耐火材料工艺学：1-3 耐火材料的热学性能

1、陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能1.3 耐火材料的热学性能和导电性 耐火材料的热学性能：比热容、热导率、热膨胀性等。衡量制品能否适应具体热过程需要的依据，是从事窑炉设计所需要的基本数据。1) 比热容 表征材料受热后温度升高情况的参数。 lkg耐火材料温度升高l所吸收的热量。 耐火材料比热容数值主要用于窑炉设计热工计算。 比热容： 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，。 耐火材料的热容：它的化学矿物组成和所处的温度 耐火材料的热容作用： 影响炉体的加热、冷却速度， 在蓄热砖中具有重要意义 蓄热室格子砖采用高比热容的致密材料，以

2、增加蓄热量 和放热量，提高换热效率。 测定方法:多采用量热计法。陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能2）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性质称为热膨胀。 产生原因：原子的非谐性振动增大了原子的间距，从而使材料体积膨胀。 耐火材料的热膨胀可以用线膨胀系数或体膨胀系数表示，也可以用线膨胀百分率或体积膨胀百分率表示陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能 体积膨胀系数： -1 线膨胀系数： -1 膨胀系数是指耐火材料由室温加热至试验温度的区间内，温度每升高1，试样体积或长度的相对变化率。 意义：窑炉设计的重要参数、预留膨胀缝的依据，可间接判断耐材热震稳定性能等。陶瓷工业用耐

3、火材料-耐火材料的组成和性能 膨胀百分率则是指耐火材料由室温加热至试验温度时，试样体积或长度的变化百分率。 陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能 耐火材料作为构筑热工设备的结构材料，常常在温度变化条件下使用。耐火材料的热膨胀既是其重要的使用性能，也是工业窑炉等高温热工设备进行结构设计的重要参数。 炉窑在常温下砌筑，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陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能 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：键强高的材料

4、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(石英和石英玻璃）；加热过程中，存在多晶转变的材料，其热膨胀系数也要发生相应的变化（鳞石英、方石英）。陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能耐火制品的热膨胀性测定：顶杆式间接法 将直径为810mm、长度为50mm，或直径为20mm、长度为100mm的圆柱体试样放入装样管内，试样的一端与顶杆接触。热电偶的热端位于试样长度的中心。从室温开始，以45/min的升温速率加热，每隔50记录一次试样的长度变化，直至试验最终温度。陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能试样的线膨胀率，；L0试样在室温下的长度，mmL1试样加热至

5、试验温度t时的长度，mm;L试样加热至试验温度t时的长度变化，mmAK(t)在温度t时仪器的校正值，mm。室温至试验温度的线膨胀系数：陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能 试样的线膨胀系数，10-6-1； 试样的线膨胀率，； t0室温，； t试验温度，。陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能常用耐火制品的平均线膨胀系数 材料名称粘土砖莫来石砖莫来石刚玉砖 刚玉砖半硅砖硅砖镁砖平均线膨胀系数10-6 -1 (201000)4.56.05.55.87.07.58.08.57.07.911.513.014.015.0耐火浇注料的平均线膨胀系数胶结剂种类骨料品种测定温度/ 线膨胀系数/10-6

6、-1 矾土水泥 高铝质 粘土质 201200 4.56.0 5.06.5 磷 酸 高铝质 粘土质 201300 4.06.0 4.56.5 水 玻 璃 粘土质 201000 4.06.0 硅酸盐水泥 粘土质 201200 4.07.0陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能 常用耐火砖的热膨胀曲线l镁砖；2硅砖；3铬镁砖；4半硅砖；5粘土砖；6高铝砖；7粘土砖温度/线膨胀率/陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能3）热导率 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，用表示： 式中： 导热率（W/mK）； Q t 时间沿x轴方向穿过F截面上的热量（ W/m2 ）；

7、沿x轴方向的温度梯度（K/m）。陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能 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。 采用热导率小的材料砌筑炉墙可以减少厚度或热损失；隔热性能良好的轻质耐火材料 采用热导率大的材料作为隔焰板和换热器管，可以提高炉膛温度和传热效率。导热性能良好的隔焰加热炉结构材料 陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能 耐火材料中所含的气孔对其热导率的影响最大。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。

8、陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能材料的化学组成越复杂，杂质含量越多，添加成分形成的固溶体越多，热导率低，晶体结构越复杂的材料，热导率低 MgAl2O4 Al2O3 MgO 3 Al2O3SiO2 MgAl2O4 非等轴晶系的晶体，热导率存在各项异性。 石英 鳞石英六方晶系 3 Al2O3SiO2 斜方晶系耐火材料热导率随温度升高，增大，粘土砖、硅砖耐火材料热导率随温度升高，减小 镁砖、碳化硅砖气孔降低材料的导热能力，气孔率越大，热导率越小粉末和纤维材料，气孔形成连续相，热导率比烧结状态低粘土砖：体积密度g/cm32.21.950.80热导率w/m

9、1.281.050.58陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能TC1氮化硅结合碳化硅棚板；TC2高铝支承柱及支柱帽TC3轻质粘土砖；TC4粘土质烧注料预制件TC5下立柱、粘土质；TC6粘土砖；TC7底层水泥珍珠岩制品陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能热导率测定:分稳态法和非稳态法两类。 稳态法:使用平板导热仪，它主要由加热板、冷却板、护热板和量热计等部件组成。 测试样处在一个稳定温度场中，测定通过试样单位面积上的热流率、试样在热流方向上的温度梯度及试样的几何尺寸，计算热导率：热导率，W(mK)；Q传热量，J

10、； t传热时间，s；试样厚度，m； F传热面积，m2；T热面与冷面的温差，K。测定定形隔热耐火制品热导率采用非稳态法中的十字热线法。测量沿试样长度方向埋设在试样中线形热源在一定时间内的温升。通过焊接在热线中点的热电偶测量热线温度随时间的变化。该线的温度变化即是被测材料热导率的函数。陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能热导率，W(mK)； I 加热电流，A； V热线两端电压，V；R试验温度下的热线电阻，； L热线长度，m；t1,t2加热电流接通后测量的时间，min； Q1,Q2热线在t1、t2时的对应温度，。4) 温度传导性温度传导性是表示物体加热时的温度传递速度，它决定耐火材料急冷急热时内部温度梯度的大小。 温度传导性用导温系数表示：一耐火材料的热导率，Wm；c 耐火材料的等压热容量，kJ/kg； 耐火材料的体积密度，kg/m3。 陶瓷工业用耐火材料-耐火材料的组成和性能一般耐火材料的热容量差别不大，它们的温度传导