第1章 耐火材料的組成與性質(zhì)-熱能

1、省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 作業(yè)題作業(yè)題（自選自選5個題目，上交作業(yè)時，請按學(xué)號次序排好個題目，上交作業(yè)時，請按學(xué)號次序排好）：）： 1、耐火材料的定義，決定耐火材料性質(zhì)的三個基本因素。、耐火材料的定義，決定耐火材料性質(zhì)的三個基本因素。 2、耐火材料在高溫下?lián)p毀的原因有哪些？、耐火材料在高溫下?lián)p毀的原因有哪些？ 2、耐火材料按化學(xué)屬性分類時分為哪三類，各包括哪些耐火材料？、耐火材料按化學(xué)屬性分類時分為哪三類，各包括哪些耐火材料？ 3、耐火材料的性質(zhì)主要包括哪些。、耐火材料的性質(zhì)主要包括哪些。 4、耐火材料礦物組成分類，哪部分先被侵蝕？、耐火材料礦物組成分類，哪部分先被侵蝕？ 5、耐火

2、材料骨料和基質(zhì)有哪兩種結(jié)合形態(tài)，各有何特點(diǎn)？、耐火材料骨料和基質(zhì)有哪兩種結(jié)合形態(tài)，各有何特點(diǎn)？ 6、什么是氣孔率、顯氣孔率、閉氣孔率和吸水率？、什么是氣孔率、顯氣孔率、閉氣孔率和吸水率？ 7、什么是體積密度、真密度和真比重？、什么是體積密度、真密度和真比重？ 8、什么是熱膨脹，表示方法有哪些，有何實(shí)際意義？、什么是熱膨脹，表示方法有哪些，有何實(shí)際意義？ 9、什么是耐火材料的力學(xué)性能，包括哪些？、什么是耐火材料的力學(xué)性能，包括哪些？ 10、什么是耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、高溫蠕變性能、什么是耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、高溫蠕變性能 11、什么是耐火度，其與熔點(diǎn)的區(qū)別是什么，影響耐火度的主要因素是什么？、什么是

3、耐火度，其與熔點(diǎn)的區(qū)別是什么，影響耐火度的主要因素是什么？ 12、什么是高溫荷重軟化溫度，影響它的因素有哪些，通常所說的荷重軟化點(diǎn)指什么？、什么是高溫荷重軟化溫度，影響它的因素有哪些，通常所說的荷重軟化點(diǎn)指什么？ 13、什么是高溫體積穩(wěn)定性，重?zé)€變化？、什么是高溫體積穩(wěn)定性，重?zé)€變化？ 14、一般材料的重?zé)际鞘湛s的，為什么在砌筑窯爐等熱工設(shè)備時還要留膨脹縫？、一般材料的重?zé)际鞘湛s的，為什么在砌筑窯爐等熱工設(shè)備時還要留膨脹縫？ 15、什么是熱震穩(wěn)定性，一般認(rèn)為材料具備什么性能時有較好的熱震穩(wěn)定性？、什么是熱震穩(wěn)定性，一般認(rèn)為材料具備什么性能時有較好的熱震穩(wěn)定性？ 16、什么是抗渣蝕性能，

4、熔渣侵蝕機(jī)理有哪幾種方式？、什么是抗渣蝕性能，熔渣侵蝕機(jī)理有哪幾種方式？ 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 桑紹柏桑紹柏 段紅娟段紅娟 武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 耐火材料可用作高溫窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料耐火材料可用作高溫窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料 以及工業(yè)用的高溫容器和部件，能承受在其中進(jìn)行的以及工業(yè)用的高溫容器和部件，能承受在其中進(jìn)行的 各種物理化學(xué)變化及機(jī)械作用；是冶金、玻璃、水泥、各種物理化學(xué)變化及機(jī)械作用；是冶金、玻璃、水泥、 陶瓷、機(jī)械熱加工、石油化工、動力和國防工業(yè)等高陶瓷、機(jī)械熱加工、石油化工、動力和國防工業(yè)等

5、高 溫工業(yè)所必須的重要基礎(chǔ)材料。溫工業(yè)所必須的重要基礎(chǔ)材料。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 本課程介紹常用耐火材料的基本性能，應(yīng)用范圍本課程介紹常用耐火材料的基本性能，應(yīng)用范圍 以及易懂的生產(chǎn)工藝與原料知識。以及易懂的生產(chǎn)工藝與原料知識。 這門課程是從事耐火材料生產(chǎn)、研究、應(yīng)用和貿(mào)這門課程是從事耐火材料生產(chǎn)、研究、應(yīng)用和貿(mào) 易的人員的必修之課，其重要性不言而喻。易的人員的必修之課，其重要性不言而喻。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 緒緒 論論 一、耐火材料的定義一、耐火材料的定義 傳統(tǒng)的定義：耐火度不小于傳統(tǒng)的定義：耐火度不小于15801580的無機(jī)非金屬材料；的無機(jī)非金屬材料；

6、 ISO ISO的定義：化學(xué)與物理性質(zhì)允許其在高溫環(huán)境下使用的非的定義：化學(xué)與物理性質(zhì)允許其在高溫環(huán)境下使用的非 金屬（并不排除含有一定比例的金屬）材料與產(chǎn)品。金屬（并不排除含有一定比例的金屬）材料與產(chǎn)品。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 二、耐火材料的分類二、耐火材料的分類 耐火材料品種繁多、用途各異，有必要對耐火材料耐火材料品種繁多、用途各異，有必要對耐火材料 進(jìn)行科學(xué)分類，以便于科學(xué)研究、合理選用和管理。耐火進(jìn)行科學(xué)分類，以便于科學(xué)研究、合理選用和管理。耐火 材料的分類方法很多，其中主要有化學(xué)屬性分類法、化學(xué)材料的分類方法很多，其中主要有化學(xué)屬性分類法、化學(xué) 礦物組成分類法、生產(chǎn)工

7、藝分類法、材料形態(tài)分類法等多礦物組成分類法、生產(chǎn)工藝分類法、材料形態(tài)分類法等多 種方法。種方法。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 1 1、按供貨形態(tài)分類、按供貨形態(tài)分類 定型制品：燒成磚、不燒磚；定型制品：燒成磚、不燒磚； 不定形耐火材料（散狀料）：澆注料、搗打料等。不定形耐火材料（散狀料）：澆注料、搗打料等。 標(biāo)普型：標(biāo)普型：230mm230mm113mm113mm65mm65mm； 不多于不多于4 4個量尺，（尺寸比）個量尺，（尺寸比）Max:Min4:1Max:Min4:1； 異異 型：不多于型：不多于2 2個凹角，（尺寸比）個凹角，（尺寸比）Max:Min6:1Max:Min6:

8、1； 或有一個或有一個50507070的銳角；的銳角； 特異型：（尺寸比）特異型：（尺寸比） Max:Min8:1Max:Min8:1； 或不多于或不多于4 4個凹角；或有一個個凹角；或有一個30305050的銳角。的銳角。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 按化學(xué)屬性分類對于了解耐火材料的化學(xué)性質(zhì)，判斷耐按化學(xué)屬性分類對于了解耐火材料的化學(xué)性質(zhì)，判斷耐 火材料在實(shí)際使用過程中與接觸物之間的化學(xué)作用情況具有火材料在實(shí)際使用過程中與接觸物之間的化學(xué)作用情況具有 重要意義。重要意義。 2. 按化學(xué)性質(zhì)分類按化學(xué)性質(zhì)分類 耐火材料在使用過程中除承受高溫作用外，往往伴隨著耐火材料在使用過程中除承受

9、高溫作用外，往往伴隨著 熔渣（液態(tài)）及氣體等化學(xué)侵蝕。為了保證耐火材料在使用熔渣（液態(tài)）及氣體等化學(xué)侵蝕。為了保證耐火材料在使用 中有足夠的抵抗侵蝕介質(zhì)侵蝕能力，中有足夠的抵抗侵蝕介質(zhì)侵蝕能力，選用的耐火材料的化學(xué)選用的耐火材料的化學(xué) 屬性應(yīng)與侵蝕介質(zhì)的化學(xué)屬性相同或接近。屬性應(yīng)與侵蝕介質(zhì)的化學(xué)屬性相同或接近。 耐火材料按化學(xué)屬性大致可分為酸性耐火材料、中性耐耐火材料按化學(xué)屬性大致可分為酸性耐火材料、中性耐 火材料、堿性耐火材料。火材料、堿性耐火材料。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （1）酸性耐火材料）酸性耐火材料 通常是指其中含有相當(dāng)數(shù)量通常是指其中含有相當(dāng)數(shù)量二氧化硅二氧化硅的耐火

10、材料。的耐火材料。 硅質(zhì)硅質(zhì)耐火材料中游離二氧化硅含量很高耐火材料中游離二氧化硅含量很高(大于大于93%)，是，是 酸性最強(qiáng)的耐火材料；酸性最強(qiáng)的耐火材料； 粘土質(zhì)粘土質(zhì)耐火材料中游離二氧化硅含量較少，是弱酸性的；耐火材料中游離二氧化硅含量較少，是弱酸性的； 半硅質(zhì)半硅質(zhì)耐火材料居于期間。也有將鋯英石質(zhì)耐火材料歸耐火材料居于期間。也有將鋯英石質(zhì)耐火材料歸 入酸性耐火材料的，因?yàn)榇祟惒牧现泻休^高的入酸性耐火材料的，因?yàn)榇祟惒牧现泻休^高的SiO2或在高或在高 溫狀態(tài)下能形成溫狀態(tài)下能形成SiO2。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （2）中性耐火材料）中性耐火材料 中性耐火材料按嚴(yán)格意義講

11、是指中性耐火材料按嚴(yán)格意義講是指碳質(zhì)碳質(zhì)耐火材料。但通常耐火材料。但通常 也將以三價氧化物為主體的高鋁質(zhì)、剛玉質(zhì)、鋯剛玉質(zhì)、鉻也將以三價氧化物為主體的高鋁質(zhì)、剛玉質(zhì)、鋯剛玉質(zhì)、鉻 質(zhì)耐火材料歸入中性耐火材料（兩性氧化物如質(zhì)耐火材料歸入中性耐火材料（兩性氧化物如Al2O3、Cr2O3 等）。等）。 此類耐火材料在高溫狀況下對酸、堿性介質(zhì)的化學(xué)侵蝕此類耐火材料在高溫狀況下對酸、堿性介質(zhì)的化學(xué)侵蝕 都具有一定的穩(wěn)定性，尤其對弱酸、弱堿的侵蝕具有較好的都具有一定的穩(wěn)定性，尤其對弱酸、弱堿的侵蝕具有較好的 抵抗能力。抵抗能力。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （3）堿性耐火材料）堿性耐火材料 一般

12、是指以一般是指以MgO、CaO或以或以MgOCaO為主要成分的耐為主要成分的耐 火材料（鎂質(zhì)、石灰質(zhì)、鎂鉻質(zhì)、鎂硅質(zhì)、白云石質(zhì)耐火制火材料（鎂質(zhì)、石灰質(zhì)、鎂鉻質(zhì)、鎂硅質(zhì)、白云石質(zhì)耐火制 品及其不定形材料）。品及其不定形材料）。 這類耐火材料的耐火度都比較高，對堿性介質(zhì)的化學(xué)侵這類耐火材料的耐火度都比較高，對堿性介質(zhì)的化學(xué)侵 蝕具有較強(qiáng)的抵抗能力。蝕具有較強(qiáng)的抵抗能力。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 3. 按化學(xué)礦物組成分類按化學(xué)礦物組成分類 此種分類法能夠很直接地表征各種耐火材料的基本組此種分類法能夠很直接地表征各種耐火材料的基本組 成和特性，在生產(chǎn)、使用、科研上是常見的分類法，具有成

13、和特性，在生產(chǎn)、使用、科研上是常見的分類法，具有 較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用意義。較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用意義。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （1）硅質(zhì)耐火材料）硅質(zhì)耐火材料 含含SiO2在小于在小于93%但大于但大于85%的材料通常稱為硅質(zhì)耐火的材料通常稱為硅質(zhì)耐火 材料材料，主要包括硅磚及熔融石英制品。，主要包括硅磚及熔融石英制品。含含SiO2在大于在大于93%的的 材料成為硅石耐火材料。硅磚以硅石為主要原料生產(chǎn)，其材料成為硅石耐火材料。硅磚以硅石為主要原料生產(chǎn)，其 SiO2含量一般不低于含量一般不低于93%，主要礦物組成為磷石英和方石英，主要礦物組成為磷石英和方石英。 （2）鎂質(zhì)耐火材料）鎂質(zhì)耐火材

14、料 鎂質(zhì)耐火材料是指以鎂砂為主要原料，以方鎂石為主晶鎂質(zhì)耐火材料是指以鎂砂為主要原料，以方鎂石為主晶 相，相，MgO含量大于含量大于80%的堿性耐火材料。的堿性耐火材料。 鎂質(zhì)制品：鎂質(zhì)制品： MgO含量含量87%，主要礦物為方鎂石。，主要礦物為方鎂石。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （3）白云石質(zhì)耐火材料）白云石質(zhì)耐火材料 以天然白云石為主要原料生產(chǎn)的堿性耐火材料稱為白以天然白云石為主要原料生產(chǎn)的堿性耐火材料稱為白 云石質(zhì)耐火材料。云石質(zhì)耐火材料。主要化學(xué)成分為：主要化學(xué)成分為：30-42%的的MgO和和40- 60%的的CaO，二者之和一般應(yīng)大于，二者之和一般應(yīng)大于90%。其主要礦

15、物成分。其主要礦物成分 為方鎂石和方鈣石（氧化鈣）。為方鎂石和方鈣石（氧化鈣）。 （4）碳復(fù)合耐火材料）碳復(fù)合耐火材料 碳復(fù)合耐火材料是指以不同形態(tài)的碳素材料與相應(yīng)碳復(fù)合耐火材料是指以不同形態(tài)的碳素材料與相應(yīng) 的耐火氧化物復(fù)合生產(chǎn)的耐火材料。的耐火氧化物復(fù)合生產(chǎn)的耐火材料。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （5）含鋯耐火材料）含鋯耐火材料 含鋯耐火材料是指以氧化鋯（含鋯耐火材料是指以氧化鋯（ZrO2）、鋯英石等含鋯）、鋯英石等含鋯 材料為原料生產(chǎn)的耐火材料。含鋯耐火材料制品通常包括材料為原料生產(chǎn)的耐火材料。含鋯耐火材料制品通常包括 鋯英石制品、鋯莫來石制品、鋯剛玉制品等。鋯英石制品、鋯莫

16、來石制品、鋯剛玉制品等。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （6）特種耐火材料）特種耐火材料 特種耐火材料又可分為如下品種：特種耐火材料又可分為如下品種： 碳質(zhì)制品：包括碳磚和石墨制品；碳質(zhì)制品：包括碳磚和石墨制品； 純氧化物制品：包括氧化鋁制品、氧化鋯制品、氧化鈣純氧化物制品：包括氧化鋁制品、氧化鋯制品、氧化鈣 制品等；制品等； 非氧化物制品：包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、非氧化物制品：包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、 硼化鋯、硼化鈦、塞倫硼化鋯、硼化鈦、塞倫(Sialon）、阿倫）、阿倫(Alon)制品等。制品等。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 按生產(chǎn)工藝，可分為燒成

17、制品、熔鑄制品和不燒制品按生產(chǎn)工藝，可分為燒成制品、熔鑄制品和不燒制品. 4. 其他分類方法其他分類方法 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 5000年前出現(xiàn)了陶器；年前出現(xiàn)了陶器； 2000年前有了瓷器；年前有了瓷器； 后來，天然的原料開始使用，如硅線石磚；后來，天然的原料開始使用，如硅線石磚； 1637年，石墨粘土坩鍋投入使用。年，石墨粘土坩鍋投入使用。 隨著鋼鐵冶煉技術(shù)的發(fā)展，耐火材料不斷功能化，隨著鋼鐵冶煉技術(shù)的發(fā)展，耐火材料不斷功能化， 技術(shù)水平不斷提升。技術(shù)水平不斷提升。 三、耐火材料的發(fā)展三、耐火材料的發(fā)展 歷史悠久歷史悠久 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 四四. .中國

18、耐火材料工業(yè)的發(fā)展與現(xiàn)狀中國耐火材料工業(yè)的發(fā)展與現(xiàn)狀 解放前僅有少量的耐火材料工廠，生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)解放前僅有少量的耐火材料工廠，生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì) 量低，嚴(yán)重依賴進(jìn)口；量低，嚴(yán)重依賴進(jìn)口； 計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時代中國耐火材料由計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時代中國耐火材料由33家重點(diǎn)企業(yè)生產(chǎn)，家重點(diǎn)企業(yè)生產(chǎn)， 實(shí)現(xiàn)部分自給；實(shí)現(xiàn)部分自給； 改革開放以后，隨著鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展，耐火材料改革開放以后，隨著鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展，耐火材料 行業(yè)快速發(fā)展起來；行業(yè)快速發(fā)展起來；2006年統(tǒng)計(jì)，全國年統(tǒng)計(jì)，全國 有有1505家耐火材料家耐火材料 生產(chǎn)企業(yè)；耐火材料生產(chǎn)品種齊全，產(chǎn)量世界第一，部分生產(chǎn)企業(yè)；耐火材料生產(chǎn)品種齊全，產(chǎn)量世界第

19、一，部分 產(chǎn)品出口。產(chǎn)品出口。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 q鋼鐵工業(yè)的競爭日趨激烈，耐火材料生產(chǎn)廠家面臨更大鋼鐵工業(yè)的競爭日趨激烈，耐火材料生產(chǎn)廠家面臨更大 的成本壓力；的成本壓力； q潔凈鋼的生產(chǎn)對耐火材料提出了更高的要求，除了要求潔凈鋼的生產(chǎn)對耐火材料提出了更高的要求，除了要求 長壽以外，還要求對鋼水無污染；長壽以外，還要求對鋼水無污染； q中國耐火材料企業(yè)的研發(fā)力量有待加強(qiáng)。不能僅僅作為中國耐火材料企業(yè)的研發(fā)力量有待加強(qiáng)。不能僅僅作為 一個加工基地；一個加工基地； q應(yīng)注意可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。如：礦山的管理、耐火材料的應(yīng)注意可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。如

20、：礦山的管理、耐火材料的 回收利用、環(huán)境友好耐火材料的使用?；厥绽?、環(huán)境友好耐火材料的使用。 存在的問題和今后的發(fā)展方向存在的問題和今后的發(fā)展方向 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 定義和概念；定義和概念； 不同耐火材料制品的組成、性能和相關(guān)檢測方法；不同耐火材料制品的組成、性能和相關(guān)檢測方法； 不同品種的耐火材料生產(chǎn)的工藝要點(diǎn)和流程；不同品種的耐火材料生產(chǎn)的工藝要點(diǎn)和流程； 相關(guān)的物理化學(xué)原理；相關(guān)的物理化學(xué)原理； 耐火材料損毀機(jī)理及提高耐火材料質(zhì)量的途徑。耐火材料損毀機(jī)理及提高耐火材料質(zhì)量的途徑。 學(xué)習(xí)這門課程要了解和掌握的主要內(nèi)容：學(xué)習(xí)這門課程要了解和掌握的主要內(nèi)容： 省部共建耐火

21、材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 這門課程要求嚴(yán)格喲！這門課程要求嚴(yán)格喲！ 平時成績平時成績30 出勤、作業(yè)、測試出勤、作業(yè)、測試 期末考試成績期末考試成績70 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 第一章第一章 耐火材料的組成與性質(zhì)耐火材料的組成與性質(zhì) 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 1.1 前言前言 耐火材料是構(gòu)筑熱工設(shè)備的高溫結(jié)構(gòu)材料，面臨：耐火材料是構(gòu)筑熱工設(shè)備的高溫結(jié)構(gòu)材料，面臨： 承受高溫作用承受高溫作用；機(jī)械應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力；熱應(yīng)力熱應(yīng)力；高溫氣體高溫氣體、熔體以及熔體以及 固體介質(zhì)的侵蝕、沖刷、磨損固體介質(zhì)的侵蝕、沖刷、磨損。 耐火材料的質(zhì)量取決于其性質(zhì)，為了保證熱工設(shè)備的正耐火材料

22、的質(zhì)量取決于其性質(zhì)，為了保證熱工設(shè)備的正 常運(yùn)行，所選用的耐火材料必須具備能夠滿足和適應(yīng)各種使用常運(yùn)行，所選用的耐火材料必須具備能夠滿足和適應(yīng)各種使用 環(huán)境和操作條件。環(huán)境和操作條件。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 耐火材料的性質(zhì)耐火材料的性質(zhì) 耐火材料的性質(zhì)主要包括化學(xué)耐火材料的性質(zhì)主要包括化學(xué)-礦物組成、組織結(jié)構(gòu)、礦物組成、組織結(jié)構(gòu)、 力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)及高溫使用性質(zhì)等。力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)及高溫使用性質(zhì)等。 根據(jù)這些性質(zhì)可以預(yù)測耐火材料在高溫環(huán)境下的使用情根據(jù)這些性質(zhì)可以預(yù)測耐火材料在高溫環(huán)境下的使用情 況。耐火材料所具有的各種性質(zhì)是熱工設(shè)備選擇結(jié)構(gòu)材料況。耐火材料所具有的各種性質(zhì)

23、是熱工設(shè)備選擇結(jié)構(gòu)材料 的重要依據(jù)。的重要依據(jù)。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 耐火材料的耐火材料的化學(xué)成分化學(xué)成分、礦物組成礦物組成及及微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)決決 定了耐火材料的性質(zhì)。定了耐火材料的性質(zhì)。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 1.2 耐火材料的化學(xué)耐火材料的化學(xué)-礦物組成礦物組成 （1）化學(xué)組成）化學(xué)組成 化學(xué)組成是耐火材料最基本的特性，是決定耐火材料的化學(xué)組成是耐火材料最基本的特性，是決定耐火材料的 物相組成以及很多重要性質(zhì)如抗渣侵蝕性能、耐高溫性能、物相組成以及很多重要性質(zhì)如抗渣侵蝕性能、耐高溫性能、 力學(xué)性能等的重要基礎(chǔ)。通常將耐火材料的化學(xué)組成按各個力學(xué)性能等的重

24、要基礎(chǔ)。通常將耐火材料的化學(xué)組成按各個 成分含量的多少及作用分為以下幾類：成分含量的多少及作用分為以下幾類： 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 主成分主成分 是指在耐火材料中對材料的性質(zhì)起決定作用并是指在耐火材料中對材料的性質(zhì)起決定作用并 構(gòu)成耐火基體的成分構(gòu)成耐火基體的成分。 耐火材料按其主成分的化學(xué)性質(zhì)可分為耐火材料按其主成分的化學(xué)性質(zhì)可分為酸性耐火材料、酸性耐火材料、 中性耐火材料和堿性耐火材料中性耐火材料和堿性耐火材料。 雜質(zhì)成分雜質(zhì)成分 耐火材料中由原料及加工過程中帶入的耐火材料中由原料及加工過程中帶入的非主要非主要 成分的化學(xué)物質(zhì)成分的化學(xué)物質(zhì)（氧化物、化合物等）稱為雜質(zhì)。（氧

25、化物、化合物等）稱為雜質(zhì)。 雜質(zhì)的存在往往能與主要成分在高溫下發(fā)生反應(yīng)，生成雜質(zhì)的存在往往能與主要成分在高溫下發(fā)生反應(yīng)，生成 低熔性物質(zhì)或形成大量的液相，從而降低耐火材料基體的耐低熔性物質(zhì)或形成大量的液相，從而降低耐火材料基體的耐 火性能?；鹦阅?。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 添加成分添加成分 耐火材料的化學(xué)組成中除主要成分和雜質(zhì)成耐火材料的化學(xué)組成中除主要成分和雜質(zhì)成 分外有時為了制作工藝的需要或改善某些性能往往分外有時為了制作工藝的需要或改善某些性能往往人為地加人為地加 入少量的添加成分入少量的添加成分，引入添加成分的物質(zhì)稱為添加劑。按照，引入添加成分的物質(zhì)稱為添加劑。按照 添加

26、劑的目的和作用不同可分為礦化劑、穩(wěn)定劑、促燒劑等。添加劑的目的和作用不同可分為礦化劑、穩(wěn)定劑、促燒劑等。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （2）礦物組成）礦物組成 耐火材料一般說來是一個多相組成體，其礦物組成取耐火材料一般說來是一個多相組成體，其礦物組成取 決于耐火材料的化學(xué)組成和生產(chǎn)工藝條件。決于耐火材料的化學(xué)組成和生產(chǎn)工藝條件。礦物組成可分礦物組成可分 為兩大類：結(jié)晶相與玻璃相，其中結(jié)晶相又分為主晶相和為兩大類：結(jié)晶相與玻璃相，其中結(jié)晶相又分為主晶相和 次晶相。次晶相。 主晶相主晶相是指構(gòu)成耐火制品結(jié)構(gòu)的主體而且熔點(diǎn)較高的結(jié)是指構(gòu)成耐火制品結(jié)構(gòu)的主體而且熔點(diǎn)較高的結(jié) 晶相。主晶相的性

27、質(zhì)、數(shù)量、結(jié)合狀態(tài)直接決定著耐火制晶相。主晶相的性質(zhì)、數(shù)量、結(jié)合狀態(tài)直接決定著耐火制 品的性質(zhì)。品的性質(zhì)。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 次晶相次晶相又稱第二固相，是在高溫下與主晶相共存的第又稱第二固相，是在高溫下與主晶相共存的第 二晶相。二晶相。 如鎂鉻磚中與方鎂石并存的鉻尖晶石，鎂鋁磚中的鎂如鎂鉻磚中與方鎂石并存的鉻尖晶石，鎂鋁磚中的鎂 鋁尖晶石，鎂鈣磚中的硅酸二鈣，鎂硅磚中的鎂橄欖石等。鋁尖晶石，鎂鈣磚中的硅酸二鈣，鎂硅磚中的鎂橄欖石等。 次晶相也是熔點(diǎn)較高的晶體，它的存在可以提高耐火制品次晶相也是熔點(diǎn)較高的晶體，它的存在可以提高耐火制品 中固相間的直接結(jié)合，同時可以改善制品的某

28、些特定的性中固相間的直接結(jié)合，同時可以改善制品的某些特定的性 能。如：高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及抗熔渣滲透、侵蝕的能力。能。如：高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及抗熔渣滲透、侵蝕的能力。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 1.3 耐火材料的組織結(jié)構(gòu)耐火材料的組織結(jié)構(gòu) 耐火材料是由耐火材料是由固相固相（包括結(jié)晶相與玻璃相）和（包括結(jié)晶相與玻璃相）和氣孔氣孔兩兩 部分構(gòu)成的非均質(zhì)體。部分構(gòu)成的非均質(zhì)體。 耐火材料是由耐火材料是由顆粒（也稱顆粒（也稱“骨料骨料”）和和基質(zhì)基質(zhì)組成的非組成的非 均質(zhì)體。均質(zhì)體。 它們之間的相對數(shù)量及其分布和結(jié)合形態(tài)構(gòu)成了耐火材它們之間的相對數(shù)量及其分布和結(jié)合形態(tài)構(gòu)成了耐火材 料的顯微結(jié)構(gòu)。料

29、的顯微結(jié)構(gòu)。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)耐火材料的顯微結(jié)構(gòu) 11顆粒（骨料），顆粒（骨料），22基質(zhì)，基質(zhì)，33氣孔氣孔 44晶粒，晶粒，55晶界，晶界，66裂紋裂紋 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 基質(zhì)基質(zhì)，是存在于顆粒之間的各物相之總稱，也稱為結(jié)，是存在于顆粒之間的各物相之總稱，也稱為結(jié) 合相?；|(zhì)的組成和形態(tài)對耐火制品的高溫性質(zhì)和抗侵蝕合相。基質(zhì)的組成和形態(tài)對耐火制品的高溫性質(zhì)和抗侵蝕 性能起著決定性的影響。性能起著決定性的影響。 基質(zhì)對于主晶相而言是制品的相對薄弱之處。基質(zhì)對于主晶相而言是制品的相對薄弱之處。 為了提高耐火制品的使用壽命，在生產(chǎn)實(shí)踐中

30、，往往為了提高耐火制品的使用壽命，在生產(chǎn)實(shí)踐中，往往 采取調(diào)整和改變制品的基質(zhì)組成的工藝措施，來改善和提采取調(diào)整和改變制品的基質(zhì)組成的工藝措施，來改善和提 高耐火制品的性質(zhì)。高耐火制品的性質(zhì)。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 圖圖1-1 1-1 硅酸鹽結(jié)合與直接結(jié)合顯微結(jié)構(gòu)示意圖硅酸鹽結(jié)合與直接結(jié)合顯微結(jié)構(gòu)示意圖 耐火材料骨料與基質(zhì)的結(jié)合形態(tài)有兩種：即陶瓷結(jié)耐火材料骨料與基質(zhì)的結(jié)合形態(tài)有兩種：即陶瓷結(jié) 合與直接結(jié)合。合與直接結(jié)合。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陶瓷結(jié)合又稱為硅酸鹽結(jié)合，其結(jié)構(gòu)特征是耐火制品陶瓷結(jié)合又稱為硅酸鹽結(jié)合，其結(jié)構(gòu)特征是耐火制品 主晶相（骨料）之間由低熔點(diǎn)

31、的硅酸鹽非晶質(zhì)和晶質(zhì)聯(lián)結(jié)主晶相（骨料）之間由低熔點(diǎn)的硅酸鹽非晶質(zhì)和晶質(zhì)聯(lián)結(jié) 在一起而形成結(jié)合在一起而形成結(jié)合，如普通鎂磚中硅酸鹽基質(zhì)與方鎂石之，如普通鎂磚中硅酸鹽基質(zhì)與方鎂石之 間的結(jié)合。此類耐火制品在高溫使用時，低熔點(diǎn)的硅酸鹽間的結(jié)合。此類耐火制品在高溫使用時，低熔點(diǎn)的硅酸鹽 首先在較低的溫度下成為液相（或玻璃相軟化），大大降首先在較低的溫度下成為液相（或玻璃相軟化），大大降 低了耐火制品的高溫性能。低了耐火制品的高溫性能。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 MgO A B C MgO SiO2 CaO (wt%) A 24.83 39.09 36.08 B 11.70 37.00 51

32、.30 C 11.54 36.29 52.17 耐火材料中陶瓷結(jié)合示意圖耐火材料中陶瓷結(jié)合示意圖 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 直接結(jié)合是指耐火制品中，高熔點(diǎn)的主晶相之間或主直接結(jié)合是指耐火制品中，高熔點(diǎn)的主晶相之間或主 晶相與次晶相間直接接觸形成結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)的一種結(jié)合晶相與次晶相間直接接觸形成結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)的一種結(jié)合。 直接結(jié)合耐火制品一般具有較高的直接結(jié)合耐火制品一般具有較高的高溫力學(xué)性能高溫力學(xué)性能，與，與 材質(zhì)相近的硅酸鹽結(jié)合的耐火制品相比高溫強(qiáng)度可成倍提材質(zhì)相近的硅酸鹽結(jié)合的耐火制品相比高溫強(qiáng)度可成倍提 高，其高，其抗渣蝕性能和體積穩(wěn)定性抗渣蝕性能和體積穩(wěn)定性也較高。也較高。 省部共建

33、耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 一種致密氧化鋁材料一種致密氧化鋁材料 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 耐火材料中氣孔體積與總體積之比稱為氣孔率。耐火耐火材料中氣孔體積與總體積之比稱為氣孔率。耐火 材料中的氣孔可分為三類：開口氣孔（顯氣孔）、貫通氣孔、材料中的氣孔可分為三類：開口氣孔（顯氣孔）、貫通氣孔、 封閉氣孔。若把開口氣孔與貫通氣孔合并為一類，則耐火材封閉氣孔。若把開口氣孔與貫通氣孔合并為一類，則耐火材 料的氣孔可分為開口氣孔和封閉氣孔兩類。料的氣孔可分為開口氣孔和封閉氣孔兩類。 1.4 耐火材料的常溫物理性質(zhì)耐火材料的常溫物理性質(zhì) （1）氣孔率）氣孔率 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)

34、實(shí)驗(yàn)室 耐火材料中氣孔的類型耐火材料中氣孔的類型 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 耐火材料中存在的氣孔耐火材料中存在的氣孔 材料中氣孔產(chǎn)生的原因？材料中氣孔產(chǎn)生的原因？ 1）原料中的氣孔（原料沒有燒好）原料中的氣孔（原料沒有燒好） 2）制品成型時，顆粒間的氣孔）制品成型時，顆粒間的氣孔 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 由于顯氣孔率的測定較為容易，所以耐火材料氣孔率由于顯氣孔率的測定較為容易，所以耐火材料氣孔率 的指標(biāo)常以顯氣孔率來表示：的指標(biāo)常以顯氣孔率來表示： 式中：式中：Pa為顯氣孔率為顯氣孔率 V1為制品中開口氣孔的體積為制品中開口氣孔的體積 V0為制品的總體積，即試樣外表面

35、圍成的體積，亦為制品的總體積，即試樣外表面圍成的體積，亦 稱表觀體積。稱表觀體積。 1 0 100% a V P V 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （2）體積密度）體積密度 耐火制品單位表觀體積的質(zhì)量稱為體積密度，通常用耐火制品單位表觀體積的質(zhì)量稱為體積密度，通常用 kg/m3或或g/cm3表示。對于同一種耐火制品而言，其體積密表示。對于同一種耐火制品而言，其體積密 度與顯氣孔率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即制品的體積密度大則顯氣度與顯氣孔率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即制品的體積密度大則顯氣 孔率就低?？茁示偷?。 式中：式中：Db為體積密度（為體積密度（g/cm3） G為試樣質(zhì)量為試樣質(zhì)量 g Vb為試樣表觀體

36、積為試樣表觀體積cm3 b b V G D 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 1.5 耐火材料的熱學(xué)性質(zhì)和導(dǎo)電性質(zhì)耐火材料的熱學(xué)性質(zhì)和導(dǎo)電性質(zhì) （1）熱膨脹）熱膨脹 耐火材料的體積或長度隨著溫度的升高而增大的物理耐火材料的體積或長度隨著溫度的升高而增大的物理 性質(zhì)稱為熱膨脹。性質(zhì)稱為熱膨脹。 耐火材料的熱膨脹可以用線膨脹系數(shù)或體膨脹系數(shù)表示，耐火材料的熱膨脹可以用線膨脹系數(shù)或體膨脹系數(shù)表示， 也可以用線膨脹百分率或體積膨脹百分率表示。也可以用線膨脹百分率或體積膨脹百分率表示。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 體積膨脹系數(shù)：體積膨脹系數(shù)： -1 線膨脹系數(shù)：線膨脹系數(shù)： -1 p t

37、v v )( 1 p t l l )( 1 膨脹膨脹系數(shù)系數(shù)是指耐火材料由室溫加熱至試驗(yàn)溫度的區(qū)間內(nèi)，是指耐火材料由室溫加熱至試驗(yàn)溫度的區(qū)間內(nèi)， 溫度每升高溫度每升高1，試樣體積或長度的，試樣體積或長度的相對變化率相對變化率。 意義：窯爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)、預(yù)留膨脹縫的依據(jù)，意義：窯爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)、預(yù)留膨脹縫的依據(jù)， 可間接判斷耐材熱震穩(wěn)定性能?？砷g接判斷耐材熱震穩(wěn)定性能。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （2）熱導(dǎo)率）熱導(dǎo)率 耐火材料的熱導(dǎo)率是指單位溫度梯度下，單位時間內(nèi)通耐火材料的熱導(dǎo)率是指單位溫度梯度下，單位時間內(nèi)通 過單位垂直面積的熱量過單位垂直面積的熱量，用，用表示：表示

38、： tF x T Q )( 其中：其中： 導(dǎo)熱率（導(dǎo)熱率（W/mK）；）； Q t時間沿時間沿x軸方向穿過軸方向穿過F截面上的熱量（截面上的熱量（W/m2）；）； 沿沿x軸方向的溫度梯度（軸方向的溫度梯度（K/m）。）。 x T 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 耐火材料中所含的氣孔對其熱導(dǎo)率的影響最大。一般耐火材料中所含的氣孔對其熱導(dǎo)率的影響最大。一般 說來，在一定的溫度范圍內(nèi)，氣孔率越大，熱導(dǎo)率越低。說來，在一定的溫度范圍內(nèi)，氣孔率越大，熱導(dǎo)率越低。 耐火材料的化學(xué)礦物組成也對材料的導(dǎo)熱率也有明顯影響。耐火材料的化學(xué)礦物組成也對材料的導(dǎo)熱率也有明顯影響。 晶體中的各種缺陷、雜質(zhì)以及晶粒

39、界面都會引起格波晶體中的各種缺陷、雜質(zhì)以及晶粒界面都會引起格波 的散射，也等效于聲子平均自由程的減小，從而降低熱導(dǎo)的散射，也等效于聲子平均自由程的減小，從而降低熱導(dǎo) 率。率。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （3）熱容）熱容 熱容是耐火材料的另一重要的熱學(xué)性質(zhì)，它是表征材料熱容是耐火材料的另一重要的熱學(xué)性質(zhì)，它是表征材料 受熱后溫度升高情況的參數(shù)。任何物質(zhì)受熱后溫度都要升高，受熱后溫度升高情況的參數(shù)。任何物質(zhì)受熱后溫度都要升高， 但不同的物質(zhì)溫度升高但不同的物質(zhì)溫度升高1所需要的熱量不同，工程上用在常所需要的熱量不同，工程上用在常 壓下加熱壓下加熱1公斤物質(zhì)升高公斤物質(zhì)升高1所需要的熱量

40、（以所需要的熱量（以KJ計(jì)）來表示計(jì)）來表示 和衡量這一性質(zhì)，稱為熱容。和衡量這一性質(zhì)，稱為熱容。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 工程上所用的平均熱容是指從溫度工程上所用的平均熱容是指從溫度T1到到T2所吸收的熱所吸收的熱 量的平均值。平均熱容是比較粗略的，溫度范圍越大，精量的平均值。平均熱容是比較粗略的，溫度范圍越大，精 度越差，應(yīng)用時要特別注意使用的溫度范圍。度越差，應(yīng)用時要特別注意使用的溫度范圍。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （4）導(dǎo)電性）導(dǎo)電性 耐火材料通常在室溫下是電的不良導(dǎo)體，隨溫度升高，耐火材料通常在室溫下是電的不良導(dǎo)體，隨溫度升高， 電阻減小，導(dǎo)電性增強(qiáng)。若將

41、材料加熱至熔融狀態(tài)，則會電阻減小，導(dǎo)電性增強(qiáng)。若將材料加熱至熔融狀態(tài)，則會 呈現(xiàn)較強(qiáng)的導(dǎo)電能力。呈現(xiàn)較強(qiáng)的導(dǎo)電能力。 某些耐火材料具有導(dǎo)電性，如含碳耐火制品具有導(dǎo)電某些耐火材料具有導(dǎo)電性，如含碳耐火制品具有導(dǎo)電 性，而二氧化鋯制品在高溫下也具有較好的導(dǎo)電性，可以性，而二氧化鋯制品在高溫下也具有較好的導(dǎo)電性，可以 作為高溫下的發(fā)熱體。作為高溫下的發(fā)熱體。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 1.6 耐火材料的力學(xué)性質(zhì)耐火材料的力學(xué)性質(zhì) 耐火材料的力學(xué)性質(zhì)是指制品在不同條件下的強(qiáng)度等耐火材料的力學(xué)性質(zhì)是指制品在不同條件下的強(qiáng)度等 物理指標(biāo)，是表征物理指標(biāo)，是表征耐火材料抵抗不同溫度下外力造成的形

42、耐火材料抵抗不同溫度下外力造成的形 變和應(yīng)力而不破壞的能力變和應(yīng)力而不破壞的能力。耐火材料的力學(xué)性質(zhì)通常包括。耐火材料的力學(xué)性質(zhì)通常包括 耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、耐磨性、彈性模量及高耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、耐磨性、彈性模量及高 溫蠕變等。溫蠕變等。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （1）耐壓強(qiáng)度）耐壓強(qiáng)度 耐火材料的耐壓強(qiáng)度包括常溫耐壓強(qiáng)度和高溫耐壓強(qiáng)度，耐火材料的耐壓強(qiáng)度包括常溫耐壓強(qiáng)度和高溫耐壓強(qiáng)度， 分別是指常溫和高溫條件下，耐火材料單位面積上所能承受分別是指常溫和高溫條件下，耐火材料單位面積上所能承受 的最大壓力，以牛頓的最大壓力，以牛頓/毫米毫米2（或（或MPa）表

43、示。可按下式計(jì)算：）表示。可按下式計(jì)算： A P CS 式中式中 Cs 耐火制品的耐壓強(qiáng)度，單位：耐火制品的耐壓強(qiáng)度，單位：MPa； P 試樣破壞時所承受的極限壓力，牛頓；試樣破壞時所承受的極限壓力，牛頓； A 試樣承受載荷的面積，平方毫米。試樣承受載荷的面積，平方毫米。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （2）抗折強(qiáng)度）抗折強(qiáng)度 耐火材料的抗折強(qiáng)度包括常溫抗折強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度，耐火材料的抗折強(qiáng)度包括常溫抗折強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度， 分別是指常溫和高溫條件下，耐火材料單位截面積上所能承分別是指常溫和高溫條件下，耐火材料單位截面積上所能承 受的極限彎曲應(yīng)力，以牛頓受的極限彎曲應(yīng)力，以牛頓/毫米

44、毫米2（或（或MPa）表示。它表征）表示。它表征 的是材料在常溫或高溫條件下抵抗彎矩的能力，采用三點(diǎn)彎的是材料在常溫或高溫條件下抵抗彎矩的能力，采用三點(diǎn)彎 曲法測量。曲法測量。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2 3 2 Fl R bd 式中：式中： R 抗折強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度，N/mm2（MPa）；）； F 試樣斷裂時所施加的最大載荷，試樣斷裂時所施加的最大載荷，N； l 試樣底面兩支撐點(diǎn)之間的距離，試樣底面兩支撐點(diǎn)之間的距離，mm； b 上刀口部位試樣的寬度，上刀口部位試樣的寬度，mm； d 上刀口部位試樣的厚度（高度）上刀口部位試樣的厚度（高度）mm。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)

45、驗(yàn)室 （3）高溫蠕變性能）高溫蠕變性能 耐火材料的高溫蠕變性能是指在耐火材料的高溫蠕變性能是指在某一恒定的溫度以及某一恒定的溫度以及 固定載荷下，材料的形變與時間的關(guān)系固定載荷下，材料的形變與時間的關(guān)系。根據(jù)施加荷重形。根據(jù)施加荷重形 式的不同可分為高溫壓縮蠕變、高溫拉伸蠕變、高溫抗折式的不同可分為高溫壓縮蠕變、高溫拉伸蠕變、高溫抗折 蠕變等。由于高溫壓縮與高溫抗折蠕變較易測定，故應(yīng)用蠕變等。由于高溫壓縮與高溫抗折蠕變較易測定，故應(yīng)用 較多。較多。我國通常采用壓縮蠕變我國通常采用壓縮蠕變。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 高溫壓縮蠕變的表示方法一般以某一恒定溫度（高溫壓縮蠕變的表示方法一

46、般以某一恒定溫度（）和）和 荷重（荷重（MPa）條件下，制品的變形量（）條件下，制品的變形量（%）與時間（）與時間（h）的）的 關(guān)系曲線即蠕變曲線來表示，也可用某一時段內(nèi)（如關(guān)系曲線即蠕變曲線來表示，也可用某一時段內(nèi)（如25-50 小時）制品的變形量（小時）制品的變形量（%）來表示。）來表示。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 下圖給出了耐火材料典型的高溫蠕變曲線。下圖給出了耐火材料典型的高溫蠕變曲線。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 1.7 耐火材料的高溫使用性質(zhì)耐火材料的高溫使用性質(zhì) 耐火制品在各種不同的窯爐中使用時，長期處于高溫耐火制品在各種不同的窯爐中使用時，長期處于高溫 狀

47、態(tài)下，耐火材料耐高溫的性質(zhì)能否滿足各類窯爐工作條狀態(tài)下，耐火材料耐高溫的性質(zhì)能否滿足各類窯爐工作條 件的要求，是材料選用的主要依據(jù)，因此耐火制品的高溫件的要求，是材料選用的主要依據(jù)，因此耐火制品的高溫 性質(zhì)也是最重要的基本性質(zhì)。性質(zhì)也是最重要的基本性質(zhì)。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （1）耐火度）耐火度 耐火材料在無荷重條件下，抵抗高溫作用而不熔化的耐火材料在無荷重條件下，抵抗高溫作用而不熔化的 性質(zhì)稱為耐火度。性質(zhì)稱為耐火度。與有固定熔點(diǎn)的結(jié)晶態(tài)物質(zhì)不同，耐火材與有固定熔點(diǎn)的結(jié)晶態(tài)物質(zhì)不同，耐火材 料一般是由多種礦物組成的多相固體混合物，沒有固定的熔料一般是由多種礦物組成的多相固體

48、混合物，沒有固定的熔 點(diǎn)。其熔融是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，當(dāng)對其加熱升溫至點(diǎn)。其熔融是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，當(dāng)對其加熱升溫至 某一溫度時開始出現(xiàn)液相（即固定的開始熔融溫度），繼續(xù)某一溫度時開始出現(xiàn)液相（即固定的開始熔融溫度），繼續(xù) 加熱溫度仍然繼續(xù)升高、液相量也隨之增多，直至升至某一加熱溫度仍然繼續(xù)升高、液相量也隨之增多，直至升至某一 溫度全部變?yōu)橐合?，在這個溫度范圍內(nèi)，液相與固相同時存溫度全部變?yōu)橐合?，在這個溫度范圍內(nèi)，液相與固相同時存 在。在。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 耐火度是一個技術(shù)指標(biāo)，將被測制品按一定方法制成耐火度是一個技術(shù)指標(biāo)，將被測制品按一定方法制成 截頭三角錐。

49、試錐以一定升溫速度加熱，達(dá)到某一溫度開截頭三角錐。試錐以一定升溫速度加熱，達(dá)到某一溫度開 始出現(xiàn)液相，溫度繼續(xù)升高液相量逐漸增加，粘度減小，始出現(xiàn)液相，溫度繼續(xù)升高液相量逐漸增加，粘度減小， 試錐在重力作用逐漸軟化彎倒試錐在重力作用逐漸軟化彎倒,當(dāng)其彎倒至頂點(diǎn)與底接觸的當(dāng)其彎倒至頂點(diǎn)與底接觸的 溫度，即為試樣的耐火度。溫度，即為試樣的耐火度。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 耐火度與熔點(diǎn)的區(qū)別：耐火度與熔點(diǎn)的區(qū)別： 1、熔點(diǎn)指純物質(zhì)的結(jié)晶相與液湘處于平衡時的溫度；、熔點(diǎn)指純物質(zhì)的結(jié)晶相與液湘處于平衡時的溫度； 2、熔點(diǎn)是一個物理常數(shù)；、熔點(diǎn)是一個物理常數(shù)； 3、耐火材料為多相混合體，其熔

50、融是在一定的溫度范圍內(nèi)、耐火材料為多相混合體，其熔融是在一定的溫度范圍內(nèi) 進(jìn)行的，是一個工藝指標(biāo)。進(jìn)行的，是一個工藝指標(biāo)。 耐火度的意義：評價原料純度和難熔程度。耐火度的意義：評價原料純度和難熔程度。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （2）高溫荷重軟化溫度）高溫荷重軟化溫度 耐火材料的高溫荷重軟化溫度也稱為高溫荷重變形溫度，耐火材料的高溫荷重軟化溫度也稱為高溫荷重變形溫度， 表示材料在溫度與荷重雙重作用下抵抗變形的能力。表示材料在溫度與荷重雙重作用下抵抗變形的能力。 高溫荷重軟化溫度在一定程度上能表明耐火制品在與其高溫荷重軟化溫度在一定程度上能表明耐火制品在與其 使用情況相近的條件下的結(jié)

51、構(gòu)強(qiáng)度與變形情況，因而是耐火使用情況相近的條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與變形情況，因而是耐火 制品的重要性能指標(biāo)。制品的重要性能指標(biāo)。 耐火制品的荷重軟化溫度取決于制品的化學(xué)耐火制品的荷重軟化溫度取決于制品的化學(xué)-礦物組成、礦物組成、 組織結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)、液相的性質(zhì)、結(jié)晶相與液相的比例及組織結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)、液相的性質(zhì)、結(jié)晶相與液相的比例及 相互作用等。相互作用等。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 耐火制品荷重軟化溫度的測定一般是在耐火制品荷重軟化溫度的測定一般是在0.2MPa的固定的固定 載荷下，以一定的升溫速度均勻加熱，測定試樣壓縮載荷下，以一定的升溫速度均勻加熱，測定試樣壓縮0.6%、 4%、4

52、0% 時的溫度。時的溫度。試樣壓縮試樣壓縮0.6%時的變形溫度即為試樣時的變形溫度即為試樣 的荷重軟化開始溫度，即通常所說的荷重軟化點(diǎn)。的荷重軟化開始溫度，即通常所說的荷重軟化點(diǎn)。 試樣壓縮試樣壓縮4（2mm）變形溫度；）變形溫度； 試樣壓縮試樣壓縮40（20mm）潰裂點(diǎn)。）潰裂點(diǎn)。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 各種耐火材料的荷重變形曲線各種耐火材料的荷重變形曲線 1-高鋁磚（高鋁磚（Al2O370%）；）；2-硅磚；硅磚；3-鎂磚；鎂磚； 4-粘土磚粘土磚；5-半硅磚；半硅磚；6-粘土磚粘土磚 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （3）高溫體積穩(wěn)定性）高溫體積穩(wěn)定性 高溫體積穩(wěn)定

53、性是評價耐火材料質(zhì)量的一項(xiàng)重要物理高溫體積穩(wěn)定性是評價耐火材料質(zhì)量的一項(xiàng)重要物理 指標(biāo)，指標(biāo)，表示耐火材料在高溫下長期使用時，其外形及體積表示耐火材料在高溫下長期使用時，其外形及體積 保持穩(wěn)定而不發(fā)生變化的性能保持穩(wěn)定而不發(fā)生變化的性能。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 一般而言，燒成耐火制品在高溫煅燒過程中，由于各種一般而言，燒成耐火制品在高溫煅燒過程中，由于各種 原因制品在燒成結(jié)束時，其物理化學(xué)反應(yīng)往往未達(dá)到平衡狀原因制品在燒成結(jié)束時，其物理化學(xué)反應(yīng)往往未達(dá)到平衡狀 態(tài)；態(tài)； 另一方面，制品在燒成過程中由于窯爐溫度分布不均等另一方面，制品在燒成過程中由于窯爐溫度分布不均等 原因，不可

54、避免地存在欠燒現(xiàn)象，這些燒結(jié)不充分的欠燒制原因，不可避免地存在欠燒現(xiàn)象，這些燒結(jié)不充分的欠燒制 品中，其間的物理化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行得也不充分。因此制品在使品中，其間的物理化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行得也不充分。因此制品在使 用過程中受到高溫長期作用時，一些物理化學(xué)變化會繼續(xù)進(jìn)用過程中受到高溫長期作用時，一些物理化學(xué)變化會繼續(xù)進(jìn) 行并伴隨有不可逆的體積變化。行并伴隨有不可逆的體積變化。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 這些這些不可逆的體積變化稱為殘余膨脹或殘余收縮，也稱不可逆的體積變化稱為殘余膨脹或殘余收縮，也稱 重?zé)蛎浕蚴湛s。重?zé)蛎浕蚴湛s。 重?zé)w積變化重?zé)w積變化的大小表征了耐火制品的高溫體積穩(wěn)定性，的

55、大小表征了耐火制品的高溫體積穩(wěn)定性， 對高溫窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工況的穩(wěn)定性具有十分重對高溫窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工況的穩(wěn)定性具有十分重 要的意義。要的意義。 測定意義：衡量材料燒結(jié)性能的好壞。測定意義：衡量材料燒結(jié)性能的好壞。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 一般材料的重?zé)际鞘湛s的，為什么在砌筑一般材料的重?zé)际鞘湛s的，為什么在砌筑 窯爐等熱工設(shè)備時還要留膨脹縫？窯爐等熱工設(shè)備時還要留膨脹縫？ 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （4）熱震穩(wěn)定性）熱震穩(wěn)定性 耐火材料抵抗溫度急劇變化而不被破壞的性能稱為熱耐火材料抵抗溫度急劇變化而不被破壞的性能稱為熱 震穩(wěn)定性或抗熱沖擊性能。震穩(wěn)

56、定性或抗熱沖擊性能。 高溫窯爐等熱工設(shè)備在運(yùn)行過程中，其運(yùn)行溫度常常高溫窯爐等熱工設(shè)備在運(yùn)行過程中，其運(yùn)行溫度常常 發(fā)生變化甚至劇烈的波動發(fā)生變化甚至劇烈的波動.這種溫度的急劇變化常常會導(dǎo)致這種溫度的急劇變化常常會導(dǎo)致 耐火材料產(chǎn)生裂紋、剝落、崩裂等結(jié)構(gòu)性的破壞，而影響耐火材料產(chǎn)生裂紋、剝落、崩裂等結(jié)構(gòu)性的破壞，而影響 熱工設(shè)備操作的穩(wěn)定性、安全性和生產(chǎn)的連續(xù)性。熱工設(shè)備操作的穩(wěn)定性、安全性和生產(chǎn)的連續(xù)性。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 產(chǎn)生熱應(yīng)力的因素：材料的熱膨脹系數(shù)、材料的導(dǎo)產(chǎn)生熱應(yīng)力的因素：材料的熱膨脹系數(shù)、材料的導(dǎo) 熱系數(shù)、緩沖熱應(yīng)力的因素（彈性模量的大小）。熱系數(shù)、緩沖熱應(yīng)

57、力的因素（彈性模量的大?。?。 耐火材料的熱震穩(wěn)定性與其熱膨脹率耐火材料的熱震穩(wěn)定性與其熱膨脹率(小）、導(dǎo)熱率小）、導(dǎo)熱率 （大）以及彈性模量（小）密切相關(guān)，也與制品的宏觀、（大）以及彈性模量（?。┟芮邢嚓P(guān)，也與制品的宏觀、 微觀組織結(jié)構(gòu)，外形結(jié)構(gòu)及尺寸有關(guān)。微觀組織結(jié)構(gòu)，外形結(jié)構(gòu)及尺寸有關(guān)。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 耐火材料熱震穩(wěn)定性試驗(yàn)后的電鏡圖片耐火材料熱震穩(wěn)定性試驗(yàn)后的電鏡圖片 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 由于抗熱震穩(wěn)定性問題的復(fù)雜性（除了彈性模量因素由于抗熱震穩(wěn)定性問題的復(fù)雜性（除了彈性模量因素 影響以外還有材料的強(qiáng)度、影響以外還有材料的強(qiáng)度、膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率膨

58、脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、形狀和尺寸、形狀和尺寸 等），至今還未能建立一個十分完善的理論，因此任何試圖等），至今還未能建立一個十分完善的理論，因此任何試圖 改進(jìn)材料抗熱震性能的措施，都必須結(jié)合具體的使用條件和改進(jìn)材料抗熱震性能的措施，都必須結(jié)合具體的使用條件和 要求，綜合各種因素的影響，同時必須和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。要求，綜合各種因素的影響，同時必須和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。 目前人們所認(rèn)可的是：材料的膨脹系數(shù)越小，熱導(dǎo)率目前人們所認(rèn)可的是：材料的膨脹系數(shù)越小，熱導(dǎo)率 越大，其抗熱震穩(wěn)定性能越好。越大，其抗熱震穩(wěn)定性能越好。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 熱震穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法：熱震穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法： 風(fēng)風(fēng)

59、冷（冷（1000 ，30分鐘，風(fēng)冷，重復(fù)）分鐘，風(fēng)冷，重復(fù)） 水水 冷（冷（1100，20分鐘，水冷，自然干燥，重復(fù)）分鐘，水冷，自然干燥，重復(fù)） 評價：評價： 試樣被破壞的程度試樣被破壞的程度 試樣強(qiáng)度的保持率試樣強(qiáng)度的保持率 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （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氣氛中，其中的碳素材料會同空含碳耐火材料在氧化性氣氛中，其中的碳素材料會同空 氣中的氧氣發(fā)生發(fā)應(yīng)。氣中的氧氣發(fā)生發(fā)應(yīng)。 試樣：試樣：502mm的立方體或直徑與高為的立方體或直徑與高為50 2mm的圓的圓 柱體；柱體； 溫度：溫度：1400，保溫，保溫3小時，

60、固定流量向爐內(nèi)通空氣；小時，固定流量向爐內(nèi)通空氣； 評價：切開試樣，測量脫碳層厚度。評價：切開試樣，測量脫碳層厚度。 也可由雙方協(xié)商測量方法。也可由雙方協(xié)商測量方法。 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 抗氧化性試驗(yàn)后，試樣截面圖抗氧化性試驗(yàn)后，試樣截面圖 省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 耐火材料在高溫下抵抗熔渣侵蝕的性能稱為抗渣蝕性耐火材料在高溫下抵抗熔渣侵蝕的性能稱為抗渣蝕性 能。能。 腐蝕性介質(zhì)通常稱之為腐蝕性介質(zhì)通常稱之為“熔渣熔渣”。所謂。所謂“熔渣熔渣”，包，包 括高溫下與耐火材料接觸的各種固態(tài)、液態(tài)物料（如水泥括高溫下與耐火材料接觸的各種固態(tài)、液態(tài)物料（如水泥 熟料、石灰