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偏高岭土在耐火浇注料中的应用
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不定型耐火材料结合方式与结合机理&/不定型耐火材料
不定形耐火材料用的结合剂，按其结合方式可分为如下几种：水合结合、化学结合、陶瓷结合、粘着结合和凝聚结合。&
（1）水合结合：所用的结合剂有铝酸钙水泥、硅酸盐水泥、β—A2lO3等，水合结合是借助于常温下结合剂与水发生水化反映生成化产物而产生结合。&
水结合的胶结材料在常温下进行水化反映需要有一定的时间，因此具有一定的凝结和硬化时间，这类材料主要用作耐火浇注料的结合剂。&
（2）化学结合：所用的结合剂有磷酸或磷酸盐（加或不加硬化剂）、硅酸钠或硅酸钾（加或不加硬化剂）、酚醛树脂加硬化剂等等。它们是借助于结合剂与耐火材料（氧化物集料）、或结合剂与硬化剂之间在常温下发生化学反应或加热时发生化学反应生成新化合物或聚合（缩合）交联而产生结合的，因此有的也含有聚合结合作用。&
化学结合剂加硬化剂时主要用作耐火浇注料的结合剂，而不加硬化剂时则用作捣打料，可塑料和涂料的结合剂。&
（3）陶瓷结合：或称低温烧结结合，是在不定形耐火材料中加入可降低烧结温度的助剂或金属粉末，以大大降低液相出现温度，促进低温下固——液反应而形成低温烧结结合，所用的低温烧结助剂有某些硼酸盐、氟化物和硼、钠玻璃等，金属粉末有SiAAlMMg等粉末。&使用烧结助剂是借助在500-1000℃的低温下首先产生粘性液相将集料颗粒粘结在一起，随后随着温度提高依靠液——固之间的高温化学反应，生成具有更高熔融温度的结合相而产生坚固的结合如在刚玉质干式震动料中加入少量的硼酐，硼酐在577℃即可发生熔融生成粘性液腥，随后与a-A2lO3发生液——固反应生成具有更高熔融温度的化合物2A2lO3o2B2O3（不一致熔融温度1035℃）、9A2lO3o2B2O3（不一致熔融温度1950℃）而将刚玉集料固结在一起。&
这类结合剂主要用作干式震动料的结合剂，干式震动料可用于作感应炉内衬和高温熔融流槽、容器等内衬。&
（4）粘着结合：可形成粘着（粘附）结合的结合剂多数为有机结合剂，如糊精、糖蜜、阿拉伯树胶、纸浆废液、&甲基纤维素、沥青聚乙烯基聚合物和酚醛树脂等合成树脂，其中有的为暂时性结合剂，经高温处理后会燃烧掉，有的为永久性结合剂，经高温处理后会碳化而形成碳结合，也有一些无机结合剂具有粘着结合作用，如磷酸二氢铝、水玻璃等。&
粘附结合的结合剂多半用于作耐火泥浆、涂料、喷涂料和捣打料的结合剂，含碳和碳化硅质不定形耐火材料多半用这类结合剂。&
（5）凝聚结合：可产生凝聚结合的材料有粘土微粉、氧化物超微粉（SiO2、A2lO3、TiO2、Cr2O3等）、硅溶胶、铝溶胶和砖铝溶胶，凝聚结合就是靠粒子（胶体粒子）之间相互吸引紧密接触，借助于范德华力而结合在一起，但使用时必须加凝聚剂才能使胶体粒子发生凝聚而产生结合。&
产生凝结合的材料主要用于作耐火浇注料的结合剂，也可用于作耐火捣打料、涂料等的结合剂。
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第一章 概论? 耐火材料是高温技术的基础材料，是重要的筑炉材料。耐 火材料在冶金、硅酸盐、化工、动力、石油、机械制造工 业等甚至尖端科技领域得到广泛应用。 正确合理选用耐火材料是窑炉正常运转的重要保证。 耐火材料不仅要求在高温下不损坏，而且应该隔热，同时还 要具有不同的特殊性能:强度、热稳定性、耐侵蚀、抗磨损， （保温、传热、热交换、发热体） 。 耐火材料对节约能源有非常重要的意义。合理选用耐火材 料，不仅可以提高热处理过程中的热效率，还可以减少能 源的消耗。 耐火工业被称为冶金及其他高温工业的支撑工业和先行工 业。???第一节 耐火材料的定义及分类材料?金属非金属?无机材料－水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料 有机材料一 耐火材料的定义 耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机非金属 材料，用作高温窑炉等热工设备的结构材料， 以及工业用高温容器和部件的材料，并能承受 相应的物理化学变化及机械作用。二 耐火材料的分类1 按照耐火度分：2 按照形状和尺寸分为：定形耐火制品和不定形耐火材料? 定形耐火材料―标准型砖、异形砖、特异形砖、以及 实验室和工业用坩锅等特殊制品。 ? 不定形耐火材料―耐火浇注料、喷补料、可塑料、捣 打料等。3 按照成型工艺分为：泥浆浇注制品、可塑成形制品、半干压成型制 品、熔融浇注制品、以及用岩石直接切割制品。4 按照化学矿物组成分为：酸性、中性、碱性耐火材料? 酸性耐火材料―硅质制品（硅砖） ? 中性耐火材料―硅酸铝质制品（半硅砖，粘土砖、高铝砖等）,碳 质制品 ? 碱性耐火材料―含有MgO和CaO的耐火材料。镁质和白云石质 （强碱性）
5 按照烧制工艺分为：不烧砖、烧制砖、熔铸耐火制 品、耐火混凝土等第二节 耐火材料的生产工艺? 常规工艺：原料的选择、破碎、粉碎、细磨、筛分、 配料、混料、成型、干燥、烧成等几个基本工序。一 原料的选取和制备（1）选矿 （2）干燥与煅烧 （3）破碎与筛分二 配料? 是指按照制品的类型和性能要求，将准备好的原料按 照设计好的配方按比例配合起来。配料的基本原则是 能获得成型后的密实坯体和制品的致密度，从而保证 制品的性能。配方包括按规定比例配合的各种原料量。三 混练? 混练过程是将各种配好的物料和结合剂经过混合设备的 混合作用达到物料的均匀分布。 ? 常用的混合设备有双轴搅拌机、混沙机、和湿碾机。另 外混合时还必须按照一定的加料顺序进行，否则达不到 均匀混合的目的。四 成型? 混练后的耐火坯料借助于外力和模型，使得颗粒和粉料 重新分布，排出部分空气而得到具有一定尺寸、形状和 强度的坯体或制品的过程。 ? 成型的方式有半干法成型、浇注成型、振动成型、热压 成型、电熔铸法、等静压法等。五 干燥? 通常，经过成型后的砖坯含水率都在3.5%以上， 强度比较低，必须经过干燥，降低水分含量，提 高强度，以便运输装窑和烧成。常用的干燥设备 有隧道干燥器。六 装窑 七 烧成（生坯→制品）隧道窑 ? 烧结：物料经高温作用，变成具有一定强度和 气孔率很低，甚至无气孔的致密石状物的工艺 过程。耐火材料的其它生产工艺? 耐火材料与玻璃工艺相接近的熔铸法与混凝土制备类似的耐火浇注料与搪瓷工艺类似的喷涂料及高温涂层材料与纺织品类似的耐火纤维制品第三节 耐火材料的组成及性能? 本节主要介绍耐火材料的化学矿物组成、结构 性能、力学性能、热学性能和使用性能等基础 知识。高密度高纯硅砖的理化指标化学成分 /% 矿物组成 /% 物理性能 耐火度/℃ SiO2 ≥97 方石英 70~80 荷重软化开始温 度/℃ 60 2.34~2.373 ＜13~14 ＞16.66 R2O3 1.55 磷石英 10~12 真密度/g?cm-3 气孔率/％ CaO 0.3~0.5 石英 约 10 耐压强度/MPa一 耐火材料的化学、矿物组成? 耐火材料一般是由多种不同的化学成分和矿 物组成构成的非均质体。它的各种性质不仅 取决于它的化学成分，而且更依赖于其中的 物相组成、分布及各相的特性，即取决于制 品的化学、矿物组成。（一） 耐火材料的化学组成? 按照耐火材料的化学组成将其中的成分分为 主成分、杂质成分和添加剂。1 主成分 ? 主成分通常是耐火材料中一种或几种高熔点的耐火氧化物或非氧 化物。它是耐火制品的主体，直接决定耐火制品性能。它的性质 和数量对耐火材料的性能起决定作用。 ? 耐火材料按照其主成分有可分为三类： ? 酸性耐火材料：硅质，半硅质，粘土质；中性耐火材料：高铝质、 碳质、铬质（中性偏碱）；碱性耐火材料：含MgO，CaO等→镁 质和白云石质，镁铬系和镁橄榄石系及尖晶石系。 ? 按照主成分对耐火材料进行划分的意义在于：可以了解耐火材料 的化学性质，判断在使用过程中它们之间以及耐火材料与接触物 之间有无化学作用。2 杂质成分 ? 杂质成分则是指由于原料纯度有限而被带入或生产过程中混入的 对耐火制品性能具有不良影响的部分。高温下有溶剂作用。 3 添加剂 ? 加入量很少，甚至是极微； ? 弥补主成分在使用性能、生产性能或作业性能等某方面的不足而 使用的， ? 通常有 结合剂、矿化剂、稳定剂、烧结剂、减水剂、抗水化剂、 抗氧化剂、促凝剂和膨胀剂等。能明显改善耐火制品的某种功能 或特性，对该制品的主性能无严重影响。 耐火材料的化学分析通常指分析耐火制品和原料的各种氧化物含量和 其它主要成分含量和灼烧量。通过化学成分分析，按所含成分的 种类和数量，可以判断原料和制品的纯度，制品的化学特性，并 借助有关相图大致估计制品的矿物组成和耐火性能，可以作为选 取原料、检查和调整工艺过程、确定使用条件的依据。（二）矿物组成? 耐火材料的矿物组成一般分为主晶相和基质两大类。? 主晶相：是指构成制品结构的主体且熔点较高的晶相。 主晶相的性质、数量和结合状态直接决定着耐火材料的 性能。除要选择熔点较高的化合物或单质外，还希望它 们的晶体发育充分、完好，真正发挥主晶相的耐火性能。 ? 基质：是在耐火制品主晶相之间填充的结晶矿物或玻 璃相。其数量不大，但成分、结构复杂，作用明显，往 往对制品的某些性能有着决定性的影响。在使用的过程 中，基质往往首先破坏，调整和改变基质可以改善材料 的使用性能。Pa二 耐火材料的结构性质? 包括气孔率、吸水率、体积密度和透气度等，是影响 耐火材料使用性能的重要因素。 1 气孔率耐火材料中的气孔大致分为三类：（1）闭口气孔，封闭在制品中不与外界相 通；（2）开口气孔，一端封闭，另一端与外界相通，能被流体填充； （3）贯通气孔，贯通制品的两面，流体能通过。 Pa以显气孔率Pa即开口气孔和贯通 气孔的体积之和占制品总体积的 百分率来表示气孔率指标。气孔率↑强度↓热导率↓抗侵蚀性↓，提高烧成温度，延长保温时间2 吸水率 ? 吸水率是制品中全部开口气孔所吸收的水的质量与其干 燥试样的质量之比。 ? 它实质上反映了耐火材料中开口气孔的数量。吸水率测 定方法简便，在耐火材料生产实际中常常用来鉴定原料 煅烧的质量。 3 体积密度 ? 体积密度是指耐火材料的干燥质量与其总体积之比 d 体＝ G 单位为g?cm-3。 V ? 原料体密，砖坯体密，制品体密0? 体积密度直观地反应了耐火制品的致密程度，它是耐火原料、致密 耐火制品质量水平的重要衡量指标。体积密度越高，对耐火材料的 强度、抗侵蚀性、耐磨性、荷重软化温度越有利 。4.透气度? 气体透过耐火制品的难易程度。 ? 对透气制品，既要有足够的强度，又要有良 好的透气性。如：转炉底部透气砖。三 耐火材料的力学性质? 耐火材料的力学性质是指制品在多种条件作用下的强 度等力学性能指标。该指标表征制品抵抗外力作用而 不被破坏的能力。1 耐压强度 2 抗折强度 3 耐磨性1 耐压强度 耐压强度是指耐火材料在一定的温度下单位面积所能承受 的压力。(Mpa) 耐火材料的耐压强度分为常温耐压强度和高温耐压强度。它 是衡量耐火材料质量的重要性能指标之一，间接地反映 出制品的组织结构，如致密度、均匀性和烧结性等。 2 抗折强度 抗折强度是指耐火材料能承受的最大弯曲应力的能力，又称 抗弯强度。(Mpa) 耐火材料的抗折强度亦分为常温抗折强度和高温抗折强度。 高温抗折强度高的制品，在高温条件下，对于物料的冲 击、磨损、液态渣的冲刷等，均具有较好的抵抗能力。 3 耐磨性 耐磨性是指耐火材料抵抗坚硬的物体或气流的摩擦、磨损、 冲刷的能力。耐火材料的耐磨性取决于其矿物组成、组 织结构和颗粒结合的牢固性以及材料本身的密度、强度 等。四 耐火材料的高温使用性能? 耐火材料的使用性能是指耐火材料在高温下使 用时所具有的性能。包括耐火度、荷重软化温 度、高温蠕变性、体积稳定性、抗热震性、抗 侵蚀性等。四 耐火材料的高温使用性能? 耐火材料的使用性能是指耐火材料在高温下使用时所具 有的性能。是与其使用寿命相关的性质。? ? ? ? ? ?耐火度 荷重软化温度 高温蠕变性 高温体积稳定性 抗侵蚀性 抗热震性1 耐火度耐火度指耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不 熔融和软化的性质。单位℃测定方法：试锥法 常用耐火材料的耐火度? 耐火度不是耐火材料的熔点 ? 制品的化学矿物组成直接决定其耐火度，提高原料纯度 提高耐火度 ? 问题：耐火度是否就是耐火材料的最高使用温度？2 荷重软化温度（荷软点）耐火材料对高温和荷重同时作用的抵抗能力，也表示耐火材料 呈现明显塑性变形的软化范围。 ? 测定方法：给耐火材料施以恒定压负荷，并加热，测定其 发生明显变形时的温度点即为荷软点。 ? 荷软点 : TH: 0.6％变形温度点 TK :40％变形温度点 ? 荷重软化温度范围： TK－TH荷软点的测定是为了判断材料的使用条件、荷重能力几种耐火制品的荷软点砖 种0.6％开始变形 温度℃ （ TH） 40％变形温度 点℃（ TK）荷软范围 TK－TH ℃一级粘土砖（耐火度1730 ℃）0000200 250 200三级粘土砖（耐火度1580 ℃）莫来石砖（耐火度&1770 ℃）硅 砖（耐火度1730 ℃）16501550167015802030镁砖（耐火度&2000 ℃）问题：耐火材料荷重软化温度范围的宽窄说明什么？结晶相、晶体构造和性状影响荷软点的因素比较：粘土砖、硅砖、镁砖直接结合的主晶相晶相与液相的数量及液相粘度 工艺因素陶瓷结合孤岛状主晶相提高荷软点措施提高原料纯度 改善结合相成分砖种开始变形温度℃ （ T H）40％变形温度点 TK－TH ℃ ℃（ TK）一级粘土砖（耐火度1730 ℃）14001600200三级粘土砖（耐火度1580 ℃）50 155070 1580250 200 20 30莫来石砖（耐火度&1770 ℃）硅砖（耐火度1730 ℃）镁砖（耐火度&2000 ℃）3高温蠕变性 当耐火材料在高温下长时间承受某一较小的荷重时，产生 塑性变形，变形量会随时间的延长而逐渐增加，甚至会 使耐火材料破坏，这种现象叫蠕变。 测定蠕变的意义在于可以了解制品发生蠕变的最低温度， 预测耐火制品在实际使用过程中承受负荷的变化，评价 制品的使用性能。 4 抗渣性 抗渣性是指耐火材料在高温下抵抗炉渣的侵蚀和冲刷作用 的能力。 ? 冶金渣、燃料灰分、飞尘、热烟气等。 ? 直接溶解、反应溶解、侵入变质溶解。 ? 抗渣性是耐火材料重要的使用性能， 对于改善耐火材料的生产工艺、指导其 正确使用具有重要意义。5 高温体积稳定性―耐火材料在高温下长期使用 时，其外形体积保持稳定不发生变化的性质。 残余收缩或膨胀 检测方法:重烧线变化。 重烧↓体稳定性↑炉顶 砖 6 抗热震性 抗热震性是指耐火制品抵抗温度迅速变化而不破 坏的能力。 热震破坏：热冲击断裂和热震损伤。 以抗热震次数来表示。五 耐火材料的热学性质? 由于耐火材料在受热状态下使用，承担抵抗热量、隔绝热量、传 递热量的功能。因此耐火材料的热学性质也是其性质的重要方面。 耐火材料的热学性质主要包括热容、热膨胀性和导热性。 1 热容 ? 加热1Kg物质使之温度升高1℃时所吸收的热量。热风炉蓄热室 用砖。 2 热膨胀性 ? 耐火材料的体积或长度随温度升高而增大的特性。 ? 耐材的使用、窑炉设计和砌筑意义-3 导热性 ? 耐火材料在加热时的温度传递速度。 ? 是窑炉设计不可缺少的指标――保温耐火材料、隔焰加热材料， 换热材料。 ? 碳质耐火材料导热性好，轻质多孔材料导热性差。第二章 常用耐火材料? 按照化学矿物组成分为：酸性、中性、碱性 耐火材料 ? 酸性耐火材料―硅质制品（硅砖） ? 中性耐火材料―硅酸铝质制品（半硅砖，粘 土砖、高铝砖等），碳质制品 ? 碱性耐火材料―含有MgO和CaO的耐火材 料。镁质和白云石质（强碱性）第－节 硅质耐火材料? 硅质耐火材料是以二氧化硅为主要成分的耐火 材料，包括硅砖、特种硅砖、石英玻璃及其制 品。 ? 对酸性炉渣抵抗能力强，但受碱性渣强烈侵蚀， 易被Al2O3、K2O、Na2O等氧化物作用而破 坏，对CaO、FeO、Fe2O3等氧化物有良好的 抵抗性。目前仍然是焦炉、玻璃熔窑、高炉热 风炉、硅砖倒焰窑和隧道窑、有色冶炼和酸性 炼钢炉及其它一些热工设备的良好筑炉材料。1 硅砖的生产硅砖的主要原料： ? 石英岩(硅石)， 要求其二氧化硅的含量在95%以上，最好在97%以 上，将硅石块破碎、粉碎成直径不等的颗粒，筛分后 就可以直接作为原料使用。 ? 石灰乳、铁磷、纸浆废液为结合剂和矿化剂，在高温 下烧成。硅砖的性能与SiO2的晶型转变有密切关系? 矿化剂的作用:是加速石英在烧成时转变为低比重的变 体(鳞石英和方石英)而不显著降低其耐火度，它还能 防止砖坯烧成时出发生急剧膨胀而产生的松散和开裂。硅砖的性能与SiO2的晶型转变有密切关系? ? ? 其中鳞石英具有矛头状双晶结构，使得砖具有较高的荷重软化点及机械 强度。 而当硅砖中残余石英存在时，由于使用时它会继续发生晶形转变，体积 膨胀较大，易引起砖体结构的松散。 在硅砖生产中石英的转变程度用密度衡量，硅砖的密度一般应小于 2.38g/cm32 硅砖的性质? 耐火度℃。SiO2含量 ，耐火度 ； 杂质 度。 ，硅砖的耐火? 荷重软化温度℃，与其耐火度相近。? 高温体积稳定性在加热过程中，伴有体积膨胀。? 耐热震性在850 ℃下水冷仅为１～２次，这是硅砖的一大弱点。? 抗渣性对酸性及弱酸性炉渣和含腐蚀性炉气的侵蚀有很强的抵抗能力。
焦炉用硅砖3 特种硅砖? 高密度高导热性硅砖：通过采取纯净的硅石原料，调整颗 粒组成，选择适宜的矿化剂和高压成型等工艺措施，气孔 率低于16％的硅砖。（23%）? 高密度高导热性硅砖 ：添加剂如SiC，Si3N4和金属硅等 添加剂可增加密度，添加CuO、Cu2O、TiO2 、Fe2O3等 金属氧化物可以有效地提高硅砖的热导率，4熔融石英制品? 熔融石英玻璃制品：以SiO2为单一组分的玻璃相，为非晶质结构。用硅石或硅化物为原料，经高温熔化或 气相沉积而成。 1.透明石英玻璃 不含或少含气泡等散射质点的石英玻璃。安全使用温度是 1100℃。 2.不透明石英玻璃 含有大量微小气泡等散射质点的石英玻璃。其隔热性 能优于透明石英玻璃，但其他性能不如透明石英玻璃。 主要性能：化学稳定性好、耐高温、热膨胀系数小、耐热震 性很高并具有良好的电绝缘性，能透过红外线、紫外线。? 熔融石英陶瓷制品（再烧结制品）
第二节 硅酸铝质耐火材料Al2O3-SiO2系统耐火材料除含有两种主要化学成分 Al2O3和SiO2外，往往还含有5~6种杂质氧化物，常见 的为TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、R2O等。这些杂质 氧化物均起熔剂作用，降低熔液的生成温度及其粘度， 增大液相的生成量，降低了耐火度、荷软、抗渣性等 使用性能。一 粘土质耐火材料? A12O3含量在30～48％的铝硅系耐火材料。 ? 是耐火材料工业的最早的产品，也是迄今为止在各种 工业窑炉上使用最广泛的耐火材料。约占耐火材料总 产量的50～60％，是硅酸铝质耐火材料中占用重要地 位的一个品种。1 粘土质耐火材料的原料软质粘土 生产过程中通常以细 粉的形式加入，起到 结合剂和烧结剂的作 用。苏州土和广西泥 是我国优质软质粘土 的代表。硬质粘土 通常以颗粒和细粉的 形式加入，前者起到 配料骨架的作用，后 者参与基体中高温反 应，形成莫来石等高 温形矿物。结合剂 水和纸浆废液2 粘土质耐火材料的生产工艺要点℃3 粘土质耐火材料的品种、性质、应用化学组成A12O3在30％～48％，其主要矿物组成为莫来 石A3S2 25％～50％、玻璃相(25％～60％)以及少 量的方石英和石英。（1）耐火度 波动在℃，一般情况下，随着Al2O3含量的增加而提高，随杂质 含量的增加，尤其是随Fe2O3和碱金属含量的增加而显著降低。 （2）荷重软化温度 主要取决于制品中的Al2O3含量和杂质的种类和数量。开始于℃， 远比硅砖低。 （3）高温体积稳定性 长期在高温下使用，会产生残余收缩。 （4）耐热震性 较好。普通粘土砖1100 ℃水冷循环达10次以上。 （5）抗渣性 抵抗弱酸性炉渣侵蚀的能力强，对酸性和碱性炉渣的抵抗能力较差品种及应用? 普通粘土砖 ? 低蠕变、低气孔粘土砖 ? 大型粘土砖 ? 粘土浇注料 粘土质耐火材料制品原料来源丰富，制造工艺简单，产量 很大，广泛用于各种工业窑炉和工业锅炉上。如隧道窑， 加热炉和热处理炉等的全部或大部分炉体，排烟系统 内衬用耐火材料，其中钢铁冶金系统是粘土质耐火材料 制品的大用户，用于盛钢桶，热风炉、高炉、焦炉等使 用温度在1350℃以下的高温部位。二 高铝质耐火材料? 在铝硅系耐火材料中，当Al2O3含量大在48% 以上时的耐火制品，统称为高铝质耐火制品。通常按照Al2O3含量的高低，一般将高铝质耐火材料分为三 级：1 高铝质耐火材料的原料? 高铝矾土熟料? 是由高铝矾土矿煅烧后Al2O3含量大于48%、 Fe2O3含量较低的铝土矿。铝土矿是一种由水铝石和高岭石(Al2O3.2SiO2.2H2O)组成的细分 散胶体混合物。我国有丰富的铝矾土资源，约25亿吨，居世界前 列，与几内亚、澳大利亚、巴西同属世界上矾土资源四大国。 主要分布在山西阳泉、山东、河北、河南巩县、贵州、四川、广西、 湖南等地。2 高铝制品的生产工艺要点高铝矾土熟料拣选破碎筛分除铁结合粘土3～0.5mm 0.5～0.088mm&0.088mm配料混练及成型 烧成（1450℃）3 高铝制品的品种、性能及应用? 普通高铝砖 一等、二等、三等 ? 改性高铝砖：高荷软高铝砖、微膨胀高铝砖 、低蠕变高铝砖等 ? 其它高铝砖：硅线石砖、兰晶石砖、莫来石砖及制品3 高铝制品的品种、性能及应用? 耐火度 耐火度随Al2O3含量的增加而提高。一般不低于℃；对于 Al2O3含量大于95％的刚玉制品，耐火度可达℃. ? 耐热震性 介于粘土质耐火制品和硅质制品之间，850℃下水冷循环仅3～5次， 主要是由于刚玉的热膨胀性较莫来石高，而且无晶型转变之故。 ? 抗渣性 由于Al2O3为两性氧化物，既能抵抗酸性渣的侵蚀，也能抵抗碱性炉渣的作 用，但抗碱性渣的能力不及镁质耐火材料，却优于粘土质材料，并随莫来石含 量的增加而增强。 ? 其它品种： 硅线石族制品：蓝晶石砖，硅线石砖、红柱石 荷重软化温度能提高 100~150℃ 莫来石制品:烧结制品，电熔制品? 由于高铝质耐火材料制品的优良性能，因而被广泛应用于高温 窑炉一些受炉气、炉渣侵蚀，温度高承受载荷的部位。例如高 铝风口、热风炉炉顶、电炉炉顶等部位。 ? 硅线石族制品具有较高的荷重软化温度、热震稳定性好、耐磨 性和抗侵蚀性优良，因此适用于钢铁、化工、玻璃、陶瓷等行 业，如用作烟道、燃烧室、炉门、炉柱、炉墙及滑板等。在高 炉上，为确保内衬结构的稳定性、密封性，避免碱性物的侵入 和析出，或风口漏风，在出铁口、风口部位，选择内衬大块型 组合砖结构的硅线石族耐火材料，延长了使用寿命。 ? 莫来石制品的抗高温蠕变、抗热震性能力远远优于包括特等高 铝砖在内的其它普通高铝砖 ，广泛应用于冶金工业的热风炉、 加热炉、钢包，建材工业的玻璃窑焰顶、玻璃液流槽盖、蓄热 室，机械工业的加热炉，石化工业的炭黑反应炉，耐火材料和 陶瓷工业的高温烧成窑及其推板、承烧板等窑具。三 刚玉质耐火材料? 刚玉质耐火材料是指含Al2O390%以上，主 晶相为α-Al2O3（刚玉）的硅酸铝系耐火材 料，也称氧化铝耐火材料。由于它具有耐高 温、硬度大、强度高、抗氧化、耐腐蚀、电 绝缘、气密性好等优良性能，因此具有广泛 的用途。1 刚玉耐火材料的原料氧化铝所有熔点在2000℃以上的氧化物中，氧化铝是一种最普通、最容易获 得且较为便宜的氧化物。氧化铝在自然界中的储量丰富。天然结晶的Al2O3被称为刚玉，如红宝石、蓝宝石即为含Cr2O3或TiO2杂质的刚玉。大 部分氧化铝是以氢氧化铝的形式存在于铝矾土和红土中。（1）工业氧化铝工业氧化铝是将铝矾土原料经过化学处理，除去硅、铁、钛等的氧化物而制 得，是纯度很高的氧化铝原料，Al2O3含量一般在99%以上。（2）烧结氧化铝 （3）电熔氧化铝2 生产工艺有烧结法和熔铸法两种 ? 烧结刚玉制品必须在高温下烧成。烧成温度界℃之间， 有时达到1850℃。适当提高烧成温度，可以相应地提高制品的强度 和密度。 ? 熔铸刚玉砖是以工业氧化铝及少量纯碱和石英粉在电弧炉内熔融，再 经铸型、退火等工序，最后机械加工成所需的形状、尺寸。3 其它品种? ? 锆刚玉砖AZS (白铁砖）：Al2O3 50%~70%，ZrO2 20%~40%， 其余为SiO2。主要用于玻璃熔窑。 铬刚玉砖－含Cr2O3的刚玉质耐火制品。由于Cr2O3与Al2O3形成连续 固溶体，高温性能优于纯刚玉砖。耐高温、耐侵蚀，主要用作石化工 业渣油气化炉下部内衬材料，以及不怕玻璃着色的玻璃熔窑。3 刚玉质耐火材料及其性能具有优良的高温性质及机械强度等性能，广泛应用到了冶金、机械、化工、电子、航空 和国防等众多工业领域。 （1）由于有耐高温、耐腐蚀、高强度等性能，故用作浇钢滑动水口，冶炼稀贵金属、特种合金、高纯金属、玻璃拉丝、制作激光玻璃的坩埚及器皿；各种 高温炉窑，如耐火材料、陶瓷、炼铁高炉的内衬（墙和管）；理化器皿、火花 塞、耐热抗氧化涂层。SiO2小于0.5％的低硅烧结刚玉砖是炭黑、硼化工、化 肥、合成氨反应炉和气化炉的专用炉衬。 （2）由于有硬度大、耐磨性好、强度高的特点，在化工系统中，用作各种反 应器皿和管道，化工泵的部件；做机械零部件、各种模具；做刀具、磨具磨料、 人体关节、密封磨环等。 （3）由于有高温绝缘性，故被用做热电偶的套丝管和保护管，原子反应堆中 用的绝缘瓷，以及其他各种高温绝缘部件，如铂－铑热电偶即使达到1720℃ 也不透气。在电子工业中被广泛用于固体集成电路基板管座、外壳、瓷架、微 波窗口、导弹雷达天线保护罩等。 （4）刚玉保温材料，如刚玉轻质砖、刚玉空心球和纤维制品，广泛应用于各 种高温炉窑的炉墙及炉顶，既耐高温又保温。第四节 碱性耐火材料? 碱性耐火材料是指以氧化镁（MgO）、氧化钙 （CaO）或氧化镁+氧化钙为主要成分的耐火材 料。主要用于碱性炼钢炉、有色金属冶炼炉、 玻璃和水泥工业用窑炉及其他热工设备。 ? MgO质、MgO-CaO质、CaO质、MgO-SiO2质、 MgO-ZrO2质、MgO-尖晶石质耐火制品一 碱性耐火原料包括天然和人工合成原料① 镁质耐火原料是以MgO为主成分和以方镁石为主要 矿物组成的原料。烧结镁砂、轻烧镁砂和电熔镁砂 ② 烧结白云石耐火原料：又称死烧白云石、硬烧白云石、白云石熟料。是将白云石在℃下煅烧所 得的产品。③ 镁铝尖晶石 化学式为MgO? 2O3，含 Al MgO28.2%，Al2O371.8%。镁铝尖晶石具有良好 的性能，但很少有天然矿藏，多为人工法合成。 ④ 钙质耐火原料 方解石与石灰石? 烧结镁砂：将菱镁石、水镁石和由海水或卤水氢氧 化镁等原料在℃下充分烧结而得到的 产物。烧结镁砂是生产镁质制品的重要原料。 ? 电熔镁砂：由天然菱镁矿、轻烧镁砂或烧结镁砂在 电弧炉中经2750℃以上的高温熔融而成。电熔镁 砂的主晶相为方镁石，因其从熔体中结晶出来，所 以晶体粗大，晶体直接接触程度高，结构致密，高 温体积和化学稳定性好，在大气中抗水化性和抗渣 性均优于烧结镁砂，在镁质和镁碳质耐火材料中正 在取代烧结镁砂。二各种碱性耐火制品的品种、性能与用途1 镁砖 ? 镁质耐火材料是MgO含量在80％以上，以方镁石为主晶相的碱 性耐火材料。按生产工艺的不同，镁砖可分为烧成镁砖、不烧 镁砖和再结合镁砖。 ? 烧成镁砖是利用天然镁砂为原料，经成型、干燥后，在 ℃而制成的。 ? 不烧砖，又称化学结合镁砖，是利用化学结合剂（如水玻璃、 纸浆废液、卤水、六偏磷酸钠和聚磷酸钠）结合而成的不烧制 品。 ? 再结合镁砖是采用电熔镁砂为原料，经高压成型和超高温 （1800℃）烧制而成的。 烧成镁砖是生产量最大，使用最广的一种镁质耐火材料。我国生 产的镁砖，质优价廉，在国际市场上具有很强的竞争力。镁砖系列普通镁砖、优质镁砖、电熔镁砖? 耐火度 方镁石的熔点高达2800℃。所以镁砖 的耐火度也很高，一般可达2000℃以上。 ? 荷重软化温度 镁砖的荷重软化温度比耐火度低 得多，约为1500℃。 ? 镁砖的导热性较好,导温性差 ? 镁砖的热震稳定性较差 水冷次数仅为2～3次。 原因是热膨胀系数大而导温性较差，在温度发 生急变时易产生较大的热应力； ? 抗渣性与抗水化性 镁砖抗碱不抗酸 铁酸镁、钙镁橄榄石的生成 抗水化的能力低。因此，在任何情况下都要注 意防水防潮。? 镁砖是典型的碱性耐火材料，抵抗碱性炉渣 侵蚀的能力强。镁砖因其高温性能好、抗碱 性渣能力强，因而被广泛应用于钢铁工业的 炼钢炉衬、铁合金炉、混铁炉；有色冶金工 业炉，如炼铜、铅、锌、锡的炉衬；建材工 业的石灰窑；玻璃工业蓄热室格子体和换热 器；耐火材料工业的高温煅烧窑、竖窑及隧 道窑等。2 镁铝砖 镁铬砖配料中引入氧化铝或高铝矾土熟料或铬铁 （Cr2O332~37%,FeO60～65％）高级耐火材料 ? 镁铝砖或镁铝尖晶石砖： （1）气孔率低（＜9％），体积密度大； （2）荷重软化温度 ℃； （3）抗渣性较强，抗硅酸盐，含铁熔渣渗透能力强，优于镁砖； （4）耐热震性1300 ℃水冷循环6～13次。 用于大型水泥回转窑，平板玻璃蓄热室、电炉炉顶、炉外精炼、钢 包、大功率电弧炼钢炉、转炉及其它强化操作的热工设备。 ? 镁铬砖制品：耐火度较镁砖低。一般只有℃，但荷 软点、高温体积稳定、抗热震稳定性（25次）均比镁砖强，镁铬 砖对碱性、酸性炉渣侵蚀都有较强的抵抗能力。广泛应用于冶金、 化工、玻璃、水泥等行业。3 镁碳砖镁炭质耐火材料是上世纪七十年代兴起的、为 了提高炼钢转炉炉衬寿命和电炉某些特殊部 位用耐火材料的寿命，迅速发展和开发的含 碳质耐火材料。迄今为止，镁炭砖已成为氧 气炼钢转炉炉衬耐火材料的主体。我国从 1976年开始研制，目前，制砖技术已趋于 成熟。3 镁碳砖：氧气炼钢转炉炉衬耐火材料的主体镁碳砖主要用于转炉、电 炉、精炼炉铝镁碳砖主要用于条件苛刻的盛钢 桶内衬，精炼包的熔池部 位和包底部位? 制砖特点 镁炭砖有烧成油浸镁炭砖和不烧镁炭砖两种制砖 方法。前者制砖工艺比较复杂，很少采用，此处 只简要叙述不烧镁炭砖的制砖工艺特点。制造镁炭砖的原料是：优质烧结、电熔镁砂；石墨；酚醛树脂结合剂；抗氧化剂①镁砂 欲制造出高质量高强度的镁炭砖，需选择高纯镁砂(MgO)含量尽可能高，结晶发育良好。②石墨（1）耐高温（2）抗热震性能（3）化学稳定性和抗侵蚀能力③酚醛树脂结合剂 与镁砂和石墨有良好的亲和性和粘性，容易把镁砂和石墨结合在一起，常温下有流动性易于在 镁砂和石墨中铺开，热处理后能形成碳网络，可显著提 高制品的强度和耐侵蚀性。④抗氧化剂：Si、Al、Mg、SiC、B4C、B4N以及Al-Si、Al-Mg合金等 。镁炭砖的性质和应用? 镁炭砖的组成材料为氧化镁和炭，两者都具有很高的熔点， 成分互不固熔，因此镁炭砖有较高的耐火度。 ? 镁炭砖是一种复合结构，其主要部分系采用对碱性渣抵 抗 能力强的氧化镁熟料和难于被炉渣润湿的碳，所以显示出 优良的抗侵蚀性，尤其是抵抗熔渣渗透的能力强。 ? 由于炭形成网络骨架，石墨具有优良的耐热冲击性能。镁 炭砖的高温导热系数大、热膨胀系数和弹性模量小，高温 强度比较大，荷重软化温度高，热震稳定性好。 ? 镁炭砖还有较好的热态抗蠕变性。镁炭砖的应用根据转炉各部位的工作条件，采用不同种类的镁炭砖， 同时采用综合炉衬，与冶炼操作紧密配合等手段，使炉 衬均衡蚀损，提高炉衬寿命。实践证明，镁炭砖用作炼 钢转炉炉衬材料，效果非常好，低碳镁碳砖很有发展前 途。 ? 镁炭砖还用在出钢口，其寿命大大提高，用作复吹转 炉的供气砖及炉外精炼钢包渣线部位、电炉热点部位的 衬体，都显示出特殊的优越性，是传统碱性耐火材料不 可比的。 ? 镁炭砖使用中受到损坏的主要原因仍是氧化脱炭。如 何制造能满足各种复杂工作条件的镁炭砖，增强镁炭砖 的抗氧化能力和减缓氧化速度等，仍然是要继续深入研 究的课题。?4 镁钙碳砖耐火材料? 以白云石、镁砂、焦油沥青、石墨为主要原料，以CaO （40～60％）和MgO（30～40％）为主要成分的碱性耐 火材料。 ? 白云石是由碳酸钙和碳酸镁组成的复盐，化学式为 CaCO3? MgCO3。 ? CaO具有较强的抗酸性渣的能力，CaO又具有独特的化学稳 定性以及净化钢液的作用。 ? 镁钙砖抗渣蚀、耐剥落、对FeO、低钙硅比的炉渣有优异的 抗侵蚀性，对钙硅比高的炉渣能形成坚固的挂渣层，可以抑 制和减缓砖的氧化。 ? 大量地应用到不锈钢和洁净钢等高级钢种的精炼设备上，并 且以较快的速度发展。生产厂家不断增多，产品品种和产量 不断增加，产品质量不断提高，应用领域不断扩大，使用效 果越来越好。第五节 碳质耐火材料一 碳质耐火材料生产工艺1 以焦炭、高温煅烧无烟煤、石墨等为原料，并加入一定量的冶金焦和石墨，以焦油、沥青、酚醛树 脂等为结合剂，经过挤压、模压或振动成型后，生 坯在焙烧炉中隔绝空气焙烧，焙烧后使用铣床及 刨床进行机加工即为制品。2 常见品种 ：普通碳砖、微孔碳砖、自焙烧碳砖、热压碳砖等。碳砖1 原料以优质无烟煤(煅烧温度1250℃左右)为主要原料，并加 入一定量的冶金焦和石墨，挤压成型后，生坯在 1100℃以上焙烧炉中焙烧，焙烧后使用铣床及刨床 进行机加工炭砖的耐火度高，导热性和导电性高，具有很好的抗渣 性。而且热稳定性好，热胀系数低，高温强度高， 2 性能 耐高温，耐磨性好，耐各种酸、碱、盐和有机溶剂 的侵蚀，但在氧化气氛中容易氧化。炭砖广泛应用于冶金工业普通高炉碳砖用于砌筑冶炼强 度较低的容积为m3的中型高炉。 。 高炉炭砖用量最大，许多高炉的炉底、炉缸和炉腰 是用炭砖砌筑的；还用于铝电解槽，铁合金炉等。3 用途微孔炭砖以高温(℃)煅烧无烟煤为主要原料，加入 1．原料 少量的石墨粉和硅粉，以中温沥青为结合剂而制成 的耐火材料制品。 微孔炭砖不仅具有优良的常规性能，而且还具有良好的 抗碱性、导热性、抗铁水熔蚀性、抗氧化性和抗铁 性能 水渗透性等使用性能。2微孔炭砖主要应用在高炉上那些异常侵蚀区和环缝侵蚀 3 用途 严重的部位以及高炉其它薄弱环节处。高炉自焙炭砖自焙炭砖系采用高温煅烧烧无烟煤为骨料，以无烟煤和 1．原料 焦炭混合粉料为细粉，使用中温煤沥青作粘结剂， 在一定温度下混捏均匀，并采用高频模压振动成型 制成的。2性能生产工艺简单；经过烘炉和高炉生产时的热量进行焙 烧，可形成近于无缝整体炉衬，砖体自行致密 ；能 够吸收炉衬升温时产生的温度应力，缓解了热应力 对炉衬的破坏；3 用途 自焙炭砖能在中小高炉普遍应用，并取得良好的技术经济效果。在大型高炉采用半石墨质自焙炭砖，能降 低铁水熔融指数，提高热导率，提高抗碱侵蚀性能， 增强抗氧化性能，改善耐冲刷磨损性能。半石墨、石墨质炭砖1．原料 采用高温电煅烧无烟煤为原料，电煅烧的温度可达到℃ ，使无烟煤进入半石墨化状态； 粉料，使用磨碎的石墨碎屑。导热性能有明显提高，而且抗碱金属盐类腐蚀能力也比 2 性能 普通炭砖好得多，有逐渐取代普通炭砖的趋势。3 用途 半石墨质高炉炭砖用于砌筑强化冶炼高炉的炉底下部、炉缸上部。用于铝电解槽可以降低电耗、增加电解 槽寿命，是一种优良的电解槽内衬材料。高温模压炭砖成型时采用通电热模加压方法成型，由于高温模压工艺 1工艺特点 的限制，这种炭砖尺寸较小，大约不超过500×250×120mm2 性能导热系数高，导电性好；良好的抗碱侵蚀性能；抗热震 性、热冲击性好； 低渗透性，孔隙度小，气孔封闭，吸水性能极弱，炭砖 尺寸小，单块炭砖的温差小等特点； 主要用于炉缸、炉腹、下炉身等部位。采用高温模压炭 砖时需要独特的砌体设计及特制的粘结材料。3 用途第六节 不定形耐火材料? 是由骨料、细粉和结合剂混合而成的散状耐火材料。 必要时可加入适量外加剂。它没有固定的外形，呈 松散状、浆状或泥膏状，因而也称为散状耐火材料 或耐火混凝土。? 工艺特点：不需加热直接使用。一 不定形耐火材料的组成1耐火骨料：是不定形耐火材料的骨架，对不定形耐火 材料的高温性能起到决定性的作用。骨料也有粗颗粒 和细颗粒之分 。 2掺合料：是粒度小于0.088mm的骨料及其它物料细磨 粉。加入掺和料是为了提高不定形耐火材料的致密度、 增加和易性、改善烧结性、提高构体的高温结构强度。 3结合剂：是将骨料和细粉胶结在一起，它的种类和用 量对不定形耐火材料的性能有重要影响。 4外加剂：为改善不定形耐火材料的性能。种类较多， 有促凝剂、缓凝剂、减水剂、矿化剂、和膨胀剂等。 用量很少。二 不定形耐火材料的分类1 按所用耐火物料的材质可分为刚玉质、高铝质、粘 土质、硅质、铝尖晶石质、镁质、碳化硅质、含碳 质等不定形耐火材料。 2根据在硬化过程中起主要作用的结合剂性质加以命名。 如铝酸盐水泥结合、磷酸盐结合，硅酸钠结合等。 3按施工方式分为：(1) 耐火捣打料 (2) 耐火可塑料 (3) 耐火浇注料(4) 耐火压入料 (5) 耐火喷涂料 (6) 砌筑接缝材料 (7) 耐火涂抹料 (8) 干式振动 料各种不定形耐火材料的主要特征种类 定义和主要特征以粉粒状耐火材料与适当结合剂和水等配成，具有较高流动性的耐火材料。多以浇 注或震实方式施工。结合剂多用水硬性铝酸钙水泥。包括轻质浇注料。 由粉粒状耐火材料与粘土等结合剂和增素剂配成，呈泥膏状，在较长时间内具有较 高可塑性的耐火材料。施工时可轻捣和压实，经加热获得强度。 以粉粒状耐火材料与结合剂组成的松散耐火材料，以强力捣打方式施工。浇注料可塑料 捣打料 喷射料 投射料 耐火泥以喷射方式施工的不定形耐火材料，分湿法和干法施工两种，因主要用于涂层和修 补其他炉衬，还分别称为喷涂料和喷补料。以投射方式施工的不定形耐火材料。 由细粉状耐火物料和结合剂组成的不定形耐火材料。有普通耐火泥、气硬性耐火泥、 水硬性耐火泥、热硬性耐火泥之分。加入适量液体制成的膏状和浆状混合料，常称 为耐火泥膏、耐火泥浆或涂抹料。不定型耐火材料的结合剂1 耐火水泥：水硬性结合剂 铝酸盐水泥（高铝水泥）、低钙铝酸盐水泥、纯铝酸 钙水泥等。 铝酸盐水泥中含CaO ，其耐火性 。水泥中Al2O3 ， 其耐火性 。 2.水玻璃 :气硬性结合剂化学式： Na2O? nSiO2 或Na2O? nSiO2? 2O。有固体和液体 XH 之分。 3.磷酸及磷酸盐结合剂:热硬性结合剂 磷酸与一些耐火材料接触后可反应生成酸式磷酸盐。 磷酸铝结合剂只有在远高于常温的条件下（500 ℃左右） 才能获得相当高的强度。耐火浇注料：1 铝酸盐水泥耐火浇注料高铝水泥结合浇注料 ：最高使用温度为1400℃ 。 铝-60水泥结合浇注料：最高使用温度约为1500℃ 纯铝酸钙水泥结合浇注料 ：最高使用温度为1800℃。低水泥超、低水泥浇注料：铝酸盐水泥耐火浇注料具有快硬高强和施工简便等特点，因此应用广泛。2 轻质浇注料 3 自流浇注料三 不定形耐火材料的特点? 不定形耐火材料可以制成预制块使用或制成 无接缝的整体构筑物，因此也称为整体耐火 材料。 ? 不定形耐火材料具有生产工艺简单、生产周 期短、节约能源、适应性强、便于机械化施 工等特点。 ? 缺点：不定形耐火材料与同种材质的耐火砖 相比，荷重软化温度低，收缩较大，烘烤时 间长。四 不定型耐火材料的应用 不定形耐火材料以其生产工艺流程短、节能等 特性，十几年来发展迅猛，在许多场合替代 定型耐火材料制品，在我国不定形耐火材料 占耐火材料生产总量的约30％，并仍处于增 长状态。不定形耐火材料广泛应用于冶金工 业、机械工业、能源、化学工业和建筑材料 工业的各种窑炉和热工构筑物。第七节 轻质耐火材料一 轻质耐火材料的定义? 轻质耐火材料是指气孔率高，体积密度小，具有隔热 性能，对热可起屏蔽作用的材料。轻质耐火材料，除了 主要用在高于环境温度条件下防止热的流出损失外，还 用于低于环境温度的条件下以防止热的流入。在前一种 情况下使用时，常称为保温隔热材料；而在后一种情况 下使用时则称为保冷材料。二 轻质耐火材料的分类三 轻质耐火材料的特性P为气孔率（5）由于轻质隔热耐火材料中含有大量的气孔，比表面很大，使用时 受热和在负荷(如自重)的作用下，易发生收缩变形并使隔热性能 降低。隔热耐火材料的组织结构示意图? a-气相连续结构型，b-固相连续结构图，c-固相与气相 都为连续结构图； ? 1-固相，2-气相（气孔），3-纤维四 轻质耐火材料的生产方法? ? ? ? 多孔材料法制造隔热耐火材料 用泡沫法生产轻质砖 用可燃物法生产轻质砖 耐火纤维的生产?耐火纤维的生产耐火纤维是纤维状的新型的耐火材料，它既具有一般纤维 的特性，如柔软、高强度，可以加工成各种带、线、绳、 毯、毡等，又具有普通纤维所没有的耐高温、耐腐蚀耐 氧化的特性。通常的使用温度在1000℃以上。第五节 常用轻质耐火材料1 硅藻土制品? 硅藻土是一种天然的多孔性隔热材料的原料，主要由古 代硅藻的遗体组成，一般硅藻土制品的使用温度一般在 1000℃以下，因为高温时制品的收缩变形较大。2 膨胀珍珠岩制品? 膨胀珍珠岩是由珍珠岩（SiO2 68％~75％，Al2O3 9％～14％， H2O 3％～6％，及CaO、Fe2O3、MgO等杂质）经焙烧膨化处理后 获得的一种白色多孔性轻质颗粒料，呈蜂窝状结构，孔壁很薄， 气孔率很高，为一种超轻质高效保温隔热材料，并可作为防火、 隔音等其它用途的材料。 ? 膨胀珍珠岩隔热材料的特点是绝热性能好、优良的耐热性能， 耐酸碱侵蚀，无毒无害，吸湿率非常小，长期保存和使用不变 质。膨胀珍珠岩隔热材料的使用温度范围很宽，既可作为中高 温保温隔热材料，又可作为保冷材料，最高使用温度约为 l000℃，最低使用温度可至－200℃。因此，膨胀珍珠岩隔热 材料广泛用于冶金、石油、化工、电力、建筑和国防工业等部 门的热工设备、制冷设备和冷藏工程的隔热。3 粉煤灰漂珠及其制品? 一般漂珠含SiO2 50％～60％，Al2O3 26％～30％， Fe2O3 3％～10％。? 粉煤灰漂珠具有优良的耐热、隔热、耐蚀、绝缘 等性能，是一种具有许多用途的原材料和填充材 料。在节能工程方面，可作为隔热保温填料、轻 质混凝土掺合料和制成漂珠轻质隔热制品等。 ? 漂珠隔热制品的使用寿命长、不老化、不脱落。 从经济角度来看，漂珠隔热材料的原料来源丰富、 生产工艺简单、能耗少，仅为传统的轻质砖的二 分之一，耐火纤维的二十分之一。此外，生产漂 珠隔热材料还有利于发电厂的粉煤灰的综合利用， 减少环境污染。4 耐火氧化物空心球及其制品? 它们通常是以纯氧化物为主要原料，于电弧炉中高温熔化，待熔 体流出时以高压气流喷吹，冷却凝固后形成的直径为0.2～5mm 的人造轻质球形颗粒料。在工业上应用最多的是氧化铝空心球和 氧化锆空心球。 ? 氧化铝空心球制品和氧化锆空心球制品具有良好的耐火性能和较 高的强度及隔热性能，可用作设备的工作衬，也可用作保温材料， 用于高温窑衬，可节能30％左右。 ? 氧化铝空心球砖长期使用温度在℃，ZrO2空心球砖 长期使用温度℃，常用于石化工业的气化炉、造气 炉、炭黑反应炉、冶金工业的加热炉、耐火材料和陶瓷工业的烧 结炉以及高温硬质合金的中频感应炉、石英玻璃熔融炉等。5 各类耐火砖? 轻质粘土砖 ℃多用可燃法制造，用途广泛; ? 轻质高铝砖 ℃泡沫法生产，耐热性能好，用于 高温隔热； ? 轻质刚玉砖
℃耐热性能好，使用温度高泡沫法 生产，用于超高温炉隔热； ? 轻质硅砖 ℃荷重软化温度高，热稳定性好； ? 镁 质 ℃耐热性能好，使用温度高； ? 氧化锆质 &2000℃泡沫法生产，用于超高温炉隔热； ? 碳化硅质 1300 ℃ 耐侵蚀性好，耐崩裂性好，高温强度 大6 耐火纤维制品各种纤维产品的性能纤维产品 化学成分 最高使用 长期使用 烧后收缩 温度℃ 温度℃ % 1100 &4 高纯硅酸 Al2O3：50 1300 ％ SiO2 ： 铝 48％高铝质莫来石质Al2O3： 60~80%Al2O3：.6(1500,8)68~70 %ZrO2+Y2O 3&99 %13501.3(1500,6)氧化锆质&1650轻质材料的耐热性第三章 耐火材料应用与节能耐火材料在窑炉节能中的作用减 少 散 热 和 蓄 热 损 失 提 高 热 交 换 和 传 热 效 率 储 能 、 蓄 热高 温 发 热 体窑炉的设计条件及耐火材料特性设计条件炉内容积和炉型 操作温度研究事项耐火材料厚度，容积：密度、强度、热导率 耐火材料的各项高温使用性能、热学性能炉内压力及气氛气体加热物种类、形状 炉壳温度和放散热耐火材料的耐侵蚀性、气孔率、透气度耐火材料化学成份、耐侵蚀性、耐磨损性 耐火材料热导率装置的工作状态施工方法 工期耐火材料的抗机械冲击性定形、不定形施工 使用材料和施工方法预算使用寿命和单价第一节 减少散热和蓄热损失―隔热耐火 材料? 工业窑炉是主要的耗能设备，但有热损失，能源利用率不高，有 很大的节能潜力。一般工业窑炉的热损失，主要包括下列几项：1)从炉体表面各部位散失的热量――高达5～40％ 2)炉体的蓄热损失－尤其是间歇式工作的窑炉 3)水冷损失的热量－（加热炉滑轨25％ ） 4)接缝、孔眼和炉门等密封不严泄漏损失的热量（电 弧炉炉门散热30％）； 5)排烟带走的废热损失。? 措施―应用各种隔热耐火材料针对热损失类型应用耐火材料对策散热损失 炉体表面及热力 管道等附属设备 炉衬耐火材料砌 体水冷管道应用隔热耐火材 料加强绝热，降 低外表面温度 用热容小的轻质 耐火材料或耐火 纤维做砌体用轻重质耐火材 料复合强化隔热， 降低水冷温度 用耐火纤维材料 填充蓄热损失冷却损失泄漏损失炉门，窥孔，窑 车接缝处不同材料构筑的炉壁散热和和蓄热损失的 比较a 致密耐火砖衬 b 轻质砖炉衬 c 耐火纤维炉衬选用隔热耐火材料应考虑的技术经济问题? 隔热材料的最高（安全)使用温度和绝热性 能。包括导热系数、体积密度、比热容、热 容等； ? 物理性能、化学性能； ? 经济效益，包括价格，施工难易及耐久性等。一 隔热材料的体积密度选择? 轻质隔热材料的隔热性能通常随着体积密度的降低而提高，但它 们之间的关系并不是始终呈简单的线性关系。? 根据使用温度选择密度恰当的材料，以取得最佳的节能效果．二 气氛与轻质隔热耐火材科的应用? 在还原性气氛条件下使用的轻质炉衬材料，最好选 用以氧化铝为主要成分的材料或纯氧化铝材料； ? 用于还原气氛中的耐火材料炉衬的杂质含量低，特 别是Fe2O3含量尽可能低的材料。 ? 含Cr2O3硅酸铝耐火纤维的材料,不宜在还原性气 氛下作为内衬使用。 ? 气氛对隔热保温材料的导热系数有一定的影响。在 氢气气氛中使用的隔热保温耐火材料最好选用封闭 气孔结构型轻质材料，如耐火氧化物空心球制品。三 隔热方式? 窑炉的隔热方式大致有两类：冷面隔热和热 面隔热 ? 对于周期性作业窑炉，在炉衬热面直接装砌 隔热层(如耐火纤维贴面)，可以取得最佳的 节能效果； ? 连续作业窑炉，在外壁(冷面)加强隔热优于 内壁(热面)隔热的效果。四 隔热保温工程的经济性最低投入法决定隔热材料的经济厚度五 窑炉应用实例： 加热炉用耐火材料? 加热炉习惯上是指把金属加热到轧制或锻造温 度的工业炉 。使用温度一般为℃。 ? 加热炉分为固定式和连续式 推钢式炉 步进底式炉 ? 连续加热炉 步进式炉 步进梁式炉? 推钢式连续加热炉 靠推钢机完成炉内运料任务的连续 加热炉。料坯在炉底或在用水冷管支撑的滑轨上滑动， 在后一种情况下可对料坯实行上下两面加热。炉底水管 通常用隔热材料包覆，以减少热损失。 ? 步进式连续加热炉 靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、 下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加 热炉。炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步 进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧 钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可 对料坯实现上下双面加热。它的优点是：运料灵活，必要时可将炉料全部排出炉外； 料坯在炉底或梁上有间隔地摆开，可较快地均匀加热； 完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故障，因而使炉的长 度不受这些因素的限制。
加热炉衬材料损毁原因? 由于高温、热应力、气流冲刷和机械冲撞而 损坏。炉顶部位特别是加热段前部和均热段 的炉顶，较易损毁，是整个炉体的薄弱环节。 因此。炉顶的寿命，即代表加热炉的使用寿 命。 ? 高温段下部、炉底和水冷管包扎层等受到熔 融氧化铁渣的侵蚀作用。炉体用耐火材料? ? ? ? ? 砖砌炉体 预制块吊装炉体 耐火可塑料捣制炉体 衬火浇注料浇灌炉体 全纤维炉体(1)砖砌炉体工 绝 作 热 层 层用隔热砖和耐火砖砌筑的炉衬。 ? 工作层用黏土质耐火砖砌筑，厚度为230～ 400mm，炉墙较高需安设高铝质抗拉砖， 以防炉墙倾倒。 ? 绝热层用黏土质或高铝质隔热砖、漂珠砖、 硅藻土砖及耐火纤维毡等材料砌筑，厚度为 113～300mm，(2)预制块吊装炉体? 是用铝酸盐水泥、磷酸盐低水泥和水玻璃等 耐火浇注料制造的。如用黏土结合耐火浇注 料制作预制块需配有锚固砖。炉顶预制块分 为拱形和长条形两种，如配用钢筋，必须安 放在非工作层内。工 绝 作 热 层 层(3)耐火可塑料捣制炉体? 用耐火可塑料捣打制成的安有锚固件的炉衬 工作层。在锚固砖或吊挂砖的间隙部位需填 充耐火可塑料料坯，并用风锤或捣固机捣打 密实。耐火可塑料炉衬的优点是整体性强、 烧结性好和高温强度高。因此，炉衬一般不 剥落，使用寿命约13年。(4)衬火浇注料浇灌炉体? 用耐火浇注料现场浇灌的炉衬工作层。炉墙和炉顶 部位的构造与耐火可塑料炉体的相同。锚固砖或吊 挂砖安装就位后，从一侧开始布耐火浇注料拌和料， 然后用振动器(捧)振动密实，应连续施工、及时养 护。 ? 普遍用各种黏土结合或低水泥系列耐火浇注料浇灌 炉衬工作层，高温区炉底有时用抗渣蚀的刚玉质、 莫来石质或镁铭质耐火浇注料，均热床则用耐磨的 耐热钢纤维耐火浇注料进行浇灌。（5）全纤维炉体? 烧煤气的加热炉采用结晶氧 化铝纤维或硅酸铝纤维制品 做工作层，取得了显著的节 能效果。 ? 加热炉全部用耐火纤维作炉 衬，与耐火可塑料炉衬相比， 总费用虽然高了近一倍，但 施工工期可缩短一半，炉壁 外表面温度由170℃降低到 88℃，即在一年内节约的燃 料费可抵偿基建时多花的投 资。二 炉底用耐火材料? 炉底工作层厚度为300～400mm， ? 预热段：粘土质耐砖， ? 加热段：粘土质或高铝质耐火砖，其上铺一 层冶金镁砂以抵抗氧化铁皮渣的侵蚀，也可 用镁砖或镁铬砖直接砌筑一层保护层。 ? 均热段：受高温和钢坯冲击、移动磨损及渣 侵蚀等作用，损毁较快。用高铝砖或镁砖做 工作层时，使用寿命约为半年，改用电熔莫 来石砖或刚玉砖使用寿命可延长至1年左右。三 炉顶用耐火材料? 炉子跨度小时，用楔形砖砌成拱顶，跨度大时 用粘土或高铝质吊挂砖，工作层厚度为230～ 250mm，绝热层厚度约为70mm，为轻质砖 或轻质浇注料，施工时不得埋没金属吊挂件。四 烧嘴砖? 是用于各种烧嘴部位的耐火制品，主要起阻 止火焰的作用。 ? 该砖及其周围的衬体经常遭受高温、温度骤 变和气流冲刷等作用。损毁较快。 ? 用高铝质或硅线石质 、或用刚玉质或莫来 石质低水泥系列耐火浇注料制作 ，寿命为6 个月至3年。五 陶瓷滑道用耐火材料（小型推钢式加 热炉 ）? 在基墙上砌筑高铝碳化硅座砖，在炉子长度 方向上由棕刚玉－碳化硅质滑轨砖组成陶瓷 滑道 。 ? 钢坯在滑道上移动，实现上、下两面加热， 具有耗能少、钢坯上无黑印等优点。陶瓷滑 道承受高温、钢坯荷重、高温磨损和氧化铁 皮渣侵蚀等作用，使用条件较苛刻，其寿命 1年左右。六 水冷管绝热用耐火材料? 大、中型推钢式或步进梁式加热炉，炉底 水冷管由纵向、横向分布的和起支撑作用的 厚壁水冷管组成。 ? 绝热的目的是降低冷却介质带走的热量、减 少钢坯黑印和提高加热质量。 ? 绝热方式分为异型黏土砖镶嵌或马蹄形砖吊 挂、耐火可塑料或耐火浇注料制成的焊瓦式 预制块焊接及用该料与耐火纤维毡现场包扎 等。
第二节热交换与高传热耐火材料及窑炉应 用实例? 高导热硅砖 ? 碳质耐火材料 ? 碳化硅质耐火 材料一 硅质耐火材料在焦炉上的应用? 现代炼焦炉由炭化室、燃烧室、 蓄热室、斜道区、炉顶、基础、 烟道等组成。焦炉工作的基本流程? 炭化室中煤料在隔绝空气条件下将煤加热到950～ 1100℃变成焦炭和其它副产品。 ? 一座焦炉有几十个炭化室和燃烧室相间配置，用耐 火材料隔开。每个燃烧室有20～30个立火道。来 自蓄热室的经过预热的煤气（高热值煤气不预热） 和空气在立火道底部相遇燃烧，从侧面向炭化室提 供热量。蓄热室位于焦炉的下部，利用高温废气来 预热加热用的煤气和空气。斜道区是连接蓄热室和 燃烧室的斜通道。炭化室、燃烧室以上的炉体称炉 顶。? 一座焦炉的寿命一般为25～30年，所用耐火材料 主要为硅砖、黏土砖、高铝砖。 1 炭化室与燃烧室的隔墙 ? 隔墙起到传递热量而隔绝炉气并支撑荷重的作用。 要求：? 承受温度波动：炭化室一侧表面温度：500℃～ 1250℃；燃烧 室一侧温度波动于℃； ? 承受推焦磨损； ? 隔墙气密性好：高温下不透气、不发生收缩变形，制品形状规整、 尺寸准确； ? 经受化学侵蚀和煤气的分解与炭素的沉积，炭化室与燃烧室的隔墙耐火材料―硅砖? 硅砖与其他耐火材料相比，在700～ 1450℃范围内体积变化和导热性的变化较 小，其高温强度很高、荷重软化温度与其耐 火度相近（℃），耐磨损，也 不易水化。 ? 掺加金属氧化物（Cu2O、TiO2）的高密度 高导热性硅砖，可以使隔墙厚度减薄，强化 传热，提高焦炉的生产率 。? 以前的焦炉燃烧室与炭化室之间的 隔墙厚度为125mm，现在大型现 代化焦炉己把隔墙的标推厚度减薄 至95mm。 ? 另一项努力追求的改进措施是采用 高密度高导热性硅砖。 ? 优点：在焦炉的产量一定的情况下， 由于高导热性硅砖能加速传热过程， 因而可降低燃烧烟气的温度，这样 便有利于节约能源，降低加热炭化 所需的燃料消耗。 ? 焦炉采用高导热性硅砖还可带来减 轻环境污染的好处。焦炉的其他部位用耐火材料? 一般采用粘土砖，但其斜道和蓄热室柱形墙，底及隔 墙也采用硅砖砌筑，以保证焦炉砌体的均匀膨胀和结 构的稳定性。 ? 蓄热室粘土格子砖采用异形砖砌筑，可大大增加换热 面积，如用标准形时为547m2，异形砖为972m2。 ? 焦炉盖顶砖粘土砖或硅砖，再砌筑轻质砖和红砖； ? 炉门开启频繁，温度波动大，采用积碳少，热震稳定 性高的熔融石英砖和堇青石砖:(2MgO. 2Al2O3.5SiO2,熔融温度为1460 ℃） ? 在焦炉上使用的不定形耐火材料较少，仅占焦炉用砖 量的2％左右。应用部位主要有炉门、蓄热室小烟道， 装煤孔周围，炉顶铺面层等，使用磷酸盐结合或高铝 水泥结合浇注料后效果较好。砌炉和烘炉? 炼焦炉主要部位由硅砖砌成，为使密封性好， 要采用异形砖砌筑。通常一座大型炼焦炉要 使用 400种以上的砖，甚至超过1000种。 一座36孔容积为35.4米3的炼焦炉需用耐火 材料约8400吨。要按照严格质量标准施工， 并应在烘炉时充分考虑硅砖的性质，以保证 运行良好并延长寿命。碳化硅质耐火材料? 碳化硅耐火材料对铁水、熔渣和碱金属的抗侵蚀性 能好，加上导热系数高以及耐磨损等性能，导致近 代现代化大型高炉的炉身中下部普遍推广应用碳化 硅砖代替粘土砖和高铝砖。 ? 由于碳化硅耐火材料对大多数有色金属熔体和熔渣 都有很强的耐侵蚀性能，同时它的导热性能又好， 因而常用来制作直接加热熔炼有色金属的传热装置。 ? 碳化硅具有高的导热性能和耐热震性能，是制造高 温热交换器的理想材料。采用碳化硅材料制造的热 交换器可在高温下工作，空气预热温度可达到 1000℃以上，可以回收和节约能源30一45％二 高炉用耐火材料及碳砖的作用? 高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料和 还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁，从氧 化物或矿物状态（如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、 Fe3O4? TiO2等）还原为液态生铁。 ? 冶炼过程中，炉料（矿石、熔剂、焦炭）按照确定 的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。从下 部风口鼓入的高温热风与焦炭发生反应，产生的高 温还原性煤气上升，并使炉料加热、还原、熔化、 造渣，产生一系列的物理化学变化，最后生成液态 渣、铁聚集于炉缸，周期地从高炉排出。上升过程 中，煤气流温度不断降低，成分逐渐变化，最后形 成高炉煤气从炉顶排出。铁 矿 石熔 剂焦 炭上料机喷吹 燃料罐燃料 高炉热风 热风炉冷风 鼓风机空气炉渣生铁煤气水 渣渣 棉铸炼特 造钢殊 生生生 铁铁铁除尘净煤气其它用途建 筑 材 料绝 热 材 料炉 尘一 高炉本体及主要构成? 密闭的高炉本体是冶炼 生铁的主体设备。它是 由耐火材料砌筑成竖式 圆筒形，外有钢板炉壳 加固密封，内嵌冷却设 备保护。 ? 高炉内部工作空间的形 状称为高炉内型。高炉 内型从下往上分为炉缸、 炉腹、炉腰、炉身和炉 喉五个部分，该容积总 和为它的有效容积，反 映高炉所具备的生产能 力。
高炉各部位使用的耐火材料? 炉喉受炉料下落时的撞击作用，用铸铁、铸钢保护板加以保护。? 炉身上部上部和中部温度较低（400～800 ℃）无炉渣形成和渣 蚀危害。A破损原因 ①炉料在下降的过程中对内衬的冲击和磨损； ②碱金属、锌蒸气和沉积炭的侵蚀； ③带有大量粉尘高速煤气在上升过程中的冲刷。 B对策 由于此部分的温度较低，但要求机械强度好，气孔率低， 所以采用高致密度的粘土砖，高铝砖。? 炉腰、炉身中下部（℃）A破损原因是高炉软熔带根部所在位置，这里温度高，但形不成渣皮或形不成 稳定的渣皮“自我保护”。耐火材料经受剧烈的温度波动、初成渣 的侵蚀、碱金属、锌的侵蚀、高温煤气流的冲刷、下降炉料的磨损、 二氧化碳、水的氧化、一氧化碳的侵蚀等，要求耐火材料热震稳定 性好、耐高温、抗碱性好、抗护渣侵蚀能力强、抗氧化、耐磨、导 热性好。B对策①选用导热性好、高温时耐磨性好、抗渣铁侵蚀能力强，特别是抗碱金属能力强的耐火砖，铝碳砖、SiC砖、Si3N4结合SiC砖、Sialon 结合SiC砖、Sialon结合刚玉砖等 （不宜采用炭砖，因这一区域为 CO2、CO反应温度区）；②加强冷却；? 炉腹 ℃A 损毁原因①炉腹距风口最近，耐热震性破坏大； ②由于炉腹倾斜，受料柱压力和崩料、坐料的冲击力影响； ③受渣铁水，高温煤气的冲刷、化学侵蚀和氧化作用。B对策①稳定造渣制度，减小炉腹角，抑制边缘气流过分发展； ②加大冷却，现代大高炉有采用镶砖铜质冷却壁或插入冷却板。 ③耐火材料：具有抗压，抗折强度大，抗侵蚀、抗冲刷能力强、及热震 稳定性强。刚玉砖、铝碳砖、热压半石墨碳砖、SiC砖、Si3N4结 合SiC砖、Sialon结合SiC砖、Sialon结合刚玉砖。现在SiC系列 砖表现出了较长的使用寿命。?炉底和炉缸? 是盛装铁水和熔渣的地方，并燃烧焦炭产生 大量的煤气，为高炉还原制造初始条件。风 口区温度在℃，炉底一般在
℃. ? 工作环境：高温、渣铁侵蚀冲刷。? A 炉底部位内衬破损的主要原因 ①在℃液态渣铁的高温热力作用下，由于 炉底砌体温度分布不均匀，导致砌体开裂； ②在高温下，渣铁、碱金属会对砖衬产生化学侵蚀； ③炉料重量的10～20％和液态渣铁、煤气的静压力作 用； ④铁水和炉渣在出铁时的流动对炉底产生冲刷作用； ⑤开炉初期铁水与炉渣中氧化物、煤气中对炭砖的氧 化。B炉缸部位内衬破损的主要原因①炉缸下部是盛渣铁液的地方，周期地进行聚积和 排出，所以渣铁的流动、炉内渣铁液面的升降， 大量的煤气流等高温流体对炉衬的冲刷是主要的 破坏因素； ②高炉炉渣偏碱性而常用的耐火砖偏酸性，故在高 温下化学性渣化，对炉缸砖衬是一个重要的破坏 因素； ③风口带是炉内最高温度区域，炉衬经常承受 ℃的高温作用，发生蠕变，加上 碱金属、锌侵蚀和渣铁冲刷，砖衬很易损坏，砖 缝增大。C炉底炉缸部位炉衬抗破损的对策1 热力学观点 ? 采用抗铁水渗入和导热性好的耐火砖，优化炉底炉缸炉 衬结构，改善炉底炉缸冷却； ? 目前大型高炉普遍采用全炭砖炉底，其设计思想属“导 热法”，炭砖抗铁水性和导热性，与炉底冷却相配合， 向炉底传递更多的热量。 ? 炭素耐火材料的特点是导热系数高、热膨胀系数小、高 温强度大、耐热震性好，几乎不受所有的酸、碱、盐类 及有机物的侵蚀，几乎不被熔融金属和熔渣的浸润，是 一种优良的高导热耐火材料。 ? 品种：普通碳砖，微孔超微孔碳砖、石墨碳砖、小块热 压成型炭砖等。耐火材料学解决? 陶瓷杯 20世纪80年代初，如下图，是利用刚玉砖或刚玉莫来 石炉衬的高荷重软化温度和较强的抗渣铁侵蚀性能以及 低导热性，使高温等温线 集中在刚玉或刚玉莫来石 砖炉衬内。 ? 陶瓷杯起保温和保护炭砖 的作用。炭砖的高导热性 又可以将陶瓷杯输入的热 量很快传导出去，从而达 到提高炉衬寿命的目的。高炉用耐火材料陶瓷质：粘土砖，高铝砖，刚玉砖，不定形耐火材料。 炭质材料：炭砖，石墨炭砖，石墨碳化硅砖，氮结合碳化硅 砖。宝钢新1号高炉耐火材料使用情况三 高温陶瓷热交换器用耐火材料? 与金属材料相比，陶瓷材料具有耐高温耐腐 蚀的特点。世界能源危机促进高温陶瓷热交 换器迅速发展，并已在工业上推广应用，成 为一种重要的有效节能措施。由不同材科制造的热交换器的 使用温度和节能效率比较
高温陶瓷热交换器材料要求? ? ? ? ? 气密性好； 高温机械强度高 耐热震性能好； 导热性能好； 耐侵蚀，抗氧化。常用高温陶瓷热交换器用耐火材料? 碳化硅耐火材料：高温陶瓷热交换器所要求的优良性能，为应用 最广的一种制造高温陶瓷热交换器的材料。 ? 氮化硅(Si3N4)：与氧化物和碳化硅相比热膨胀系数小、导热系 数高、具有更好的耐热磋性能，因而用作高温陶瓷热交换器的材 料。但其价格高。 ? 堇青石：理论组成是2Mg0．2A1203．5SiO2，具有优良的耐 热震性能，是一种制造高温陶瓷热交换器的常用材料。工作温度 可达1370℃，适用于温度变化激烈的场合。易被含钠和钙的杂 质侵蚀，生成低熔点铝酸盐，仅能用于比较清洁的环境。 ? 氧化铝制品：有很高的抗侵蚀性能和抗磨损性能，导热系数比碳 化硅小，而它的耐侵蚀性能比碳化硅好。使用氧化铝材料的主要 问题是它的热稳定性较差，因此，氧化铝材料不宜用作冷热交替 频繁的陶瓷热交换器。 ? 稳定氧化锆：耐高温性能和抗侵蚀性能都很好的材料，但耐热震 性能较差，可考虑作为在腐蚀作用严重的环境下使用的高温热交 换器。各种陶瓷热交换器推荐使用的环境四 高辐射耐火材料? 具有耐高温和高辐射能力的材料的涂料，用 于涂刷炉壁内表面，以提高炉壁黑度，增强 对加热工件的辐射能力，从而达到节能目的。各种耐火材料的表面辐射率炉衬涂刷碳化硅节能涂料后的节能效率小型步进式加热炉涂刷碳化硅节能涂料的 效益高辐射耐火涂料的材质? ? ? ? 碳化硅质高辐射涂料 碳化硅－氧化锆质高辐射涂料 碳化硅－氧化铝质高辐射涂料 氧化铁质高辐射涂料高辐射耐火涂料使用条件: 对使用气体燃料的常规窑炉有效第四节 蓄热与储能用耐火材料热风炉风温每提高100 ℃可使高炉焦比降低20Kg/t铁一 电一热储能用耐火材料? 由于储能装置的寿命通常要求长达30年之久，冷 热循环数千次，这就要求耐火材料的热稳定性能要 好。从可利用的耐火材料看，镁砖的热容量和导热 性都高，但价格较贵。 ? 镁橄榄石砖:生产成本较低，生产时能耗较少。 ? 镁铁砖:是一种利用工业废料制造的电一热储能用 耐火材料，生产成本低，耗能少，蓄热能力大，在 200一800 ℃下使用时稳定性好。二 热风炉用耐火材料? 热风炉： 热风炉是一种蓄热式的热交换器。 ? 作用:为高炉提供(1200℃以上)的热 风；节约能源，降低焦比。 ? 基本工作原理：煤气在燃烧室燃烧， 高温烟气通过蓄热式将格子砖加热， 然后再将冷风通过炽热格子砖 ( ℃ )，冷风被加热并 送入高炉。 ? 有两个工作状态，加热和送风。 ? 高炉配有3～4座热风炉热风炉基本结构目前蓄热式热风炉根据燃烧室和蓄热室布置形式的不同，分为三种： 内燃式热风炉（传统型、改进型）、外燃式热风炉和顶燃式热风 炉。传统内燃式热风炉? 炉墙起隔热作用并在高温下承载。 一般由砌体（大墙，345mm耐火砖）、 填料层、隔热层（65mm硅藻土砖） 组成。在隔热层和大墙之间留有 60～80mm的水渣－石棉层 （30mm厚的硅铝纤维）， 以吸收膨胀和隔热。? 燃烧室 燃烧煤气的空间，位于炉内一侧紧靠大墙。? 蓄热室 是热风炉进行热交换的主体，由格子砖砌成。现在用的格子 砖是块状穿孔砖，孔型有多种，较多的为五孔砖，七孔 砖，如图所示。
? 拱顶是连接燃烧室和蓄热室的 砌筑结构，为半球形。 由于拱顶室热风炉温度最 高的部位，必须选择优质 耐火材料砌筑，并且要求 绝对保温。? 支柱及炉箅子蓄热室的格子砖通过炉箅子支撑在支柱上，通常采用普通铸 铁或耐热铸铁（镍0.4～0.8％，铬0.6～1.0％）。外燃式热风炉燃烧室和蓄热室分别在两个圆柱形壳体内，两个室的顶 部以一定的方式连接起来。优点： ①由于燃烧室单独存在于蓄热室之外，消除了隔墙，不存 在由于隔墙受热不均匀而造成的砌体裂缝和倒塌，有利 于强化燃烧，提高风温； ②燃烧室、蓄热室、拱顶等部位砖衬可以单独膨胀和收缩， 结构稳定性较内燃式热风炉好，可以承受高温作用； ③燃烧室面积为圆形，当量直径大，有利于煤气燃烧。 缺点：结构复杂，占地面积大，钢材和耐火材料消耗多， 投资高（15～35％）， 应用于新建大型高炉。顶燃式热风炉将煤气和空气直接引入拱顶空间内燃烧。优点：耐火材料工作负荷均 匀，上部温度高，重量载荷 小，下部重量载荷大，温度 较低，即结构对称，稳定性 好；气流分布均匀，效率 高，适应高炉大型化的要 求；节省钢材，耐火材料和 占地面积。 缺点：拱顶负荷重，结构复 杂；热风炉用耐火材料及特性内燃式热风炉的拱顶和隔墙易破损，外燃式热风炉的燃烧室 和蓄热室拱顶及连接通道容易破损。 炉衬破损机理：热应力作用：炉顶温度1500℃， 加热和送风时炉衬经常处于 急冷和急热中，砌体出现剥 落和开裂 化学侵蚀：炉气中的碱性氧化物 及氧化铁和氧化锌日积月累 导致炉衬受损 机械载荷作用：热风炉高度为 30～50m,承受机械荷重和 高温双重作用 压力作用：风压的交替变换给砌 体很大的推力，易使砌体倾 斜、开裂和松动1 炉顶 要求抗热震性好和抗蠕变性 好。使用硅砖和低蠕变高铝砖， 刚玉砖。粘土隔热砖。 2大墙 上部低蠕变高铝砖，下部高铝 砖和粘土砖。 3 隔墙 上部用低蠕变高铝砖或硅砖， 下部用高铝或粘土砖 4蓄热室格子砖和耐火球 要求具有 较好的高温体积稳定性、耐侵蚀 性及抗蠕变性 上部硅砖、低蠕 变高密度高铝砖；中下部高铝质 或粘土质；刚玉球高温热风炉格子砖用耐火材料的性能比较第四章 耐火材料的在钢铁冶金行业的应用现代钢铁生产的一般流程第一节 高炉炼铁用耐火材料? 高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料和 还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁，从氧 化物或矿物状态（如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、 Fe3O4? TiO2等）还原为液态生铁。 ? 冶炼过程中，炉料（矿石、熔剂、焦炭）按照确定 的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。从下 部风口鼓入的高温热风与焦炭发生反应，产生的高 温还原性煤气上升，并使炉料加热、还原、熔化、 造渣，产生一系列的物理化学变化，最后生成液态 渣、铁聚集于炉缸，周期地从高炉排出。上升过程 中，煤气流温度不断降低，成分逐渐变化，最后形 成高炉煤气从炉顶排出。铁 矿 石熔 剂焦 炭上料机喷吹 燃料罐燃料 高炉热风 热风炉冷风 鼓风机空气炉渣生铁煤气水 渣渣 棉铸炼特 造钢殊 生生生 铁铁铁除尘净煤气其它用途建 筑 材 料绝 热 材 料炉 尘一 高炉本体及主要构成? 密闭的高炉本体是冶炼 生铁的主体设备。它是 由耐火材料砌筑成竖式 圆筒形，外有钢板炉壳 加固密封，内嵌冷却设 备保护。 ? 高炉内部工作空间的形 状称为高炉内型。高炉 内型从下往上分为炉缸、 炉腹、炉腰、炉身和炉 喉五个部分，该容积总 和为它的有效容积，反 映高炉所具备的生产能 力。
二 高炉内衬? 高炉内耐火材料砌筑的实体称为高炉内衬，其作用 是形成高炉工作空间。 ? 由于高炉冶炼过程温度高且有复杂的物理化学反应发 生，炉衬在冶炼过程中将受到侵蚀和破坏。炉衬被侵 蚀到一定程度，就需要采取措施修补。停炉大修便是 高炉一代寿命的终止。 ? 对高炉内衬的基本要求如下： 各部位内衬与热流强度相适应，以保持在强热流冲 击下内衬的稳定性。 ? 不同位置的耐火材料受侵蚀破坏机理不同，因此要求 各部位内衬与侵蚀破损机理相适应，以延缓内衬破损 速度。
高炉各部位使用的耐火材料? 炉喉受炉料下落时的撞击作用，用铸铁、铸钢保护板加以保护。? 炉身上部上部和中部温度较低（400～800 ℃）无炉渣形成和渣 蚀危害。A破损原因 ①炉料在下降的过程中对内衬的冲击和磨损； ②碱金属、锌蒸气和沉积炭的侵蚀； ③带有大量粉尘高速煤气在上升过程中的冲刷。 B对策 由于此部分的温度较低，但要求机械强度好，气孔率低， 所以采用高致密度的粘土砖，高铝砖。? 炉腰、炉身中下部（℃）A破损原因是高炉软熔带根部所在位置，这里温度高，但形不成渣皮或形不成 稳定的渣皮“自我保护”。耐火材料经受剧烈的温度波动、初成渣 的侵蚀、碱金属、锌的侵蚀、高温煤气流的冲刷、下降炉料的磨损、 二氧化碳、水的氧化、一氧化碳的侵蚀等，要求耐火材料热震稳定 性好、耐高温、抗碱性好、抗护渣侵蚀能力强、抗氧化、耐磨、导 热性好。B对策①选用导热性好、高温时耐磨性好、抗渣铁侵蚀能力强，特别是抗碱金属能力强的耐火砖，铝碳砖、SiC砖、Si3N4结合SiC砖、Sialon 结合SiC砖、Sialon结合刚玉砖等 （不宜采用炭砖，因这一区域为 CO2、CO反应温度区）；②加强冷却；? 炉腹 ℃A 损毁原因①炉腹距风口最近，耐热震性破坏大； ②由于炉腹倾斜，受料柱压力和崩料、坐料的冲击力影响； ③受渣铁水，高温煤气的冲刷、化学侵蚀和氧化作用。B对策①稳定造渣制度，减小炉腹角，抑制边缘气流过分发展； ②加大冷却，现代大高炉有采用镶砖铜质冷却壁或插入冷却板。 ③耐火材料：具有抗压，抗折强度大，抗侵蚀、抗冲刷能力强、及热震 稳定性强。刚玉砖、铝碳砖、热压半石墨碳砖、SiC砖、Si3N4结 合SiC砖、Sialon结合SiC砖、Sialon结合刚玉砖。现在SiC系列 砖表现出了较长的使用寿命。?炉底和炉缸? 是盛装铁水和熔渣的地方，并燃烧焦炭产生 大量的煤气，为高炉还原制造初始条件。风 口区温度在℃，炉底一般在
℃. ? 工作环境：高温、渣铁侵蚀冲刷。? A 炉底部位内衬破损的主要原因 ①在℃液态渣铁的高温热力作用下，由于 炉底砌体温度分布不均匀，导致砌体开裂； ②在高温下，渣铁、碱金属会对砖衬产生化学侵蚀； ③炉料重量的10～20％和液态渣铁、煤气的静压力作 用； ④铁水和炉渣在出铁时的流动对炉底产生冲刷作用； ⑤开炉初期铁水与炉渣中氧化物、煤气中对炭砖的氧 化。B炉缸部位内衬破损的主要原因①炉缸下部是盛渣铁液的地方，周期地进行聚积和排出，所以渣铁的流动、炉内渣铁液面的升降，大量的煤气流等 高温流体对炉衬的冲刷是主要的破坏因素； ②高炉炉渣偏碱性而常用的耐火砖偏酸性，故在高温下化学 性渣化，对炉缸砖衬是一个重要的破坏因素； ③风口带是炉内最高温度区域，炉衬经常承受1800～ 2400℃的高温作用，发生蠕变，加上碱金属、锌侵蚀和 渣铁冲刷，砖衬很易损坏，砖缝增大。C炉底炉缸部位炉衬抗破损的对策1 热力学观点 2 耐火材料学解决Ⅰ采用抗铁水渗入和导热性好的耐火砖，优化炉底炉缸炉衬 结构，改善炉底炉缸冷却； 目前大型高炉普遍采用全炭砖炉底，其设计思想属“导热 法”，炭砖抗铁水性和导热性，与炉底冷却相配合，向炉 底 传递更多的热量。 普通碳砖，微孔超微孔碳砖、石墨碳砖等。 美国UCAR公司提出了采用小块热压成型炭砖砌筑，以减 小单块砖的温度梯度。Ⅱ加大死铁层高度 Ⅲ高炉风口（刚玉莫来石砖、棕刚玉砖、或硅线石砖、热压 炭砖NMA，NMD砖）、渣口、出铁口区域采用大块异 形组合砖砌筑，以保证砌体的稳定性和密闭性。 Ⅳ 在炭砖炉底、炉缸的内表面砌一层高铝砖。 Ⅴ 强化冷却，完善监测。 Ⅵ 搞好操作维护。耐火材料学解决? 陶瓷杯 20世纪80年代初，如下图，是利用刚玉砖或刚玉莫来 石炉衬的高荷重软化温度和较强的抗渣铁侵蚀性能以及 低导热性，使高温等温线 集中在刚玉或刚玉莫来石 砖炉衬内。 ? 陶瓷杯起保温和保护炭砖 的作用。炭砖的高导热性 又可以将陶瓷杯输入的热 量很快传导出去，从而达 到提高炉衬寿命的目的。? 陶瓷杯的优越性： ①提高铁水温度； ②易于复风操作； ③防止铁水渗漏。由于1150 ℃等温线紧靠炉衬的内 表面，并且由于耐火材料的膨胀缩小了砖缝，使铁水 渗透有限，降低了炉缸烧穿的危险性。 ④碳砖脆化层消失高炉用耐火材料陶瓷质：粘土砖，高铝砖，刚玉砖，不定形耐火材料。 炭质材料：炭砖，石墨炭砖，石墨碳化硅砖，氮结合碳化硅 砖。武钢新3号 高炉炉衬结构示意图宝钢新1号高炉耐火材料使用情况
三 炉体维护? 灌浆和压人泥料 方法：在休风时从炉壳外钻孔插入喷嘴，用泥浆泵压入膏状 耐火泥（马钢，以碳化硅为骨料，以树脂为结合剂）。 ? 喷补 日本新日铁开发的热喷补机具，从炉顶深入炉内向炉衬喷补 ? 含钛矿护炉 机理： 还原 TiO2 Ti + N,C TiN, TiC 纯TiN熔化温度3150 ℃ ，纯TiC熔化温度2950 ℃， 对炉缸，炉底起到保护作用。第三节 焦炉用耐火材料? 现代炼焦炉由炭化室、燃烧室、 蓄热室、斜道区、炉顶、基础、 烟道等组成。一 焦炉工作的基本流程? 炭化室中煤料在隔绝空气条件下将煤加热到950～ 1100℃变成焦炭和其它副产品。 ? 一座焦炉有几十个炭化室和燃烧室相间配置，用耐 火材料隔开。每个燃烧室有20～30个立火道。来 自蓄热室的经过预热的煤气（高热值煤气不预热） 和空气在立火道底部相遇燃烧，从侧面向炭化室提 供热量。蓄热室位于焦炉的下部，利用高温废气来 预热加热用的煤气和空气。斜道区是连接蓄热室和 燃烧室的斜通道。炭化室、燃烧室以上的炉体称炉 顶。二 焦炉用耐火材料? 一座焦炉的寿命一般为25～30年，所用耐火材料 主要为硅砖、黏土砖、高铝砖。 1 炭化室与燃烧室的隔墙 ? 隔墙起到传递热量而隔绝炉气并支撑荷重的作用。 要求：? 承受温度波动：炭化室一侧表面温度：500℃～ 1250℃；燃烧 室一侧温度波动于℃； ? 承受推焦磨损； ? 隔墙气密性好：高温下不透气、不发生收缩变形，制品形状规整、 尺寸准确； ? 经受化学侵蚀和煤气的分解与炭素的沉积，炭化室与燃烧室的隔墙耐火材料―硅砖? 硅砖与其他耐火材料相比，在700～ 1450℃范围内体积变化和导热性的变化较 小，其高温强度很高、荷重软化温度与其耐 火度相近（℃），耐磨损，也 不易水化。 ? 掺加金属氧化物（Cu2O、TiO2）的高密度 高导热性硅砖，可以使隔墙厚度减薄，强化 传热，提高焦炉的生产率 。焦炉的其他部位用耐火材料? 一般采用粘土砖，但其斜道和蓄热室柱形墙，底及隔墙也采用 硅砖砌筑，以保证焦炉砌体的均匀膨胀和结构的稳定性。 ? 蓄热室格子砖采用异形砖砌筑，可大大增加换热面积，如用标 准形时为547m2，异形砖为972m2。 ? 蓄热室底部等温度小于600 ℃的部位，采用硅砖砌筑易发生 晶形转变，采用粘土砖砌筑。 ? 焦炉盖顶砖粘土砖或硅砖，再砌筑轻质砖和红砖； ? 炉门开启频繁，温度波动大，采用积碳少，热震稳定性高的熔 融石英砖和堇青石砖: (2MgO. 2Al2O3.5SiO2,熔融温度为1460 ℃） ? 在焦炉上使用的不定形耐火材料较少，仅占焦炉用砖量的2％ 左右。应用部位主要有炉门、蓄热室小烟道，装煤孔周围，炉 顶铺面层等，使用磷酸盐结合或高铝水泥结合浇注料后效果较 好。砌炉和烘炉? 炼焦炉主要部位由硅砖砌成，为使密封性好， 要采用异形砖砌筑。通常一座大型炼焦炉要 使用 400种以上的砖，甚至超过1000种。 一座36孔容积为35.4米3的炼焦炉需用耐火 材料约8400吨。要按照严格质量标准施工， 并应在烘炉时充分考虑硅砖的性质，以保证 运行良好并延长寿命。第四节 转炉炼钢用耐火材料钢与生铁的区别：碳含量小于2.11%称之钢，它的熔点 在℃，而生铁的熔点在℃。 随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲 击韧性降低。钢具有很好的物理化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛； 炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去除有害气 体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。 钢材仍将是21世纪用途最广的结构材料和最主要功能材料。转炉是一种不需外加热源，主要以液态生铁为原料进行炼 钢的直立式圆筒形冶炼炉。根据炉衬耐火材料的性质，分 为酸性转炉和碱性转炉两种。根据气体吹入炉内的部位， 分为底吹、顶吹、侧吹和顶底复合吹炼转炉。1―炉身；2―炉腔；3―炉帽；4―出钢口；5―炉底；6―供气砖一 炉衬损坏的原因(1) 机械作用。加废钢和兑铁水对炉 衬的冲撞与冲刷，熔涪、钢水与 炉气流动对炉衬的冲刷磨损，清 理炉口结渣的机械损坏等。(2) 高温作用。尤其是反应区的1700 ℃高温作用会使炉衬表面软化、 熔融。 (3) 化学侵蚀。高温熔渣与炉气对炉 衬的氧化与化学侵蚀作用比较严 重。 (4) 炉衬剥落。由于热震所引起炉衬 砖的剥落，以及炉衬砖本身矿物 组成分解引起的层裂等等。二 转炉炉衬用耐火材料? 转炉内衬由绝热层、永久层和工作层组成。 绝热层一般是用多晶耐火纤维砌筑，炉帽的 绝热层也有用树脂镁砂打结而成； ? 永久层各部位用砖也不完全一样，多用低档 镁炭砖、或焦油白云石砖、或烧结镁砖砌筑； ? 工作层全部砌筑镁炭砖或焦油白云石砖。（1）转炉工作层―镁碳砖? 工作层与高温钢水、熔渣直 接接触，受高温熔渣的化学 侵蚀，受钢水、熔渣和炉气 的冲刷，还受加废钢时的机 械冲撞等作用，工作环境十 分恶劣。 ? 各部位的工作条件不同，内 衬的蚀损状况和蚀损量也不 一样。 ? 视衬砖的损坏程度的差异， 砌筑不同材质或同一材质不 同级别的耐火砖，这就是所 谓综合砌炉。转炉内衬综合砌砖情况：①炉口部位。采用具有较高的抗热震性和抗渣性，耐熔渣 和高温废气的冲刷，且不易粘钢，即便粘钢也易于清 理的镁炭砖； ②炉帽部位。受熔渣侵蚀最严重，同时还受温度急变的影 响和含尘废气的冲刷，故使用抗渣性强和抗热震性好 的镁炭砖； ③炉衬的装料侧。受废钢或铁水的机械冲击严重，直立时 又与渣线处重合，易受化学侵蚀。砌筑具有高抗渣性、 高强度、高抗热震性，添加抗氧化剂的镁炭砖。 ④炉衬出钢侧。受热震影响小，但受钢水的热冲击和冲刷 作用较大。常采用与装料侧相同级别的镁炭砖，但厚 度可以稍薄些； ⑤两侧耳轴部位。除受吹炼过程的蚀损外，其表面无渣覆 盖，砖中碳极易氧化，应砌筑抗氧化性强的镁炭砖；⑥渣线部位。是受熔渣蚀损较为严重的部位，需要 砌筑抗渣性良好的镁炭砖，也可选用镁炭砖； ⑦熔池和炉底部位。受钢水的冲蚀作用，但与其他 部位相比损坏较轻，可选用碳含量较低的镁炭砖； ⑧复吹转炉底部供气用砖。复吹时产生高温和强烈 的搅拌作用，要求供气砖耐高温、耐冲刷、耐侵 蚀、耐磨损和抗剥落性强，同时，要求供气时产 生的气泡要细小均匀，寿命尽可能与炉衬同步， 镁炭砖仍为最佳材料。 ? 炉衬寿命 ? 5000炉以上三 转炉炉衬喷补技术?干法喷补、半干法喷补、火焰喷补喷补料：冶金镁砂，结合剂――固体水玻璃、铬酸盐、磷酸 盐等。? 溅渣护炉溅渣护炉? 溅渣护炉是日常生产中维护炉衬的主要手段 ? 基本原理：吹炼终点，留部分MgO含量达到饱和或过饱和的终点熔渣，通过喷枪在熔池理论液面以上约 0.8～2.0m处，吹入高压氮气(0.8～0. 9MPa)，用高 速氮气射流把熔渣溅起来，在炉衬表面形成一层高熔点 的溅渣层，并与炉衬很好地黏结，达到对炉衬的保护和 提高炉龄的目的。通过喷枪上下移动，可以调整溅渣的 部位，溅渣时间一般在3～4min。? 溅渣技术使转炉寿命显著提高， ? 耐材消耗↓60%，补炉料↓40%
第四节 电弧炉用耐火材料电炉炼钢工艺：以电能作为主要热源，使用三相交 流电或直流电。炉料和电极间直接产生电弧，利 用电弧高温熔化炉料，然后加入氧化剂、造渣剂、 铁合金等以去除夹杂。将钢水化学成分和温度调 整至规定值后注入钢包。
一电弧炉各部位耐火材料(1)炉