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　　PAGE PAGE 1 安徽冶金科技职业学院2014级材料成型与控制技术毕业论文 PAGE PAGE 3 分析耐火材料类型及性能 摘 要：耐火材料是在高温条件下使用时，不软化不熔融，即应具有一定的耐火度，其规定耐火度的低限为1580℃，低于这个温度即不属于耐火材料。耐火材料能承受结构的建筑荷重和操作中的作用应力，在高温下也不丧失结构强度。在高温积稳定，不致产生过大的膨胀应力和收缩裂缝。在温度急剧变化时，不致崩裂破坏。对熔融金属、炉渣、氧化铁皮、炉气的侵蚀有一定抵抗作用，即具有良好的化学稳定性。还需具有较好的耐磨性和抗震性能。外形整齐，尺寸准确，保证公差不超过一定范围。耐火材料的质量对炉子寿命、产品品质、生产成本等都有直接影响。耐火材料的质量取于其物理性质和工作性能的好坏。耐火材料一般常用于制造耐火砖，常用的耐火砖有黏土砖、高铝砖、硅砖、镁砖和碳化硅质制品。 关键词：耐火材料；耐火砖；硅砖；黏土砖 0前言 目前，工业上使用的耐火材料种类繁多，性能各异，涉及工业生产的各个领域。中国在4000多年前就使用杂质少的粘土，烧成陶器，并已能铸造青铜器，东汉时期已用粘土质耐火材料做烧瓷器的窑材和匣钵。20世纪初，耐火材料向高纯、高致密和超高温制品方向发展，同时发展了完全不需烧成、能耗小的不定形耐火材料和高耐火纤维耐火材料。 1耐火材料分类 （1）按耐火度分： 普通耐火材料：耐火度为1580～1770℃ 高级耐火材料：耐火度为1770～2000℃ 特级耐火材料：耐火度大于2000℃（2）按照形状和尺寸可分为： 块状耐火材料(又可分为标准型砖、异型砖和特殊型制品） 不定形耐火材料(如耐火混凝土、耐火可塑料、耐火纤维等） （3）按材质的化学矿物组成可以分： 1）硅砖制品 硅砖 含Si02不少于93%；  石英玻璃制品 含Si02在99%以上。2）硅酸铝质制品以Si02和AL2O3，含量为分类标准； 半硅砖 含Si02大于65%，AL2O3小于30%； 黏含砖 含AL2O330%～48%； 高铝砖 含AL2O3在48%以上； 高纯高铝制品 如刚玉砖、刚玉-莫来石砖等。 3）镁质制品 镁砖 含Mg0在85%以上，Ca0小于3.5%； 镁铝砖 含Mg0大于80%，AL2O335%～10%； 镁铬砖? 含Mg0大于48%，Cr2O3大于8%； 白云石砖 含Ca0大于40%、Mg0大于30%； 镁硅砖 含Mg0大于82%，Si02不大于11%，Ca0不大于2.5%； 镁炭砖 含Mg0在70%以上，C在14%以上。 4）铬质制品 含Cr2O3约30%的制品。 5）碳质制品及碳化硅质制品。 6）锆质制品 含ZrO2的制品。 2耐火材料性能 2.1耐火材料物理性质 2.1.1体积密度、真密度和气孔率 检验耐火材料组织结构致密程度的指标有体积密度、真密度、气孔率、吸水率、透气率等。其中最重要的测定项目是体积密度与气孔率，它们直接影响耐火材料的耐压强度、耐磨性、抗渣性，与材料的导热性也有关。 耐火材料的密度有体积密度和真密度。耐火材料的体积密度是指制品的干燥质量与总体积之比，以g/cm3表示。真密度是指材料的干燥质量与总体积扣除孔隙后体积之比值，是材料单位体积的质量。 耐火制品内有连多大小不同、形状不一的气孔。其中一部分气孔与大气相通，称为开口气孔；一部分不与大气相通，称为闭口气孔；还有的可能贯穿整个耐火制品的，称为连通气孔。气孔的总体积占耐火制品总体积的百分率，称为气孔率。包括开口气孔、闭口气孔和连通气孔在内的全部气孔体积占制品总体积的百分率（%），称为真气孔率。开口气孔与连通气孔的体积之和占制品总体积的百分率（%），称为显气孔率。显气孔的危害比较大，所以往往用显气孔率来表示制品的致密程度。 图1耐火制品各气孔类型 1-封闭气孔 2-开口气孔 3-贯通气孔 2.1.2导热率 耐火制品的导热系数是指单位截面上，在一定温度下，在一定时间内所通过的热量。这是材料的主要技术指标。 2.1.3热膨胀系数 耐火材料在受热后发生体积膨胀，膨胀的大小可以用线膨胀系数来表示，或者用线膨胀百分率表示。 加热时耐火材料的线所示。黏土砖、高铝砖和镁砖线膨胀随温度的变化比较均匀，而硅砖有晶型转变，膨胀曲线的变化比较复杂。热膨胀系数大，则加热时砖内部所引起的温度应力大，温度急剧改变时，耐火砖易遭破坏。在确定砌体的砖缝时，应考虑砖的热膨胀性能的大小 。 图2加热时耐火材料的线耐火材料工作性能 2.2.1 耐火度 耐火材料抵抗高温而不变形的性能叫耐火度。加热时，耐火材料中各种矿物组成会发生反应，并生成易熔的低熔点结合物，而使之软化。故耐火度只是表明耐火材料软化一定程度时的温度。 耐火度的测定：测定耐火度时，将耐火材料试样制成一个上底每边为2mm，下底每边为8mm，高30mm、截面呈等边三角形的三角锥体。把三角锥体试样和比较用的标准锥体一起放在高温电炉内升温，以规定的速度加热到某一温度时，待测定三角锥和某号标准锥同时软倒（见图3）锥尖正好接触托盘表面时，这个标准锥的耐火度就有试样的耐火度。 应该注意的是，耐火度并不能代表耐火材料的实际使用温度，因为在实际使用时，耐火材料承受一定的机械强度，故实际使用温度比测定的耐火度低。 图3测温锥的软倒情况 a一软倒以前 b一相当于耐火度下的情况 c一超过耐火度时 2.2.2高温结构强度 耐火材料在使用中主要是受压力，常温下耐火材料的耐压强度值很高，但耐火材料是在高温下使用，而高温下它的强度显著降低。?????? 耐火材料的高温结构强度指标，是其高温荷重软化点。测定方法是将直径36mm，高50mm的圆柱体试样，在0.2MPa的压力下，在高温电炉中以规定的速度加热，测定试样开始变形、压缩4%和压缩40%(坍塌)时的三个温度值。 荷重软化温度是耐火材料工作性能中一项重要的指标，有些材料尽管耐火度较高，但是荷重软化点低，使用中应注意。例如镁砖的耐火度超过2000℃，但它的荷重软化开始温度只有1500℃，所以实际使用温度仍然低于其耐火度很多。当然，在没有荷重的情况下，其使用温度可以大大提高。 2.2.3抗渣性 耐火材料在高温条件下抵抗各种熔融金属、熔渣、炉尘等的侵蚀作用的能力叫抗渣性。对于加热炉而言，经常遇到的是熔融氧化铁皮对耐火材料的侵蚀，某些加热炉或热处理炉还要注意炉内气氛对耐火材料的影响。熔渣及炉尘对耐火材料的侵蚀，包括化学侵蚀、物理溶解和机械冲刷三方面作用，有时几种作用兼而有之。对抗渣能力影响最大的是耐火制品与熔渣的化学成分，制品的化学成分按属BB电子性分为酸性、碱性和中性。酸性耐火制品对酸性渣有较强的抵抗能力，而碱性渣对其侵蚀大；碱性耐火制品则反之。 2.2.4耐急冷急热性 加热炉中的耐火材料经常在温度激烈变化的条件下工作，例如均热炉的炉口部位，炉盖经常打开，这里的耐火砖受到温度急剧变化的影响，是炉子最易损坏的部位之一。所以在这类地方要求耐火材料具有良好的耐急冷急热性，或称抗热震性。 测定耐火制品耐急冷急热性的方法是：将试样在炉内迅速加热到850℃，保温一定时间，然后立即浸入流动的冷水中，如此反复处理，直到试样的脱落重量达到最初重量的20%以上为止，就以耐火制品所承受的急冷急热次数作为衡量耐急冷急热性的指标。 2.2.5高温体积稳定性 耐火材有在高温下使用时，会产生再结晶或进一步烧结等现象，与此同时伴有体积的收缩或膨胀，称为重烧收缩或膨胀。这种胀缩现象不同于前面所讲的热膨胀，热胀冷缩是可逆的暂时性变化，而重烧收缩或膨胀是不可逆的。 测定的方法是在砖的使用温度以上约100℃加热2小时，然后取出测其体积变化的百分率。一般情况下，希望耐火制品的重烧收缩或膨胀的体积变化率不超过1%。 3常用耐火砖 加热炉及热处理炉常用的耐火砖有黏土砖、高铝砖、硅砖、镁砖和碳化硅质制品等。 3.1黏土砖 黏土砖是生产量最多、使用最广泛的耐火材料，属于硅酸铝质，以AL2O3及SO2为基本化学组成，制作原料为耐火黏土和高岭土。 根据A12O3及Si02含量比例的不同，这一类耐火材料分为三种： 半硅砖(AL2O315%～30%）、黏土砖(Al20330%～48%）和高铝砖（AL2O348%）。 黏土砖的耐火度一般为1580～1750℃，随着A12O3含量的增加耐火砖的耐火度提高。 黏土砖属于弱酸性耐火材料，在高温下容易被碱性炉渣所侵蚀。 黏土砖的荷重软化开始点温度很低，只有1250～1300℃，而且其荷重软化开始温度和终了温度（即40%变形温度）的间隔很大，约为200～250℃。 黏土砖有良好的抗热震性能，在850℃水冷次数可达10～25次。其线膨胀系教、热导率、比热容均小于其它耐火材料。 黏土砖在高温下出现再结晶现象，使砖的体积缩小。同时产生液相，由于液相表面张力的作用，使固体颗粒相互靠近，气孔率低，使砖的体积缩小，因此黏主砖在高温下有残存收缩的性质。 黏土砖表面为黄棕色（Fe203的含量愈多颜色愈深)，表面有黑点。 黏土砖化学组成的波动范围较大，生产方法不同，烧成温度的差异，各类黏土砖的性质变化较大，普通黏土砖根据组成中AL2O3含量的多少分为(NZ）－40、（NZ）－35、（NZ)－30三种牌号。 我国耐火黏土资源极为丰富、质量好，价格便宜，被广泛的应用于砌筑各种加热炉和热处理炉的炉体、烟道、烟囱、余热利用装置和烧嘴等。 3.2高铝砖 高铝砖是含A12O348%以上的硅酸铝质制品。按照矿物组成的不同，高铝质制品分为刚玉质(95%以上的AL2O3)、莫来石质(3A12O3·2SiO2

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