1、3.1 耐火材料定義及性質耐火材料定義及性質 3.2 耐火材料種類和特性耐火材料種類和特性 3.3 玻璃熔窯各部位耐火材料的使用玻璃熔窯各部位耐火材料的使用3 玻璃熔窯用耐火材料玻璃熔窯用耐火材料3.13.1耐火材料定義及性質耐火材料定義及性質3.1.1 定義定義 耐火材料是指耐火度不低于耐火材料是指耐火度不低于1580的無的無機非金屬材料。機非金屬材料。 用做高溫窯爐的結構材料，工業用高溫用做高溫窯爐的結構材料，工業用高溫容器和部件的材料。容器和部件的材料。 大部分以天然礦石（如耐火黏土、硅石、大部分以天然礦石（如耐火黏土、硅石、菱鎂礦、白云石等）為原料制成。也有些采菱鎂礦、白云石等）為原料

2、制成。也有些采用工業原料和人工合成原料（如工業氧化鋁、用工業原料和人工合成原料（如工業氧化鋁、碳化硅、合成莫來石、合成尖晶石的）。碳化硅、合成莫來石、合成尖晶石的）。玻璃窯用部分耐火材料隧道窯：隧道窯：陶瓷、耐陶瓷、耐火材料等火材料等工業上應工業上應用較多的用較多的現代化窯，現代化窯，連續生產連續生產的熱工設的熱工設備。備。玻璃熔窯：玻璃熔窯：熔化玻璃熔化玻璃的熱工設備。分玻璃的熱工設備。分玻璃池窯和坩堝窯。池窯和坩堝窯。玻璃池窯玻璃池窯坩堝窯坩堝窯玻璃池窯玻璃池窯3.1.2 耐火材料的性質耐火材料的性質3.1.2.1 耐火材料的結構性能耐火材料的結構性能3.1.2.2 耐火材料的熱學性能耐火

3、材料的熱學性能3.1.2.3 耐火材料的力學性能耐火材料的力學性能3.1.2.4 耐火材料的使用性能耐火材料的使用性能3.1.2.2 3.1.2.2 耐火材料的結構性能耐火材料的結構性能(1)(1)氣孔率氣孔率氣孔率可占制品總容積的氣孔率可占制品總容積的090。氣孔分開口氣孔和閉口氣孔。氣孔分開口氣孔和閉口氣孔。開口氣孔又分為毛細孔、非毛細孔和封開口氣孔又分為毛細孔、非毛細孔和封閉的毛細孔。閉的毛細孔。毛細孔分為透氣的和不透氣的，孔徑大毛細孔分為透氣的和不透氣的，孔徑大于于5微米的透氣孔，稱為貫通的氣孔。微米的透氣孔，稱為貫通的氣孔。圖圖2-2 制品中的氣孔形狀制品中的氣孔形狀1封閉氣孔；封閉

4、氣孔；2-開口氣孔；開口氣孔；3貫通氣孔貫通氣孔圖圖2-3 耐火材料性質耐火材料性質和氣孔率的關系和氣孔率的關系1抗熱震性；抗熱震性；2線膨脹系數；線膨脹系數；3體積密度；體積密度；4熱導率；熱導率；5耐壓強度耐壓強度(2)(2)吸水率吸水率吸水率是耐火制品全部開口氣孔所吸收吸水率是耐火制品全部開口氣孔所吸收的水的質量與干燥試樣的質量百分比。的水的質量與干燥試樣的質量百分比。耐火原料生產中習慣上用吸水率來鑒定耐火原料生產中習慣上用吸水率來鑒定熟料的煅燒質量，原料煅燒得越好，吸熟料的煅燒質量，原料煅燒得越好，吸水率數值越低，一般應小于水率數值越低，一般應小于5 5。(3)(3)體積密度體積密度體

5、積密度是耐火制品的質量與其體積（包括體積密度是耐火制品的質量與其體積（包括氣體）的比值。氣體）的比值。它表征耐火材料的致密程度，是所有耐火原它表征耐火材料的致密程度，是所有耐火原料和耐火制品質量標準中的基本指標之一。料和耐火制品質量標準中的基本指標之一。體積密度高的制品，其氣孔率小，強度、高體積密度高的制品，其氣孔率小，強度、高溫荷重軟化溫度等一系列性能好。溫荷重軟化溫度等一系列性能好。(4)真密度真密度真密度是耐火制品的質量與其真體積真密度是耐火制品的質量與其真體積（不包括氣孔體積）之比。在耐火材（不包括氣孔體積）之比。在耐火材料中，硅磚的真密度是衡量石英轉化料中，硅磚的真密度是衡量石英轉化

6、程度的重要技術指標。程度的重要技術指標。SiO2組成的各組成的各種不同礦物的真密度不同，鱗石英的種不同礦物的真密度不同，鱗石英的真密度最小，方石英次之，石英最大。真密度最小，方石英次之，石英最大。(5) 氣孔孔徑分布氣孔孔徑分布氣孔孔徑分布是耐火制品中各種孔徑的氣孔孔徑分布是耐火制品中各種孔徑的氣孔所占氣孔總體積的百分率。氣孔所占氣孔總體積的百分率。在氣孔率相同時，孔徑大的制品的強度在氣孔率相同時，孔徑大的制品的強度低。熔鑄或隔熱耐火制品氣孔孔徑可大低。熔鑄或隔熱耐火制品氣孔孔徑可大于于1mm，稱為縮孔或大氣孔；致密耐火，稱為縮孔或大氣孔；致密耐火制品的氣孔主要為毛細孔，孔徑多為制品的氣孔主要

7、為毛細孔，孔徑多為130m；氣孔微細化的鋁碳制品和致密高；氣孔微細化的鋁碳制品和致密高鋁磚的平均孔徑小于鋁磚的平均孔徑小于12m。電熔鋯剛玉電熔鋯剛玉磚橫斷面磚橫斷面(箭頭所指為箭頭所指為大的縮孔大的縮孔)3.1.2.3 耐火材料的熱學性能(1) 比熱容比熱容比熱容是指比熱容是指1kg耐火材料溫度升高耐火材料溫度升高1所吸收所吸收的熱量。數值用于窯爐設計熱工計算。蓄熱的熱量。數值用于窯爐設計熱工計算。蓄熱室格子磚采用高比熱容的致密材料，以增加室格子磚采用高比熱容的致密材料，以增加蓄熱量和放熱量，提高換熱效率。蓄熱量和放熱量，提高換熱效率。(2)(2)熱膨脹性熱膨脹性熱膨脹性指材料的線度和體積隨

8、溫度升熱膨脹性指材料的線度和體積隨溫度升降發生可逆性增減的性能。常以線膨脹降發生可逆性增減的性能。常以線膨脹系數或體積膨脹系數表示。系數或體積膨脹系數表示。名名 稱稱黏土磚黏土磚莫來石莫來石磚磚莫來石莫來石剛玉磚剛玉磚剛玉磚剛玉磚半硅磚半硅磚硅磚硅磚鎂磚鎂磚平均線平均線膨脹系膨脹系數數 10-6（201000）4.56.05.55.87.07.58.08.57.09.011 . 513.014.015.0各種耐火材料的平均線膨脹系數各種耐火材料的平均線膨脹系數各種耐火各種耐火磚的熱膨脹磚的熱膨脹曲線曲線1-1-鎂磚鎂磚; ;2-2-硅磚硅磚; ;3-3-鉻鎂磚；鉻鎂磚；4-4-半硅磚半硅磚；5

9、-5-粘土粘土磚；磚；6-6-高高鋁磚；鋁磚；7-7-黏土磚黏土磚(3)(3)導熱性導熱性導熱性表示耐火制品導熱能力的大小，導熱性表示耐火制品導熱能力的大小，常以其導熱系數表示。為了減少爐體的常以其導熱系數表示。為了減少爐體的熱損失，一般來說，要選用導熱性小的熱損失，一般來說，要選用導熱性小的耐火材料。但是對于余熱回收來說，又耐火材料。但是對于余熱回收來說，又要選擇導熱性大的材料。要選擇導熱性大的材料。常見耐火材料的導熱常見耐火材料的導熱系數系數1碳化硅磚；碳化硅磚；2鎂鎂磚；磚；3碳化硅磚（含碳化硅磚（含SiC70）；）；4剛玉剛玉磚；磚；5碳化硅磚碳化硅磚（SiC50）；）；6燒燒結白云石

10、磚；結白云石磚；7氧化氧化鋯磚；鋯磚；8鉻鎂磚；鉻鎂磚；9剛玉磚剛玉磚(含含-Al2O390%)；10硅線硅線石磚；石磚；11橄欖石磚；橄欖石磚；12鉻磚；鉻磚；13硅磚；硅磚；14致密粘土磚；致密粘土磚；15粘土磚粘土磚3.1.2.4 耐火材料的力學性能(1)(1)耐壓強度耐壓強度 耐壓強度是耐火材料在一定溫度下單位耐壓強度是耐火材料在一定溫度下單位面積上所能承受的極限載荷。衡量耐火面積上所能承受的極限載荷。衡量耐火材料質量的重要性能之一。常溫耐壓強材料質量的重要性能之一。常溫耐壓強度是指制品在室溫下測得的數值。度是指制品在室溫下測得的數值。(2)(2)抗折強度抗折強度耐火材料抗折強度是指試

11、樣單位面積承耐火材料抗折強度是指試樣單位面積承受彎矩時的極限折斷應力，又稱抗彎強受彎矩時的極限折斷應力，又稱抗彎強度。度。耐火材料抗折強度分為常溫抗折強度和耐火材料抗折強度分為常溫抗折強度和高溫抗折強度。高溫抗折強度。(3)(3)粘結強度粘結強度粘結強度是指兩種材料粘結在一起時，粘結強度是指兩種材料粘結在一起時，單位界面之間的粘結力。耐火材料粘結單位界面之間的粘結力。耐火材料粘結強度主要是表征不定形耐火材料在使用強度主要是表征不定形耐火材料在使用條件下的強度指標。要有一定的粘結能條件下的強度指標。要有一定的粘結能力，以有效地粘結于施工基體。力，以有效地粘結于施工基體。(4)(4)高溫蠕變性高溫

12、蠕變性耐火材料高溫蠕變性是指制品在高耐火材料高溫蠕變性是指制品在高溫下受應力作用隨著時間變化而發溫下受應力作用隨著時間變化而發生的等溫形變。分為高溫壓縮蠕變、生的等溫形變。分為高溫壓縮蠕變、高溫拉伸蠕變、高溫彎曲蠕變和高高溫拉伸蠕變、高溫彎曲蠕變和高溫扭轉蠕變等。常用高溫壓縮蠕變。溫扭轉蠕變等。常用高溫壓縮蠕變。3.1.2.5 耐火材料的使用性能(1)(1)耐火度耐火度 耐火度是指耐火材料在高溫下抵抗熔耐火度是指耐火材料在高溫下抵抗熔化的能力。基本指標，可粗略識別耐火材化的能力。基本指標，可粗略識別耐火材料質量。耐火材料的實際使用溫度總要比料質量。耐火材料的實際使用溫度總要比材料的耐火度低，作

13、為選材參考。材料的耐火度低，作為選材參考。耐火度的測定方法是將材料做成截頭三角錐。在規定的加熱條件下，與標準高溫錐彎倒情況作比較。直至試錐頂部彎倒接觸底盤，此時與試錐同時彎倒的標準高溫錐可代表的溫度即為該試錐的耐火度。試錐在不同熔融階段的彎倒情況試錐在不同熔融階段的彎倒情況a熔融開始以前；熔融開始以前；b在相當于耐火度的在相當于耐火度的溫度下；溫度下；c在高于耐火度的溫度下在高于耐火度的溫度下一些耐火原料及制品的耐火度名稱名稱耐火度范圍耐火度范圍/名稱名稱耐火度范圍耐火度范圍/結晶硅石結晶硅石17301770硅磚硅磚16901730高鋁磚高鋁磚17702000粘土磚粘土磚16101750鎂磚鎂

14、磚2000硬質粘土硬質粘土17501770白云石磚白云石磚2000(2)(2)高溫荷重軟化溫度高溫荷重軟化溫度荷重軟化溫度指耐火材料在恒定的荷重下，荷重軟化溫度指耐火材料在恒定的荷重下，對高溫和荷重共同作用的抵抗性能。對高溫和荷重共同作用的抵抗性能。也為高溫荷重變形溫度，耐火制品在持續也為高溫荷重變形溫度，耐火制品在持續升溫條件下，承受恒定載荷產生變形的溫度。升溫條件下，承受恒定載荷產生變形的溫度。耐火制品同時抵抗高溫和載荷兩方面作用耐火制品同時抵抗高溫和載荷兩方面作用的能力。的能力。測定荷重軟化溫度的方法有示差測定荷重軟化溫度的方法有示差-升溫升溫法和非示差法和非示差-升溫法兩種。升溫法兩種

15、。測定一般是加壓測定一般是加壓0.2MPa，從試樣膨脹，從試樣膨脹的最高點壓縮至它原始高度的的最高點壓縮至它原始高度的0.6為為軟化開始溫度，軟化開始溫度，4為軟化變形溫度及為軟化變形溫度及40變形溫度。變形溫度。耐火制品的耐火制品的0.2MPa0.2MPa荷重變形溫度荷重變形溫度/耐火磚種類耐火磚種類0.6變形變形溫度（溫度（TH）4變形變形溫度溫度40變形溫變形溫度（度（TK）TK-TH硅磚（耐火度硅磚（耐火度1730）1650167020剛玉磚（剛玉磚（Al2O390%）18701900莫來石磚（莫來石磚（Al2O370%）160016601800200鎂磚（耐火度約鎂磚（耐火度約200

16、0）1550158030一級粘土磚（一級粘土磚（Al2O340%，耐火度耐火度1730）140014701600200三級粘土磚三級粘土磚125013201500250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；4，6粘土磚；粘土磚；5半硅磚半硅磚(3)重燒線變化率重燒線變化率體積穩定性又稱重燒收縮或膨脹。耐體積穩定性又稱重燒收縮或膨脹。耐火材料在高溫長期停留時體積發生的不火材料在高溫長期停留時體積發生的不可逆變化。可逆變化。大多數耐火材料高溫下會產生殘余收大多數耐火材料高溫下會產生殘余收縮，而硅磚卻膨脹。縮，而硅磚

17、卻膨脹。殘余收縮或膨脹過大會使爐體強度受殘余收縮或膨脹過大會使爐體強度受到影響，甚至發生倒塌。到影響，甚至發生倒塌。選材時要求殘余收縮或膨脹小，且不選材時要求殘余收縮或膨脹小，且不超過其使用溫度。超過其使用溫度。(4)(4)抗熱震性抗熱震性熱穩定性又稱為耐急冷急熱性。熱穩定性又稱為耐急冷急熱性。耐火材料抵抗溫度的急劇變化而不破耐火材料抵抗溫度的急劇變化而不破裂或剝落的性能。裂或剝落的性能。對間歇式作業的設備特別重要。對間歇式作業的設備特別重要。(5)抗渣性抗渣性指耐火材料在高溫下抵抗爐渣侵蝕和沖刷作用的能力。熔渣侵蝕是材料在使用中最常見的一種損壞形式。約有50%損壞是由熔渣侵蝕引起。不同耐火材

18、料間的相互反應溫度不同耐火材料間的相互反應溫度/硅磚硅磚無無石英磚石英磚無無無無白泡石白泡石130013001300粘土磚粘土磚1300140013001400高鋁磚高鋁磚1300145013001400無無剛玉磚剛玉磚1400145014001300無無無無鋯剛玉鋯剛玉磚磚800800800900140015001400鎂磚鎂磚無無無無無無無無無無無無無無1000鋯英石鋯英石磚磚(6) 高溫玻璃相滲出溫度高溫玻璃相滲出溫度 電熔耐火材料在高溫下損毀的指標之一。電熔耐火材料在高溫下損毀的指標之一。電熔材料玻璃相在一定條件和一定溫度電熔材料玻璃相在一定條件和一定溫度范圍內熔融。從某一溫度開始玻璃相會范圍內熔融。從某一溫度開始玻璃相會滲出試樣，顯微鏡觀察到試樣表面的玻滲出試樣，顯微鏡觀察到試樣表面的玻璃液滴，以液滴出現時的溫度定為玻璃璃液滴，以液滴出現時的溫度定為玻