2、耐火材料教学课件---第二章

透气度是表示气体通过耐火制品难易程度的特征 值，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。
2P h Q 1 K 2.16 10 2 d P P 1 -P 2 1 +P 2
9
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耐火制品名称
K(um2)
17℃
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主成分 指耐材中绝大多数的那一部分对其高温性质 起决定作用的化学成分。
例：氧化物 MgO，Al2O3，SiO2，CaO … 炭化物、氮化物、 硅化物、硼化物 这些主要成分是有： （１）高晶格能的高熔点或分解温度很高 的单质或化合物 （２）在过程中能形成稳定的有优良性能 的矿物 （３）在一定条件下形成某一物相，具有 特定的性能
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填充于主晶相之间的不同成分的结晶矿
物（次晶相）和玻璃相统称为基质，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的影响。因为基质
对于主晶相而言是制品的相对薄弱之处，在使
用中无论物理因素还是化学因素的破坏，往往
首先从基质部分开始，基质被破坏后，主晶相 失去基质的保护被损坏。
的可靠指标。
耐火材料的高温耐压强度则反映了耐火材料在 高温下结合状态的变化。特别是加入一定数量结合 剂的耐火可塑料和浇注料，由于温度升高，结合状 态发生变化时，高温耐压强度的测定更为有用。
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P —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。
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常温耐压强度指标通常可以反映生产中工艺制度
的变动。高耐压强度表明制品的成型坯料加工质量、
成型坯体结构的均一性及砖体烧结情况良好。因此， 常温耐压强度也是检验现行工艺状况和制品均一性
该表可以看到，在共熔点下，系统内每1﹪
杂质氧化物生成的液相重量分别为18.2﹪，
9.5﹪，前者为后者的1.9倍。
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添加成分 耐火材料的化学组成中除主要成分和
杂质成分外有时为了制作工艺的需要或改善某
些性能往往人为地加入少量的添加成分，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、稳定剂、助熔剂 等。 促进某物相的转化、形成──矿化剂 促进烧结────助熔剂 抑制某物相形成──抑制剂、稳定剂
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（2）矿物组成
矿物：有相对固定的化学组成， 有确定的内部 结构、有一定的物理性质的单质或化合物。 矿物呈固态晶体，多数由氧化物或其复合盐类 构成。
种类：主要的有铝酸盐、铬酸盐、磷酸盐、硅 酸盐、钛酸盐、锆酸盐。还有少量非晶质的玻 璃相 。
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杂质成分 耐火材料中由原料及加工过程中带 入的非主要成分的化学物质（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。
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气孔的类型： 封闭气孔； 开口气孔； 贯通气孔 。 若把开口气孔与贯通气孔合并为一类，则耐火材 料的气孔可分为开口气孔和封闭气孔两类。
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图2-1 耐火制品中气孔类型
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贯通气孔：易于通过流体，从而使侵蚀性流体 渗入制品内部，渣蚀加剧。 开口气孔：流体可以侵入，孔内气体被压缩， 使流体侵入受到抑制，所以渣蚀较贯通气孔为 轻。 封闭气孔：不受外部气液侵入，渣蚀危害小， 还可以使导热性减低，并有利于耐热震作用。
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V0 Pa 100% Vb
式中：Pa为显气孔率
V0为制品中开口气孔的体积
体积，亦称表观体积。
Vb为制品的总体积，即试样外表面围成的
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（2）吸水率
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 上是反映制品中开口气孔量的一个指标。
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次晶相又称第二固相，是在高温下与主 晶相共存的第二晶相。 如镁铬砖中与方镁石并存的铬尖晶石， 镁铝砖中的镁铝尖晶石，镁钙砖中的硅酸二 钙，镁硅砖中的镁橄榄石等。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。
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为了提高耐火制品的使用寿命，在生
产实践中，往往采取调整和改变制品的
基质组成的工艺措施，来改善和提高耐
火制品的性质。
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第二节： 耐火材料的宏观结构 1、宏观结构与气孔 普通耐火材料在常温下是由固相和气孔构成非均 质体。
在使用过程中除承受高温作用外，还不同程度
地受到机械应力、热应力作用，高温气体、熔
体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 热工设备的正常运行，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。
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耐火材料的性质主要包括化学-矿物 组成、组织结构、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
性模量及高温蠕变等。
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（1）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， 耐火材料单位面积上所能承受的最大压力，以 牛顿/毫米2（或MPa）表示。可按下式计算：
P CS A
式中 Cs —耐火制品的耐压强度，单位：MPa；
表2-2 某些氧化物对SiO2的助熔作用
氧 化 物 熔 点 平衡相 系统内每 1 ％氧化 物生成的液相重量， ％ 782 8.9 SiO2－Na2O·2 SiO2 18.2 SiO2－3 Al2O3· 2 SiO2 1595 1550 9.5 SiO2－TiO2 1436 2.7 SiO2－CaO·SiO2 1178 1.61 SiO2－FeO·SiO2 熔 液 内 SiO2 的 含 量，％ 共熔点，℃ 1400℃ 1600℃ 74.6 94.5 89.5 63.0 38.0 86.0 95.3 96.9 92.0 67.8 47.5 共 温度，℃ 氧化物含量，％
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表2-1 几种高熔点化合物
氧化物 分子式 BeO 熔点 ℃ 2550 碳化物 分子式 Be3C B4C MgO Al2O3 2800 2050 Al4C3 2200 AlN 2400 熔 点 ℃ 2100 2450 氮化物 分子式 Be3N2 BN 熔点℃ 2200 ~3000 硼化物 分子式 熔 点 ℃ 硅化物 分子式 熔点℃
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第三节 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 件下的强度等物理指标，是表征耐火材料抵 抗不同温度下外力造成的形变和应力而不破 坏的能力。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、弹
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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、侵蚀的能力越差。
m m0 Wa 100% m0
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、透气性能和热震稳定性能。
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（3）密度 体积密度：耐火制品质量与其含材料的 实体积和全部气孔体积之和的总体积之比。
M M db Vb Vt +Vc Vo
SiO2
CaO TiO2 Cr2O3 ZnO SrO Y2O3 ZrO2
1713
2570 1825 2275 1800 2430 2110 2677
SiC
CaC2 TiC Cr3C2
2760
2300 3160 1890
Si3N4
1900
TiN
2950
TiB2 CrB2
2850 2760
Ti5Si3
2120
250℃
500℃
800℃
硅质制品
21.7～36.7
21.7～36.7
18.3～30
12.8～25
粘土质制品
31.7～61.7
28.3～50
21.7～38.3
17～33.3
镁质制品
30
25
21.7
17
镁铬质制品
26..7～75
25～51.7
18.3～46.7
14.8～48.3
表2-5 部分耐火制品的透气度
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，矿物 组成可分为两大类：结晶相与玻璃相，其中结晶相又 分为主晶相和次晶相。
主晶相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 接决定着耐火制品的性质。 举例：莫来石砖、刚玉砖、方镁石砖、 尖晶石砖等皆以其主晶相命名