耐火材料学(1) 2 - 图文

耐火材料学

1、耐火材料定义：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。

2、耐火材料按性质分类为酸性、碱性、中性耐火材料。 3、耐火材料中的气孔可分为三类：开口气孔（显气孔）、贯通气孔、闭口（封闭）气孔。 真密度：带有气孔的干燥材料的质量与其真体积之比值。

显气孔率：带有气孔的材料中所有开口气孔体积与其总体积之比。

吸水率：带有气孔的材料中所有开口气孔所吸收的水的质量与其干燥材料质量之比。 4、耐火材料的强度包括耐压强度与抗折强度。耐火材料的耐压强度是单位面积上所能承受而不破坏的极限载荷；耐火材料的抗折强度是指将规定尺寸的长方体试样在三点弯曲装置上能够承受的最大应力。 5、热膨胀系数：耐火材料的热膨胀系数通常是指平均热膨胀系数，即从室温升至试验温度，温度每升高1℃试样长度的相对变化率。线膨胀系数：有时也称为线弹性系数，指温度每变化1℃材料长度变化的百分率。 6、耐火材料的使用性质：

①耐火度：耐火材料在无荷重条件下抵抗高温而不熔化的特性。

②高温蠕变：耐火材料在一定的压力下随时间的变化为产生的等温变形称为耐火材料的高温蠕变或者压蠕变。

③耐火材料的高温体积稳定性。重烧线变化是指试样在加热到一定的温度保温一段时间后，冷却到室温后所产生的残余膨胀或收缩。

④耐火材料的抗热震性。其测试方法是加热—冷却法，将一定的试样直接放入已经达到规定温度的炉内保温达到规定的时间后，迅速从炉中取出，在水等介质中或空气中淬冷。 7、耐火材料的抗渣性：耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀的性能称为抗渣蚀性能。 8、渣向耐火材料中的渗透：

①通过开口气孔与裂纹向耐火材料内部渗透。 ②通过晶界向耐火材料内部渗透。

③渣中的离子进入到构成耐火材料的氧化物中，通过晶格扩散进入耐火材料中。 以上三种方式通过气孔与裂纹的渗透是最大的。

9、实验室最常用的抗渣性试验方法为坩埚法。其优点是简单易行，可以在同一个炉子中进行多个坩埚的抗渣性试验；缺点是：耐火材料试样静止不动，试样周围的侵蚀介质（熔渣）变化小，很容易达到饱和状态，在耐火材料内部不存在温度梯度。 10、耐火材料配方设计：

①化学与相组成的设计。②颗粒组成的设计。 11、耐火材料泥料颗粒组成设计原则：

①临界粒度的确定。②最紧密堆积原理。 ③结构、性能与生产过程的综合考虑。

12 硅酸铝质耐火材料是以 Al2O3和SiO2为基本化学组成的耐火材料。根据Al2O3含量的高低，硅酸铝质耐火材料又可分为：半硅质耐火材料，Al2O3含量为15%~30%；黏土质耐火材料，Al2O3含量为30%~45%；高铝质耐火材料，Al2O3含量大于45%。氧化铝质耐火材料是Al2O3含量在95%以上的耐火材料。

13 莫来石—高硅氧玻璃复合材料：在Al2O3·—SiO2系材料的低铝区域，存在于耐火材料中的主要相成分为莫来石，方石英及玻璃相。由于方石英的存在这类制品的抗热震性差。如果将方解石融入玻璃相中，不仅可以消除因方石英的相转变而导致的抗热震性差，而且可以获得SiO2含量高的玻璃相。生产莫来石—高硅氧玻璃复合材料有两种方法（1）直接将粘土等

原料经高温熔烧，将SiO2熔入玻璃相中，这需要很高的烧成温度（2）在配料中引入某种添加剂（如K2O）来促进SiO2熔入玻璃相中，降低烧成温度。

14 二次莫来石化阶段。高岭石分解所生成的SiO2与Al2O3反应生成莫来石，即二次莫来石

3Al2O3+2SiO2——3Al2O3·2SiO2（1200~1500℃）

15 高铝砖的荷重软化温度为1400~1500℃，高于一般粘土砖。加硅线石，红柱石或蓝晶石的高铝砖荷重软化温度更高，高铝砖的荷重软化温度取决于他的组成和显微结构，左图是高铝砖中Al2O3含量与其荷重软化温度的关系，三条曲线大致可划分为三部分。第一段为Al2O3 质量分数小于70% 左右 ，在这一段中随Al2O3含量的增加，高铝砖的

荷重软化温度提高，这是因为高铝砖由莫来石与玻璃组成，

随着Al2O3含量的提高，砖中莫来石的含量提高，玻璃相减少，同时 由长柱形莫来石晶粒在砖中形成牢固的网络结构有助于提高制品的荷重软化温度。第二段为Al2O3质量分数为80%~90%。在这段何种软化温度受Al2O3影响较小。首先，随Al2O3增多，显微结构中刚玉相增多，莫来石相减少，此时莫来石晶粒不能形成完整的网络结构而代之以相对松散的刚玉—莫来石骨架。同时随Al2O3的增加，玻璃相中SiO2含量下降，液相粘度下降。 （1）：以他们为主要原料直接制造耐火材料（2）作为添加剂加 16 硅线石族矿物的应用：

入到铝硅系耐火材料中来改善其性质（3）制备莫来石

17 三高制品：高纯原料，高压成型，高温烧成 为了获得高直接结合率的显微结构 18 镁砖的生产工艺

（1）原料的要求：我国制造镁砖的主要原料是普通烧结镁砂，这种镁砂是在竖窑中分层加入菱镁矿和焦炭进行煅烧制得。因此，二氧化硅和氧化钙含量，尤其是二氧化硅要比菱镁矿中的高。对其要求主要为化学组成和烧结程度。

（1）颗粒组成及配料：应符合最紧密堆积原理和有利于烧结。粒度组成一般为：临界粒度至0.5mm的占55%—60%，0.5~0.088mm的占5%~10%，小于0.088mm的占35%~40%。 （2）混炼：在轮碾机或混砂机中进行，加料顺序为：颗粒物—纸浆废液—细粉。全部混合时间不低于十分钟

（3）成型：烧结镁砂是瘠性物料且胚体水分含量少，一般不会出现因气体被压缩而产生的过压废品，因此可采用高压成型使坯体密度达2.95g/cm3以上。

（4）干燥：坯体在干燥过程中，所发生的物理化学变化包括水分的蒸发和镁砂的水化两个过程。水分排除的最初阶段需较高的温度，但是高温又会加速镁砂的水化使坯体开裂，特别是在干燥后期，由于导热的影响大于湿传导的影响，所以过高的温度反而不利于水分的排除。干燥介质的入口温度一般控制在100~120度，废气出口温度一般控制在60度。为了保证坯

体干燥后具有一定的强度，坯体干燥后应保持有0.6%的水分。

（5）烧成：镁砖的烧成可以在倒焰窑或隧道窑中进行。他们的荷重软化温度低，同时在结合剂失去作用后坯体强度较低，所以砖垛不宜过高，0.8m左右。 19 镁钙质耐火材料的抗水化措施

（a）烧结法：是通过活化烧结或提高烧结温度等方法来降低镁钙材料的显气孔率，提高方镁石和方钙石的晶粒尺寸，以提高其抗水性。活化烧结法（活化烧结是指采用物理或化学的手段使烧结温度降低、烧结时间缩短、烧结体性能提高的一种粉末冶金方法·）和添加外加剂烧结法

（b）表面处理法：（1）有机物表面包覆（2）无机物表面包覆（3）密封包装法

20 酚醛树脂的固化与分类 用不同生产工艺生产的不同种类的树脂有不同的固化方式 A热塑性酚醛树脂b热固性酚醛树脂c

21 碳复合耐火材料添加剂对耐火材料性能的影响：（1)抗氧化作用，阻止碳的氧化。（2）通过还原CO（g）生成固态炭来减少碳复合耐火材料中碳的损失。（3）降低气孔率，提高制品的密度，同时也提高抗氧化性。（4）促进由结合剂所生成的无定形炭的结晶。（5）通过形成表面保护层来提高制品的抗氧化性和抗渣性。 常见的添加剂包括金属（Al.Si.Mg），合金(Al-Si,Ai-Mg)，氮化物(Si3N4.AlN)和硼化物(ZrB2.CaB2)。添加剂的抗氧化作用通常从两个方面来考虑。一是优先于碳被氧化从而对碳起到保护作用。二是形成某种化合物堵塞气孔。 22 影响水泥水化的因素：主要有水泥的成分与性质，温度，水灰比，杂质与添加剂等。 1) 水泥的成分与性质的影响：水泥的组成对水化的影响是显而易见的，CA,CA2与C12A7

的水化速度和水化产物不同。其中CA2的耐火度最高，水化速度最慢。相反，C12A7的耐火度最低但水化速度很快。因此，铝酸钙水泥中C12A7的含量越高，他的水化速度越快，凝结时间也越短。 水泥的细度，即它的比表面积是影响其水化性能的重要性质。水泥越细，水化反应进行的越快。

2）温度的影响：水泥等的温度影响水泥组分的溶解，Ca2+与Al（OH）4 达到饱和的快慢以及沉淀等化学反应的速度，因而对凝固产生很大的影响。同时，水泥浆的温度也会对其水化产物产生很大的影响。

3）水灰比的影响：水泥的用水量与水泥用量之比成为水灰比。水灰比越高，水化相与水接触的机会越多，有利于水化进行。但当水灰比大到某一临界值后，再加水的用量的作用非常有限，另外随着水加入量的增加，固化与干燥后的胚体的气孔率增加，强度下降。 4）杂质与添加剂的影响