1、第九講第九講 窯爐用耐火材料窯爐用耐火材料 主講教師: 楊 現 鋒 E-mail: Tel:窯爐節能技術 美國約翰-霍普金斯大學應用物理學實驗室 “星際列車”發射系統利用一條長約1000英里（約合1609公里）管 道和一條超導電纜將磁懸浮列車送往低地軌道。 窯爐節能技術 主要內容 2 1 窯爐節能技術 耐火材料的組成與性質耐火材料的組成與性質 窯爐節能技術 各國的檢驗標準有所不同，由于實驗室條件下的檢驗和各國的檢驗標準有所不同，由于實驗室條件下的檢驗和 實際有一定的差距；實驗室的檢驗結果僅起到預測作用；實際有一定的差距；實驗室的檢驗結果僅起到預測作用； 蘇聯：蘇聯：T

2、OCT 日本：日本：JIS（Japanese Industrial Standards） 英國：英國：BSI（British Standards Institution） 美國：美國：ASTM（American Society of Testing Materials） 中國：中國：GB 窯爐節能技術 耐火材料的耐火材料的化學成分化學成分、礦物組成礦物組成及及微觀結構微觀結構決決 定了耐火材料的性質；定了耐火材料的性質； 窯爐節能技術 1.1前言前言 耐火材料是耐火度不低于耐火材料是耐火度不低于1580的無機非金屬材的無機非金屬材 料。料。耐火材料在無荷重時抵抗高溫作用的穩定性，即耐火材料在無

3、荷重時抵抗高溫作用的穩定性，即 在高溫無荷重條件下不熔融軟化的性能稱為耐火度，在高溫無荷重條件下不熔融軟化的性能稱為耐火度， 它表示耐火材料的基本性能。它表示耐火材料的基本性能。 窯爐節能技術 1.2 耐火材料的組成、結構與性質耐火材料的組成、結構與性質 耐火材料是構筑熱工設備的高溫結構材料，面臨：耐火材料是構筑熱工設備的高溫結構材料，面臨： 承受高溫作用承受高溫作用；機械應力機械應力；熱應力熱應力；高溫氣體高溫氣體；熔體熔體 以及固體介質的侵蝕、沖刷、磨損以及固體介質的侵蝕、沖刷、磨損。 耐火材料的質量取決于其性質，為了保證熱工設備的耐火材料的質量取決于其性質，為了保證熱工設備的 正常運行，

4、所選用的耐火材料必須具備能夠滿足和適應正常運行，所選用的耐火材料必須具備能夠滿足和適應 各種使用環境和操作條件。各種使用環境和操作條件。 窯爐節能技術 耐火材料的性質主要包括化學耐火材料的性質主要包括化學-礦物組成、組織結構、礦物組成、組織結構、 力學性質、熱學性質及高溫使用性質等。力學性質、熱學性質及高溫使用性質等。 根據這些性質可以預測耐火材料在高溫環境下的使根據這些性質可以預測耐火材料在高溫環境下的使 用情況。耐火材料所具有的各種性質是熱工設備選擇用情況。耐火材料所具有的各種性質是熱工設備選擇 結構材料的重要依據。結構材料的重要依據。 窯爐節能技術 1.3耐火材料的化學耐火材料的化學-礦

5、物組成礦物組成 （1）化學組成）化學組成 化學組成是耐火材料最基本的特性，是決定耐火材料化學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如抗渣侵蝕性能、耐高溫的物相組成以及很多重要性質如抗渣侵蝕性能、耐高溫 性能、力學性能等的重要基礎。通常將耐火材料的化學性能、力學性能等的重要基礎。通常將耐火材料的化學 組成按各個成分含量的多少及作用分為以下幾類：組成按各個成分含量的多少及作用分為以下幾類： 窯爐節能技術 主成分主成分 是指在耐火材料中對材料的性質起決定作用是指在耐火材料中對材料的性質起決定作用 并構成耐火基體的成分并構成耐火基體的成分。耐火材料按其主成分的化學性。耐

6、火材料按其主成分的化學性 質可分為質可分為酸性耐火材料、中性耐火材料和堿性耐火材料酸性耐火材料、中性耐火材料和堿性耐火材料。 窯爐節能技術 雜質成分雜質成分 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非主 要成分的化學物質要成分的化學物質（氧化物、化合物等）稱為雜質。雜（氧化物、化合物等）稱為雜質。雜 質的存在往往能與主要成分在高溫下發生反應，生成低質的存在往往能與主要成分在高溫下發生反應，生成低 熔性物質或形成大量的液相，從而降低耐火材料基體的熔性物質或形成大量的液相，從而降低耐火材料基體的 耐火性能，故也稱之為熔劑。耐火性能，故也稱之為熔劑。 窯爐節能技術 添

7、加成分添加成分 耐火材料的化學組成中除主要成分和雜質耐火材料的化學組成中除主要成分和雜質 成分外有時為了制作工藝的需要或改善某些性能往往成分外有時為了制作工藝的需要或改善某些性能往往人人 為地加入少量的添加成分為地加入少量的添加成分，引入添加成分的物質稱為添，引入添加成分的物質稱為添 加劑。按照添加劑的目的和作用不同可分為礦化劑、穩加劑。按照添加劑的目的和作用不同可分為礦化劑、穩 定劑、促燒劑等。定劑、促燒劑等。 窯爐節能技術 （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組成和生產工藝條件，成取決于耐火材

8、料的化學組成和生產工藝條件，礦物礦物 組成可分為兩大類：結晶相與玻璃相，其中結晶相又組成可分為兩大類：結晶相與玻璃相，其中結晶相又 分為主晶相和次晶相。分為主晶相和次晶相。 主晶相主晶相是指構成耐火制品結構的主體而且熔點較高是指構成耐火制品結構的主體而且熔點較高 的結晶相。主晶相的性質、數量、結合狀態直接決定的結晶相。主晶相的性質、數量、結合狀態直接決定 著耐火制品的性質。著耐火制品的性質。 窯爐節能技術 次晶相次晶相又稱第二固相，是在高溫下與主晶相共存的又稱第二固相，是在高溫下與主晶相共存的 第二晶相。第二晶相。 如鎂鉻磚中與方鎂石并存的鉻尖晶石，鎂鋁磚中的如鎂鉻磚中與方鎂石并存的鉻尖晶石，

9、鎂鋁磚中的 鎂鋁尖晶石，鎂鈣磚中的硅酸二鈣，鎂硅磚中的鎂橄鎂鋁尖晶石，鎂鈣磚中的硅酸二鈣，鎂硅磚中的鎂橄 欖石等。次晶相也是熔點較高的晶體，它的存在可以欖石等。次晶相也是熔點較高的晶體，它的存在可以 提高耐火制品中固相間的直接結合，同時可以改善制提高耐火制品中固相間的直接結合，同時可以改善制 品的某些特定的性能。如：高溫結構強度以及抗熔渣品的某些特定的性能。如：高溫結構強度以及抗熔渣 滲透、侵蝕的能力。滲透、侵蝕的能力。 窯爐節能技術 填充于主晶相之間的不同成分的結晶礦物（次晶相）填充于主晶相之間的不同成分的結晶礦物（次晶相） 和玻璃相統稱為和玻璃相統稱為基質基質，也稱為結合相。基質的組成和，

10、也稱為結合相。基質的組成和 形態對耐火制品的高溫性質和抗侵蝕性能起著決定性形態對耐火制品的高溫性質和抗侵蝕性能起著決定性 的影響。的影響。 基質對于主晶相而言是制品的相對薄弱之處。基質對于主晶相而言是制品的相對薄弱之處。 窯爐節能技術 1.4 耐火材料的顯微結構耐火材料的顯微結構 耐火材料是由耐火材料是由固相固相（包括結晶相與玻璃相）和（包括結晶相與玻璃相）和氣孔氣孔 兩部分構成的非均質體。它們之間的相對數量及其分布兩部分構成的非均質體。它們之間的相對數量及其分布 和結合形態構成了耐火材料的顯微結構。而耐火制品的和結合形態構成了耐火材料的顯微結構。而耐火制品的 顯微組織結構表征的是耐火材料中主

11、晶相與基質間的結顯微組織結構表征的是耐火材料中主晶相與基質間的結 合形態。合形態。 窯爐節能技術 圖圖1-1 1-1 硅酸鹽結合與直接結合顯微結構示意圖硅酸鹽結合與直接結合顯微結構示意圖 耐火材料主晶相與基質的結合形態有兩種：即陶瓷耐火材料主晶相與基質的結合形態有兩種：即陶瓷 結合與直接結合。結合與直接結合。 窯爐節能技術 陶瓷結合又稱為硅酸鹽結合，其結構特征是耐火制陶瓷結合又稱為硅酸鹽結合，其結構特征是耐火制 品主晶相之間由低熔點的硅酸鹽非晶質和晶質聯結在品主晶相之間由低熔點的硅酸鹽非晶質和晶質聯結在 一起而形成結合一起而形成結合（圖（圖1-1a），如普通鎂磚中硅酸鹽基），如普通鎂磚中硅酸鹽

12、基 質與方鎂石之間的結合。此類耐火制品在高溫使用時，質與方鎂石之間的結合。此類耐火制品在高溫使用時， 低熔點的硅酸鹽首先在較低的溫度下成為液相（或玻低熔點的硅酸鹽首先在較低的溫度下成為液相（或玻 璃相軟化），大大降低了耐火制品的高溫性能。璃相軟化），大大降低了耐火制品的高溫性能。 窯爐節能技術 MgO A B C MgO SiO2 CaO (wt%) A 24.83 39.09 36.08 B 11.70 37.00 51.30 C 11.54 36.29 52.17 耐火材料中陶瓷結合示意圖耐火材料中陶瓷結合示意圖 窯爐節能技術 直接結合是指耐火制品中，高熔點的主晶相之間直接結合是指耐火制品

13、中，高熔點的主晶相之間 或主晶相與次晶相間直接接觸形成結晶網絡的一種結或主晶相與次晶相間直接接觸形成結晶網絡的一種結 合合。 直接結合耐火制品一般具有較高的直接結合耐火制品一般具有較高的高溫力學性能高溫力學性能， 與材質相近的硅酸鹽結合的耐火制品相比高溫強度可與材質相近的硅酸鹽結合的耐火制品相比高溫強度可 成倍提高，其成倍提高，其抗渣蝕性能和體積穩定性抗渣蝕性能和體積穩定性也較高。也較高。 窯爐節能技術 一種致密氧化鋁材料圖示一種致密氧化鋁材料圖示 窯爐節能技術 窯爐節能技術 耐火材料中氣孔體積與總體積之比稱為氣孔率。耐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

14、口氣孔（顯氣孔）、貫火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，則耐火材料的氣孔可分為開口氣孔和封閉氣孔兩類。類，則耐火材料的氣孔可分為開口氣孔和封閉氣孔兩類。 1.5 耐火材料的常溫物理性質耐火材料的常溫物理性質 （1）氣孔率）氣孔率 窯爐節能技術 耐火材料中氣孔的類型耐火材料中氣孔的類型 窯爐節能技術 耐火材料中存在的氣孔耐火材料中存在的氣孔 材料中氣孔產生的原因？材料中氣孔產生的原因？ 窯爐節能技術 （2 2）吸水率）吸水率 吸水率是指耐火制品中全部開口氣孔吸滿水時，吸水率是指耐火

15、制品中全部開口氣孔吸滿水時， 制品所吸收水的重量與制品重量之比。吸水率實質上制品所吸收水的重量與制品重量之比。吸水率實質上 是反映制品中開口氣孔量的一個指標。是反映制品中開口氣孔量的一個指標。 測定意義：判斷原料或制品質量的好壞、燒結測定意義：判斷原料或制品質量的好壞、燒結 與否、是否致密。同時可以預測耐火材料的抗渣性、與否、是否致密。同時可以預測耐火材料的抗渣性、 透氣性能和熱震穩定性能。透氣性能和熱震穩定性能。 窯爐節能技術 （3）體積密度）體積密度 耐火制品單位表觀體積的質量稱為體積密度，通常耐火制品單位表觀體積的質量稱為體積密度，通常 用用kg/m3或或g/cm3表示。對于同一種耐火制

16、品而言，其表示。對于同一種耐火制品而言，其 體積密度與顯氣孔率呈負相關關系，即制品的體積密體積密度與顯氣孔率呈負相關關系，即制品的體積密 度大則顯氣孔率就低。度大則顯氣孔率就低。 式中：式中：Db為體積密度（為體積密度（g/cm3） G為試樣質量為試樣質量 g Vb為試樣表觀體積為試樣表觀體積cm3 b b V G D 窯爐節能技術 （5）透氣度）透氣度 其物理意義是在一定時間內和一定壓差下氣體透過一定其物理意義是在一定時間內和一定壓差下氣體透過一定 斷面和厚度的試樣的量：斷面和厚度的試樣的量： d tAPP KQ )( 21 式中：式中：Q為氣體透過的數量（升）；為氣體透過的數量（升）；d為

17、試樣的厚度（米）；為試樣的厚度（米）； A為試樣的橫截面積（平方米）；為試樣的橫截面積（平方米）；t為氣體透過時間（小為氣體透過時間（小 時）；時）； P1-P2為試樣兩端氣體壓力差（牛頓為試樣兩端氣體壓力差（牛頓/平方米）；平方米）； K為透氣度系數，也稱透氣率（升為透氣度系數，也稱透氣率（升米米/牛頓牛頓小時）小時） 窯爐節能技術 氣孔率和體積密度等技術指標只是表征耐火制品中氣氣孔率和體積密度等技術指標只是表征耐火制品中氣 孔體積的多少和制品的致密程度，并不能夠反映氣孔的孔體積的多少和制品的致密程度，并不能夠反映氣孔的 大小、分布和形狀。大小、分布和形狀。 耐火制品在使用過程中，侵蝕介質浸

18、入、滲透的程耐火制品在使用過程中，侵蝕介質浸入、滲透的程 度與耐火制品氣孔的大小、形狀等密切相關，一般而言，度與耐火制品氣孔的大小、形狀等密切相關，一般而言， 耐火制品的透氣度越高，其抵抗熔渣滲透、侵蝕的能力耐火制品的透氣度越高，其抵抗熔渣滲透、侵蝕的能力 越差。越差。 窯爐節能技術 1.6 耐火材料的熱學性質和導電性質耐火材料的熱學性質和導電性質 （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 性質稱為熱膨脹。性質稱為熱膨脹。 耐火材料的熱膨脹可以用線膨脹系數或體膨脹系數表耐火材料的熱膨脹可以用線膨脹系數或體膨脹系數表 示，

19、也可以用線膨脹百分率或體積膨脹百分率表示。示，也可以用線膨脹百分率或體積膨脹百分率表示。 窯爐節能技術 體積膨脹系數：體積膨脹系數： -1 線膨脹系數：線膨脹系數： -1 p t v v )( 1 p t l l )( 1 膨脹膨脹系數系數是指耐火材料由室溫加熱至試驗溫度的區是指耐火材料由室溫加熱至試驗溫度的區 間內，溫度每升高間內，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：窯爐設計的重要參數、預留膨脹縫的依據，可意義：窯爐設計的重要參數、預留膨脹縫的依據，可 間接判斷耐材熱震穩定性能。間接判斷耐材熱震穩定性能。 窯爐節能技術 耐火材料的熱膨脹性能取決于它的

20、化學礦物組成，且與耐火材料的熱膨脹性能取決于它的化學礦物組成，且與 耐火材料中結晶相的晶體結構及鍵強密切相關。通常：耐火材料中結晶相的晶體結構及鍵強密切相關。通常： 鍵強高的材料具有低的熱膨脹系數鍵強高的材料具有低的熱膨脹系數(SiC)； 組成相同的材料，晶體結構不同，其熱膨脹系數也不同組成相同的材料，晶體結構不同，其熱膨脹系數也不同 (石英和石英玻璃）；石英和石英玻璃）； 加熱過程中，存在多晶轉變的材料，其熱膨脹系數也要加熱過程中，存在多晶轉變的材料，其熱膨脹系數也要 發生相應的變化（鱗石英、方石英）。發生相應的變化（鱗石英、方石英）。 窯爐節能技術 （2）熱導率）熱導率 耐火材料的熱導率是

21、指單位溫度梯度下，單位時間耐火材料的熱導率是指單位溫度梯度下，單位時間 內通過單位垂直面積的熱量內通過單位垂直面積的熱量，用，用表示：表示： tF x T Q )( 其中：其中： 導熱率（導熱率（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 窯爐節能技術 耐火材料中所含的氣孔對其熱導率的影響最大。耐火材料中所含的氣孔對其熱導率的影響最大。 一般說來，在一定的溫度范圍內，氣孔率越大，熱導一般說來，在一定的溫度范圍內，氣孔率越大，熱導 率越低。耐火材料的化學礦物組成也對

22、材料的導熱率率越低。耐火材料的化學礦物組成也對材料的導熱率 也有明顯影響。也有明顯影響。 晶體中的各種缺陷、雜質以及晶粒界面都會引起晶體中的各種缺陷、雜質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 降低熱導率。降低熱導率。 窯爐節能技術 1.7 耐火材料的力學性質耐火材料的力學性質 耐火材料的力學性質是指制品在不同條件下的強度耐火材料的力學性質是指制品在不同條件下的強度 等物理指標，是表征等物理指標，是表征耐火材料抵抗不同溫度下外力造耐火材料抵抗不同溫度下外力造 成的形變和應力而不破壞的能力成的形變和應力而不破壞的能力。耐

23、火材料的力學性。耐火材料的力學性 質通常包括耐壓強度、抗折強度、扭轉強度、耐磨性、質通常包括耐壓強度、抗折強度、扭轉強度、耐磨性、 彈性模量及高溫蠕變等。彈性模量及高溫蠕變等。 窯爐節能技術 （1）耐壓強度）耐壓強度 耐火材料的耐壓強度包括常溫耐壓強度和高溫耐壓強度，耐火材料的耐壓強度包括常溫耐壓強度和高溫耐壓強度， 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）表示。可按下式計算：）表示。可按下式計算： A P CS 式中式中 Cs 耐火制品的耐壓強度，單位：耐火制品的

24、耐壓強度，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。 窯爐節能技術 （2）抗折強度）抗折強度 耐火材料的抗折強度包括常溫抗折強度和高溫抗折強度，耐火材料的抗折強度包括常溫抗折強度和高溫抗折強度， 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 受的極限彎曲應力，以牛頓受的極限彎曲應力，以牛頓/毫米毫米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，采用三點彎的是材料在常溫或高溫條件下抵抗

25、彎矩的能力，采用三點彎 曲法測量。曲法測量。 窯爐節能技術 （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固某一恒定的溫度以及固 定載荷下，材料的形變與時間的關系定載荷下，材料的形變與時間的關系。根據施加荷重形式。根據施加荷重形式 的不同可分為高溫壓縮蠕變、高溫拉伸蠕變、高溫抗折蠕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，故應用較變等。由于高溫壓縮與高溫抗折蠕變較易測定，故應用較 多。多。我國通常采用壓縮蠕變我國通常采用壓縮蠕變。 窯爐節能技術 1.8 耐火材料的高溫使用性質耐火材

26、料的高溫使用性質 耐火制品在各種不同的窯爐中使用時，長期處于高溫狀耐火制品在各種不同的窯爐中使用時，長期處于高溫狀 態下，耐火材料耐高溫的性質能否滿足各類窯爐工作條件態下，耐火材料耐高溫的性質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，因此耐火制品的高溫性的要求，是材料選用的主要依據，因此耐火制品的高溫性 質也是最重要的基本性質。質也是最重要的基本性質。 窯爐節能技術 （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性耐火材料在無荷重條件下，抵抗高溫作用而不熔化的性 質稱為耐火度。質稱為耐火度。與有固定熔點的結晶態物質不同，耐火材料與有固定熔點的結晶態物質不同，

27、耐火材料 一般是由多種礦物組成的多相固體混合物，沒有固定的熔點。一般是由多種礦物組成的多相固體混合物，沒有固定的熔點。 其熔融是在一定溫度范圍內進行的，當對其加熱升溫至某一其熔融是在一定溫度范圍內進行的，當對其加熱升溫至某一 溫度時開始出現液相（即固定的開始熔融溫度），繼續加熱溫度時開始出現液相（即固定的開始熔融溫度），繼續加熱 溫度仍然繼續升高、液相量也隨之增多，直至升至某一溫度溫度仍然繼續升高、液相量也隨之增多，直至升至某一溫度 全部變為液相，在這個溫度范圍內，液相與固相同時存在。全部變為液相，在這個溫度范圍內，液相與固相同時存在。 窯爐節能技術 耐火度是一個技術指標，將被測制品按一定方法

28、制成截耐火度是一個技術指標，將被測制品按一定方法制成截 頭三角錐。試錐以一定升溫速度加熱，達到某一溫度開始頭三角錐。試錐以一定升溫速度加熱，達到某一溫度開始 出現液相，溫度繼續升高液相量逐漸增加出現液相，溫度繼續升高液相量逐漸增加,粘度減小，試錐粘度減小，試錐 在重力作用逐漸軟化彎倒在重力作用逐漸軟化彎倒,當其彎倒至頂點與底接觸的溫度，當其彎倒至頂點與底接觸的溫度， 即為試樣的耐火度。即為試樣的耐火度。 窯爐節能技術 耐火度與熔點的區別：耐火度與熔點的區別： 1、熔點指純物質的結晶相與液湘處于平衡時的溫度；、熔點指純物質的結晶相與液湘處于平衡時的溫度； 2、熔點是一個物理常數；、熔點是一個物理

29、常數； 3、耐火材料為多相混合體，其熔融是在一定的溫度范、耐火材料為多相混合體，其熔融是在一定的溫度范 圍內進行的，是一個工藝指標。圍內進行的，是一個工藝指標。 窯爐節能技術 （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使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構強度與變形情況，因而是耐火制用情況相近的條件下的結構強度與變

30、形情況，因而是耐火制 品的重要性能指標。品的重要性能指標。 耐火制品的荷重軟化溫度取決于制品的化學耐火制品的荷重軟化溫度取決于制品的化學-礦物組成、礦物組成、 組織結構、顯微結構、液相的性質、結晶相與液相的比例及組織結構、顯微結構、液相的性質、結晶相與液相的比例及 相互作用等。相互作用等。 窯爐節能技術 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的固定載的固定載 荷下，以一定的升溫速度均勻加熱，測定試樣壓縮荷下，以一定的升溫速度均勻加熱，測定試樣壓縮0.6%、 4%、40% 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

31、樣 的荷重軟化開始溫度，即通常所說的的荷重軟化開始溫度，即通常所說的荷重軟化點荷重軟化點。 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；）潰裂點； 窯爐節能技術 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 窯爐節能技術 （3）高溫體積穩定性）高溫體積穩定性 高溫體積穩定性是評價耐火材料質量的一項重要物理指高溫體積穩定性是評價耐火材料質量的一項重要物理指 標，標，表示耐火材料在高溫下長期使用時，其外形及體積

32、保表示耐火材料在高溫下長期使用時，其外形及體積保 持穩定而不發生變化的性能持穩定而不發生變化的性能。 窯爐節能技術 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 重燒膨脹或收縮。重燒膨脹或收縮。 重燒體積變化重燒體積變化的大小表征了耐火制品的高溫體積穩定性，的大小表征了耐火制品的高溫體積穩定性， 對高溫窯爐等熱工設備的結構及工況的穩定性具有十分重對高溫窯爐等熱工設備的結構及工況的穩定性具有十分重 要的意義。要的意義。 測定意義：衡量材料燒結性能的好壞。測定意義：衡量材料燒結性能的好壞。 窯爐節能技術 重燒體積變化可用體積變化百分率或線變化百分

33、率表示：重燒體積變化可用體積變化百分率或線變化百分率表示： 式中：式中：V，V0 分別表示重燒前后試樣的體積；分別表示重燒前后試樣的體積； L，L0 分別表示重燒前后試樣的長度。分別表示重燒前后試樣的長度。 %100 0 V VV V %100 0 L LL L 窯爐節能技術 （4）熱震穩定性）熱震穩定性 耐火材料抵抗溫度急劇變化而不被破壞的性能稱為熱震耐火材料抵抗溫度急劇變化而不被破壞的性能稱為熱震 穩定性或抗熱沖擊性能。穩定性或抗熱沖擊性能。 高溫窯爐等熱工設備在運行過程中，其運行溫度常常發高溫窯爐等熱工設備在運行過程中，其運行溫度常常發 生變化甚至劇烈的波動生變化甚至劇烈的波動.這種溫度

34、的急劇變化常常會導致耐這種溫度的急劇變化常常會導致耐 火材料產生裂紋、剝落、崩裂等結構性的破壞，而影響熱火材料產生裂紋、剝落、崩裂等結構性的破壞，而影響熱 工設備操作的穩定性、安全性和生產的連續性。工設備操作的穩定性、安全性和生產的連續性。 窯爐節能技術 耐火材料熱震穩定性試驗后的電鏡圖片耐火材料熱震穩定性試驗后的電鏡圖片 窯爐節能技術 熱震穩定性的試驗方法：熱震穩定性的試驗方法： 風風 冷（冷（1000 ，30分鐘，風冷，重復）分鐘，風冷，重復） 水水 冷（冷（1100，20分鐘，水冷，自然干燥，重復）分鐘，水冷，自然干燥，重復） 評價：評價： 試樣被破壞的程度試樣被破壞的程度 試樣強度的保

35、持率試樣強度的保持率 窯爐節能技術 （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 氣中的氧氣發生發應。氣中的氧氣發生發應。 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的圓柱的圓柱 體；體； 溫度：溫度：1400，保溫，保溫3小時，固定流量向爐內通空氣；小時，固定流量向爐內通空氣； 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。 也可由雙方協商測量方法。也可由雙方協商測量方法。 窯爐節能技術 抗氧化性試驗后，試樣截面圖抗氧化性試驗后，試樣截面

36、圖 窯爐節能技術 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。 腐蝕性介質通常稱之為腐蝕性介質通常稱之為“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、液態物料（如水泥括高溫下與耐火材料接觸的各種固態、液態物料（如水泥 熟料、石灰、熔融金屬、玻璃液等）、冶金爐渣、燃料灰熟料、石灰、熔融金屬、玻璃液等）、冶金爐渣、燃料灰 分、飛灰以及各種氣態物質等。高溫環境下，熔渣物質與分、飛灰以及各種氣態物質等。高溫環境下，熔渣物質與 耐火材料相接觸，并與之發生復雜的物理化學反應，導致耐火材料相接觸，并與之發生復雜的物理

37、化學反應，導致 耐火材料的侵蝕損毀。耐火材料的侵蝕損毀。 (6)(6)抗渣蝕性能抗渣蝕性能 窯爐節能技術 鋼水及熔渣對耐火材料的侵蝕鋼水及熔渣對耐火材料的侵蝕 窯爐節能技術 窯爐節能技術 動態抗渣試驗后試樣的圖片動態抗渣試驗后試樣的圖片 渣線渣線 窯爐節能技術 靜態抗渣試驗圖片靜態抗渣試驗圖片 耐火材料耐火材料 殘渣殘渣 窯爐節能技術 第二章第二章 耐火材料各論耐火材料各論 窯爐節能技術 硅質耐火材料硅質耐火材料 窯爐節能技術 窯爐節能技術 二氧化硅的相變 不同晶型之間的轉變稱為遲鈍型轉變，如：石英鱗石英 方英石。是不可逆的。 同一晶型之間的轉變稱為快速型轉變，如：石英石英 石英。是可逆的。

38、窯爐節能技術 二、硅磚的生產 以天然SiO 2 質巖石為原料，要求雜質組分 （Al2O3、TiO2、堿金屬氧化物）含量小于2%。 生產工藝與陶瓷相似。 窯爐節能技術 窯爐節能技術 三、硅磚的性質和使用 1SiO293%，鱗石英：30%70%，方英石：20%80%， 石英：3%15%，玻璃相：4%14%。 2真密度小于2.38g/cm3,體積密度：1.801.95 g/cm3. 3使用性質：耐火度 16901730，摻雜時 16201670， 耐酸性高，抗熱震性很差，850冷水兩次。 窯爐節能技術 硅酸鋁質耐火材料硅酸鋁質耐火材料 以氧化鋁和氧化硅為主，Al2O3：30%46%。 窯爐節能技術

39、一、粘土質耐火材料 1原料：耐火粘土（高嶺土、鋁土礦等） 2生產：似陶瓷 3性質及應用：耐火度 15801770，高溫耐壓 強度 大于58.8Mpa(10001200), 荷重軟化溫 度 12501400， 高溫體積穩定 小于1%，抗 熱震性好 1100 水冷50次以上，抗渣性好。 窯爐節能技術 二、高鋁質耐火材料 Al2O3大于48%。原料和生產與粘土質耐火材 料相似。 性質：耐火度 17702000， 荷重軟化溫 度 大于1400， 導熱性好，抗熱震性較差 850 水冷30次以上，抗渣性好。 應用：為最廣泛的一種，用于冶金、建材、 陶瓷、電力鍋爐等。其用作電爐頂壽命比硅磚高 25 倍。 窯

40、爐節能技術 第三節第三節 鎂質耐火材料鎂質耐火材料 為典型的堿性耐火材料。種類較多。 窯爐節能技術 一、氧化鎂磚 1種類 各種鎂磚：Mg-Si、Mg-Ca、Mg-Al、Mg-Cr、Mg-C等。 2組成 方鎂石、鎂方鐵礦、鎂尖晶石、鎂硅酸鹽（橄欖石、 輝石）等。 3原料 主要為菱鎂礦。 窯爐節能技術 4生產 首先將菱鎂礦煅燒（1000輕燒，1400以 上重燒）制得氧化鎂。將氧化鎂粉碎后加入添加 劑和結合劑，混合后成型、煅燒即制得鎂磚。 窯爐節能技術 5性質 耐火度 大于1920，荷重軟化溫度 大于1500， 抗熱震性 1100冷水 大于25次，抗堿性好，最高 使用溫度大于1600。 6應用 用于

41、各種爐襯，特別是堿性環境。 窯爐節能技術 二、白云石質耐火材料 以CaO和MgO為主要成分的耐火材料。 1種類：含游離氧化鈣的白云石質耐火材料 和穩定型的白云石制品； 2組成：游離氧化鈣型（方鎂石和石灰石）， 穩定型（C3S、MgO為主，少量C2S、C4AF） 窯爐節能技術 3生產：游離氧化鈣型（天然白云石燒或不燒， 粘結），穩定型（以天然白云石、石英、磷灰石為原 料配合后共燒結而成，燒結溫度小于1450）。 4性質：游離氧化鈣型（耐火度 15001700， 穩定性差，極易吸水分解，成本低）；穩定型（常溫 耐壓5070Mpa，荷重軟化溫度 1500，抗渣好，抗 熱震性差）。 窯爐節能技術 三、

42、尖晶石質耐火材料 1種類：Mg-Al、Mg-Cr 2組成：鎂鋁尖晶石和鎂鉻尖晶石 3生產：首先需要合成尖晶石，然后燒結或不燒。 也可制備不定形耐火材料。 4性質：強度高，抗蠕變性強，荷重軟化溫度 17001750，抗渣性遠大于鎂磚，體積穩定。 5應用：有色金屬冶煉爐襯及其它各類爐襯。 窯爐節能技術 第四節第四節 碳質耐火材料碳質耐火材料 窯爐節能技術 一、碳素耐火材料 即碳磚、碳塊及無定形碳為主。 1原料：灰分小于8%的各種煤和少量石墨。配料為 高碳有機物（瀝青、煤焦油等）。 2生產：主料80%85%，配料20%15%，在溫度 5070下混煉后成型，冷卻后在還原氣氛下焙 燒。 3原理：2005

43、00 結合劑逸出；450800 焦 化；10001300燒結；緩慢降溫。 窯爐節能技術 1性質：氣孔率大（1525%），強度 抗壓30 60Mpa，抗渣性好，耐火度（還原氣氛）3500 升華，抗氧化能力差。 2應用：煉鐵高爐，鋁電解槽內襯及陽極。 窯爐節能技術 二、石墨耐火制品 1石墨黏土制品（坩堝、蒸餾罐、盛鋼桶磚等） 原料：石墨、耐火黏土、可塑性黏土及少量 碳化硅。 制備工藝：與碳素耐火材料相似。燒成溫度 10001150。 性質：強度高，抗腐和抗渣性好，熱膨脹低， 導熱性高。 應用：熔融金屬耐火材料。 窯爐節能技術 2其它石墨制品 以可塑黏土作結合劑制得的石墨制品。也可 加入碳化硅、氧化

44、鋁、氧化鋯等制成復合制品。 窯爐節能技術 第五節第五節 含鋯質耐火材料含鋯質耐火材料 指含有氧化鋯或硅酸鋯的耐火材料。 窯爐節能技術 一、純鋯英石耐火材料 1原料：天然鋯英石（ZrSiO4）礦砂，含量大于 90%。在15001700（低于鋯英石分解溫度）煅 燒出塊，若加入堿金屬氧化物可在10501300 煅燒，之后急冷，然后細磨。 2生產：用有機結合劑黏結，用黏土可引起制品的 耐火度和體積穩定性降低。可加入少量氧化鈣等 礦化劑以促進燒結。最高燒結溫度為1700。 3組成：幾乎全部由ZrSiO4晶體組成，含少量玻璃 質和氧化鋯。 窯爐節能技術 4. 性質：比重大（4.55），高溫下黏度高，耐火度

45、大 （大于1825 ），荷重軟化溫度大于1650，耐磨， 熱膨脹低。抗熱震性差，抗渣性差，抗堿腐蝕性差。 5. 應用：用于連續鑄鋼的盛鋼桶內襯，有色冶煉爐的 鑄口，還可用于玻璃窯等。 窯爐節能技術 二、含鋯英石的其它耐火材料 包括：Zr-Al磚 可提高抗熱震性； Zr-Cr-Al磚 可提高強化基質的耐高溫性和抗 腐性； Zr-SiC磚 可提高抗渣性和耐磨性。 窯爐節能技術 第六節第六節 不定形耐火材料不定形耐火材料 窯爐節能技術 一、概述 1. 定義：有合理級配的粒狀和粒狀料與結合劑共同 組成的不經成型和燒成而直接供使用的耐火材料。 又稱為散狀耐火材料。 2. 構成：粒料（骨料）、粉料（摻合料）、結合劑 （膠結劑）。