第九讲窑炉用耐火材料

1、第九讲第九讲 窑炉用耐火材料窑炉用耐火材料主讲教师: 杨 现 锋E-mail: Tel:炉节能技术 美国约翰-霍普金斯大学应用物理学实验室 “星际列车”发射系统利用一条长约1000英里（约合1609公里）管道和一条超导电缆将磁悬浮列车送往低地轨道。 窑炉节能技术主要内容21窑炉节能技术耐火材料的组成与性质耐火材料的组成与性质窑炉节能技术 各国的检验标准有所不同，由于实验室条件下的检验和各国的检验标准有所不同，由于实验室条件下的检验和实际有一定的差距；实验室的检验结果仅起到预测作用；实际有一定的差距；实验室的检验结果仅起到预测作用； 苏联：苏联：TOCT 日本：日本：J

2、IS（Japanese Industrial Standards） 英国：英国：BSI（British Standards Institution） 美国：美国：ASTM（American Society of Testing Materials） 中国：中国：GB窑炉节能技术 耐火材料的耐火材料的化学成分化学成分、矿物组成矿物组成及及微观结构微观结构决决定了耐火材料的性质；定了耐火材料的性质；窑炉节能技术1.1前言前言 耐火材料是耐火度不低于耐火材料是耐火度不低于1580的无机非金属材的无机非金属材料。料。耐火材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性，即耐火材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性，即在

3、高温无荷重条件下不熔融软化的性能称为耐火度，在高温无荷重条件下不熔融软化的性能称为耐火度，它表示耐火材料的基本性能。它表示耐火材料的基本性能。 窑炉节能技术1.2 耐火材料的组成、结构与性质耐火材料的组成、结构与性质 耐火材料是构筑热工设备的高温结构材料，面临：耐火材料是构筑热工设备的高温结构材料，面临： 承受高温作用承受高温作用；机械应力机械应力；热应力热应力；高温气体高温气体；熔体熔体以及固体介质的侵蚀、冲刷、磨损以及固体介质的侵蚀、冲刷、磨损。 耐火材料的质量取决于其性质，为了保证热工设备的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正常

4、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。各种使用环境和操作条件。窑炉节能技术 耐火材料的性质主要包括化学耐火材料的性质主要包括化学-矿物组成、组织结构、矿物组成、组织结构、力学性质、热学性质及高温使用性质等。力学性质、热学性质及高温使用性质等。 根据这些性质可以预测耐火材料在高温环境下的使根据这些性质可以预测耐火材料在高温环境下的使用情况。耐火材料所具有的各种性质是热工设备选择用情况。耐火材料所具有的各种性质是热工设备选择结构材料的重要依据。结构材料的重要依据。 窑炉节能技术1.3耐火材料的化学耐火材料的化学-矿物组成矿物组成 （1）化学组成）化学组成 化学组成是耐

5、火材料最基本的特性，是决定耐火材料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：组成按各个成分含量的多少及作用分为以下几类： 窑炉节能技术 主成分主成分 是指在耐火材料中对材料的性质起决定作用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并构成耐火基体的成分。耐火材料按其主成分的化学性。耐火材料按其主成分的化学性质可分为质可分为酸性耐火材料、中性耐火

6、材料和碱性耐火材料酸性耐火材料、中性耐火材料和碱性耐火材料。窑炉节能技术 杂质成分杂质成分 耐火材料中由原料及加工过程中带入的耐火材料中由原料及加工过程中带入的非主非主要成分的化学物质要成分的化学物质（氧化物、化合物等）称为杂质。杂（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。耐火性能，故也称之为熔剂。窑炉节能技术 添加成分添加成分 耐火材料的化学组成中除主要成分和杂质耐火材料的化学组成中除主

7、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成分外有时为了制作工艺的需要或改善某些性能往往人人为地加入少量的添加成分为地加入少量的添加成分，引入添加成分的物质称为添，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。定剂、促烧剂等。 窑炉节能技术（2）矿物组成）矿物组成 耐火材料一般说来是一个多相组成体，其矿物组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，成取决于耐火材料的化学组成和生产工艺条件，矿物矿物组成可分为两大类：结晶相与玻璃相，其中结晶相又组成可

8、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。分为主晶相和次晶相。 主晶相主晶相是指构成耐火制品结构的主体而且熔点较高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。着耐火制品的性质。窑炉节能技术 次晶相次晶相又称第二固相，是在高温下与主晶相共存的又称第二固相，是在高温下与主晶相共存的第二晶相。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，镁硅砖中的镁橄镁铝尖晶石，镁钙砖中的硅酸二钙，镁硅砖中的镁

9、橄榄石等。次晶相也是熔点较高的晶体，它的存在可以榄石等。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。渗透、侵蚀的能力。 窑炉节能技术 填充于主晶相之间的不同成分的结晶矿物（次晶相）填充于主晶相之间的不同成分的结晶矿物（次晶相）和玻璃相统称为和玻璃相统称为基质基质，也称为结合相。基质的组成和，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形态对耐火制品的高温性质和抗侵蚀性能起着

10、决定性的影响。的影响。 基质对于主晶相而言是制品的相对薄弱之处。基质对于主晶相而言是制品的相对薄弱之处。窑炉节能技术1.4 耐火材料的显微结构耐火材料的显微结构 耐火材料是由耐火材料是由固相固相（包括结晶相与玻璃相）和（包括结晶相与玻璃相）和气孔气孔两部分构成的非均质体。它们之间的相对数量及其分布两部分构成的非均质体。它们之间的相对数量及其分布和结合形态构成了耐火材料的显微结构。而耐火制品的和结合形态构成了耐火材料的显微结构。而耐火制品的显微组织结构表征的是耐火材料中主晶相与基质间的结显微组织结构表征的是耐火材料中主晶相与基质间的结合形态。合形态。窑炉节能技术图图1-1 1-1 硅酸盐结合与直

11、接结合显微结构示意图硅酸盐结合与直接结合显微结构示意图 耐火材料主晶相与基质的结合形态有两种：即陶瓷耐火材料主晶相与基质的结合形态有两种：即陶瓷结合与直接结合。结合与直接结合。窑炉节能技术 陶瓷结合又称为硅酸盐结合，其结构特征是耐火制陶瓷结合又称为硅酸盐结合，其结构特征是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一起而形成结合（图（图1-1a），如普通镁砖中硅酸盐基），如普通镁砖中硅酸盐基质与方镁石之间的结合。此类耐火制品在高温使用时，质与方镁石之间的结合。此类耐火制品在高温使用时，低熔点的硅酸盐首先在较低的温度下成为液相（

12、或玻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。璃相软化），大大降低了耐火制品的高温性能。 窑炉节能技术MgOABC MgO SiO2 CaO (wt%)A 24.83 39.09 36.08B 11.70 37.00 51.30C 11.54 36.29 52.17耐火材料中陶瓷结合示意图耐火材料中陶瓷结合示意图窑炉节能技术 直接结合是指耐火制品中，高熔点的主晶相之间直接结合是指耐火制品中，高熔点的主晶相之间或主晶相与次晶相间直接接触形成结晶网络的一种结或主晶相与次晶相间直接接触形成结晶网络的一种结合合。 直接结合耐火制品一般具有较高的直接结合耐火

13、制品一般具有较高的高温力学性能高温力学性能，与材质相近的硅酸盐结合的耐火制品相比高温强度可与材质相近的硅酸盐结合的耐火制品相比高温强度可成倍提高，其成倍提高，其抗渣蚀性能和体积稳定性抗渣蚀性能和体积稳定性也较高。也较高。 窑炉节能技术一种致密氧化铝材料图示一种致密氧化铝材料图示窑炉节能技术窑炉节能技术 耐火材料中气孔体积与总体积之比称为气孔率。耐耐火材料中气孔体积与总体积之比称为气孔率。耐火材料中的气孔可分为三类：开口气孔（显气孔）、贯火材料中的气孔可分为三类：开口气孔（显气孔）、贯通气孔、封闭气孔。若把开口气孔与贯通气孔合并为一通气孔、封闭气孔。若把开口气孔与贯通气孔合并为一类，则耐火材料的

14、气孔可分为开口气孔和封闭气孔两类。类，则耐火材料的气孔可分为开口气孔和封闭气孔两类。 1.5 耐火材料的常温物理性质耐火材料的常温物理性质 （1）气孔率）气孔率 窑炉节能技术耐火材料中气孔的类型耐火材料中气孔的类型窑炉节能技术耐火材料中存在的气孔耐火材料中存在的气孔材料中气孔产生的原因？材料中气孔产生的原因？窑炉节能技术（2 2）吸水率）吸水率 吸水率是指耐火制品中全部开口气孔吸满水时，吸水率是指耐火制品中全部开口气孔吸满水时，制品所吸收水的重量与制品重量之比。吸水率实质上制品所吸收水的重量与制品重量之比。吸水率实质上是反映制品中开口气孔量的一个指标。是反映制品中开口气孔量的一个指标。 测定意

15、义：判断原料或制品质量的好坏、烧结测定意义：判断原料或制品质量的好坏、烧结与否、是否致密。同时可以预测耐火材料的抗渣性、与否、是否致密。同时可以预测耐火材料的抗渣性、透气性能和热震稳定性能。透气性能和热震稳定性能。窑炉节能技术 （3）体积密度）体积密度 耐火制品单位表观体积的质量称为体积密度，通常耐火制品单位表观体积的质量称为体积密度，通常用用kg/m3或或g/cm3表示。对于同一种耐火制品而言，其表示。对于同一种耐火制品而言，其体积密度与显气孔率呈负相关关系，即制品的体积密体积密度与显气孔率呈负相关关系，即制品的体积密度大则显气孔率就低。度大则显气孔率就低。 式中：式中：Db为体积密度（为体

16、积密度（g/cm3） G为试样质量为试样质量 g Vb为试样表观体积为试样表观体积cm3bbVGD 窑炉节能技术（5）透气度）透气度 其物理意义是在一定时间内和一定压差下气体透过一定其物理意义是在一定时间内和一定压差下气体透过一定断面和厚度的试样的量：断面和厚度的试样的量：dtAPPKQ)(21式中：式中：Q为气体透过的数量（升）；为气体透过的数量（升）；d为试样的厚度（米）；为试样的厚度（米）； A为试样的横截面积（平方米）；为试样的横截面积（平方米）；t为气体透过时间（小为气体透过时间（小时）；时）； P1-P2为试样两端气体压力差（牛顿为试样两端气体压力差（牛顿/平方米）；平方米）； K

17、为透气度系数，也称透气率（升为透气度系数，也称透气率（升米米/牛顿牛顿小时）小时） 窑炉节能技术 气孔率和体积密度等技术指标只是表征耐火制品中气气孔率和体积密度等技术指标只是表征耐火制品中气孔体积的多少和制品的致密程度，并不能够反映气孔的孔体积的多少和制品的致密程度，并不能够反映气孔的大小、分布和形状。大小、分布和形状。 耐火制品在使用过程中，侵蚀介质浸入、渗透的程耐火制品在使用过程中，侵蚀介质浸入、渗透的程度与耐火制品气孔的大小、形状等密切相关，一般而言，度与耐火制品气孔的大小、形状等密切相关，一般而言，耐火制品的透气度越高，其抵抗熔渣渗透、侵蚀的能力耐火制品的透气度越高，其抵抗熔渣渗透、侵

18、蚀的能力越差。越差。 窑炉节能技术1.6 耐火材料的热学性质和导电性质耐火材料的热学性质和导电性质 （1）热膨胀）热膨胀 耐火材料的体积或长度随着温度的升高而增大的物理耐火材料的体积或长度随着温度的升高而增大的物理性质称为热膨胀。性质称为热膨胀。 耐火材料的热膨胀可以用线膨胀系数或体膨胀系数表耐火材料的热膨胀可以用线膨胀系数或体膨胀系数表示，也可以用线膨胀百分率或体积膨胀百分率表示。示，也可以用线膨胀百分率或体积膨胀百分率表示。窑炉节能技术 体积膨胀系数：体积膨胀系数： -1 线膨胀系数：线膨胀系数： -1ptvv)(1ptll)(1 膨胀膨胀系数系数是指耐火材料由室温加热至试验温度的区是指耐

19、火材料由室温加热至试验温度的区间内，温度每升高间内，温度每升高1，试样体积或长度的，试样体积或长度的相对变化率相对变化率。 意义：窑炉设计的重要参数、预留膨胀缝的依据，可意义：窑炉设计的重要参数、预留膨胀缝的依据，可间接判断耐材热震稳定性能。间接判断耐材热震稳定性能。窑炉节能技术 耐火材料的热膨胀性能取决于它的化学矿物组成，且与耐火材料的热膨胀性能取决于它的化学矿物组成，且与耐火材料中结晶相的晶体结构及键强密切相关。通常：耐火材料中结晶相的晶体结构及键强密切相关。通常：键强高的材料具有低的热膨胀系数键强高的材料具有低的热膨胀系数(SiC)；组成相同的材料，晶体结构不同，其热膨胀系数也不同组成相

20、同的材料，晶体结构不同，其热膨胀系数也不同(石英和石英玻璃）；石英和石英玻璃）；加热过程中，存在多晶转变的材料，其热膨胀系数也要加热过程中，存在多晶转变的材料，其热膨胀系数也要发生相应的变化（鳞石英、方石英）。发生相应的变化（鳞石英、方石英）。窑炉节能技术 （2）热导率）热导率 耐火材料的热导率是指单位温度梯度下，单位时间耐火材料的热导率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内通过单位垂直面积的热量，用，用表示：表示： tFxTQ)(其中：其中： 导热率（导热率（W/mK）；）； Q t时间沿时间沿x轴方向穿过轴方向穿过F截面上的热量（截面上的热量（ W/m2 ）；）； 沿沿x轴

21、方向的温度梯度（轴方向的温度梯度（K/m）。）。xT窑炉节能技术 耐火材料中所含的气孔对其热导率的影响最大。耐火材料中所含的气孔对其热导率的影响最大。一般说来，在一定的温度范围内，气孔率越大，热导一般说来，在一定的温度范围内，气孔率越大，热导率越低。耐火材料的化学矿物组成也对材料的导热率率越低。耐火材料的化学矿物组成也对材料的导热率也有明显影响。也有明显影响。 晶体中的各种缺陷、杂质以及晶粒界面都会引起晶体中的各种缺陷、杂质以及晶粒界面都会引起格波的散射，也等效于声子平均自由程的减小，从而格波的散射，也等效于声子平均自由程的减小，从而降低热导率。降低热导率。 窑炉节能技术1.7 耐火材料的力学

22、性质耐火材料的力学性质 耐火材料的力学性质是指制品在不同条件下的强度耐火材料的力学性质是指制品在不同条件下的强度等物理指标，是表征等物理指标，是表征耐火材料抵抗不同温度下外力造耐火材料抵抗不同温度下外力造成的形变和应力而不破坏的能力成的形变和应力而不破坏的能力。耐火材料的力学性。耐火材料的力学性质通常包括耐压强度、抗折强度、扭转强度、耐磨性、质通常包括耐压强度、抗折强度、扭转强度、耐磨性、弹性模量及高温蠕变等。弹性模量及高温蠕变等。 窑炉节能技术（1）耐压强度）耐压强度 耐火材料的耐压强度包括常温耐压强度和高温耐压强度，耐火材料的耐压强度包括常温耐压强度和高温耐压强度，分别是指常温和高温条件下

23、，耐火材料单位面积上所能承受分别是指常温和高温条件下，耐火材料单位面积上所能承受的最大压力，以牛顿的最大压力，以牛顿/毫米毫米2（或（或MPa）表示。可按下式计算：）表示。可按下式计算： APCS式中式中 Cs 耐火制品的耐压强度，单位：耐火制品的耐压强度，单位：MPa； P 试样破坏时所承受的极限压力，牛顿；试样破坏时所承受的极限压力，牛顿； A 试样承受载荷的面积，平方毫米。试样承受载荷的面积，平方毫米。 窑炉节能技术（2）抗折强度）抗折强度 耐火材料的抗折强度包括常温抗折强度和高温抗折强度，耐火材料的抗折强度包括常温抗折强度和高温抗折强度，分别是指常温和高温条件下，耐火材料单位截面积上所

24、能承分别是指常温和高温条件下，耐火材料单位截面积上所能承受的极限弯曲应力，以牛顿受的极限弯曲应力，以牛顿/毫米毫米2（或（或MPa）表示。它表征）表示。它表征的是材料在常温或高温条件下抵抗弯矩的能力，采用三点弯的是材料在常温或高温条件下抵抗弯矩的能力，采用三点弯曲法测量。曲法测量。窑炉节能技术 （3）高温蠕变性能）高温蠕变性能 耐火材料的高温蠕变性能是指在耐火材料的高温蠕变性能是指在某一恒定的温度以及固某一恒定的温度以及固定载荷下，材料的形变与时间的关系定载荷下，材料的形变与时间的关系。根据施加荷重形式。根据施加荷重形式的不同可分为高温压缩蠕变、高温拉伸蠕变、高温抗折蠕的不同可分为高温压缩蠕变

25、、高温拉伸蠕变、高温抗折蠕变等。由于高温压缩与高温抗折蠕变较易测定，故应用较变等。由于高温压缩与高温抗折蠕变较易测定，故应用较多。多。我国通常采用压缩蠕变我国通常采用压缩蠕变。窑炉节能技术1.8 耐火材料的高温使用性质耐火材料的高温使用性质 耐火制品在各种不同的窑炉中使用时，长期处于高温状耐火制品在各种不同的窑炉中使用时，长期处于高温状态下，耐火材料耐高温的性质能否满足各类窑炉工作条件态下，耐火材料耐高温的性质能否满足各类窑炉工作条件的要求，是材料选用的主要依据，因此耐火制品的高温性的要求，是材料选用的主要依据，因此耐火制品的高温性质也是最重要的基本性质。质也是最重要的基本性质。 窑炉节能技术

26、（1）耐火度）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耐火材料在无荷重条件下，抵抗高温作用而不熔化的性质称为耐火度。质称为耐火度。与有固定熔点的结晶态物质不同，耐火材料与有固定熔点的结晶态物质不同，耐火材料一般是由多种矿物组成的多相固体混合物，没有固定的熔点。一般是由多种矿物组成的多相固体混合物，没有固定的熔点。其熔融是在一定温度范围内进行的，当对其加热升温至某一其熔融是在一定温度范围内进行的，当对其加热升温至某一温度时开始出现液相（即固定的开始熔融温度），继续加热温度时开始出现液相（即固定的开始熔融温度），继续加热温度仍然继续升高、液相量也随之增多，直至升至某一温度温度仍然继

27、续升高、液相量也随之增多，直至升至某一温度全部变为液相，在这个温度范围内，液相与固相同时存在。全部变为液相，在这个温度范围内，液相与固相同时存在。 窑炉节能技术 耐火度是一个技术指标，将被测制品按一定方法制成截耐火度是一个技术指标，将被测制品按一定方法制成截头三角锥。试锥以一定升温速度加热，达到某一温度开始头三角锥。试锥以一定升温速度加热，达到某一温度开始出现液相，温度继续升高液相量逐渐增加出现液相，温度继续升高液相量逐渐增加,粘度减小，试锥粘度减小，试锥在重力作用逐渐软化弯倒在重力作用逐渐软化弯倒,当其弯倒至顶点与底接触的温度，当其弯倒至顶点与底接触的温度，即为试样的耐火度。即为试样的耐火度

28、。 窑炉节能技术耐火度与熔点的区别：耐火度与熔点的区别：1、熔点指纯物质的结晶相与液湘处于平衡时的温度；、熔点指纯物质的结晶相与液湘处于平衡时的温度；2、熔点是一个物理常数；、熔点是一个物理常数；3、耐火材料为多相混合体，其熔融是在一定的温度范、耐火材料为多相混合体，其熔融是在一定的温度范围内进行的，是一个工艺指标。围内进行的，是一个工艺指标。 窑炉节能技术（2）高温荷重软化温度）高温荷重软化温度 耐火材料的高温荷重软化温度也称为高温荷重变形温度，耐火材料的高温荷重软化温度也称为高温荷重变形温度，表示材料在温度与荷重双重作用下抵抗变形的能力。表示材料在温度与荷重双重作用下抵抗变形的能力。 高温

29、荷重软化温度在一定程度上能表明耐火制品在与其使高温荷重软化温度在一定程度上能表明耐火制品在与其使用情况相近的条件下的结构强度与变形情况，因而是耐火制用情况相近的条件下的结构强度与变形情况，因而是耐火制品的重要性能指标。品的重要性能指标。 耐火制品的荷重软化温度取决于制品的化学耐火制品的荷重软化温度取决于制品的化学-矿物组成、矿物组成、组织结构、显微结构、液相的性质、结晶相与液相的比例及组织结构、显微结构、液相的性质、结晶相与液相的比例及相互作用等。相互作用等。 窑炉节能技术 耐火制品荷重软化温度的测定一般是在耐火制品荷重软化温度的测定一般是在0.2MPa的固定载的固定载荷下，以一定的升温速度均

30、匀加热，测定试样压缩荷下，以一定的升温速度均匀加热，测定试样压缩0.6%、4%、40% 时的温度。时的温度。试样压缩试样压缩0.6%时的变形温度即为试样时的变形温度即为试样的荷重软化开始温度，即通常所说的的荷重软化开始温度，即通常所说的荷重软化点荷重软化点。 试样压缩试样压缩4（2mm）变形温度；）变形温度； 试样压缩试样压缩40（20mm）溃裂点；）溃裂点；窑炉节能技术各种耐火材料的荷重变形曲线各种耐火材料的荷重变形曲线1-高铝砖（高铝砖（Al2O370%）；）；2-硅砖；硅砖；3-镁砖；镁砖；4-粘土砖粘土砖；5-半硅砖；半硅砖；6-粘土砖粘土砖 窑炉节能技术（3）高温体积稳定性）高温体积

31、稳定性 高温体积稳定性是评价耐火材料质量的一项重要物理指高温体积稳定性是评价耐火材料质量的一项重要物理指标，标，表示耐火材料在高温下长期使用时，其外形及体积保表示耐火材料在高温下长期使用时，其外形及体积保持稳定而不发生变化的性能持稳定而不发生变化的性能。 窑炉节能技术 这些这些不可逆的体积变化称为残余膨胀或残余收缩，也称不可逆的体积变化称为残余膨胀或残余收缩，也称重烧膨胀或收缩。重烧膨胀或收缩。 重烧体积变化重烧体积变化的大小表征了耐火制品的高温体积稳定性，的大小表征了耐火制品的高温体积稳定性，对高温窑炉等热工设备的结构及工况的稳定性具有十分重对高温窑炉等热工设备的结构及工况的稳定性具有十分重

32、要的意义。要的意义。 测定意义：衡量材料烧结性能的好坏。测定意义：衡量材料烧结性能的好坏。窑炉节能技术重烧体积变化可用体积变化百分率或线变化百分率表示：重烧体积变化可用体积变化百分率或线变化百分率表示：式中：式中：V，V0 分别表示重烧前后试样的体积；分别表示重烧前后试样的体积； L，L0 分别表示重烧前后试样的长度。分别表示重烧前后试样的长度。 %1000VVVV%1000LLLL窑炉节能技术 （4）热震稳定性）热震稳定性 耐火材料抵抗温度急剧变化而不被破坏的性能称为热震耐火材料抵抗温度急剧变化而不被破坏的性能称为热震稳定性或抗热冲击性能。稳定性或抗热冲击性能。 高温窑炉等热工设备在运行过程

33、中，其运行温度常常发高温窑炉等热工设备在运行过程中，其运行温度常常发生变化甚至剧烈的波动生变化甚至剧烈的波动.这种温度的急剧变化常常会导致耐这种温度的急剧变化常常会导致耐火材料产生裂纹、剥落、崩裂等结构性的破坏，而影响热火材料产生裂纹、剥落、崩裂等结构性的破坏，而影响热工设备操作的稳定性、安全性和生产的连续性。工设备操作的稳定性、安全性和生产的连续性。 窑炉节能技术耐火材料热震稳定性试验后的电镜图片耐火材料热震稳定性试验后的电镜图片窑炉节能技术热震稳定性的试验方法：热震稳定性的试验方法： 风风 冷（冷（1000 ，30分钟，风冷，重复）分钟，风冷，重复） 水水 冷（冷（1100，20分钟，水冷

34、，自然干燥，重复）分钟，水冷，自然干燥，重复）评价：评价： 试样被破坏的程度试样被破坏的程度 试样强度的保持率试样强度的保持率窑炉节能技术（5）含碳耐火材料的抗氧化性）含碳耐火材料的抗氧化性 含碳耐火材料在氧化性气氛中，其中的碳素材料会同空含碳耐火材料在氧化性气氛中，其中的碳素材料会同空气中的氧气发生发应。气中的氧气发生发应。 试样：试样：502mm的立方体或直径与高为的立方体或直径与高为50 2mm的圆柱的圆柱体；体； 温度：温度：1400，保温，保温3小时，固定流量向炉内通空气；小时，固定流量向炉内通空气； 评价：切开试样，测量脱碳层厚度。评价：切开试样，测量脱碳层厚度。 也可由双方协商测

35、量方法。也可由双方协商测量方法。窑炉节能技术抗氧化性试验后，试样截面图抗氧化性试验后，试样截面图窑炉节能技术 耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀的性能称为抗渣蚀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。能。 腐蚀性介质通常称之为腐蚀性介质通常称之为“熔渣熔渣”。所谓。所谓“熔渣熔渣”，包，包括高温下与耐火材料接触的各种固态、液态物料（如水泥括高温下与耐火材料接触的各种固态、液态物料（如水泥熟料、石灰、熔融金属、玻璃液等）、冶金炉渣、燃料灰熟料、石灰、熔融金属、玻璃液等）、冶金炉渣、燃料灰分、飞灰以及各种气态物质等。高温环境下，熔渣物质与分、飞灰以及各种气态物质等。高温环境下，熔渣物质与耐火

36、材料相接触，并与之发生复杂的物理化学反应，导致耐火材料相接触，并与之发生复杂的物理化学反应，导致耐火材料的侵蚀损毁。耐火材料的侵蚀损毁。(6)(6)抗渣蚀性能抗渣蚀性能窑炉节能技术钢水及熔渣对耐火材料的侵蚀钢水及熔渣对耐火材料的侵蚀窑炉节能技术窑炉节能技术动态抗渣试验后试样的图片动态抗渣试验后试样的图片渣线渣线窑炉节能技术静态抗渣试验图片静态抗渣试验图片耐火材料耐火材料残渣残渣窑炉节能技术第二章第二章 耐火材料各论耐火材料各论窑炉节能技术硅质耐火材料硅质耐火材料 窑炉节能技术窑炉节能技术二氧化硅的相变 不同晶型之间的转变称为迟钝型转变，如：石英鳞石英方英石。是不可逆的。同一晶型之间的转变称为快

37、速型转变，如：石英石英石英。是可逆的。 窑炉节能技术二、硅砖的生产 以天然SiO2质岩石为原料，要求杂质组分（Al2O3、TiO2、碱金属氧化物）含量小于2%。 生产工艺与陶瓷相似。 窑炉节能技术窑炉节能技术三、硅砖的性质和使用 1SiO293%，鳞石英：30%70%，方英石：20%80%，石英：3%15%，玻璃相：4%14%。2真密度小于2.38g/cm3,体积密度：1.801.95 g/cm3.3使用性质：耐火度 16901730，掺杂时 16201670，耐酸性高，抗热震性很差，850冷水两次。窑炉节能技术 硅酸铝质耐火材料硅酸铝质耐火材料 以氧化铝和氧化硅为主，Al2O3：30%46%

38、。 窑炉节能技术一、粘土质耐火材料 1原料：耐火粘土（高岭土、铝土矿等）2生产：似陶瓷3性质及应用：耐火度 15801770，高温耐压强度 大于58.8Mpa(10001200), 荷重软化温度 12501400， 高温体积稳定 小于1%，抗热震性好 1100 水冷50次以上，抗渣性好。 窑炉节能技术二、高铝质耐火材料 Al2O3大于48%。原料和生产与粘土质耐火材料相似。 性质：耐火度 17702000， 荷重软化温度 大于1400， 导热性好，抗热震性较差 850 水冷30次以上，抗渣性好。 应用：为最广泛的一种，用于冶金、建材、陶瓷、电力锅炉等。其用作电炉顶寿命比硅砖高25 倍。 窑炉节

39、能技术第三节第三节 镁质耐火材料镁质耐火材料 为典型的碱性耐火材料。种类较多。 窑炉节能技术一、氧化镁砖 1种类各种镁砖：Mg-Si、Mg-Ca、Mg-Al、Mg-Cr、Mg-C等。2组成方镁石、镁方铁矿、镁尖晶石、镁硅酸盐（橄榄石、辉石）等。3原料主要为菱镁矿。窑炉节能技术4生产 首先将菱镁矿煅烧（1000轻烧，1400以上重烧）制得氧化镁。将氧化镁粉碎后加入添加剂和结合剂，混合后成型、煅烧即制得镁砖。窑炉节能技术 5性质 耐火度 大于1920，荷重软化温度 大于1500，抗热震性 1100冷水 大于25次，抗碱性好，最高使用温度大于1600。 6应用用于各种炉衬，特别是碱性环境。 窑炉节能

40、技术二、白云石质耐火材料 以CaO和MgO为主要成分的耐火材料。 1种类：含游离氧化钙的白云石质耐火材料和稳定型的白云石制品； 2组成：游离氧化钙型（方镁石和石灰石），稳定型（C3S、MgO为主，少量C2S、C4AF）窑炉节能技术 3生产：游离氧化钙型（天然白云石烧或不烧，粘结），稳定型（以天然白云石、石英、磷灰石为原料配合后共烧结而成，烧结温度小于1450）。 4性质：游离氧化钙型（耐火度 15001700，稳定性差，极易吸水分解，成本低）；稳定型（常温耐压5070Mpa，荷重软化温度 1500，抗渣好，抗热震性差）。窑炉节能技术三、尖晶石质耐火材料 1种类：Mg-Al、Mg-Cr2组成：镁

41、铝尖晶石和镁铬尖晶石3生产：首先需要合成尖晶石，然后烧结或不烧。也可制备不定形耐火材料。4性质：强度高，抗蠕变性强，荷重软化温度17001750，抗渣性远大于镁砖，体积稳定。5应用：有色金属冶炼炉衬及其它各类炉衬。 窑炉节能技术第四节第四节 碳质耐火材料碳质耐火材料 窑炉节能技术一、碳素耐火材料 即碳砖、碳块及无定形碳为主。1原料：灰分小于8%的各种煤和少量石墨。配料为高碳有机物（沥青、煤焦油等）。2生产：主料80%85%，配料20%15%，在温度5070下混炼后成型，冷却后在还原气氛下焙烧。3原理：200500 结合剂逸出；450800 焦化；10001300烧结；缓慢降温。窑炉节能技术1性

42、质：气孔率大（1525%），强度 抗压3060Mpa，抗渣性好，耐火度（还原气氛）3500升华，抗氧化能力差。2应用：炼铁高炉，铝电解槽内衬及阳极。窑炉节能技术二、石墨耐火制品 1石墨黏土制品（坩埚、蒸馏罐、盛钢桶砖等） 原料：石墨、耐火黏土、可塑性黏土及少量碳化硅。 制备工艺：与碳素耐火材料相似。烧成温度10001150。 性质：强度高，抗腐和抗渣性好，热膨胀低，导热性高。 应用：熔融金属耐火材料。窑炉节能技术2其它石墨制品 以可塑黏土作结合剂制得的石墨制品。也可加入碳化硅、氧化铝、氧化锆等制成复合制品。窑炉节能技术第五节第五节 含锆质耐火材料含锆质耐火材料 指含有氧化锆或硅酸锆的耐火材料。

43、 窑炉节能技术一、纯锆英石耐火材料 1原料：天然锆英石（ZrSiO4）矿砂，含量大于90%。在15001700（低于锆英石分解温度）煅烧出块，若加入碱金属氧化物可在10501300煅烧，之后急冷，然后细磨。2生产：用有机结合剂黏结，用黏土可引起制品的耐火度和体积稳定性降低。可加入少量氧化钙等矿化剂以促进烧结。最高烧结温度为1700。3组成：几乎全部由ZrSiO4晶体组成，含少量玻璃质和氧化锆。窑炉节能技术4. 性质：比重大（4.55），高温下黏度高，耐火度大（大于1825 ），荷重软化温度大于1650，耐磨，热膨胀低。抗热震性差，抗渣性差，抗碱腐蚀性差。5. 应用：用于连续铸钢的盛钢桶内衬，有色冶炼炉的铸口，还可用于玻璃窑等。窑炉节能技术二、含锆英石的其它耐火材料 包括：Zr-Al砖 可提高抗热震性； Zr-Cr-Al砖 可提高强化基质的耐高温性和抗腐性； Zr-SiC砖 可提高抗渣性和耐磨性。窑炉节能技术第六节第六节 不定形耐火材料不定形耐火材料窑炉节能技术一、概述 1. 定义：有合理级配的粒状和粒状料与结合剂共同组成的不经成型和烧成而直接供使用的耐火材料。又称为散状耐火材料。2. 构