第二章耐火材料的性能

1、第二章第二章 耐火材料的组成和性能耐火材料的组成和性能2.1 2.1 耐火材料的化学矿物组成耐火材料的化学矿物组成2.2 2.2 耐火材料的宏观结构耐火材料的宏观结构2.3 2.3 耐火材料的力学性耐火材料的力学性质质2.2.4 4 耐火材料的热学性耐火材料的热学性质及导电性质质及导电性质2.2.5 5 耐火材料的使用性耐火材料的使用性质质耐火材料的性质耐火材料的性质耐火材料的性质主要包括：耐火材料的性质主要包括：（1 1）化学）化学- -矿物组成矿物组成（2 2）微观组织结构）微观组织结构（3 3）力学性质、热学性质）力学性质、热学性质（4 4）高温使用性质）高温使用性质耐火材料的性能决定于

2、：耐火材料的性能决定于：（1 1）化学组成（原料性质）化学组成（原料性质）（2 2）制造方法（工艺过程）制造方法（工艺过程）2.1 2.1 耐火材料的化学矿物组成耐火材料的化学矿物组成1 1、化学组成化学组成化学组成化学组成是耐火材料最基本的特性，是决定耐是耐火材料最基本的特性，是决定耐火材料物相组成以及耐火材料诸多重要性质的火材料物相组成以及耐火材料诸多重要性质的重要基础。重要基础。（1 1）形成何种物相）形成何种物相（2 2）显示何种性能）显示何种性能（3 3）改变其性能（如何）改变其性能（如何）主成分主成分根据耐火材料中各种化学成分的含量和起作用，根据耐火材料中各种化学成分的含量和起作用

3、，通常将其分为：通常将其分为：主成分、杂质和外加成分主成分、杂质和外加成分。耐火材料中的耐火材料中的主成分主成分是指占绝大多数的，对材料是指占绝大多数的，对材料高温性质起决定性作用的化学成分。高温性质起决定性作用的化学成分。可以作为耐火材料主成分使用的有：氧化物、碳可以作为耐火材料主成分使用的有：氧化物、碳化物、氮化物、硅化物和硼化物以及碳素等。化物、氮化物、硅化物和硼化物以及碳素等。杂质成分杂质成分在耐火材料中不同于主成分的，含量较少而对于在耐火材料中不同于主成分的，含量较少而对于耐火材料的高温性能往往带来危害的化学成分称耐火材料的高温性能往往带来危害的化学成分称为为杂质杂质。一般由原料及在

4、加工过程中带入的。杂质往往与一般由原料及在加工过程中带入的。杂质往往与主成分在高温下发生反应，生成低熔性或大量的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，故也称之液相，从而降低耐火基体的耐火性能，故也称之为熔剂。为熔剂。杂质是相对的，其本身的熔点往往不低。杂质是相对的，其本身的熔点往往不低。 外加成分（外加剂）外加成分（外加剂）耐火材料化学组成中除主成分和杂质成分外，为耐火材料化学组成中除主成分和杂质成分外，为了特定目的而认为加入的少量成分称了特定目的而认为加入的少量成分称外加成分外加成分。目的：目的：（1 1）促进某些物相的形成和转化）促进某些物相的形成和转

5、化（2 2）抑制某些物相的形成和转化）抑制某些物相的形成和转化（3 3）促进材料的烧结）促进材料的烧结种类：按照种类：按照外加成分外加成分的目的和作用可分为矿化剂的目的和作用可分为矿化剂、稳定剂、促烧剂等。、稳定剂、促烧剂等。2 2、矿物组成矿物组成矿物矿物是指由相对固定的化学组成的有确定的内部是指由相对固定的化学组成的有确定的内部结构和一定物理性质的单质或化合物。结构和一定物理性质的单质或化合物。耐火材料中矿物的种类：耐火材料中矿物的种类：（1 1）单一氧化物）单一氧化物（2 2）复合氧化物）复合氧化物耐火材料中矿物的聚集状态耐火材料中矿物的聚集状态（1 1）单相）单相（2 2）多相多晶体）

6、多相多晶体（3 3）多晶体同玻璃体）多晶体同玻璃体 共同构成的集合体。共同构成的集合体。根据耐火材料中构成相的性质、所占比例，以及根据耐火材料中构成相的性质、所占比例，以及对耐火材料性质的影响，分对耐火材料性质的影响，分为主晶相、次晶相和为主晶相、次晶相和基质基质。主晶相、次晶相和基质主晶相、次晶相和基质主晶相：主晶相：构成耐火材料结构主体，熔点较高，对耐火材料的构成耐火材料结构主体，熔点较高，对耐火材料的性质起支配作用。性质起支配作用。次晶相：次晶相：在高温下与主晶相共存的第二晶相。次晶相也是熔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点

7、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。结合，同时可以改善制品的某些特定的性能。基质：基质：是主晶相或主晶相和次晶相以外的物相，往往含有主是主晶相或主晶相和次晶相以外的物相，往往含有主成分以外的全部或大部分杂质。成分以外的全部或大部分杂质。基质构成：基质构成：（1 1）细微晶体构成）细微晶体构成（2 2）玻璃相构成）玻璃相构成（3 3）两者的复合物构成）两者的复合物构成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。决定性的影响。2.2 2.2 耐火材料的宏观结构耐火材料的宏

8、观结构耐火材料是由耐火材料是由固相固相（结晶相与玻璃相）和（结晶相与玻璃相）和气孔气孔两部分两部分构成的非均质体。构成的非均质体。耐火材料的宏观结构：即耐火材料自身的物理属性。耐火材料的宏观结构：即耐火材料自身的物理属性。主要包括主要包括气孔率气孔率、密度密度、吸水率吸水率、透气度透气度、气孔孔径气孔孔径分布分布等，是评价耐火材料质量优劣的重要依据。等，是评价耐火材料质量优劣的重要依据。宏观结构：空间线度在宏观结构：空间线度在1010-6-61010-4-4cmcm之间，或用肉眼之间，或用肉眼或借助于普通光学显微镜（或借助于普通光学显微镜（101025002500倍）可以观察、倍）可以观察、分

9、辨的形状和分布。分辨的形状和分布。1、气孔、气孔气孔（气孔（容积、形状、大小、分布容积、形状、大小、分布）影响耐火材料）影响耐火材料的性能。的性能。(1)(1)开口气孔开口气孔：一端封闭而另一端与外界相通，能为流体：一端封闭而另一端与外界相通，能为流体所填充；所填充；(2)(2)闭口气孔闭口气孔：封闭在材料中与外界不相通，不能为流体：封闭在材料中与外界不相通，不能为流体所填充；所填充；(3)(3)贯通气孔贯通气孔，贯通材料两面，能为流体所通过。，贯通材料两面，能为流体所通过。2、气孔率、气孔率气孔率气孔率是指耐火材料所含气孔的体积占耐火材料总体积是指耐火材料所含气孔的体积占耐火材料总体积的百分

10、比的百分比（1 1）开口气孔率）开口气孔率( (显气孔率显气孔率) Pa ) Pa ：耐火材料中开口气：耐火材料中开口气孔的体积占耐火材料总体积之百分比；孔的体积占耐火材料总体积之百分比；（2 2）闭口气孔率）闭口气孔率PcPc：封闭气孔的体积占耐火材料总体：封闭气孔的体积占耐火材料总体积的百分比；积的百分比；（3 3）总气孔率）总气孔率PtPt：总气孔体积占耐火材料总体积的百：总气孔体积占耐火材料总体积的百分比。分比。 总气孔率总气孔率 开口气孔率开口气孔率 闭口气孔率闭口气孔率 1-1-抗热震性；抗热震性；2-2-线膨胀系数；线膨胀系数；3-3-体积密度；体积密度；4-4-热导率；热导率；

11、 5-5-耐压强度耐压强度 气孔率对耐火材料性质的影响气孔率对耐火材料性质的影响3、密度、密度密度密度(g/cm(g/cm3 3) )是指材料的质量与其体积之比是指材料的质量与其体积之比 体积密度体积密度(bulk density(bulk density，缩写为，缩写为Db)Db) 表观密度表观密度(apparent density(apparent density，缩写为，缩写为Da)Da) 真密度真密度(true density(true density，缩写为，缩写为Dt)Dt) 体积密度：体积密度：材料的质量材料的质量(M)(M)与其所包含的材料的实际体积和全与其所包含的材料的实际体

12、积和全部气孔体积之和的总体积之比，即部气孔体积之和的总体积之比，即 密度的计算方法密度的计算方法 表观密度：表观密度：材料的质量与其所含材料的实际体积和闭口气孔体材料的质量与其所含材料的实际体积和闭口气孔体积之和之比，即积之和之比，即 ttVMD 真密度：真密度：材料的质量与其实际体积之比，即材料的质量与其实际体积之比，即D Db b体积密度，体积密度，g/cmg/cm3 3； M M 试样的质量，试样的质量，g/cmg/cm3 3； V Vt t试样中材料的实际体积，试样中材料的实际体积，cmcm3 3；V Vo o试样中开口气孔的体积，试样中开口气孔的体积，cmcm3 3；V Vc c试样

13、中闭口气孔的体积，试样中闭口气孔的体积，cmcm3 3。 气孔率与密度之间的关系气孔率与密度之间的关系%100)1 (tbtDDP%100)11(tacDDP%100113mmmWa吸水率吸水率：耐火材料中的全部开口气孔被水充满时所吸收水的质量与：耐火材料中的全部开口气孔被水充满时所吸收水的质量与干燥试样的质量之比，即干燥试样的质量之比，即2112921016. 2ppppQdhK 式中：式中： W Wa a吸水率，吸水率，% %； m m1 1干燥试样的质量，干燥试样的质量，g g； m m3 3饱和试样在空气中的质量，饱和试样在空气中的质量，g g。 4、吸水率、吸水率透气度：透气度：耐火

14、材料制品在一定压差下，允许气体通过的能力耐火材料制品在一定压差下，允许气体通过的能力式中：式中：K K材料的透气度，材料的透气度，mm2 2； 试验温度下气体的动力粘度，试验温度下气体的动力粘度，PasPas； h h试样高度，试样高度，mmmm； Q Q气体的体积流量，气体的体积流量，L/minL/min； p p1 1气体进入试样端的压力，气体进入试样端的压力，N/mmN/mm2 2； p p2 2气体溢出试样端的压力，气体溢出试样端的压力，N/mmN/mm2 2。5、透气度透气度气孔孔径分布：气孔孔径分布：耐火材料中各种孔径的气孔耐火材料中各种孔径的气孔( (指开口气孔指开口气孔) )占

15、气孔总体积的百分比占气孔总体积的百分比.320ctbtatCCPD D 平均孔径，平均孔径，mm；D D 某一压力所对应的孔径，某一压力所对应的孔径，mm；V V总总开口气孔的总容积，开口气孔的总容积，cmcm3 3；d dV V孔容积微分值，孔容积微分值，cmcm3 3。6、气孔孔径分布气孔孔径分布2.3 2.3 耐火材料的力学性耐火材料的力学性质质耐火材料的力学性质：耐火材料的力学性质：耐火材料在承受载荷时产生形变和断耐火材料在承受载荷时产生形变和断裂的性能。裂的性能。耐火材料在承受载荷时，要产生形变。这种形变的大小，随耐火材料在承受载荷时，要产生形变。这种形变的大小，随所受载荷的增加而增

16、大，一般首先经弹性变形所受载荷的增加而增大，一般首先经弹性变形塑性变形塑性变形断裂。断裂。根据作用于材料上应力方向的不同，如压缩应力、拉应力、根据作用于材料上应力方向的不同，如压缩应力、拉应力、剪切应力、弯曲应力、摩擦力或撞击力等，相应地将材料剪切应力、弯曲应力、摩擦力或撞击力等，相应地将材料的强度分为的强度分为耐压强度耐压强度、抗折强度抗折强度、抗剪强度抗剪强度、耐磨性耐磨性和和抗抗撞击性撞击性等。等。1 1、常温耐压强度常温耐压强度常温耐压强度常温耐压强度：常温下材料单位面积所能承受的最大压力，：常温下材料单位面积所能承受的最大压力，用用N/mmN/mm2 2，即兆帕，即兆帕(MPa)(M

17、Pa)表示。表示。 S-S-试样常温耐压强度，试样常温耐压强度， MPaMPaP-P-试样产生破坏时的总压力，试样产生破坏时的总压力，N NA-A-试样的受压面积，试样的受压面积，mmmm2 2常用常用耐火材料的常温耐压强度耐火材料的常温耐压强度一般制品：一般制品：10-15MPa10-15MPa高级制品：高级制品：25-30MPa25-30MPa2 2、高、高温耐压强度温耐压强度高温耐压强度高温耐压强度：耐火材料在：耐火材料在1000-12001000-1200的高温热态下单的高温热态下单位面积所能承受的最大压力，以位面积所能承受的最大压力，以N/mmN/mm2 2表示。表示。常用耐火材料的

18、高常用耐火材料的高温耐压强度温耐压强度1-1-刚玉砖；刚玉砖；2-2-粘土砖；粘土砖；3-3-高铝砖；高铝砖；4-4-镁砖；镁砖；5 5、6-6-硅砖硅砖耐火制品高温耐压强度的这种变化是受材料中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，故其强度随温度的较小时

19、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。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，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，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，材料的强度也随因材料中熔体粘度急剧下降，材料的强度也随之

20、急剧下降。之急剧下降。3 3、抗折强度抗折强度抗折强度：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。所能承受的极限弯曲应力。耐火材料的耐火材料的抗折强度抗折强度分为分为常温抗折强度常温抗折强度和和高温抗折强度高温抗折强度。在常温下测得的抗折强度为常温抗折强度；在在常温下测得的抗折强度为常温抗折强度；在1000-1000-12001200C C的某一特定温度下测得的抗折强度为高温抗折强度。的某一特定温度下测得的抗折强度为高温抗折强度。抗折强度抗折强度的测量的测量及计算及计算LPhbR R试样的抗折强度，试样的抗折强度，N/mm

21、N/mm2 2(MPa)(MPa)；F F试样断裂时所承受的最大载荷，试样断裂时所承受的最大载荷，N N；L L两支点间的距离，两支点间的距离，mmmmb b试样宽度，试样宽度，mmmm；h h试样高度；试样高度；mmmm。232FLRbh 抗折强度抗折强度的的影响因素影响因素耐火制品的抗折强度与耐压强度受相同的因素所支配。就烧结耐火制耐火制品的抗折强度与耐压强度受相同的因素所支配。就烧结耐火制品和不烧耐火制品而言，耐火材料中的基质、结合剂和组织结构品和不烧耐火制品而言，耐火材料中的基质、结合剂和组织结构( (如如气孔和裂纹等气孔和裂纹等) )的特征，对抗折强度的影响较为明显，特别是对材料的特

22、征，对抗折强度的影响较为明显，特别是对材料的高温抗折强度影响更为明显。当材料中的主晶相仍稳定的情况下，的高温抗折强度影响更为明显。当材料中的主晶相仍稳定的情况下，其中的基质或结合剂在高温下是否易于出现熔体及熔体的性质和其分其中的基质或结合剂在高温下是否易于出现熔体及熔体的性质和其分布情况，对高温抗折强度的影响甚为敏感。因此，耐火材料的高温抗布情况，对高温抗折强度的影响甚为敏感。因此，耐火材料的高温抗折强度常作为评价材料在高温热态下的质量折强度常作为评价材料在高温热态下的质量( (特别是其结合相质量特别是其结合相质量) )的的一项重要指标。一项重要指标。 4 4、粘结强度粘结强度粘结强度：粘结强

23、度：两种材料粘结在一起时，单位界面之间的粘结两种材料粘结在一起时，单位界面之间的粘结力。力。耐火材料粘结强度主要是表征不定形耐火材料在各种温度耐火材料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下的强度指标。不定形耐火材料在使用时，要及特定条件下的强度指标。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。有一定的粘结力，以使其有效地粘结于施工基体。根据受力方向不同，耐火材料的粘结强度可分为抗弯粘结根据受力方向不同，耐火材料的粘结强度可分为抗弯粘结强度和抗剪切粘结强度。强度和抗剪切粘结强度。 粘结粘结强度强度的测量的测量及计算及计算R R试样的抗折粘结强度，试样的抗

24、折粘结强度，N/mmN/mm2 2( (或或MPa)MPa)；F F试样粘结面断裂时所承受的最大载荷，试样粘结面断裂时所承受的最大载荷，N N；L L两支点间的距离，两支点间的距离，mmmmb b粘结面处试样的宽度，粘结面处试样的宽度，mmmm；h h粘结面处试样的高度；粘结面处试样的高度；mmmm。2 23 32 2FLFLR Rbhbh= =5 5、蠕变性蠕变性耐火材料在高温下承受低于其极限强度的一定应力时，会耐火材料在高温下承受低于其极限强度的一定应力时，会产生塑性变形，变形量随负荷时间的延长而增加，甚至导产生塑性变形，变形量随负荷时间的延长而增加，甚至导致材料破坏。这种受外力作用产生的

25、变形随时间延长而增致材料破坏。这种受外力作用产生的变形随时间延长而增加的现象称为加的现象称为蠕变蠕变。耐火材料的高温蠕变性是指制品在高温应力作用下随着时耐火材料的高温蠕变性是指制品在高温应力作用下随着时间变化而发生的等温变形。高温蠕变性可分为高温压缩蠕间变化而发生的等温变形。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。其变、高温拉伸蠕变、高温弯曲蠕变和高温扭转蠕变等。其中最常用的是高温压缩蠕变。中最常用的是高温压缩蠕变。压缩蠕变性以压缩蠕变率压缩蠕变性以压缩蠕变率来度量。来度量。蠕变率蠕变率的测量的测量及计算及计算E 蠕变率，蠕变率，% %； L L0 0试样原始

26、高度，试样原始高度，mmmm； L L1 1试样恒温开始时的高度，试样恒温开始时的高度，mmmm； L Ln n试样恒温试样恒温n n小时后的高度，小时后的高度，mmmm。%10001LLLn高温蠕变的影响因素高温蠕变的影响因素耐火材料的蠕变主要受温度、应力、时间和材料结构的影耐火材料的蠕变主要受温度、应力、时间和材料结构的影响。温度愈高，承受应力愈大，时间愈长，蠕变率愈大。响。温度愈高，承受应力愈大，时间愈长，蠕变率愈大。当耐火材料完全由晶体构成时，蠕变除受到与晶体弹性有当耐火材料完全由晶体构成时，蠕变除受到与晶体弹性有关的晶体的键强影响以外，主要受晶体内空位扩散、位错关的晶体的键强影响以外

27、，主要受晶体内空位扩散、位错移动、晶体滑移和晶粒间的结合状态所控制。晶体缺陷愈移动、晶体滑移和晶粒间的结合状态所控制。晶体缺陷愈小，晶界较少以及晶间穿插结合较强，皆不易产生严重蠕小，晶界较少以及晶间穿插结合较强，皆不易产生严重蠕变。变。当材料含有玻璃相，特别是当玻璃相为连续相时，材料的当材料含有玻璃相，特别是当玻璃相为连续相时，材料的蠕变受玻璃相控制。玻璃相的量愈多和粘度愈低，材料在蠕变受玻璃相控制。玻璃相的量愈多和粘度愈低，材料在低应力下即可产生粘性流动，故在高温下蠕变愈严重。低应力下即可产生粘性流动，故在高温下蠕变愈严重。 6 6、弹性模量弹性模量 弹性模量：弹性模量：材料在外力作用下产生

28、变形，在弹性极限内应材料在外力作用下产生变形，在弹性极限内应力与应变力与应变( (压缩或伸长压缩或伸长) )成比例关系，此值称为弹性模量。成比例关系，此值称为弹性模量。表示材料发生单位应变时所产生的应力，亦可认为是材料表示材料发生单位应变时所产生的应力，亦可认为是材料抵抗变形的能力。抵抗变形的能力。当材料受到拉伸或压缩时，在弹性极限内的应力与应变之当材料受到拉伸或压缩时，在弹性极限内的应力与应变之比，称为纵向弹性模量或杨氏模量。比，称为纵向弹性模量或杨氏模量。弹性模量弹性模量的测量的测量及计算及计算E E弹性模量，弹性模量，N/mmN/mm2 2；材料所受应力，材料所受应力，N/mmN/mm2

29、 2；材料的应变。材料的应变。弹性模量的影响因素弹性模量的影响因素G G剪切弹性模量，剪切弹性模量，N/mmN/mm2 2； 剪切应力，剪切应力，N/mmN/mm2 2；剪切应变，以弧度表示剪切应变，以弧度表示当材料受剪切应力时，在弹性极限内剪切应力同剪切应变之比，称为当材料受剪切应力时，在弹性极限内剪切应力同剪切应变之比，称为剪切弹性模量，或称刚性模量。如下式表示：剪切弹性模量，或称刚性模量。如下式表示：材料的弹性模量受晶体键强控制，原子晶体的共价键结合最强，故弹性模材料的弹性模量受晶体键强控制，原子晶体的共价键结合最强，故弹性模量最大；分子晶体的结合力最弱，弹性模量最小。若晶体中空位和位错

30、等量最大；分子晶体的结合力最弱，弹性模量最小。若晶体中空位和位错等缺陷较多，或晶界、晶粒中解离充分，则弹性模量较低。另外，材料的弹缺陷较多，或晶界、晶粒中解离充分，则弹性模量较低。另外，材料的弹性模量也与其密实程度和各组分间的结合强度等状况有关。一般而言，材性模量也与其密实程度和各组分间的结合强度等状况有关。一般而言，材料的气孔率愈高，其弹性模量愈低。料的气孔率愈高，其弹性模量愈低。7 7、耐磨性耐磨性耐火材料的耐磨性是指其抵抗固体、液体和含尘气流对其表面的机械磨耐火材料的耐磨性是指其抵抗固体、液体和含尘气流对其表面的机械磨损作用的能力。损作用的能力。耐火材料的耐磨性取决于材料的组成与结构。当

31、材料为单一晶体构成的耐火材料的耐磨性取决于材料的组成与结构。当材料为单一晶体构成的致密多晶时，其耐磨性主要取决于组成材料的矿物晶相的硬度。硬度越致密多晶时，其耐磨性主要取决于组成材料的矿物晶相的硬度。硬度越高，材料的耐磨性越好。当矿相为非同向性晶体时，晶粒越细小，材料高，材料的耐磨性越好。当矿相为非同向性晶体时，晶粒越细小，材料的耐磨性越好。当材料由多相构成时，其耐磨性还与材料的体积密度或的耐磨性越好。当材料由多相构成时，其耐磨性还与材料的体积密度或气孔率有直接关系，也与各组分间的结合强度有关。因此，对常温下某气孔率有直接关系，也与各组分间的结合强度有关。因此，对常温下某一耐火材料而言，其耐磨

32、性能与其耐压强度成正比，烧结良好的制品其一耐火材料而言，其耐磨性能与其耐压强度成正比，烧结良好的制品其耐磨性也较好。耐磨性也较好。耐火材料的耐磨性与温度有关。有的耐火材料耐火材料的耐磨性与温度有关。有的耐火材料( (如铝硅系耐火制品如铝硅系耐火制品) )，一，一般认为它在一定温度下般认为它在一定温度下( (如如700-900700-900C C以内的弹性范围内以内的弹性范围内) )，温度愈低耐磨，温度愈低耐磨性愈差。当温度继续升高，弹性模量达到最大值以后，随着弹性模量的性愈差。当温度继续升高，弹性模量达到最大值以后，随着弹性模量的降低，耐磨性又有所提高。当温度计一步提高，达降低，耐磨性又有所提

33、高。当温度计一步提高，达14001400C C以上时，由于以上时，由于制品中的液相粘度急剧降低，耐磨性随之降低。但有些耐火材料，如含制品中的液相粘度急剧降低，耐磨性随之降低。但有些耐火材料，如含铬制品，随温度升高，耐磨性增加。铬制品，随温度升高，耐磨性增加。耐火材料的热学性质主要是指耐火材料的比热容、导热率耐火材料的热学性质主要是指耐火材料的比热容、导热率和热膨胀性等。这些性质是衡量耐火制品能否适应具体热和热膨胀性等。这些性质是衡量耐火制品能否适应具体热过程的重要依据，工业窑炉设计的基本数据。耐火材料的过程的重要依据，工业窑炉设计的基本数据。耐火材料的热学性质与原料组成，制造工艺，显微结构和晶

34、相结构等热学性质与原料组成，制造工艺，显微结构和晶相结构等都密切相关。都密切相关。2.2.4 4 耐火材料的热学性耐火材料的热学性质及导电性质及导电性C Cp p 、C C0 0温度为温度为t t和和00时比定压热容，时比定压热容，kJ/kJ/（kg kg ）a a、b b、c c实验测得的系数实验测得的系数t t温度，温度， 1 1、比热容比热容比热容比热容：常压下加热：常压下加热1kg1kg物质使之升高物质使之升高11所需要的热量所需要的热量影响因素：（影响因素：（1 1）化学矿物组成）化学矿物组成 （2 2）温度）温度1-1-粘土砖；粘土砖；2-2-镁砖；镁砖；3-3-硅砖；硅砖；4-4

35、-硅线石砖；硅线石砖；5-5-白云石砖；白云石砖；6-6-铬砖铬砖100)(0) (0LALLt Kt热膨胀性：热膨胀性：材料的尺寸随温度的升高材料的尺寸随温度的升高( (或降低或降低) )而增加而增加( (或或减小减小) )的性能。的性能。耐火材料的热膨胀性是耐火材料使用时的重要性能之一。耐火材料的热膨胀性是耐火材料使用时的重要性能之一。炉窑在常温下砌筑，而在高温下使用时炉体则要产生膨胀。炉窑在常温下砌筑，而在高温下使用时炉体则要产生膨胀。为抵消因热膨胀所产生的应力，需预留膨胀缝，而且必须为抵消因热膨胀所产生的应力，需预留膨胀缝，而且必须根据耐火材料的热膨胀性和砌筑体的构造情况制定正确的根据

36、耐火材料的热膨胀性和砌筑体的构造情况制定正确的烘烤制度。烘烤制度。2 2、热膨胀性热膨胀性耐火材料的热膨胀性有两种表示方法，即线膨胀率和线膨胀系数。耐火材料的热膨胀性有两种表示方法，即线膨胀率和线膨胀系数。（1 1）线膨胀率线膨胀率: : 由室温至试验温度间，试样长度的相对变化率。由室温至试验温度间，试样长度的相对变化率。 试样由室温至试验温度的各温度间隔的线膨胀率按下式计算：试样由室温至试验温度的各温度间隔的线膨胀率按下式计算：试样的线膨胀率，试样的线膨胀率，% %； L L0 0试样在室温下的长度，试样在室温下的长度，mmmm； L Lt t试样加热到试验温度试样加热到试验温度t t时的长

37、度，时的长度，mmmm； A Ak(t)k(t)在温度在温度t t时仪器的矫正系数，时仪器的矫正系数，mmmm。100)(00tt耐火材料热膨胀性的表示方法耐火材料热膨胀性的表示方法试样由室温至试验温度的线膨胀系数按下式计算：试样由室温至试验温度的线膨胀系数按下式计算：（2 2）线膨胀系数线膨胀系数: : 试样的线膨胀系数，试样的线膨胀系数，1010-6-6-1-1；0 0试样的线膨胀率，试样的线膨胀率，% %；t t0 0室温，室温，C C；t t试验温度，试验温度，C C。耐火材料热膨胀性的表示方法耐火材料热膨胀性的表示方法)/(dxdTq1-1-镁砖；镁砖；2-2-硅砖；硅砖；3-3-铬

38、镁砖；铬镁砖；4-4-半硅半硅砖；砖；5-5-粘土砖；粘土砖；6-6-高铝砖；高铝砖；7-7-粘土砖粘土砖各种耐火制品的热膨胀性差别很大，主要取决于其各种耐火制品的热膨胀性差别很大，主要取决于其化学矿物化学矿物组成，而与组成，而与制品的生产工艺无关。制品的生产工艺无关。一般而言，由晶体构成的材料与晶体中化学键的性质和键强有关。由共一般而言，由晶体构成的材料与晶体中化学键的性质和键强有关。由共价键向离子键发展过程中，离子键性增加，其膨胀性也增加。具有较大价键向离子键发展过程中，离子键性增加，其膨胀性也增加。具有较大键强的晶体和非同向性晶体中键强大的方向上，热膨胀系数较低。键强的晶体和非同向性晶体

39、中键强大的方向上，热膨胀系数较低。具有具有网状结构的玻璃制品，一般皆有很低的膨胀系数。当此种玻璃含有能使网状结构的玻璃制品，一般皆有很低的膨胀系数。当此种玻璃含有能使网络破断的碱金属氧化物时，则玻璃的膨胀系数增大，而且随着加入的网络破断的碱金属氧化物时，则玻璃的膨胀系数增大，而且随着加入的正离子与氧离子间键强的减小而增加。反之，若加入能参与网络构造使正离子与氧离子间键强的减小而增加。反之，若加入能参与网络构造使以断裂的硅氧网络重新连接起来的氧化物，随着加入量的增加可使热膨以断裂的硅氧网络重新连接起来的氧化物，随着加入量的增加可使热膨胀系数下降。若玻璃中含有键强大的离子，它们处于网络间隙中，对其

40、胀系数下降。若玻璃中含有键强大的离子，它们处于网络间隙中，对其周围硅氧四面体起聚集作用，增加结构的紧密性，也使膨胀系数下降。周围硅氧四面体起聚集作用，增加结构的紧密性，也使膨胀系数下降。热膨胀性的影响因素热膨胀性的影响因素耐火材料的耐火材料的导热性导热性，即其传递热量的能力，通常以导热系数来表示。，即其传递热量的能力，通常以导热系数来表示。导热系数表示在能量传递过程中，在单位时间内，在单位温度梯度导热系数表示在能量传递过程中，在单位时间内，在单位温度梯度下，单位面积所通过的热量。导热系数的表达式为：下，单位面积所通过的热量。导热系数的表达式为： 材料的导热系数；材料的导热系数；W/m W/m

41、q q热流密度；热流密度； dT/ddT/dx x温度梯度。温度梯度。3 3、导热性导热性导热性的测量方法导热性的测量方法热线法热线法热流法热流法11碳化硅砖；碳化硅砖；22镁砖；镁砖；33碳化硅砖碳化硅砖( (含含SiC70%)SiC70%)；44刚玉转；刚玉转；55碳化硅砖碳化硅砖( (含含SiC50%)SiC50%)；66烧结白云石砖；烧结白云石砖；77氧化锆砖；氧化锆砖；88铬镁砖；铬镁砖；99刚玉刚玉( (含含-Al-Al2 2O O3 390%)90%)；1010硅线石砖；硅线石砖；1111橄榄石砖；橄榄石砖；1212铬砖；铬砖；1313硅砖；硅砖；1414致密粘土砖；致密粘土砖；

42、1515粘土砖粘土砖TBAe/当耐火材料含有玻璃相时，由于非晶质的结构无序，当耐火材料含有玻璃相时，由于非晶质的结构无序，原子间相撞机率大，故与晶体相比，导热系数较低。原子间相撞机率大，故与晶体相比，导热系数较低。当耐火材料中含有气孔时，由于气体的导热系数比固当耐火材料中含有气孔时，由于气体的导热系数比固体小，所以随气孔率的增加，材料的导热系数减小。体小，所以随气孔率的增加，材料的导热系数减小。这就是这就是多孔材料导热系数低的基本原因多孔材料导热系数低的基本原因。导热性的影响因素导热性的影响因素耐火材料的耐火材料的导电性导电性，通常用电阻率来表示。电阻率与绝对温度间的关系，通常用电阻率来表示。

43、电阻率与绝对温度间的关系可以用如下关系式来表示：可以用如下关系式来表示：APS材料的电阻率，材料的电阻率，-1-1cmcm-1-1；T T绝对温度，绝对温度，K K；A A、B B与材料性质有关的常数。与材料性质有关的常数。 4 4、导电性、导电性耐火制品的导电率，主要受其化学矿物组成、气孔率和温度等影响耐火制品的导电率，主要受其化学矿物组成、气孔率和温度等影响。除。除碳质、石墨质和碳化硅制品外，大部分耐火材料在常温下是电的不良导碳质、石墨质和碳化硅制品外，大部分耐火材料在常温下是电的不良导体。但是，随温度升高，电阻减小，导电性增加，特别是在体。但是，随温度升高，电阻减小，导电性增加，特别是在

44、10001000C C以以上，导电性明显增加。如果加热到熔融状态时，会呈现出很高的导电能上，导电性明显增加。如果加热到熔融状态时，会呈现出很高的导电能力。力。气孔率对耐火制品导电性的影响，通常随气孔率的增加，电阻率增加。气孔率对耐火制品导电性的影响，通常随气孔率的增加，电阻率增加。但在某些导电率低的陶瓷中，气孔能使导电率提高。这主要是因为电荷但在某些导电率低的陶瓷中，气孔能使导电率提高。这主要是因为电荷沿气孔表面的迁移更方便沿气孔表面的迁移更方便( (与表面扩散相似与表面扩散相似) )。杂质对导电率的影响也很大杂质对导电率的影响也很大, , 是作为决定结晶界面上得到硅酸盐玻璃相是作为决定结晶界

45、面上得到硅酸盐玻璃相的材料来源而影响导电率。的材料来源而影响导电率。 导电性的影响因素导电性的影响因素耐火材料在使用过程中，除了承受高温热负荷作用外，还耐火材料在使用过程中，除了承受高温热负荷作用外，还承受来自炉料和环境的重负荷作用和其他物理、化学作用。承受来自炉料和环境的重负荷作用和其他物理、化学作用。耐火材料的使用性能，就是其在高温条件下抵抗这些自外耐火材料的使用性能，就是其在高温条件下抵抗这些自外部的作用而不易损坏的性质。根据耐火材料的使用性能，部的作用而不易损坏的性质。根据耐火材料的使用性能，不仅可以判断耐火制品的优劣，还可以根据具体使用条件，不仅可以判断耐火制品的优劣，还可以根据具体

46、使用条件，选择合适的耐火制品。选择合适的耐火制品。耐火材料的使用性能主要包括：耐火材料的使用性能主要包括：耐火度、荷重软化温度、耐火度、荷重软化温度、重烧线变化率、抗热震性、抗渣性、抗酸性、抗氧化性、重烧线变化率、抗热震性、抗渣性、抗酸性、抗氧化性、抗水化性抗水化性和和抗抗COCO侵蚀性侵蚀性等。等。2.2.5 5 耐火材料的使用性耐火材料的使用性质质耐火度耐火度：耐火材料在无荷重条件下，达到特定软化程度的：耐火材料在无荷重条件下，达到特定软化程度的温度，表征材料抵抗高温作用的性能。温度，表征材料抵抗高温作用的性能。耐火度与熔点的区别在于，熔点是晶体加热时固相与液相耐火度与熔点的区别在于，熔点

47、是晶体加热时固相与液相处于平衡时的温度；而耐火度是指多相体达到某一特定软处于平衡时的温度；而耐火度是指多相体达到某一特定软化程度的温度。化程度的温度。由于多数耐火制品为多相非均质材料，无一定熔点，从开由于多数耐火制品为多相非均质材料，无一定熔点，从开始出现液相到完全熔化是一个渐变过程，在一个相当宽的始出现液相到完全熔化是一个渐变过程，在一个相当宽的温度区间内，液固两相并存。因此，为了准确表征耐火材温度区间内，液固两相并存。因此，为了准确表征耐火材料在高温下的软化和熔融特征，只能用耐火度来衡量。料在高温下的软化和熔融特征，只能用耐火度来衡量。1 1、耐火度耐火度 中国标准中国标准(GB/T732

48、2-1997)(GB/T7322-1997)规定了耐火材料耐火度的测量方法，其具体要点是，规定了耐火材料耐火度的测量方法，其具体要点是，将被测材料制成与标准测温锥形状、尺寸将被测材料制成与标准测温锥形状、尺寸( (下底边长下底边长8mm8mm，上底边长，上底边长2mm2mm，高，高30mm)30mm)相同的截头三角锥，在规定的加热条件下，与标准测温锥弯倒情况相比较，直相同的截头三角锥，在规定的加热条件下，与标准测温锥弯倒情况相比较，直至试锥顶部弯倒接触底盘，此时与试锥同时弯倒的标准测温锥可代表的温度即至试锥顶部弯倒接触底盘，此时与试锥同时弯倒的标准测温锥可代表的温度即为试锥的耐火度。为试锥的耐

49、火度。 试锥在不同熔融阶段的弯倒情况试锥在不同熔融阶段的弯倒情况a-a-熔融开始以前；熔融开始以前；b-b-在相当于耐火度的温度下；在相当于耐火度的温度下；c-c-在高于耐火度的温度下在高于耐火度的温度下耐火度的测量方法耐火度的测量方法制制 品品耐火度耐火度/ /C C制制 品品耐火度耐火度/ /C C结晶硅石结晶硅石硅硅 砖砖硬质粘土硬质粘土粘粘 土土 砖砖1730-17701730-17701690-17301690-17301750-17701750-17701610-17501610-1750高高 铝铝 砖砖镁镁 砖砖白云石转白云石转1770-20001770-2000 2000 20

50、00 2000 2000一些常用耐火原料和制品的耐火度一些常用耐火原料和制品的耐火度耐火材料的试锥在高温下的弯倒程度，主要取决于固相和液相的数量比、耐火材料的试锥在高温下的弯倒程度，主要取决于固相和液相的数量比、液相的粘度和高熔点晶相的分散程度。通常锥体达到耐火度时，多数含液液相的粘度和高熔点晶相的分散程度。通常锥体达到耐火度时，多数含液相约为相约为70-80%70-80%，液相粘度约为，液相粘度约为10-50PaS10-50PaS，并随材料不同而各异。，并随材料不同而各异。因此，可以认为耐火材料耐火度的高低除与测定条件有关外，主要受材料因此，可以认为耐火材料耐火度的高低除与测定条件有关外，主

51、要受材料的化学和矿物组成所控制。对于各种单一组分构成的耐火材料而言，主要的化学和矿物组成所控制。对于各种单一组分构成的耐火材料而言，主要取决于化合物熔点的高低。而对于多组分构成的耐火材料而言，取决于主取决于化合物熔点的高低。而对于多组分构成的耐火材料而言，取决于主成分和他成份的数量比。成分和他成份的数量比。杂质会严重降低材料的耐火度。欲提高耐火材料的耐火度，必须提高主成杂质会严重降低材料的耐火度。欲提高耐火材料的耐火度，必须提高主成分和主晶相的数量并尽量降低杂质。分和主晶相的数量并尽量降低杂质。耐火度的影响因素耐火度的影响因素耐火材料的耐火材料的荷重软化温度：荷重软化温度：耐火制品在持续升温条

52、件下承受耐火制品在持续升温条件下承受恒定载荷产生变形的温度。它表示了耐火材料同时抵抗热负恒定载荷产生变形的温度。它表示了耐火材料同时抵抗热负荷和重负荷两方面作用的能力，在一定程度上表明制品在其荷和重负荷两方面作用的能力，在一定程度上表明制品在其他条件相仿情况下的结构强度。他条件相仿情况下的结构强度。我国标准规定用示差我国标准规定用示差升温法测定耐火制品的荷重软化温度。升温法测定耐火制品的荷重软化温度。其原理是，即在规定的恒压载荷和升温速率下加热圆柱体试其原理是，即在规定的恒压载荷和升温速率下加热圆柱体试样，直到试样产生规定的压缩变形，记录升温时试样的形变，样，直到试样产生规定的压缩变形，记录升

53、温时试样的形变，测定其达到规定形变量时的相应温度。测定其达到规定形变量时的相应温度。 2 2、荷重软化温度荷重软化温度荷重软化温度荷重软化温度的测量方法的测量方法010200.00.51.0 失 重 量 / g时 间 / hA-10C-0A-5A-0S-13 3、重烧线变化率、重烧线变化率重烧线变化率：重烧线变化率：烧成耐火制品再次加热到规定的温度，保烧成耐火制品再次加热到规定的温度，保温一定时间，冷却到室温后所产生的残余膨胀或收缩。正温一定时间，冷却到室温后所产生的残余膨胀或收缩。正号号“+”+”表示膨胀，负号表示膨胀，负号“”表示收缩。重烧线变化率的表示收缩。重烧线变化率的计算公式为：计算

54、公式为： Lc- Lc-试样重烧线变化率，试样重烧线变化率，% %； L L0 0- -试样加热前的长度，试样加热前的长度，mmmm； L L1 1- -试样加热后的长度，试样加热后的长度，mmmm。%100/ )(00WWW化学组成一定的耐火制品产生重烧线变化的原因，主要是耐火制品在烧化学组成一定的耐火制品产生重烧线变化的原因，主要是耐火制品在烧成过程中，由于温度不均匀或时间不足等原因，导致烧成时一些物理化成过程中，由于温度不均匀或时间不足等原因，导致烧成时一些物理化学反应进行不充分或部分组分有晶型转化所致。其中重烧膨胀是由于一学反应进行不充分或部分组分有晶型转化所致。其中重烧膨胀是由于一些

55、高密度的反应物形成低密度产物的反应，或高密度晶型向低密度晶型些高密度的反应物形成低密度产物的反应，或高密度晶型向低密度晶型转化未充分完成所致。与此相反，重烧收缩是由于制品在烧成过程中的转化未充分完成所致。与此相反，重烧收缩是由于制品在烧成过程中的高密度化、晶型转化、形成新产物的反应和再结晶以及其他固相与液相高密度化、晶型转化、形成新产物的反应和再结晶以及其他固相与液相烧结反应未充分完成所致。其中烧成温度及保温时间，通过形成的液相烧结反应未充分完成所致。其中烧成温度及保温时间，通过形成的液相量及其表面张力和粘度，对收缩影响尤为显著。量及其表面张力和粘度，对收缩影响尤为显著。 重烧线变化率是评价耐

56、火制品质量的一项重要指标。对判别制品的高温重烧线变化率是评价耐火制品质量的一项重要指标。对判别制品的高温体积稳定性，从而保证砌筑体的稳定性，减少砌筑体的缝隙，提高其致体积稳定性，从而保证砌筑体的稳定性，减少砌筑体的缝隙，提高其致密性和耐侵蚀性，避免砌筑体整体结构的破坏，都具有重要意义。而且，密性和耐侵蚀性，避免砌筑体整体结构的破坏，都具有重要意义。而且，由耐火制品的重烧变化，可判别耐火制品的生产工艺制度的合理性。由耐火制品的重烧变化，可判别耐火制品的生产工艺制度的合理性。重烧线变化率的影响因素重烧线变化率的影响因素抗热震性：抗热震性：又称热震稳定性、抗温度急变性、耐急冷急热性又称热震稳定性、抗

57、温度急变性、耐急冷急热性等，是指耐火制品对温度急剧变化所产生损伤的抵抗能力。等，是指耐火制品对温度急剧变化所产生损伤的抵抗能力。耐火材料在使用过程中，经常会遭受到温度急剧变化的作用，耐火材料在使用过程中，经常会遭受到温度急剧变化的作用，如冶金炉炉衬在两次熔炼的间歇中，盛钢桶衬砖在两次盛钢如冶金炉炉衬在两次熔炼的间歇中，盛钢桶衬砖在两次盛钢与浇注的交替中，其他非连续式窑炉或容器的间歇操作中，与浇注的交替中，其他非连续式窑炉或容器的间歇操作中，在很短时间内工作温度变化很大，都因温度急剧变化，即热在很短时间内工作温度变化很大，都因温度急剧变化，即热震作用而开裂、剥落和崩溃。因此，当耐火材料在使用中，

58、震作用而开裂、剥落和崩溃。因此，当耐火材料在使用中，其工作温度有急剧变化时，必须考察其耐热震性。其工作温度有急剧变化时，必须考察其耐热震性。4 4、抗热震性抗热震性影响耐火制品抗热震性指标的主要因素是制品的物理性质、影响耐火制品抗热震性指标的主要因素是制品的物理性质、如导热系数、热导率等。一般而言，耐火材料的热膨胀系数如导热系数、热导率等。一般而言，耐火材料的热膨胀系数越大，抗热震性越差；制品的导热率越高，抗热震性就越好。越大，抗热震性越差；制品的导热率越高，抗热震性就越好。此外。耐火制品的组织结构，颗粒组成和制品形状等均对抗此外。耐火制品的组织结构，颗粒组成和制品形状等均对抗热震性有影响。热

59、震性有影响。根据中国冶标根据中国冶标(YB/T376.1-1995)(YB/T376.1-1995)，采用直形砖水急冷法测量，采用直形砖水急冷法测量耐火制品的抗热震性。具体方法是，将长为耐火制品的抗热震性。具体方法是，将长为200-230mm200-230mm、宽、宽为为100-150mm100-150mm、厚为、厚为50-100mm50-100mm的直形砖的受热端面伸入到预的直形砖的受热端面伸入到预热至热至11001100C C的炉内的炉内50mm50mm，保温，保温20min20min。保温过程完成后，从炉。保温过程完成后，从炉内取出试样，迅速将其受热端进入到流动冷水中急冷内取出试样，迅速

60、将其受热端进入到流动冷水中急冷3min3min，用试样受热端面破损一半的循环次数表征其抗热震性用试样受热端面破损一半的循环次数表征其抗热震性。抗热震性能的影响因素抗热震性能的影响因素耐火材料的耐火材料的抗渣侵蚀性抗渣侵蚀性，简称抗渣性，是指耐火材料在高温下抵抗炉，简称抗渣性，是指耐火材料在高温下抵抗炉渣侵蚀和冲刷作用而不易损坏的能力。渣侵蚀和冲刷作用而不易损坏的能力。耐火材料受熔渣侵蚀的具体原因与过程可简略地分为两个阶段，即熔耐火材料受熔渣侵蚀的具体原因与过程可简略地分为两个阶段，即熔渣与耐火材料的接触与渗透；熔渣与耐火材料的反应与危害。渣与耐火材料的接触与渗透；熔渣与耐火材料的反应与危害。