 根据施加外力的方式，高温蠕变性可分 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。其中常用 的是高温压缩蠕变。
镁砖
平均线膨胀系数 （20`1000℃)/1 0-6 ℃-1
4.5～ 6.0
5.5～ 5.8
7.0～ 7.5
8.0～ 8.5
7.0～ 7.9
11.5～ 13
14～15
砖砌筑 膨胀缝
不定型耐材施 工膨胀缝
耐火材料的热学性能---（3）热导率

热导率是指在单位温度梯度下，单位时 间内通过单位垂直面积的热量。耐火材 料的热导率对于高温热工设备的设计是 不可缺少的重要数据。对于那些要求隔 热性能良好的轻质耐火材料，检验其热 导率更具有重要意义，可以减少厚度或 热损失。

（例）定型耐材的溶洞标准
• 溶洞的椭圆长径a在 11mm以下； • 溶洞的椭圆短径b在 7mm以下； • 表面溶洞数量≤3个/面； • 溶洞的平均直径在 5mm以下忽略。 • 溶洞外周的凸出部分， 如果影响10段堆积检查， 应打磨平滑。
b
a
耐火材料的热学性能---（1）比热容

比热容是指1kg耐火材料温度升高 1℃所吸收的热量。
耐火材料基础知识
何金峥
耐火材料的现状及发展方向


我国有丰富的优质镁矿、高铝矾土、石墨原料资源，储量居 全球之首，产量也最高，耐火粘土与硅石原料分布地区很广， 储量与产量均很大。我国耐火原料现年产量约1500万吨，耐 火材料年产量约800万吨。近3年来，每年出口耐火原料与材 料约500万吨：（其中耐火原料470万吨、耐火材料30多万 吨）。每年为国家创汇约7亿美元。 按我国耐火原料资源的优势，专家们认为，应进一步发展镁 铝碳质耐火材料的生产与使用，减少粘土质等普通耐火材料 的生产与使用。提高产品质量和改善性能，积极开发优质新 品种，合理利用和提高耐火材料服役寿命，进一步 降低消耗， 保证和促进高温技术工业和热能工程以及国民经济的发展。 要发展高级耐火原材料的出口，特别要增加高级耐火材料制 品的出口，为国家创收更多外汇，为企业增加更多经济效益。
耐火材料的物理性质---（6）气孔孔径分布

气孔孔径分布是耐火制品中各种孔 径的气孔所占气孔总体积的百分率。
在气孔率相同时，孔径大的制品其强度 低。熔铸或隔热耐火制品的气孔孔径可 大于1mm，称为缩孔或大气孔；纹密耐 火制品中的气孔主要为毛细孔，孔径多 为1～30um；气孔微细化的铝碳制品和 致密高铝砖的平均孔径小于1～2um。
热膨胀性是耐火材料使用时应考虑的重要性 能之一。炉窑在常温下砌筑，而在高温下使用时 炉体要膨胀。为抵消热膨胀造成的应力，需预留 膨胀缝。线膨胀率和线膨胀系数是预留膨胀缝和 砌体总尺寸结构设计计算的关键参数。
常用耐火制品的平均线膨胀系数见下表（例）
材料名称
黏土砖
莫来石 砖
莫来石 刚玉砖
刚玉砖
半硅砖
硅砖
三、耐火材料的组成
1.化学组成 （1）主成分 酸性耐火材料：二氧化硅 中性耐火材料：碳质耐火材料、高铝耐火材料、铬质耐 火材料 碱性耐火材料：氧化镁、氧化钙 （2）杂质成分 （3）添加成分 2.矿物组成 结晶相+玻璃相（基质）

四、耐火材料的性质（常用）


1.高的耐火度 2.良好的荷重软化温度 3.具有高温下的体积稳定性 4.良好的抗热震性 5.良好的抗蚀性
耐火材料的力学性能---（2）抗折强度


耐火村料抗折强度是指试样单位面积承 受弯矩时的极限折断应力，又称抗弯强 度。 耐火村料抗折强度分为常温抗折强度和 高温抗折强度。常温下测得的抗折强度 称为常温抗折强度：耐火制品在规定的 高温条件下所测得的强度值称为该温度 下的高温抗折强度。
耐火材料的力学性能---（3）粘接强度
耐火材料的物理性质---（4）吸水率

吸水率是耐火制品全部开口气孔所吸收 的水的质量与干燥试样的质量百分比。 耐火原料生产中习惯上用吸水率来鉴定 熟料的煅烧质量，原料煅烧得越好，吸 水率数值越低，一般应小于5％。
耐火材料的物理性质---（5）透气度



透气度是耐火制品允许气体在压差下通 过的性能。透气度主要是由贯通气孔的 大小、数量和结构决定的。 某些制品，如用于隔离火焰或高温气体 的制品，要求具有很低的透气度； 有些制品．如吹氩浸入式水口透气内壁 等一系列专用透气耐火制品，则又必须 具有一定的透气度。
闭气孔
闭气孔
它封闭在制品中不与外界相通
定形耐材抛面
开气孔
开气孔
一端封闭，另一端与外界相通
定形耐材表面
贯通气孔
贯通气孔
贯通制品的两面，能为流体通过
图中： 1为闭气孔 2为开气孔 3为贯通气孔
定形耐材抛面示意图
耐火材料的物理性质---（2）体积密度

体积密度是耐火制品的质量与其体积 （包括气孔）的比值。它表征耐火材料 的致密程度，是所有耐火原料和耐火制 品质量标准中的基本指标之一。体积密 度高的制品，其气孔率小，强度、高温 荷重软化温度等一系列性能好。
一、耐火材料的定义



定义：耐火材料一般是指耐火度在 1580℃以上的无机非金属材料。 它是难以被高温融化熔融的非金属材料 的总称。 其他定义：1500℃以上的定型耐火材料 和最高使用温度在800 ℃以上的不定型 耐火材料、耐火灰浆以及耐火绝热砖。
二、耐火材料的分类
（1）按化学成分为：酸性、碱性和中性耐火材料。 （2）按耐火度分为：普通耐火材料、高级耐火材料、特 级耐火材料。 （3）按加工工艺分为：烧成制品、熔铸制品、不烧制品。 （4）按外观分为：标型、普型、异型、特型和超特型 （5）按成型工艺分为：天然岩石切锯、泥浆浇注、可塑 成型、半干成型和振动、捣打、熔铸成型 （6）按矿物组成分为：硅酸铝质、硅质、镁质、碳质、 白云石质、锆英石质、特殊耐火材料（高纯氧化物制 品、难熔化合物制品和高温复合材料）。 （7）按密度分为：重质和轻质。 （8） 按外形分为：定型耐火材料和不定型耐火材料。
耐火材料的比热容数值主要用于窑炉设 计热工计算。蓄热室格子砖采用高比热 热容的致密材料，以增加蓄热室热量和 放热量，提高还热效率。

• 比热容按下式计算：
Q C G (t1 t0 )
• • • • • • 式中： C-耐火材料的等压比热容，kJ/（kg· ℃）； Q-加热试样所消耗的热量， kJ； G-试样的质量，kg； t0-试样加热前的温度，℃； t1-试样加热后的温度，℃。
• 一般把导热系数小于0.25W/m. ℃的材料称 为绝热材料。绝热材料都是多孔材料，孔 内都充满着空气，空气的导热系数比固体 的导热系数小得多，因此多孔材料的导热 系数都较小。一般优质的绝热材料导热系 数值在0.035～0.07 W/m. ℃。 • 耐火材料的导热系数在0.7～5.8 W/m. ℃， 绝大部分耐火材料的导热系数是随温度升 高而增大。但是镁砖和镁铬砖例外，其导 热系数随温度升高而减小（下图）。
• 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。试锥在不同熔融阶段的弯倒 情况见下图。
试锥在不同熔融阶段得弯倒情况
• a－熔融开始以前；b－在相当于耐火度得温度下；c－在高于耐火度 温度下 • 耐火制品的化学成分、矿物组成及其分布状态是影响耐火度的最基本 因素。
• 测定耐火材料的蠕变意义在于，研究 耐火村料在高温下由于应力作用而产 生的组织结构的变化，检验制品的质 量和评价生产工艺。
• 一般认为影响高温蠕变的因素有； (1)使用条件，如温度、时间、气氛性质等； (2)材料性质，如化学组成和矿物组成； (3)显微组织结构。
耐火材料的力学性能---（5）弹性模量
耐火材料的物理性质---（3）真比重（真密度）


真密度是耐火制品的质量与其真体积 （不包括气孔体积）之比。在耐火材料 中，硅砖的真密度是衡量石英转化程度 的重要技术指标。SiO2组成的各种不同 矿物的真密度不同，鳞石英的真密度最 小，方石英次之，石英最大。 对于耐火材料的真密度，中国标准 （GB/T5071－1997）和国际标准 （ISO5018）规定，把材料破碎、磨细到 尽可能无封闭气孔存在的颗粒后，用测