耐火材料基础知识及表征

耐火材料基础知识及表征通达耐火技术All rights reserved1目录一、耐火材料基础知识一、耐火材料基础知识耐火材料基本知识耐火材料的定义•传统的定义：耐火度不小于1580℃的无机非金属材料•ISO的定义：耐火度不小于1500℃的非金属材料及制品（但不排除那些含有一定比例的金属）不定形耐火材料的定义由耐火骨料和粉料、结合剂、外加剂以一定比例共同组成的，不经成形和烧成而直接使用或加适当液体调配后使用。

•耐火骨料一般指粒径（即粒度）大于0.088mm的颗粒料。

它是不定形耐火材料组织结构中的主体材料，起骨架作用，决定其物理力学和高温使用性能，也是决定材料属性及其应用范围的重要依据。

•良好的颗粒及其级配，能获得致密性高、性能良好的材料。

一般耐火骨料的品种和临界粒度，应根据炉衬厚度，施工方法和使用条件的要求来选择。

•常用耐火骨料:矾石，莫来石，刚玉，焦宝石，碳化硅，尖晶石，镁砂等。

•耐火粉料也称细粉，一般指粒径等于或小于0.088mm的颗粒料。

它是不定形耐火材料组织结构中的基质材料，在高温下起联结或胶结耐火骨料的作用，使材料获得高温物理力学和使用性能。

细粉能填充耐火骨料的空隙，也能改善材料的流动性，提高材料致密度。

•（高铝微粉，氧化铝微粉，刚玉微粉，碳化硅细粉，焦宝石粉，尖晶石粉，粘土粉，硅灰等）•当细粉粒径小于5μ时，则称为超微粉。

适量超微粉的加入能显著提高材料的性能。

使用超微粉所带来的主要优点是：1）不生成大量含结构水的水化产物，挥发和分解成分少，有利于材料受热后结构和强度的保持；2）微粉的表面活性高，有利于提高低、中温的结合强度，降低烧结温度；3）微粉分散后可填充更细小的空间，有利于减水，改善流动性和提高致密度及改善抗熔渣渗透性；SiO2微粉（硅灰）近年来，无水泥浇注料结合体系的一个新的结合方式是由无定形SiO2微粉与MgO和H2O作用产生的MgO-SiO2-H2O凝聚结合。

SiO2微粉（硅灰）为铁合金厂、金属硅厂的副产品（气相沉淀而成），粒度在0.1~0.5um，球形颗粒，活性适宜，能在颗粒表面形成硅胶薄膜，起到低温结合作用。

由于硅灰是副产物，不同时间收集的硅灰内铁含量不同，会表现出不同的颜色，从而造成浇注料颜色的差异。

硅灰活性很高，易吸水，受潮后会结块，失去活性，使浇注料性能降低。

所以浇注料应避免受潮。

•结合剂是能使耐火骨料和粉料胶结起来显示一定强度的材料,是不定形耐火材料的重要组分，可用无机、有机、及其复合物等材料。

•结合剂在一定条件下通过水合、化学、聚合和凝聚等作用，使拌合物硬化获得强度。

•一般结合剂含有较多的低熔点物质，价格较贵，在保证材料的初始强度和高温性能的前提下，应尽量减少其用量。

•常用结合剂：各种铝酸盐水泥，硅溶胶，水玻璃，耐火粘土，磷酸，磷酸盐溶胶，偏磷酸盐等。

18001800160015001400浇注料使用温度，℃C3AH6+AH3水化产物速凝水化较慢水化较慢水化较慢水化较快特点14501750175017501600熔点，℃CA,C12A7 （少）CA2,CA（多）CA2,CA CA2~CA CA, CA2主要矿相电熔氧化铝水泥烧结氧化铝水泥铝-70水泥铝-60水泥铝-50水泥结合剂烧结氧化铝水泥和电熔氧化铝水泥属于纯铝酸钙水泥（工业氧化铝＋优质石灰石制成），其它的为高铝水泥（铝矾土＋石灰石制成）。

铝酸盐水泥•外加剂是强化结合剂作用和提高基质相性能的材料。

它是耐火骨料、耐火粉料和结合剂构成的基本组分之外的材料，故称外加剂。

•外加剂种类较多，分为促凝剂、分散剂、减水剂、抑制剂、早强剂、缓凝剂、防爆剂、快干剂、烧结剂、膨胀剂等。

前者用量一般较少，改善作业性和提高强度效果显著。

后者用量较多，有时按基本组分掺加，能降低材料收缩和提高烧结性，防止产生结构剥落。

•外加剂可用单一物质，也可用复合物质，根据材料性能及施工要求及使用条件决定。

常用外加剂减水剂：三聚、六偏等；促凝剂：Na2CO3、Na2SiO3缓凝剂：NaCl、AlCl3、硼酸等；膨胀剂：三石；烧结剂：软质粘土、金属硅等；钢纤维的作用1）增强韧性，提高抗应力－应变能力，提高抗机械冲击性能；2）提高抗热震稳定性能，提高材料抗开裂与剥落性；3）抑制在养护、干燥及热处理后的线收缩；加入量：0.6~2.5% (体积比)不锈钢纤维直径：0.4mm、0.5mm和0.6mm，长度：20mm、25mm和30mm。

钢纤维加入量不宜过多：高温物理化学性能恶化、抗侵蚀能力下降。

耐火材料的分类和存储•耐火材料按原料的种类分为：•碱性耐火材料（镁铬砖、镁铝尖晶石砖，镁铁尖晶石砖，镁钙锆砖、白云石砖等）易水化，需采取严格的防水措施，加工时采用干切，严禁受潮或见水。

•酸性耐火材料（硅莫砖，抗剥落高铝砖、耐碱砖等），不水化，防潮措施没有碱性砖严格。

•浇注料内含有微粉和水泥，易受潮结块，需采取严格的防潮措施。

浇注料分类按结合剂种类分：•水泥结合浇注料根据浇注料中的CaO含量分为传统水泥浇注料CaO（%）：＞2.5低水泥浇注料1-2.5超低水泥浇注料0.2-1无水泥或超微粉浇注料＜0.2•非水泥结合浇注料（化学或有机结合浇注料）低水泥浇注料，颗粒级配精细，致密、高强、耐磨、抗侵蚀（升温过快易爆裂）。

二、耐火材料的表征不定形耐火材料的表征耐火材料除矿物相外还有气孔构成。

气孔的形状、大小和分布与矿物相之间的关系直接影响材料的性能。

•气孔分三类：一侧封闭另一侧和外界连通的称为开口气孔，封闭在试样中不与外界相通的称为闭口气孔，穿通试样几面的称为贯通气孔。

气孔率用显气孔率表示。

显气孔率指试样中的开口气孔总体积占试样总体积的百分比。

•体积密度系指试样烘干后的质量与其总体积之比，即多孔体的质量与其总体积的比值，用Kg/m3或g/cm3表示。

•材料的致密程度由气孔率和体积密度来表征。

显气孔率和体积密度是控制不定形耐火材料施工质量的依据之一。

常用耐火浇注料的体积密度和显气孔率•力学性能是指材料在不同温度下抵抗外力而不被破坏的能力。

是判断材料使用范围和探讨材料损坏机理的依据。

•力学性能的主要检测项目有不同温度下的抗折强度，耐压强度、耐磨性能等。

•常温强度是判断材料拆模的依据。

常温耐压强度指养护到期的试样在室温下单位面积上所能承受的极限压力，即在室温下试样受到压力负荷的作用而破坏时的极限应力。

强度的大小取决于结合剂及其外加剂的种类和用量，也受原材料纯度、配合比、拌和用液体数量、施工方法和养护制度等因素的影响。

•烘干耐压强度指试样养护到期，烘干后单位面积上所能承受的极限压力，是窑炉设计的依据，也是评价材料性能的参照标准。

不定形耐火材料性能的检查一般用烘干后的试样。

•烧后耐压强度指试样经加热到指定温度并保温后随炉自然冷却至室温，其单位面积上所能承受的极限压力。

该指标能宏观分析材料的矿物组成及其组织机构的变化，也能于是其某些使用性能。

•如：CA-50水泥耐火浇注料的中温强度低，使用中炉衬易发生开裂和剥落现象。

•抗折强度指试样在不同温度下受到弯曲负荷作用而断裂时的极限应力。

•高温耐压强度指试样在指定的高温状态下受到压力负荷的作用面破坏时的极限应力。

是评价不定形耐材的耐磨性、抗渣性和抗剥落性能的依据，也是选择材料及其使用部位的依据之一。

•高温抗折强度指试样在三点弯曲装置上和高温状态下受到弯曲负荷作用而断裂时的极限应力，亦称热态抗折强度。

•耐磨性指材料抵抗摩擦蚀损的能力，可预测耐材在磨损和冲刷环境中的适用性。

耐磨性分为摩擦、冲刷和撞击等。

•检验方法：用研磨料直接喷射在试样表面上，用磨损掉的体积数表示。

热学性能•热膨胀指试样长度或体积随温度升高而发生的增长变化，用线膨胀率或平均线膨胀系数表示。

•线膨胀率是试样由室温加热之检验温度时的长度相对变化百分率，是留设膨胀缝和拟定热工操作制度的理论依据。

•它与材料的化学组成，矿物组成及其微观结构有关，直接影响材料的抗热震性。

膨胀率越大，内部产生的热应力也越大，温度变化易产生剥落。

•热导率是在单位温度梯度下通过试样单位面积的热流速率。

是表征材料导热能力的物理量，与材料的属性、组织结构及使用温度等因素有关。

•材料品种和工作温度的不同，热导率也不同，同一种材料的热导率随温度的升高呈增大趋势，轻质耐火浇注料因气孔率大，故热导率低，重质耐火浇注料因气孔率低，故热导率高。

•热导率是计算衬里厚度或散热损失的主要参数，也是选择材料的重要依据。

•不定形耐火材料的线变化率分为烘干线变化率和烧后线变化率。

烘干线变化率较小，经常忽略不计。

•烧后线变化率指试样在规定温度下加热一定时间后的长度不可逆变化量与加热前期长度之比，以百分率表示。

负值表示收缩，正值表示膨胀。

•线变化率过大，对衬体的破坏越大，易产生结构剥落，降低使用寿命。

因此应采取添加外加剂等技术措施尽量降低材料的线变化率。

也是留设膨胀缝的依据之一。

•抗热震性指材料抵抗温度急剧变化作用而不破坏的能力。

材料使用过程中，温度的升高和降低都会产生膨胀和收缩，产生热应力。

当热应力超过材料自身机构强度时，就会发生开裂或剥落，甚至使衬体崩溃。

因此该性能是判断材料质量的重要指标。

•热震性与材料的化学矿物组成，微观结构，物料颗粒级配，热膨胀，热导率，材料强度等密切相关。

一般热膨胀率大，抗热震性差，热导率高，抗热震性好，磷酸盐结合浇注料要好于水泥结合浇注料。

•耐碱性，材料抵抗碱金属离子侵蚀的能力，一般用坩埚法测定。

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