冶金耐火材料课件

冶金耐火材料授课教师：郭巍2012-041冶金耐火材料授课教师：郭巍2012-041标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容前言点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容2标题添加点击此处输入相点击此处输入前言点击此处输入标题添加点《耐火材料概论》宋希文化学工业出版社2008《耐火材料工艺学》王维邦冶金工业出版社2004《耐火材料应用》韩行禄冶金工业出版社1986选用教材参考书目平时40％，考试成绩60％3《耐火材料概论》宋希文化学工业出版社2008《耐火教学目的及内容：本课程冶金工程专业设置的一门选修课程。本课程主要内容：耐火材料基础知识：包括定义、性能、分类及生产工艺等以及一些常用耐火材料的性质；耐火材料在冶金窑炉上的应用及发展趋势；4教学目的及内容：本课程冶金工程专业设置的一门选修课程。4第一章

概论

耐火材料是高温技术的基础材料，是重要的筑炉材料。耐火材料在冶金、硅酸盐、化工、动力、石油、机械制造工业等甚至尖端科技领域得到广泛应用。正确合理选用耐火材料是窑炉正常运转的重要保证。耐火材料不仅要求在高温下不损坏，而且应该隔热，同时还要具有不同的特殊性能:强度、热稳定性、耐侵蚀、抗磨损，（保温、传热、热交换、发热体）。耐火材料对节约能源有非常重要的意义。合理选用耐火材料，不仅可以提高热处理过程中的热效率，还可以减少能源的消耗。耐火工业被称为冶金及其他高温工业的支撑工业和先行工业。5第一章概论耐火材料是高温技术的基础材料，是重要的筑炉材料第一节耐火材料的定义及分类

金属材料非金属

一耐火材料的定义耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机非金属材料，用作高温窑炉等热工设备的结构材料，以及工业用高温容器和部件的材料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。无机材料－水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料有机材料6第一节耐火材料的定义及分类金属无机材二耐火材料的分类

1按照耐火度分：2按照形状和尺寸分为：定形耐火制品和不定形耐火材料定形耐火材料—标准型砖、异形砖、特异形砖、以及实验室和工业用坩锅等特殊制品。不定形耐火材料—耐火浇注料、喷补料、可塑料、捣打料等。3按照成型工艺分为：泥浆浇注制品、可塑成形制品、半干压成型制品、熔融浇注制品、以及用岩石直接切割制品。7二耐火材料的分类

1按照耐火度分：74按照化学矿物组成分为：酸性、中性、碱性耐火材料酸性耐火材料—硅质制品（硅砖）中性耐火材料—硅酸铝质制品（半硅砖，粘土砖、高铝砖等）,碳质制品碱性耐火材料—含有MgO和CaO的耐火材料。镁质和白云石质（强碱性）84按照化学矿物组成分为：酸性、中性、碱性耐火材料8995按照烧制工艺分为：不烧砖、烧制砖、熔铸耐火制品、耐火混凝土等105按照烧制工艺分为：不烧砖、烧制砖、熔铸耐火制品、耐火混凝第二节耐火材料的生产工艺

常规工艺：原料的选择、破碎、粉碎、细磨、筛分、配料、混料、成型、干燥、烧成等几个基本工序。一原料的选取和制备（1）选矿（2）干燥与煅烧（3）破碎与筛分二配料是指按照制品的类型和性能要求，将准备好的原料按照设计好的配方按比例配合起来。配料的基本原则是能获得成型后的密实坯体和制品的致密度，从而保证制品的性能。配方包括按规定比例配合的各种原料量。11第二节耐火材料的生产工艺常规工艺：原料的选择、破碎、粉碎三混练混练过程是将各种配好的物料和结合剂经过混合设备的混合作用达到物料的均匀分布。常用的混合设备有双轴搅拌机、混沙机、和湿碾机。另外混合时还必须按照一定的加料顺序进行，否则达不到均匀混合的目的。四成型混练后的耐火坯料借助于外力和模型，使得颗粒和粉料重新分布，排出部分空气而得到具有一定尺寸、形状和强度的坯体或制品的过程。成型的方式有半干法成型、浇注成型、振动成型、热压成型、电熔铸法、等静压法等。12三混练12五干燥通常，经过成型后的砖坯含水率都在3.5%以上，强度比较低，必须经过干燥，降低水分含量，提高强度，以便运输装窑和烧成。常用的干燥设备有隧道干燥器。六装窑七烧成（生坯→制品）隧道窑烧结：物料经高温作用，变成具有一定强度和气孔率很低，甚至无气孔的致密石状物的工艺过程。13五干燥13耐火材料的其它生产工艺耐火材料与玻璃工艺相接近的熔铸法与混凝土制备类似的耐火浇注料与搪瓷工艺类似的喷涂料及高温涂层材料与纺织品类似的耐火纤维制品14耐火材料的其它生产工艺与玻璃工艺相接近的熔铸法与混凝土制备类第三节耐火材料的组成及性能

本节主要介绍耐火材料的化学矿物组成、结构性能、力学性能、热学性能和使用性能等基础知识。高密度高纯硅砖的理化指标15第三节耐火材料的组成及性能本节主要介绍耐火材料的化学矿物一耐火材料的化学、矿物组成耐火材料一般是由多种不同的化学成分和矿物组成构成的非均质体。它的各种性质不仅取决于它的化学成分，而且更依赖于其中的物相组成、分布及各相的特性，即取决于制品的化学、矿物组成。

16一耐火材料的化学、矿物组成耐火材料一般是由多种不同的化学成（一）耐火材料的化学组成按照耐火材料的化学组成将其中的成分分为主成分、杂质成分和添加剂。1主成分主成分通常是耐火材料中一种或几种高熔点的耐火氧化物或非氧化物。它是耐火制品的主体，直接决定耐火制品性能。它的性质和数量对耐火材料的性能起决定作用。耐火材料按照其主成分有可分为三类：酸性耐火材料：硅质，半硅质，粘土质；中性耐火材料：高铝质、碳质、铬质（中性偏碱）；碱性耐火材料：含MgO，CaO等→镁质和白云石质，镁铬系和镁橄榄石系及尖晶石系。按照主成分对耐火材料进行划分的意义在于：可以了解耐火材料的化学性质，判断在使用过程中它们之间以及耐火材料与接触物之间有无化学作用。17（一）耐火材料的化学组成按照耐火材料的化学组成将其中的成分2杂质成分杂质成分则是指由于原料纯度有限而被带入或生产过程中混入的对耐火制品性能具有不良影响的部分。高温下有溶剂作用。3添加剂加入量很少，甚至是极微；弥补主成分在使用性能、生产性能或作业性能等某方面的不足而使用的，通常有结合剂、矿化剂、稳定剂、烧结剂、减水剂、抗水化剂、抗氧化剂、促凝剂和膨胀剂等。能明显改善耐火制品的某种功能或特性，对该制品的主性能无严重影响。耐火材料的化学分析通常指分析耐火制品和原料的各种氧化物含量和其它主要成分含量和灼烧量。通过化学成分分析，按所含成分的种类和数量，可以判断原料和制品的纯度，制品的化学特性，并借助有关相图大致估计制品的矿物组成和耐火性能，可以作为选取原料、检查和调整工艺过程、确定使用条件的依据。182杂质成分18（二）矿物组成耐火材料的矿物组成一般分为主晶相和基质两大类。主晶相：是指构成制品结构的主体且熔点较高的晶相。主晶相的性质、数量和结合状态直接决定着耐火材料的性能。除要选择熔点较高的化合物或单质外，还希望它们的晶体发育充分、完好，真正发挥主晶相的耐火性能。基质：是在耐火制品主晶相之间填充的结晶矿物或玻璃相。其数量不大，但成分、结构复杂，作用明显，往往对制品的某些性能有着决定性的影响。在使用的过程中，基质往往首先破坏，调整和改变基质可以改善材料的使用性能。

19（二）矿物组成耐火材料的矿物组成一般分为主晶相和基质两大类。二耐火材料的结构性质包括气孔率、吸水率、体积密度和透气度等，是影响耐火材料使用性能的重要因素。1气孔率耐火材料中的气孔大致分为三类：（1）闭口气孔，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，能被流体填充；（3）贯通气孔，贯通制品的两面，流体能通过。气孔率↑强度↓热导率↓抗侵蚀性↓，提高烧成温度，延长保温时间以显气孔率Pa即开口气孔和贯通气孔的体积之和占制品总体积的百分率来表示气孔率指标。20二耐火材料的结构性质包括气孔率、吸水率、体积密度和透气度等2吸水率吸水率是制品中全部开口气孔所吸收的水的质量与其干燥试样的质量之比。它实质上反映了耐火材料中开口气孔的数量。吸水率测定方法简便，在耐火材料生产实际中常常用来鉴定原料煅烧的质量。3体积密度体积密度是指耐火材料的干燥质量与其总体积之比单位为gcm-3。原料体密，砖坯体密，制品体密体积密度直观地反应了耐火制品的致密程度，它是耐火原料、致密耐火制品质量水平的重要衡量指标。体积密度越高，对耐火材料的强度、抗侵蚀性、耐磨性、荷重软化温度越有利。212吸水率214.透气度气体透过耐火制品的难易程度。对透气制品，既要有足够的强度，又要有良好的透气性。如：转炉底部透气砖。224.透气度气体透过耐火制品的难易程度。22三耐火材料的力学性质耐火材料的力学性质是指制品在多种条件作用下的强度等力学性能指标。该指标表征制品抵抗外力作用而不被破坏的能力。1耐压强度2抗折强度3耐磨性23三耐火材料的力学性质耐火材料的力学性质是指制品在多种条件作1耐压强度

耐压强度是指耐火材料在一定的温度下单位面积所能承受的压力。(Mpa)耐火材料的耐压强度分为常温耐压强度和高温耐压强度。它是衡量耐火材料质量的重要性能指标之一，间接地反映出制品的组织结构，如致密度、均匀性和烧结性等。2抗折强度抗折强度是指耐火材料能承受的最大弯曲应力的能力，又称抗弯强度。(Mpa)耐火材料的抗折强度亦分为常温抗折强度和高温抗折强度。高温抗折强度高的制品，在高温条件下，对于物料的冲击、磨损、液态渣的冲刷等，均具有较好的抵抗能力。3耐磨性耐磨性是指耐火材料抵抗坚硬的物体或气流的摩擦、磨损、冲刷的能力。耐火材料的耐磨性取决于其矿物组成、组织结构和颗粒结合的牢固性以及材料本身的密度、强度等。241耐压强度24四耐火材料的高温使用性能耐火材料的使用性能是指耐火材料在高温下使用时所具有的性能。包括耐火度、荷重软化温度、高温蠕变性、体积稳定性、抗热震性、抗侵蚀性等。25四耐火材料的高温使用性能耐火材料的使用性能是指耐火材料在高四耐火材料的高温使用性能耐火材料的使用性能是指耐火材料在高温下使用时所具有的性能。是与其使用寿命相关的性质。

耐火度荷重软化温度高温蠕变性高温体积稳定性抗侵蚀性抗热震性26四耐火材料的高温使用性能耐火材料的使用性能是指耐火材料在高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融和软化的性质。单位℃

测定方法：试锥法常用耐火材料的耐火度耐火度不是耐火材料的熔点制品的化学矿物组成直接决定其耐火度，提高原料纯度提高耐火度问题：耐火度是否就是耐火材料的最高使用温度？271耐火度耐火度不是耐火材料的熔点27

2荷重软化温度（荷软点）

耐火材料对高温和荷重同时作用的抵抗能力，也表示耐火材料呈现明显塑性变形的软化范围。测定方法：给耐火材料施以恒定压负荷，并加热，测定其发生明显变形时的温度点即为荷软点。荷软点:TH:0.6％变形温度点TK:40％变形温度点荷重软化温度范围：TK－TH

荷软点的测定是为了判断材料的使用条件、荷重能力28

2荷重软化温度（荷软点）

耐火材料对高温和荷重同时作用几种耐火制品的荷软点

砖种0.6％开始变形温度℃（TH）40％变形温度点℃（TK）荷软范围TK－TH℃一级粘土砖（耐火度1730℃级粘土砖（耐火度1580℃）12501500250莫来石砖（耐火度>1770℃）16001800200硅砖（耐火度1730℃）1650167020镁砖（耐火度>2000℃）1550158030问题：耐火材料荷重软化温度范围的宽窄说明什么？29几种耐火制品的荷软点砖种0.6％开始变形温度结晶相、晶体构造和性状晶相与液相的数量及液相粘度比较：粘土砖、硅砖、镁砖工艺因素影响荷软点的因素

提高荷软点措施

提高原料纯度改善结合相成分直接结合的主晶相陶瓷结合孤岛状主晶相30结晶相、晶体构造和性状晶相与液相的数量及液相粘度比较：粘土砖

砖种开始变形温度℃（TH）40％变形温度点℃（TK）TK－TH℃一级粘土砖（耐火度1730℃级粘土砖（耐火度1580℃）12501500250莫来石砖（耐火度>1770℃）16001800200硅砖（耐火度1730℃）1650167020镁砖（耐火度>2000℃）155015803031砖种开始变形温度℃（TH）40％变形温度3高温蠕变性当耐火材料在高温下长时间承受某一较小的荷重时，产生塑性变形，变形量会随时间的延长而逐渐增加，甚至会使耐火材料破坏，这种现象叫蠕变。测定蠕变的意义在于可以了解制品发生蠕变的最低温度，预测耐火制品在实际使用过程中承受负荷的变化，评价制品的使用性能。4抗渣性抗渣性是指耐火材料在高温下抵抗炉渣的侵蚀和冲刷作用的能力。冶金渣、燃料灰分、飞尘、热烟气等。直接溶解、反应溶解、侵入变质溶解。抗渣性是耐火材料重要的使用性能，对于改善耐火材料的生产工艺、指导其正确使用具有重要意义。323高温蠕变性325高温体积稳定性—耐火材料在高温下长期使用时，其外形体积保持稳定不发生变化的性质。残余收缩或膨胀检测方法:重烧线变化。重烧↓体稳定性↑炉顶砖6抗热震性抗热震性是指耐火制品抵抗温度迅速变化而不破坏的能力。热震破坏：热冲击断裂和热震损伤。以抗热震次数来表示。335高温体积稳定性—耐火材料在高温下长期使用时，其外形体积保由于耐火材料在受热状态下使用，承担抵抗热量、隔绝热量、传递热量的功能。因此耐火材料的热学性质也是其性质的重要方面。耐火材料的热学性质主要包括热容、热膨胀性和导热性。1热容加热1Kg物质使之温度升高1℃时所吸收的热量。热风炉蓄热室用砖。2热膨胀性耐火材料的体积或长度随温度升高而增大的特性。耐材的使用、窑炉设计和砌筑意义--3导热性耐火材料在加热时的温度传递速度。是窑炉设计不可缺少的指标——保温耐火材料、隔焰加热材料，换热材料。碳质耐火材料导热性好，轻质多孔材料导热性差。五耐火材料的热学性质34由于耐火材料在受热状态下使用，承担抵抗热量、隔绝热量、传递热第二章常用耐火材料按照化学矿物组成分为：酸性、中性、碱性耐火材料酸性耐火材料—硅质制品（硅砖）中性耐火材料—硅酸铝质制品（半硅砖，粘土砖、高铝砖等），碳质制品碱性耐火材料—含有MgO和CaO的耐火材料。镁质和白云石质（强碱性）35第二章常用耐火材料按照化学矿物组成分为：酸性、中性、碱性耐

第－节硅质耐火材料硅质耐火材料是以二氧化硅为主要成分的耐火材料，包括硅砖、特种硅砖、石英玻璃及其制品。对酸性炉渣抵抗能力强，但受碱性渣强烈侵蚀，易被Al2O3、K2O、Na2O等氧化物作用而破坏，对CaO、FeO、Fe2O3等氧化物有良好的抵抗性。目前仍然是焦炉、玻璃熔窑、高炉热风炉、硅砖倒焰窑和隧道窑、有色冶炼和酸性炼钢炉及其它一些热工设备的良好筑炉材料。36

第－节硅质耐火材料硅质耐火材料是以二氧化硅为主要成分的耐硅砖的主要原料：石英岩(硅石)，要求其二氧化硅的含量在95%以上，最好在97%以上，将硅石块破碎、粉碎成直径不等的颗粒，筛分后就可以直接作为原料使用。石灰乳、铁磷、纸浆废液为结合剂和矿化剂，在高温下烧成。

1硅砖的生产37硅砖的主要原料：1硅砖的生产37硅砖的性能与SiO2的晶型转变有密切关系矿化剂的作用:是加速石英在烧成时转变为低比重的变体(鳞石英和方石英)而不显著降低其耐火度，它还能防止砖坯烧成时出发生急剧膨胀而产生的松散和开裂。38硅砖的性能与SiO2的晶型转变有密切关系矿化剂的作用:是加速硅砖的性能与SiO2的晶型转变有密切关系其中鳞石英具有矛头状双晶结构，使得砖具有较高的荷重软化点及机械强度。而当硅砖中残余石英存在时，由于使用时它会继续发生晶形转变，体积膨胀较大，易引起砖体结构的松散。在硅砖生产中石英的转变程度用密度衡量，硅砖的密度一般应小于2.38g/cm339硅砖的性能与SiO2的晶型转变有密切关系392硅砖的性质耐火度1690~1730℃。SiO2含量，耐火度；杂质，硅砖的耐火度。荷重软化温度

1620~1670℃，与其耐火度相近。高温体积稳定性在加热过程中，伴有体积膨胀。耐热震性在850℃下水冷仅为１～２次，这是硅砖的一大弱点。抗渣性对酸性及弱酸性炉渣和含腐蚀性炉气的侵蚀有很强的抵抗能力。402硅砖的性质耐火度404141焦炉用硅砖42焦炉用硅砖42高密度高导热性硅砖：通过采取纯净的硅石原料，调整颗粒组成，选择适宜的矿化剂和高压成型等工艺措施，气孔率低于16％的硅砖。（23%）高密度高导热性硅砖：添加剂如SiC，Si3N4和金属硅等添加剂可增加密度，添加CuO、Cu2O、TiO2、Fe2O3等金属氧化物可以有效地提高硅砖的热导率，

3特种硅砖

43高密度高导热性硅砖：通过采取纯净的硅石原料，调整颗粒组成，选4熔融石英制品

熔融石英玻璃制品：以SiO2为单一组分的玻璃相，为非晶质结构。用硅石或硅化物为原料，经高温熔化或气相沉积而成。1.透明石英玻璃不含或少含气泡等散射质点的石英玻璃。安全使用温度是1100℃。2.不透明石英玻璃含有大量微小气泡等散射质点的石英玻璃。其隔热性能优于透明石英玻璃，但其他性能不如透明石英玻璃。主要性能：化学稳定性好、耐高温、热膨胀系数小、耐热震性很高并具有良好的电绝缘性，能透过红外线、紫外线。熔融石英陶瓷制品（再烧结制品）444熔融石英制品熔融石英玻璃制品：以SiO2为单一组分的玻璃4545第二节硅酸铝质耐火材料

Al2O3-SiO2系统耐火材料除含有两种主要化学成分Al2O3和SiO2外，往往还含有5~6种杂质氧化物，常见的为TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、R2O等。这些杂质氧化物均起熔剂作用，降低熔液的生成温度及其粘度，增大液相的生成量，降低了耐火度、荷软、抗渣性等使用性能。

46第二节硅酸铝质耐火材料Al2O3-SiO2系统耐火一粘土质耐火材料A12O3含量在30～48％的铝硅系耐火材料。是耐火材料工业的最早的产品，也是迄今为止在各种工业窑炉上使用最广泛的耐火材料。约占耐火材料总产量的50～60％，是硅酸铝质耐火材料中占用重要地位的一个品种。47一粘土质耐火材料A12O3含量在30～48％的铝硅系耐火材1粘土质耐火材料的原料

软质粘土生产过程中通常以细粉的形式加入，起到结合剂和烧结剂的作用。苏州土和广西泥是我国优质软质粘土的代表。

硬质粘土

通常以颗粒和细粉的形式加入，前者起到配料骨架的作用，后者参与基体中高温反应，形成莫来石等高温形矿物。结合剂水和纸浆废液481粘土质耐火材料的原料软质粘土2粘土质耐火材料的生产工艺要点1250~1350℃492粘土质耐火材料的生产工艺要点1250~1350℃493粘土质耐火材料的品种、性质、应用（1）耐火度波动在1580～1770℃，一般情况下，随着Al2O3含量的增加而提高，随杂质含量的增加，尤其是随Fe2O3和碱金属含量的增加而显著降低。（2）荷重软化温度主要取决于制品中的Al2O3含量和杂质的种类和数量。开始于1250～1400℃，远比硅砖低。（3）高温体积稳定性长期在高温下使用，会产生残余收缩。（4）耐热震性较好。普通粘土砖1100℃水冷循环达10次以上。（5）抗渣性抵抗弱酸性炉渣侵蚀的能力强，对酸性和碱性炉渣的抵抗能力较差化学组成A12O3在30％～48％，其主要矿物组成为莫来石A3S225％～50％、玻璃相(25％～60％)以及少量的方石英和石英。503粘土质耐火材料的品种、性质、应用（1）耐火度化学组成A1品种及应用普通粘土砖低蠕变、低气孔粘土砖大型粘土砖粘土浇注料粘土质耐火材料制品原料来源丰富，制造工艺简单，产量很大，广泛用于各种工业窑炉和工业锅炉上。如隧道窑，加热炉和热处理炉等的全部或大部分炉体，排烟系统内衬用耐火材料，其中钢铁冶金系统是粘土质耐火材料制品的大用户，用于盛钢桶，热风炉、高炉、焦炉等使用温度在1350℃以下的高温部位。51品种及应用普通粘土砖51通常按照Al2O3含量的高低，一般将高铝质耐火材料分为三级：二高铝质耐火材料在铝硅系耐火材料中，当Al2O3含量大在48%以上时的耐火制品，统称为高铝质耐火制品。52通常按照Al2O3含量的高低，一般将高铝质耐火材料分为三二1高铝质耐火材料的原料高铝矾土熟料是由高铝矾土矿煅烧后Al2O3含量大于48%、Fe2O3含量较低的铝土矿。

铝土矿是一种由水铝石和高岭石(Al2O3.2SiO2.2H2O)组成的细分散胶体混合物。我国有丰富的铝矾土资源，约25亿吨，居世界前列，与几内亚、澳大利亚、巴西同属世界上矾土资源四大国。主要分布在山西阳泉、山东、河北、河南巩县、贵州、四川、广西、湖南等地。531高铝质耐火材料的原料高铝矾土熟料532高铝制品的生产工艺要点高铝矾土熟料拣选破碎筛分除铁3～0.5mm0.5～0.088mm<0.088mm结合粘土配料混练及成型烧成（1450℃）542高铝制品的生产工艺要点高铝矾土熟料拣选破碎筛分除铁3～03高铝制品的品种、性能及应用普通高铝砖一等、二等、三等改性高铝砖：高荷软高铝砖、微膨胀高铝砖、低蠕变高铝砖等其它高铝砖：硅线石砖、兰晶石砖、莫来石砖及制品553高铝制品的品种、性能及应用55耐火度

耐火度随Al2O3含量的增加而提高。一般不低于1750－1790℃；对于Al2O3含量大于95％的刚玉制品，耐火度可达1900～2000℃.耐热震性介于粘土质耐火制品和硅质制品之间，850℃下水冷循环仅3～5次，主要是由于刚玉的热膨胀性较莫来石高，而且无晶型转变之故。抗渣性由于Al2O3为两性氧化物，既能抵抗酸性渣的侵蚀，也能抵抗碱性炉渣的作用，但抗碱性渣的能力不及镁质耐火材料，却优于粘土质材料，并随莫来石含量的增加而增强。其它品种：硅线石族制品：蓝晶石砖，硅线石砖、红柱石荷重软化温度能提高100~150℃

莫来石制品:烧结制品，电熔制品

3高铝制品的品种、性能及应用56耐火度3高铝制品的品种、性能及应用56由于高铝质耐火材料制品的优良性能，因而被广泛应用于高温窑炉一些受炉气、炉渣侵蚀，温度高承受载荷的部位。例如高铝风口、热风炉炉顶、电炉炉顶等部位。硅线石族制品具有较高的荷重软化温度、热震稳定性好、耐磨性和抗侵蚀性优良，因此适用于钢铁、化工、玻璃、陶瓷等行业，如用作烟道、燃烧室、炉门、炉柱、炉墙及滑板等。在高炉上，为确保内衬结构的稳定性、密封性，避免碱性物的侵入和析出，或风口漏风，在出铁口、风口部位，选择内衬大块型组合砖结构的硅线石族耐火材料，延长了使用寿命。莫来石制品的抗高温蠕变、抗热震性能力远远优于包括特等高铝砖在内的其它普通高铝砖，广泛应用于冶金工业的热风炉、加热炉、钢包，建材工业的玻璃窑焰顶、玻璃液流槽盖、蓄热室，机械工业的加热炉，石化工业的炭黑反应炉，耐火材料和陶瓷工业的高温烧成窑及其推板、承烧板等窑具。57由于高铝质耐火材料制品的优良性能，因而被广泛应用于高温窑炉一三刚玉质耐火材料刚玉质耐火材料是指含Al2O390%以上，主晶相为α-Al2O3（刚玉）的硅酸铝系耐火材料，也称氧化铝耐火材料。由于它具有耐高温、硬度大、强度高、抗氧化、耐腐蚀、电绝缘、气密性好等优良性能，因此具有广泛的用途。58三刚玉质耐火材料刚玉质耐火材料是指含Al2O390%以上，1刚玉耐火材料的原料氧化铝所有熔点在2000℃以上的氧化物中，氧化铝是一种最普通、最容易获得且较为便宜的氧化物。氧化铝在自然界中的储量丰富。天然结晶的Al2O3被称为刚玉，如红宝石、蓝宝石即为含Cr2O3或TiO2杂质的刚玉。大部分氧化铝是以氢氧化铝的形式存在于铝矾土和红土中。（1）工业氧化铝工业氧化铝是将铝矾土原料经过化学处理，除去硅、铁、钛等的氧化物而制得，是纯度很高的氧化铝原料，Al2O3含量一般在99%以上。（2）烧结氧化铝（3）电熔氧化铝591刚玉耐火材料的原料氧化铝592生产工艺有烧结法和熔铸法两种烧结刚玉制品必须在高温下烧成。烧成温度界1650~1800℃之间，有时达到1850℃。适当提高烧成温度，可以相应地提高制品的强度和密度。熔铸刚玉砖是以工业氧化铝及少量纯碱和石英粉在电弧炉内熔融，再经铸型、退火等工序，最后机械加工成所需的形状、尺寸。3其它品种锆刚玉砖AZS(白铁砖）：Al2O350%~70%，ZrO220%~40%，其余为SiO2。主要用于玻璃熔窑。铬刚玉砖－含Cr2O3的刚玉质耐火制品。由于Cr2O3与Al2O3形成连续固溶体，高温性能优于纯刚玉砖。耐高温、耐侵蚀，主要用作石化工业渣油气化炉下部内衬材料，以及不怕玻璃着色的玻璃熔窑。602生产工艺有烧结法和熔铸法两种603刚玉质耐火材料及其性能

具有优良的高温性质及机械强度等性能，广泛应用到了冶金、机械、化工、电子、航空和国防等众多工业领域。（1）由于有耐高温、耐腐蚀、高强度等性能，故用作浇钢滑动水口，冶炼稀贵金属、特种合金、高纯金属、玻璃拉丝、制作激光玻璃的坩埚及器皿；各种高温炉窑，如耐火材料、陶瓷、炼铁高炉的内衬（墙和管）；理化器皿、火花塞、耐热抗氧化涂层。SiO2小于0.5％的低硅烧结刚玉砖是炭黑、硼化工、化肥、合成氨反应炉和气化炉的专用炉衬。（2）由于有硬度大、耐磨性好、强度高的特点，在化工系统中，用作各种反应器皿和管道，化工泵的部件；做机械零部件、各种模具；做刀具、磨具磨料、人体关节、密封磨环等。（3）由于有高温绝缘性，故被用做热电偶的套丝管和保护管，原子反应堆中用的绝缘瓷，以及其他各种高温绝缘部件，如铂－铑热电偶即使达到1720℃也不透气。在电子工业中被广泛用于固体集成电路基板管座、外壳、瓷架、微波窗口、导弹雷达天线保护罩等。

（4）刚玉保温材料，如刚玉轻质砖、刚玉空心球和纤维制品，广泛应用于各种高温炉窑的炉墙及炉顶，既耐高温又保温。613刚玉质耐火材料及其性能具有优良的高温性质及机械强度等第四节碱性耐火材料

碱性耐火材料是指以氧化镁（MgO）、氧化钙（CaO）或氧化镁+氧化钙为主要成分的耐火材料。主要用于碱性炼钢炉、有色金属冶炼炉、玻璃和水泥工业用窑炉及其他热工设备。MgO质、MgO-CaO质、CaO质、MgO-SiO2质、MgO-ZrO2质、MgO-尖晶石质耐火制品62第四节碱性耐火材料碱性耐火材料是指以氧化镁（MgO）、氧一碱性耐火原料包括天然和人工合成原料镁质耐火原料是以MgO为主成分和以方镁石为主要矿物组成的原料。烧结镁砂、轻烧镁砂和电熔镁砂烧结白云石耐火原料：又称死烧白云石、硬烧白云石、白云石熟料。是将白云石在1700～1800℃下煅烧所得的产品。镁铝尖晶石

化学式为MgO·Al2O3，含MgO28.2%，Al2O371.8%。镁铝尖晶石具有良好的性能，但很少有天然矿藏，多为人工法合成。钙质耐火原料方解石与石灰石

63一碱性耐火原料包括天然和人工合成原料63烧结镁砂：将菱镁石、水镁石和由海水或卤水氢氧化镁等原料在1500～2300℃下充分烧结而得到的产物。烧结镁砂是生产镁质制品的重要原料。电熔镁砂：由天然菱镁矿、轻烧镁砂或烧结镁砂在电弧炉中经2750℃以上的高温熔融而成。电熔镁砂的主晶相为方镁石，因其从熔体中结晶出来，所以晶体粗大，晶体直接接触程度高，结构致密，高温体积和化学稳定性好，在大气中抗水化性和抗渣性均优于烧结镁砂，在镁质和镁碳质耐火材料中正在取代烧结镁砂。64烧结镁砂：将菱镁石、水镁石和由海水或卤水氢氧化镁等原料在151镁砖镁质耐火材料是MgO含量在80％以上，以方镁石为主晶相的碱性耐火材料。按生产工艺的不同，镁砖可分为烧成镁砖、不烧镁砖和再结合镁砖。烧成镁砖是利用天然镁砂为原料，经成型、干燥后，在1500~1600℃而制成的。不烧砖，又称化学结合镁砖，是利用化学结合剂（如水玻璃、纸浆废液、卤水、六偏磷酸钠和聚磷酸钠）结合而成的不烧制品。再结合镁砖是采用电熔镁砂为原料，经高压成型和超高温（1800℃）烧制而成的。烧成镁砖是生产量最大，使用最广的一种镁质耐火材料。我国生产的镁砖，质优价廉，在国际市场上具有很强的竞争力。二各种碱性耐火制品的品种、性能与用途651镁砖二各种碱性耐火制品的品种、性能与用途65镁砖系列

普通镁砖、优质镁砖、电熔镁砖66镁砖系列

普通镁砖、优质镁砖、电熔镁砖66耐火度方镁石的熔点高达2800℃。所以镁砖的耐火度也很高，一般可达2000℃以上。荷重软化温度镁砖的荷重软化温度比耐火度低得多，约为1500℃。镁砖的导热性较好,导温性差镁砖的热震稳定性较差水冷次数仅为2～3次。原因是热膨胀系数大而导温性较差，在温度发生急变时易产生较大的热应力；抗渣性与抗水化性

镁砖抗碱不抗酸铁酸镁、钙镁橄榄石的生成抗水化的能力低。因此，在任何情况下都要注意防水防潮。67耐火度方镁石的熔点高达2800℃。所以镁砖的耐火度也很高，镁砖是典型的碱性耐火材料，抵抗碱性炉渣侵蚀的能力强。镁砖因其高温性能好、抗碱性渣能力强，因而被广泛应用于钢铁工业的炼钢炉衬、铁合金炉、混铁炉；有色冶金工业炉，如炼铜、铅、锌、锡的炉衬；建材工业的石灰窑；玻璃工业蓄热室格子体和换热器；耐火材料工业的高温煅烧窑、竖窑及隧道窑等。68镁砖是典型的碱性耐火材料，抵抗碱性炉渣侵蚀的能力强。镁砖因其2镁铝砖镁铬砖配料中引入氧化铝或高铝矾土熟料或铬铁（Cr2O332~37%,FeO60～65％）高级耐火材料镁铝砖或镁铝尖晶石砖：（1）气孔率低（＜9％），体积密度大；（2）荷重软化温度1700～1750℃；（3）抗渣性较强，抗硅酸盐，含铁熔渣渗透能力强，优于镁砖；（4）耐热震性1300℃水冷循环6～13次。用于大型水泥回转窑，平板玻璃蓄热室、电炉炉顶、炉外精炼、钢包、大功率电弧炼钢炉、转炉及其它强化操作的热工设备。镁铬砖制品：耐火度较镁砖低。一般只有1850～1960℃，但荷软点、高温体积稳定、抗热震稳定性（25次）均比镁砖强，镁铬砖对碱性、酸性炉渣侵蚀都有较强的抵抗能力。广泛应用于冶金、化工、玻璃、水泥等行业。692镁铝砖镁铬砖配料中引入氧化铝或高铝矾土熟料或铬铁（Cr3镁碳砖

镁炭质耐火材料是上世纪七十年代兴起的、为了提高炼钢转炉炉衬寿命和电炉某些特殊部位用耐火材料的寿命，迅速发展和开发的含碳质耐火材料。迄今为止，镁炭砖已成为氧气炼钢转炉炉衬耐火材料的主体。我国从1976年开始研制，目前，制砖技术已趋于成熟。703镁碳砖镁炭质耐火材料是上世纪七十年代兴起的、为了提高炼镁碳砖

主要用于转炉、电炉、精炼炉

铝镁碳砖

主要用于条件苛刻的盛钢桶内衬，精炼包的熔池部位和包底部位3镁碳砖：氧气炼钢转炉炉衬耐火材料的主体71镁碳砖

主要用于转炉、电炉、精炼炉铝镁碳砖

主要用于条件苛制砖特点镁炭砖有烧成油浸镁炭砖和不烧镁炭砖两种制砖方法。前者制砖工艺比较复杂，很少采用，此处只简要叙述不烧镁炭砖的制砖工艺特点。72制砖特点72制造镁炭砖的原料是：优质烧结、电熔镁砂；石墨；酚醛树脂结合剂；抗氧化剂

①镁砂欲制造出高质量高强度的镁炭砖，需选择高纯镁砂(MgO)含量尽可能高，结晶发育良好。②石墨（1）耐高温（2）抗热震性能（3）化学稳定性和抗侵蚀能力③酚醛树脂结合剂与镁砂和石墨有良好的亲和性和粘性，容易把镁砂和石墨结合在一起，常温下有流动性易于在镁砂和石墨中铺开，热处理后能形成碳网络，可显著提高制品的强度和耐侵蚀性。

④抗氧化剂：Si、Al、Mg、SiC、B4C、B4N以及Al-Si、Al-Mg合金等。73制造镁炭砖的原料是：73镁炭砖的性质和应用镁炭砖的组成材料为氧化镁和炭，两者都具有很高的熔点，成分互不固熔，因此镁炭砖有较高的耐火度。镁炭砖是一种复合结构，其主要部分系采用对碱性渣抵抗能力强的氧化镁熟料和难于被炉渣润湿的碳，所以显示出优良的抗侵蚀性，尤其是抵抗熔渣渗透的能力强。由于炭形成网络骨架，石墨具有优良的耐热冲击性能。镁炭砖的高温导热系数大、热膨胀系数和弹性模量小，高温强度比较大，荷重软化温度高，热震稳定性好。镁炭砖还有较好的热态抗蠕变性。74镁炭砖的性质和应用镁炭砖的组成材料为氧化镁和炭，两者都具有很镁炭砖的应用

根据转炉各部位的工作条件，采用不同种类的镁炭砖，同时采用综合炉衬，与冶炼操作紧密配合等手段，使炉衬均衡蚀损，提高炉衬寿命。实践证明，镁炭砖用作炼钢转炉炉衬材料，效果非常好，低碳镁碳砖很有发展前途。镁炭砖还用在出钢口，其寿命大大提高，用作复吹转炉的供气砖及炉外精炼钢包渣线部位、电炉热点部位的衬体，都显示出特殊的优越性，是传统碱性耐火材料不可比的。镁炭砖使用中受到损坏的主要原因仍是氧化脱炭。如何制造能满足各种复杂工作条件的镁炭砖，增强镁炭砖的抗氧化能力和减缓氧化速度等，仍然是要继续深入研究的课题。75镁炭砖的应用75以白云石、镁砂、焦油沥青、石墨为主要原料，以CaO（40～60％）和MgO（30～40％）为主要成分的碱性耐火材料。白云石是由碳酸钙和碳酸镁组成的复盐，化学式为CaCO3·MgCO3。CaO具有较强的抗酸性渣的能力，CaO又具有独特的化学稳定性以及净化钢液的作用。镁钙砖抗渣蚀、耐剥落、对FeO、低钙硅比的炉渣有优异的抗侵蚀性，对钙硅比高的炉渣能形成坚固的挂渣层，可以抑制和减缓砖的氧化。

大量地应用到不锈钢和洁净钢等高级钢种的精炼设备上，并且以较快的速度发展。生产厂家不断增多，产品品种和产量不断增加，产品质量不断提高，应用领域不断扩大，使用效果越来越好。4镁钙碳砖耐火材料76以白云石、镁砂、焦油沥青、石墨为主要原料，以CaO（40～6第五节碳质耐火材料

77第五节碳质耐火材料77

一碳质耐火材料生产工艺1以焦炭、高温煅烧无烟煤、石墨等为原料，并加入一定量的冶金焦和石墨，以焦油、沥青、酚醛树脂等为结合剂，经过挤压、模压或振动成型后，生坯在焙烧炉中隔绝空气焙烧，焙烧后使用铣床及刨床进行机加工即为制品。2常见品种

：普通碳砖、微孔碳砖、自焙烧碳砖、热压碳砖等。78

一碳质耐火材料生产工艺1以焦炭、高温煅烧无碳砖1原料2性能3用途

以优质无烟煤(煅烧温度1250℃左右)为主要原料，并加入一定量的冶金焦和石墨，挤压成型后，生坯在1100℃以上焙烧炉中焙烧，焙烧后使用铣床及刨床进行机加工炭砖的耐火度高，导热性和导电性高，具有很好的抗渣性。而且热稳定性好，热胀系数低，高温强度高，耐高温，耐磨性好，耐各种酸、碱、盐和有机溶剂的侵蚀，但在氧化气氛中容易氧化。炭砖广泛应用于冶金工业普通高炉碳砖用于砌筑冶炼强度较低的容积为1000～2500m3的中型高炉。。高炉炭砖用量最大，许多高炉的炉底、炉缸和炉腰是用炭砖砌筑的；还用于铝电解槽，铁合金炉等。79碳砖1原料以优质无烟煤(煅烧温度1250℃左右)为主要原料微孔炭砖

1．原料2性能3用途

以高温(1500～2000℃)煅烧无烟煤为主要原料，加入少量的石墨粉和硅粉，以中温沥青为结合剂而制成的耐火材料制品。微孔炭砖不仅具有优良的常规性能，而且还具有良好的抗碱性、导热性、抗铁水熔蚀性、抗氧化性和抗铁水渗透性等使用性能。微孔炭砖主要应用在高炉上那些异常侵蚀区和环缝侵蚀严重的部位以及高炉其它薄弱环节处。80微孔炭砖1．原料以高温(1500～2000℃)煅烧无烟煤为高炉自焙炭砖

1．原料2性能3用途

自焙炭砖系采用高温煅烧烧无烟煤为骨料，以无烟煤和焦炭混合粉料为细粉，使用中温煤沥青作粘结剂，在一定温度下混捏均匀，并采用高频模压振动成型制成的。生产工艺简单；经过烘炉和高炉生产时的热量进行焙烧，可形成近于无缝整体炉衬，砖体自行致密；能够吸收炉衬升温时产生的温度应力，缓解了热应力对炉衬的破坏；自焙炭砖能在中小高炉普遍应用，并取得良好的技术经济效果。在大型高炉采用半石墨质自焙炭砖，能降低铁水熔融指数，提高热导率，提高抗碱侵蚀性能，增强抗氧化性能，改善耐冲刷磨损性能。81高炉自焙炭砖1．原料自焙炭砖系采用高温煅烧烧无烟煤为骨料，半石墨、石墨质炭砖

1．原料2性能3用途

采用高温电煅烧无烟煤为原料，电煅烧的温度可达到1500～2000℃，使无烟煤进入半石墨化状态；粉料，使用磨碎的石墨碎屑。导热性能有明显提高，而且抗碱金属盐类腐蚀能力也比普通炭砖好得多，有逐渐取代普通炭砖的趋势。半石墨质高炉炭砖用于砌筑强化冶炼高炉的炉底下部、炉缸上部。用于铝电解槽可以降低电耗、增加电解槽寿命，是一种优良的电解槽内衬材料。82半石墨、石墨质炭砖1．原料采用高温电煅烧无烟煤为原料，电煅高温模压炭砖1工艺特点2性能3用途

成型时采用通电热模加压方法成型，由于高温模压工艺的限制，这种炭砖尺寸较小，大约不超过500×250×120mm导热系数高，导电性好；良好的抗碱侵蚀性能；抗热震性、热冲击性好；低渗透性，孔隙度小，气孔封闭，吸水性能极弱，炭砖尺寸小，单块炭砖的温差小等特点；主要用于炉缸、炉腹、下炉身等部位。采用高温模压炭砖时需要独特的砌体设计及特制的粘结材料。83高温模压炭砖1工艺特点成型时采用通电热模加压方法成型，由于高

第六节不定形耐火材料是由骨料、细粉和结合剂混合而成的散状耐火材料。必要时可加入适量外加剂。它没有固定的外形，呈松散状、浆状或泥膏状，因而也称为散状耐火材料或耐火混凝土。工艺特点：不需加热直接使用。

84第六节不定形耐火材料是由骨料、细粉和结合剂混合而成的散一不定形耐火材料的组成1耐火骨料：是不定形耐火材料的骨架，对不定形耐火材料的高温性能起到决定性的作用。骨料也有粗颗粒和细颗粒之分。2掺合料：是粒度小于0.088mm的骨料及其它物料细磨粉。加入掺和料是为了提高不定形耐火材料的致密度、增加和易性、改善烧结性、提高构体的高温结构强度。3结合剂：是将骨料和细粉胶结在一起，它的种类和用量对不定形耐火材料的性能有重要影响。4外加剂：为改善不定形耐火材料的性能。种类较多，有促凝剂、缓凝剂、减水剂、矿化剂、和膨胀剂等。用量很少。

85一不定形耐火材料的组成1耐火骨料：是不定形耐火材料的骨架，二不定形耐火材料的分类1按所用耐火物料的材质可分为刚玉质、高铝质、粘土质、硅质、铝尖晶石质、镁质、碳化硅质、含碳质等不定形耐火材料。2根据在硬化过程中起主要作用的结合剂性质加以命名。如铝酸盐水泥结合、磷酸盐结合，硅酸钠结合等。3按施工方式分为：(1)耐火捣打料(2)耐火可塑料(3)耐火浇注料(4)耐火压入料(5)耐火喷涂料(6)砌筑接缝材料(7)耐火涂抹料(8)干式振动料86二不定形耐火材料的分类1按所用耐火物料的材质可分为刚玉质各种不定形耐火材料的主要特征种类定义和主要特征浇注料以粉粒状耐火材料与适当结合剂和水等配成，具有较高流动性的耐火材料。多以浇注或震实方式施工。结合剂多用水硬性铝酸钙水泥。包括轻质浇注料。可塑料由粉粒状耐火材料与粘土等结合剂和增素剂配成，呈泥膏状，在较长时间内具有较高可塑性的耐火材料。施工时可轻捣和压实，经加热获得强度。捣打料以粉粒状耐火材料与结合剂组成的松散耐火材料，以强力捣打方式施工。喷射料以喷射方式施工的不定形耐火材料，分湿法和干法施工两种，因主要用于涂层和修补其他炉衬，还分别称为喷涂料和喷补料。投射料以投射方式施工的不定形耐火材料。耐火泥由细粉状耐火物料和结合剂组成的不定形耐火材料。有普通耐火泥、气硬性耐火泥、水硬性耐火泥、热硬性耐火泥之分。加入适量液体制成的膏状和浆状混合料，常称为耐火泥膏、耐火泥浆或涂抹料。87各种不定形耐火材料的主要特征种类定义和主要特征浇注料以粉粒状不定型耐火材料的结合剂1耐火水泥：水硬性结合剂铝酸盐水泥（高铝水泥）、低钙铝酸盐水泥、纯铝酸钙水泥等。铝酸盐水泥中含CaO，其耐火性。水泥中Al2O3，其耐火性。2.水玻璃:气硬性结合剂化学式：Na2O·nSiO2或Na2O·nSiO2·XH2O。有固体和液体之分。3.磷酸及磷酸盐结合剂:热硬性结合剂磷酸与一些耐火材料接触后可反应生成酸式磷酸盐。磷酸铝结合剂只有在远高于常温的条件下（500℃左右）才能获得相当高的强度。

88不定型耐火材料的结合剂1耐火水泥：水硬性结合剂88耐火浇注料：1铝酸盐水泥耐火浇注料高铝水泥结合浇注料：最高使用温度为1400℃。铝-60水泥结合浇注料：最高使用温度约为1500℃纯铝酸钙水泥结合浇注料：最高使用温度为1800℃。低水泥超、低水泥浇注料：铝酸盐水泥耐火浇注料具有快硬高强和施工简便等特点，因此应用广泛。2轻质浇注料3自流浇注料89耐火浇注料：1铝酸盐水泥耐火浇注料89三不定形耐火材料的特点不定形耐火材料可以制成预制块使用或制成无接缝的整体构筑物，因此也称为整体耐火材料。

不定形耐火材料具有生产工艺简单、生产周期短、节约能源、适应性强、便于机械化施工等特点。缺点：不定形耐火材料与同种材质的耐火砖相比，荷重软化温度低，收缩较大，烘烤时间长。90三不定形耐火材料的特点不定形耐火材料可以制成预制块使用或四不定型耐火材料的应用

不定形耐火材料以其生产工艺流程短、节能等特性，十几年来发展迅猛，在许多场合替代定型耐火材料制品，在我国不定形耐火材料占耐火材料生产总量的约30％，并仍处于增长状态。不定形耐火材料广泛应用于冶金工业、机械工业、能源、化学工业和建筑材料工业的各种窑炉和热工构筑物。91四不定型耐火材料的应用91一轻质耐火材料的定义轻质耐火材料是指气孔率高，体积密度小，具有隔热性能，对热可起屏蔽作用的材料。轻质耐火材料，除了主要用在高于环境温度条件下防止热的流出损失外，还用于低于环境温度的条件下以防止热的流入。在前一种情况下使用时，常称为保温隔热材料；而在后一种情况下使用时则称为保冷材料。第七节轻质耐火材料92一轻质耐火材料的定义第七节轻质耐火材料92二轻质耐火材料的分类93二轻质耐火材料的分类93三轻质耐火材料的特性

（5）由于轻质隔热耐火材料中含有大量的气孔，比表面很大，使用时受热和在负荷(如自重)的作用下，易发生收缩变形并使隔热性能降低。

P为气孔率94三轻质耐火材料的特性P为气孔率94隔热耐火材料的组织结构示意图a-气相连续结构型，b-固相连续结构图，c-固相与气相都为连续结构图；1-固相，2-气相（气孔），3-纤维95隔热耐火材料的组织结构示意图95四轻质耐火材料的生产方法多孔材料法制造隔热耐火材料用泡沫法生产轻质砖用可燃物法生产轻质砖耐火纤维的生产?96四轻质耐火材料的生产方法多孔材料法制造隔热耐火材料?96耐火纤维的生产耐火纤维是纤维状的新型的耐火材料，它既具有一般纤维的特性，如柔软、高强度，可以加工成各种带、线、绳、毯、毡等，又具有普通纤维所没有的耐高温、耐腐蚀耐氧化的特性。通常的使用温度在1000℃以上。97耐火纤维的生产耐火纤维是纤维状的新型的耐火材料，它既具有一般1硅藻土制品硅藻土是一种天然的多孔性隔热材料的原料，主要由古代硅藻的遗体组成，一般硅藻土制品的使用温度一般在1000℃以下，因为高温时制品的收缩变形较大。

第五节常用轻质耐火材料981硅藻土制品第五节常用轻质耐火材料98

2膨胀珍珠岩制品

膨胀珍珠岩是由珍珠岩（SiO268％~75％，Al2O39％～14％，H2O3％～6％，及CaO、Fe2O3、MgO等杂质）经焙烧膨化处理后获得的一种白色多孔性轻质颗粒料，呈蜂窝状结构，孔壁很薄，气孔率很高，为一种超轻质高效保温隔热材料，并可作为防火、隔音等其它用途的材料。膨胀珍珠岩隔热材料的特点是绝热性能好、优良的耐热性能，耐酸碱侵蚀，无毒无害，吸湿率非常小，长期保存和使用不变质。膨胀珍珠岩隔热材料的使用温度范围很宽，既可作为中高温保温隔热材料，又可作为保冷材料，最高使用温度约为l000℃，最低使用温度可至－200℃。因此，膨胀珍珠岩隔热材料广泛用于冶金、石油、化工、电力、建筑和国防工业等部门的热工设备、制冷设备和冷藏工程的隔热。992膨胀珍珠岩制品993粉煤灰漂珠及其制品一般漂珠含SiO250％～60％，Al2O326％～30％，Fe2O33％～10％。

粉煤灰漂珠具有优良的耐热、隔热、耐蚀、绝缘等性能，是一种具有许多用途的原材料和填充材料。在节能工程方面，可作为隔热保温填料、轻质混凝土掺合料和制成漂珠轻质隔热制品等。漂珠隔热制品的使用寿命长、不老化、不脱落。从经济角度来看，漂珠隔热材料的原料来源丰富、生产工艺简单、能耗少，仅为传统的轻质砖的二分之一，耐火纤维的二十分之一。此外，生产漂珠隔热材料还有利于发电厂的粉煤灰的综合利用，减少环境污染。1003粉煤灰漂珠及其制品一般漂珠含SiO250％～60％，A4耐火氧化物空心球及其制品

它们通常是以纯氧化物为主要原料，于电弧炉中高温熔化，待熔体流出时以高压气流喷吹，冷却凝固后形成的直径为0.2～5mm的人造轻质球形颗粒料。在工业上应用最多的是氧化铝空心球和氧化锆空心球。氧化铝空心球制品和氧化锆空心球制品具有良好的耐火性能和较高的强度及隔热性能，可用作设备的工作衬，也可用作保温材料，用于高温窑衬，可节能30％左右。氧化铝空心球砖长期使用温度在1650~1800℃，ZrO2空心球砖长期使用温度2000～2300℃，常用于石化工业的气化炉、造气炉、炭黑反应炉、冶金工业的加热炉、耐火材料和陶瓷工业的烧结炉以及高温硬质合金的中频感应炉、石英玻璃熔融炉等。1014耐火氧化物空心球及其制品它们通常是以纯氧化物为主要原5各类耐火砖轻质粘土砖1200~1400℃多用可燃法制造，用途广泛;轻质高铝砖1350~1500℃泡沫法生产，耐热性能好，用于高温隔热；轻质刚玉砖1600~1800℃耐热性能好，使用温度高泡沫法生产，用于超高温炉隔热；轻质硅砖1220~1550℃荷重软化温度高，热稳定性好；镁质1600~1800℃耐热性能好，使用温度高；氧化锆质<2000℃泡沫法生产，用于超高温炉隔热；碳化硅质1300℃耐侵蚀性好，耐崩裂性好，高温强度大1025各类耐火砖轻质粘土砖1200~1400℃多用可燃法制6耐火纤维制品1036耐火纤维制品103各种纤维产品的性能纤维产品化学成分最高使用温度℃长期使用温度℃烧后收缩%高纯硅酸铝Al2O3：50％SiO2：48％13001100<4高铝质Al2O3：60~80%1400~15002.6(1500,8)

莫来石质Al2O3：68~70%13501.3(1500,6)氧化锆质ZrO2+Y2O3>99%>1650104各种纤维产品的性能纤维产品化学成分最高使用温度℃长期使用轻质材料的耐热性105轻质材料的耐热性105

第三章

钢铁冶金用耐火材料

106

现代钢铁生产的一般流程107现代钢铁生产的一般流程107第一节高炉炼铁用耐火材料高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁，从氧化物或矿物状态（如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4·TiO2等）还原为液态生铁。冶炼过程中，炉料（矿石、熔剂、焦炭）按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。从下部风口鼓入的高温热风与焦炭发生反应，产生的高温还原性煤气上升，并使炉料加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理化学变化，最后生成液态渣、铁聚集于炉缸，周期地从高炉排出。上升过程中，煤气流温度不断降低，成分逐渐变化，最后形成高炉煤气从炉顶排出。108第一节高炉炼铁用耐火材料高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦109109一高炉本体及主要构成密闭的高炉本体是冶炼生铁的主体设备。它是由耐火材料砌筑成竖式圆筒形，外有钢板炉壳加固密封，内嵌冷却设备保护。高炉内部工作空间的形状称为高炉内型。高炉内型从下往上分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五个部分，该容积总和为它的有效容积，反映高炉所具备的生产能力。110一高炉本体及主要构成密闭的高炉本体是冶炼生铁的主体设备。它二高炉内衬高炉内耐火材料砌筑的实体称为高炉内衬，其作用是形成高炉工作空间。由于高炉冶炼过程温度高且有复杂的物理化学反应发生，炉衬在冶炼过程中将受到侵蚀和破坏。炉衬被侵蚀到一定程度，就需要采取措施修补。停炉大修便是高炉一代寿命的终止。对高炉内衬的基本要求如下：各部位内衬与热流强度相适应，以保持在强热流冲击下内衬的稳定性。不同位置的耐火材料受侵蚀破坏机理不同，因此要求各部位内衬与侵蚀破损机理相适应，以延缓内衬破损速度。111二高炉内衬111112112高炉各部位使用的耐火材料炉喉受炉料下落时的撞击作用，用铸铁、铸钢保护板加以保护。炉身上部上部和中部温度较低（400～800℃）无炉渣形成和渣蚀危害。A破损原因①炉料在下降的过程中对内衬的冲击和磨损；②碱金属、锌蒸气和沉积炭的侵蚀；③带有大量粉尘高速煤气在上升过程中的冲刷。B对策由于此部分的温度较低，但要求机械强度好，气孔率低，所以采用高致密度的粘土砖，高铝砖。113高炉各部位使用的耐火材料炉喉113炉腰、炉身中下部（1400~1600℃）A破损原因

是高炉软熔带根部所在位置，这里温度高，但形不成渣皮或形不成稳定的渣皮“自我保护”。耐火材料经受剧烈的温度波动、初成渣的侵蚀、碱金属、锌的侵蚀、高温煤气流的冲刷、下降炉料的磨损、二氧化碳、水的氧化、一氧化碳的侵蚀等，要求耐火材料热震稳定性好、耐高温、抗碱性好、抗护渣侵蚀能力强、抗氧化、耐磨、导热性好。

B对策①选用导热性好、高温时耐磨性好、抗渣铁侵蚀能力强，特别是抗碱金属能力强的耐火砖，铝碳砖、SiC砖、Si3N4结合SiC砖、Sialon结合SiC砖、Sialon结合刚玉砖等

（不宜采用炭砖，因这一区域为CO2、CO反应温度区）；②加强冷却；114炉腰、炉身中下部（1400~1600℃）114炉腹1600~1650℃A损毁原因①炉腹距风口最近，耐热震性破坏大；②由于炉腹倾斜，受料柱压力和崩料、坐料的冲击力影响；③受渣铁水，高温煤气的冲刷、化学侵蚀和氧化作用。B对策①稳定造渣制度，减小炉腹角，抑制边缘气流过分发展；②加大冷却，现代大高炉有采用镶砖铜质冷却壁或插入冷却板。③耐火材料：具有抗压，抗折强度大，抗侵蚀、抗冲刷能力强、及热震稳定性强。刚玉砖、铝碳砖、热压半石墨碳砖、SiC砖、Si3N4结合SiC砖、Sialon结合SiC砖、Sialon结合刚玉砖。现在SiC系列砖表现出了较长的使用寿命。115炉腹1600~1650℃115炉底和炉缸：盛装铁水和熔渣的地方，并燃烧焦炭产生大量的煤气，为高炉还原制造初始条件。风口区温度在1700～2000℃，炉底一般在1450~1500℃.

A炉底部位内衬破损的主要原因

①在1400~1600℃液态渣铁的高温热力作用下，由于炉底砌体温度分布不均匀，导致砌体开裂；②在高温下，渣铁、碱金属会对砖衬产生化学侵蚀；③炉料重量的10～20％和液态渣铁、煤气的静压力作用；④铁水和炉渣在出铁时的流动对炉底产生冲刷作用；⑤开炉初期铁水与炉渣中氧化物、煤气中对炭砖的氧化。116炉底和炉缸：盛装铁水和熔渣的地方，并燃烧焦炭产生大量的煤气，B炉缸部位内衬破损的主要原因①炉缸下部是盛渣铁液的地方，周期地进行聚积和排出，所以渣铁的流动、炉内渣铁液面的升降，大量的煤气流等高温流体对炉衬的冲刷是主要的破坏因素；②高炉炉渣偏碱性而常用的耐火砖偏酸性，故在高温下化学性渣化，对炉缸砖衬是一个重要的破坏因素；③风口带是炉内最高温度区域，炉衬经常承受1800～2400℃的高温作用，发生蠕变，加上碱金属、锌侵蚀和渣铁冲刷，砖衬很易损坏，砖缝增大。

117B炉缸部位内衬破损的主要原因117C炉底炉缸部位炉衬抗破损的对策1热力学观点2耐火材料学解决Ⅰ采用抗铁水渗入和导热性好的耐火砖，优化炉底炉缸炉衬结构，改善炉底炉缸冷却；目前大型高炉普遍采用全炭砖炉底，其设计思想属“导热法”，炭砖抗铁水性和导热性，与炉底冷却相配合，向炉底传递更多的热量。普通碳砖，微孔超微孔碳砖、石墨碳砖等。Ⅱ加大死铁层高度Ⅲ高炉风口（刚玉莫来石砖、棕刚玉砖、或硅线石砖、热压炭砖）、渣口、出铁口区域采用大块异形组合砖砌筑，以保证砌体的稳定性和密闭性。Ⅳ在炭砖炉底、炉缸的内表面砌一层高铝砖。Ⅴ强化冷却，完善监测。Ⅵ搞好操作维护。

118C炉底炉缸部位炉衬抗破损的对策118耐火材料学解决陶瓷杯利用刚玉砖或刚玉莫来石炉衬的高荷重软化温度和较强的抗渣铁侵蚀性能以及低导热性，使高温等温线集中在刚玉或刚玉莫来石砖炉衬内。陶瓷杯起保温和保护炭砖的作用。炭砖的高导热性又可以将陶瓷杯输入的热量很快传导出去，从而达到提高炉衬寿命的目的。

119耐火材料学解决119陶瓷杯的优越性：①提高铁水温度；②易于复风操作；③防止铁水渗漏。由于1150℃等温线紧靠炉衬的内表面，并且由于耐火材料的膨胀缩小了砖缝，使铁水渗透有限，降低了炉缸烧穿的危险性。④碳砖脆化层消失120陶瓷杯的优越性：120高炉用耐火材料陶瓷质：粘土砖，高铝砖，刚玉砖，不定形耐火材料。炭质材料：炭砖，石墨炭砖，石墨碳化硅砖，氮结合碳化硅砖。121高炉用耐火材料121武钢新3号高炉炉衬结构示意图122武钢新3号122宝钢新1号高炉耐火材料使用情况123宝钢新1号高炉耐火材料使用情况123124124125125126126三炉体维护灌浆和压人泥料方法：在休风时从炉壳外钻孔插入喷嘴，用泥浆泵压入膏状耐火泥（马钢，以碳化硅为骨料，以树脂为结合剂）。喷补日本新日铁开发的热喷补机具，从炉顶深入炉内向炉衬喷补含钛矿护炉机理：还原TiO2Ti+N,CTiN,TiC

纯TiN熔化温度3150℃，纯TiC熔化温度2950℃，对炉缸，炉底起到保护作用。127三炉体维护127出铁沟及鱼雷罐车用耐火材料

氧化铝、碳化硅、碳素组成的耐火材料128出铁沟及鱼雷罐车用耐火材料

氧化铝、碳化硅、碳素组成的耐火材第二节热风炉用耐火材料热风炉：

热风炉是一种蓄热式的热交换器。作用:为高炉提供(1200℃以上)的热风；节约能源，降低焦比。基本工作原理：煤气在燃烧室燃烧，高温烟气通过蓄热式将格子砖加热，然后再将冷风通过炽热格子砖(1300~1400℃)，冷风被加热并送入高炉。有两个工作状态，加热和送风。高炉配有3～4座热风炉129第二节热风炉用耐火材料热风炉：热风炉是一种蓄热式的热交换一热风炉基本结构目前蓄热式热风炉根据燃烧室和蓄热室布置形式的不同，分为三种：内燃式热风炉（传统型、改进型）、外燃式热风炉和顶燃式热风炉。

130一热风炉基本结构目前蓄热式热风炉根据燃烧室和蓄热室布置形式传统内燃式热风炉炉墙起隔热作用并在高温下承载。一般由砌体（大墙，345mm耐火砖）、填料层、隔热层（65mm硅藻土砖）组成。在隔热层和大墙之间留有60～80mm的水渣－石棉层（30mm厚的硅铝纤维），以吸收膨胀和隔热。131传统内燃式热风炉131燃烧室燃烧煤气的空间，位于炉内一侧紧靠大墙。蓄热室是热风炉进行热交换的主体，由格子砖砌成。现在用的格子砖是块状穿孔砖，孔型有多种，较多的为五孔砖，七孔砖，如图所示。132燃烧室132133133拱顶是连接燃烧室和蓄热室的砌筑结构，为半球形。由于拱顶室热风炉温度最高的部位，必须选择优质耐火材料砌筑，并且要求绝对保温。支柱及炉箅子蓄热室的格子砖通过炉箅子支撑在支柱上，通常采用普通铸铁或耐热铸铁（镍0.4～0.8％，铬0.6～1.0％）。134134外燃式热风炉燃烧室和蓄热室分别在两个圆柱形壳体内，两个室的顶部以一定的方式连接起来。135外燃式热风炉135优点：①由于燃烧室单独存在于蓄热室之外，消除了隔墙，不存在由于隔墙受热不均匀而造成的砌体裂缝和倒塌，有利于强化燃烧，提高风温；②燃烧室、蓄热室、拱顶等部位砖衬可以单独膨胀和收缩，结构稳定性较内燃式热风炉好，可以承受高温作用；③燃烧室面积为圆形，当量直径大，有利于煤气燃烧。缺点：结构复杂，占地面积大，钢材和耐火材料消耗多，投资高（15～35％），应用于新建大型高炉。136优点：136顶燃式热风炉将煤气和空气直接引入拱顶空间内燃烧。优点：耐火材料工作负荷均匀，上部温度高，重量载荷小，下部重量载荷大，温度较低，即结构对称，稳定性好；气流分布均匀，效率高，适应高炉大型化的要求；节省钢材，耐火材料和占地面积。缺点：拱顶负荷重，结构复杂；137顶燃式热风炉将煤气和空气直接引入拱顶空间内燃烧。优点：耐火材二热风炉用耐火材料及特性内燃式热风炉的拱顶和隔墙易破损，外燃式热风炉的燃烧室和蓄热室拱顶及连接通道容易破损。炉衬破损机理：

热应力作用：炉顶温度1500℃，加热和送风时炉衬经常处于急冷和急热中，砌体出现剥落和开裂化学侵蚀：炉气中的碱性氧化物及氧化铁和氧化锌日积月累导致炉衬受损机械载荷作用：热风炉高度为30～50m,承受机械荷重和高温双重作用压力作用：风压的交替变换给砌体很大的推力，易使砌体倾斜、开裂和松动138二热风炉用耐火材料及特性热应力作用：炉顶温度1500℃，加1炉顶

要求抗热震性好和抗蠕变性好。使用硅砖和低蠕变高铝砖，刚玉砖。粘土隔热砖。2大墙

上部低蠕变高铝砖，下部高铝砖和粘土砖。3隔墙

上部用低蠕变高铝砖或硅砖，下部用高铝或粘土砖4蓄热室格子砖和耐火球

要求具有较好的高温体积稳定性、耐侵蚀性及抗蠕变性上部硅砖、低蠕变高密度高铝砖；中下部高铝质或粘土质；刚玉球1391炉顶要求抗热震性好和抗蠕变性好。使用硅砖和低蠕变高铝砖第三节焦炉用耐火材料现代炼焦炉由炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道区、炉顶、基础、烟道等组成。

140第三节焦炉用耐火材料140一焦炉工作的基本流程炭化室中煤料在隔绝空气条件下将煤加热到950～1100℃变成焦炭和其它副产品。一座焦炉有几十个炭化室和燃烧室相间配置，用耐火材料隔开。每个燃烧室有20～30个立火道。来自蓄热室的经过预热的煤气（高热值煤气不预热）和空气在立火道底部相遇燃烧，从侧面向炭化室提供热量。蓄热室位于焦炉的下部，利用高温废气来预热加热用的煤气和空气。斜道区是连接蓄热室和燃烧室的斜通道。炭化室、燃烧室以上的炉体称炉顶。141一焦炉工作的基本流程炭化室中煤料在隔绝空气条件下将煤加热到二焦炉用耐火材料一座焦炉的寿命一般为25～30年，所用耐火材料主要为硅砖、黏土砖、高铝砖。1炭化室与燃烧室的隔墙

隔墙起到传递热量而隔绝炉气并支撑荷重的作用。要求：承受温度波动：炭化室一侧表面温度：500℃～1250℃；燃烧室一侧温度波动于1200～1450℃；

承受推焦磨损；隔墙气密性好：高温下不透气、不发生收缩变形，制品形状规整、尺寸准确；经受化学侵蚀和煤气的分解与炭素的沉积，

142二焦炉用耐火材料一座焦炉的寿命一般为25