耐火材料工艺学

概念

1 耐火材料：耐火度不低于1580度的无机非金属材料

2 耐火度：材料在高温作用下达到特定软化程度的温度，表征材料抵抗高温作用的性能 3 热震稳定性：耐火制品抵抗温度急剧变化而不被破坏的能力

4 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（收缩或膨胀）的性能

5 抗渣性：耐火材料在高温下抵抗熔渣及其他熔融液侵蚀而不被损毁的性能

6 荷重软化温度：耐火材料在一定重力负荷和热负荷共同作用下达到某一特定压缩变形时的温度

7 耐真空性：耐火材料在真空和高温下使用时的耐久性

8 主成分：占绝大多数的对材料的 高温性质起决定性作用的成分

9 杂质成分：含量较少但对高温性质带来危害的成分

10 主晶相：又主要成分构成的高熔点结晶相对耐火材料的性质其决定作用

11 次晶相：高温下与主晶相和液相并存的 数量较少对耐火材料的性质影响亦较大的第二种荣带你较高的晶相

12 基质：除了主次晶相以外的晶相或玻璃相，骨料大晶体间隙中的存在填充的物质 13 体积密度：单位表观体积的耐火材料所占有的质量

14 气孔率：耐火材料中气孔体积与总体积之比

15 化学组成：化学成分构成的，一般指氧化物，碳化物，氨化物，硼化物，硅化物元素 16 矿物组成：化学成分在材料中的存在状态

17 二次莫来石化：高铝矾土中所含的高岭石分解并转化为莫来石后析出的二氧化硅与水铝石分解后的刚玉相作用形成莫来石的过程

18 不定形耐火材料：由合理级配的粒状和分装材料与结合剂共同组成的不经成型和烧成而直接供使用的耐火材料

19 弹性后效：在压制过程中外力取消后引起坯体膨胀作用

20 层密度：在压制过程中沿加压方向密度分布不相同，靠近加压方向密度较大远离加压方向密度较小，即随着离受压面距离的增加气孔率增大，密度下降，这种现象叫层密度 21 层裂：由于弹性后效和层密度共同引起的砖内部产生的层状裂纹（垂直方向扭曲） 22 临界颗粒：粉料中的最大颗粒，一般块状砖3mm，不烧砖5--6mm,不定型的（散装料）8--10mm，最大35mm

23 拱效应：料仓口上的粉料相互挤压形成拱结构，细粉本身相互吸附，压力

24 硅质耐火材料：以二氧化硅为主要成分的耐火制品，包括硅砖，特种硅砖，石英玻璃及其制品

25 硅酸铝制耐火材料：是以三氧化二铝和二氧化硅为基本化学组成的耐火材料 26 碱性耐火材料：以氧化镁，氧化钙或氧化镁和氧化钙为主要成分的耐火材料 27 高温抗折强度：材料在高温下单位截面积所能承受的极限弯曲应力

28 高温蠕变：耐火材料在高温下受外力作用长生的变形随时间而增加的现象

29 颗粒偏析：在物料流动时由于粒径密度，形状等差异，造成大颗粒和小颗粒相对集中的现象

30 常温耐压强度：材料在常温下单位截面积所能承受的最大压力

31 弹性模量：材料在其弹性范围内在外力的作用下产生变形，当荷载除去后材料仍恢复原来的形状和尺寸，此时应力和应变的比值称弹性模量

32配料：将各种不同品种组分和性质的原料以及将各级粒度的颗粒按一定比例配合的工艺 33 混炼：使两种以上不均匀物料的成分和颗粒均匀化，促进颗粒接触和塑化操作过程

34 真密度：单位实体（即不包括气孔体积）的质量。即耐火材料的质量与其真体积之比，称为真密度，通常也用g/cm3来表示。意义：是化学矿物组成的反映

35 吸水率：耐火材料全部开口气孔吸满水时，水的质量与干燥质量之比，以百分率表示。测定意义：反映了材料中显气孔的多少；生产中多用于鉴定原料煅烧的质量；同时可以预测耐火材料的抗渣性、透气性能和热震稳定性等。

36 透气度：是表征材料透气性能的指标。其物理意义是指单位时间内和单位压差下，透过单位面积和一定厚度的材料的气体的量。

37热膨胀：耐火材料的体积或长度随着温度的升高而增大的物理性质称为热膨胀。

38 热导率：耐火材料的热导率是指单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量 39 热容：常压下加热1公斤耐火材料升高1℃所需要的热量（KJ）称为热容。工程上所用的平均热容是指从温度T1到T2所吸收的热量的平均值。平均热容是比较粗略的，温度范围越大，精度越差，应用时要特别注意使用的温度范围。意义：热容对间歇式窑炉生产影响大，涉及加热、冷却的速度。特别对蓄热砖意义更大。

40侵蚀面：试样与炉渣发生反应，导致试样剖面腐蚀、变形和破坏的部分。

41.渗透面：试样与炉渣发生反应，导致试样剖面出现明显的被炉渣浸润（含侵蚀）的斑痕部分。

42.侵蚀深度：以与炉渣接触的试样原表面为起点，试样剖面被侵蚀的长度。单位为毫米

43.渗透深度：以与炉渣接触的试样原表面为起点，试样剖面被渗透（含侵蚀）的长度。单位为毫米（mm）。

44.侵蚀面积百分率：试样剖面被炉渣侵蚀的面积与试样剖面总面积之比的百分率。

45.渗透面积百分率：试样剖面被炉渣渗透的面积（含侵蚀面积）与试样剖面总面积之比的百分率。

46.试样渣蚀率：在高温流动的渣液中，试样被炉渣熔蚀的质量百分数。

47 粘土质耐火材料：Al203 30～48％，采用粘土为主要原料的一类耐火材料。根据原料和生产工艺的不同，粘土质耐火材料分为：普通粘土砖；全生料粘土砖； 多熟料粘土砖；高硅粘土砖；不定形耐火材料。生产简便价格低、生产最多（占全国60%以上）应用最广泛。

填空

1 检验煅烧是否合格的指标：煅烧的质量好坏，活性，缩放尺

2 气孔在材料中的存在部位：晶格，晶粒，大晶粒内部，基质中，大颗粒与基质交界处 3 高温蠕变曲线三个特征阶段：初期蠕变或减速蠕变；均速蠕变或稳态蠕变；加速蠕变； 4 弹性模量E,E越大，不易变形；E越小，易变形

5 耐火材料的高温使用性能：耐火度，荷软，高温体积稳定性，抗渣性，热震稳定性，耐真空性，耐水化性

6 热应力分类：机械热应力，结构热应力，温差热应力

7 材料的热震破坏分为两大类：一类是热冲击断裂，一类是热震损伤

8 Al2O3含量：15--30%----半硅质耐火材料。 Al2O3 含量30--46%---粘土质耐火材料。Al2O3 含量46--90%---高铝质耐火材料。Al2O3 含量 90%以上----刚玉质耐火材料

9 粘土分为硬质粘土，软质粘土，半软质粘土；粘土矿物组成：主要矿物：高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O

10 高铝矾土的矿物组成：主要矿物：高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O、水铝石Al2O3·nH2O（n=1--3） 11 结合剂分类：1、按化学组成：无机结合剂，有机结合剂2、按硬化特点：水硬性结合剂，气硬性结合剂，热硬性结合剂，陶瓷结合剂3、按结合特点：暂时性结合剂，永久性结合剂 12 结合剂结合反方式：水和结合，水化学结合，陶瓷结合，黏着结合，凝聚结合

13 不定型耐火材料分类：浇注料，可塑料，捣打料，喷射料，投射料，耐火泥

14 烧成制度分类：升温速度，烧成最高温度，在最高烧成温度下的保温时间以及冷却速度和烧成气氛等

15 烧成时窑内气氛分为：氧化、还原、中性

16 烧成过程中的物理化学变化：坯体排出水分阶段；分解氧化阶段；液相形成和耐火相合成阶段；烧结阶段；冷却阶段

17 气孔的分类：闭口气孔，开口气孔，贯通气孔

18 耐火材料向熔渣中溶解可分为：单纯溶解，反应溶解，侵入变质溶解

19 镁铬砖分类：普通镁铬砖，再结合镁铬砖，半再结合镁铬砖，直接结合镁铬砖

20 莫来石及刚玉原料的种类：莫来石：烧结后合成莫来石，电熔合成莫来石，刚玉：烧结刚玉，电熔刚玉（棕刚玉，白刚玉）

思考题

1 硅酸铝质耐火材料，随着Al2O3 含量的增加，矿物组成如何变化？在高温性质上有哪些变化？

答：（1）当Al2O3 含量为15--30%时，矿物组成为：方石英和莫来石；当Al2O3 含量为30--46%时，矿物组成为：方石英和莫来石；当Al2O3 含量为46--90%时，矿物组成为：方石英，莫来石，刚玉；当Al2O3 含量为90%以上时，矿物组成为：莫来石和刚玉（2）高温性质：随着Al2O3 含量的增加，热震稳定性先升高后降低，其他高温性质升高

2 为什么说R2O(Na2O,K2O)，是硅酸铝质耐火材料最有害的杂质？

答：杂质成分中R2O的危害最大，即使其存在量很低（<1%），使制品在1000度左右就能生成共溶液相，明显的降低了制品的耐火性和高温力学性质，在使用过程中含有碱类熔渣和气体，又均对硅酸铝质耐火材料具有严重的磨蚀作用

3 为什么说TiO2是含Al2O3量最高的高铝制品的有害物质？

答：A/S<2.5制品，TiO2 一般低于3.5%，所有TiO2 都固溶于A3S2中，而不存在液相对制品的高温性能影响不大；A/S>2.5制品，随着Al2O3 含量的增加，TiO2 的固溶量降低，但矾土中TiO2 的含量随着Al2O3 含量的增加而增加，所以在高Al2O3 含量的制品中，过多的TiO2会进入液相其溶剂作用，对液体造成污染，会降低高温性能。由此看出，TiO2 的存在，对粘土制品五明显影响；对高铝制品特别是Ⅰ等高铝制品TiO2 含量较低，对其性质有明显影响，TiO2 含量增多，将会降低制品的荷量重软化温度和高温蠕变性

4 硅酸铝质耐火材料生产中为什么要除铁？为什么要在氧化气氛下烧成？

答：除铁原因：在Fe2O3-SiO2-Al2O3三元系统中，不形成三元化合物，在高温下，Fe2O3在莫来石和刚玉中有一定量的固溶度。形成有限固溶体，Fe2O3在刚玉中固溶度比在莫来石中的高，由于固溶体的形成使晶格长大。此三元系统的始熔温度，当A/S<2.55时为1380度，A/S>2.55时为1460度，在还原气氛下，Fe2O3被还原成FeO而脱熔进入玻璃相，并使始熔温度温度分别下降到1240度及1380度。此外，Fe2O3与TiO2共存时，可与Al2O3形成含铁钛铝酸，并同时进入玻璃相，增加液相量，以而降低制品的高温力学性能。

5 利用Al2O3-SiO2二元素相图分析Al2O3对SiO2和SiO2对Al2O3的溶剂作用哪个更强？ 答：（1）当Al2O3为主要成分SiO2为杂质成分时，体系开始出现液相的温度为1600度（2）当SiO2为主要成分Al2O3为杂质成分时，体系开始出现液相的温度为1840度，因此，Al2O3对SiO2的溶剂作用应强于SiO2对Al2O3的溶剂作用。

6 矾土的主要矿物是什么？加热分哪几个阶段？

答：主要矿物：高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O；水铝石Al2O3·nH2O（n=1--3）；矾土加热分三个阶段：分解阶段、二次莫来石化阶段、重结晶烧结阶段

7 什么是二次莫来石化，对生产有什么影响？工艺上采取哪些措施防止其不良影响？

答：二次莫来石化：高铝矾土中所含的高岭石分解并转变为莫来石后，析出的SiO2与水铝石分解后的刚玉相作用形成莫来石的过程。影响：产生松散，阻碍烧结进行。措施：（1）原料：严格分级，拣选（人工拣选）；不能混级使用（隔级）；质量要求；体积密度（吸水率）

（2)矾土熟料：尽量减少粘土的用量，软质和半软质并用，并将软质粘土制成泥浆（3）配料：不同级别原料以临级混用为原则（4）颗粒组成a尽可能扩大细分的用量，由于细粉的烧成收缩大，可以全部或部分抵消二次莫来石的膨胀作用b采用部分熟料和结合粘土共同细磨的措施，粘土用量少，分布均匀，使用二次莫来石化在基质中进行，以细粉的收缩来抵消膨胀作用（5）烧成：特级、I级：烧成温度高，烧成制度1500--1600度。Ⅱ级“二次莫来石化”烧成温度高，烧成制度1500--1600度。Ⅲ级：烧成温度低，1450--1500度 8 高铝制品的性质？

答：（1）荷重软化温度随Al2O3 含量的增加而提高（2）高温蠕变性用蠕变速率表示（3）热震稳定性质（4）抗渣性随Al2O3 含量的增加，刚玉相增加，抗渣性提高

9 根据硅石的加热转化特性和开始激烈膨胀的温度特性，硅石分类？生产如何使用？

答：（1）硅石分类：加热转化性能：快速转化硅石、中速转化硅石、慢速转化硅石、特慢转化硅石。激烈膨胀温度：低热稳定硅石、中热稳定硅石、高热稳定硅石（2）生产上：快速转化硅石，降低烧成温度放大粒度，少加矿化剂。慢速转化硅石，提高烧成温度，减小粒度，加入矿化剂。低热稳定硅石，缓慢加热，减小粒度，加入矿化剂

10 硅砖生产中为什么要加入废硅砖？

答：硅砖生产过程中产生的烧成废硅砖可作为原料使用，可经转化，开裂可以减少硅坯的烧成膨胀，提高成品率15--20%。但加入过多会降低制品的耐火度和机械强度，提高气孔率，增加杂质

11 硅砖烧成过程中应注意哪些问题？

答：（1）600度以下时可用较快的升温速度烧成（2）700度以上至1100--1200度温度范围，保证硅坯加热的可尽快升温（3）1100--1200度至烧成终了的高温阶段的升温速度应逐渐降低，并能缓慢均匀升温（4）为了在高温阶段使温度缓慢均匀上升，采用弱还原火焰烧成（5）硅砖烧成温度最高不能超过1430度（6）冷却阶段：高温下可以快冷，低温时缓慢冷却 12 为什么生产中加Ca、Fe作为矿化剂？为什么要限制原料中Ca、Fe含量？

答：CaO对硅质原料的耐火度降低不大，并有足够的狂化作用，同时使泥料具有粘合性和可塑性，是砖坯干燥后具有一定强度，为了提高适应的转变程度，减少砖坯烧成时的膨胀和松散，以及减少制品的裂纹，还与石灰同时加入Fe2O3,加入Fe2O3可以显著液相出现温度和粘度

13 为什么说Al2O3是硅砖生产中的有害物质？

答：在CaO-Al2O3-SiO2系统中：（1）SiO2-CaO二元系统，TE=1436度，；SiO2-Al2O3二元系统，TE=1575度；三元系统TE=1170度，有CaO存在时，Al2O3是有害杂质（2）当CaO+Al2O3总量一定时，等温线定向（从左下到右上）看出A/C比上升，液相急剧增加溶剂作用上升，对高温性能不利

简答

1 溶剂作用？如何衡量杂质对溶剂作用的强弱？

答：溶剂作用：杂质成分与主成分作用使体系开始出现液相的温度降低的作用。溶剂作用的强弱：（1）体系开始出现也下岗温度的高低（2）单位杂质作用生成的液相量（3）随着温度的升高，液相数量增长的速度快慢（4）液相的性质（粘度、湿润性）

2 高铝制品的生产工艺要求？

答：（1）原料：严格分级，拣选（人工拣选）；不能混级使用（隔级），质量要求，体积密度（吸水率）（2）矾土熟料：尽量减少粘土的用量，软质和半软质粘土并用，并将软质粘土制

成泥浆（3）配料：不同级别以临级混用为原则（4）颗粒组成a尽可能扩大细粉的用量，由于细粉的烧成收缩大，可以全部或部分抵消，二次莫来石化在基质中进行，以细粉的收缩来抵消膨胀作用（5）烧成：特级、I级：烧成温度高，烧成制度1500--1600度。Ⅱ级“二次莫来石化”烧成温度高，烧成制度1500--1600度。Ⅲ级：烧成温度低，1450--1500度 3 什么是矿化剂？矿化剂如何起作用？影响矿化剂的因素？

答：矿化剂：硅砖生产当中促进鳞石英析晶的添加物。作用：（1）加速石英在烧成时转变为低密度的变体（鳞石英和方石英(2)不显著降低其耐火度（3）防止砖坯烧成时因发生急剧膨胀而产生的松散和开裂。影响因素：（1）液相出现的温度和数量：液相数量越多，矿化作用越强，但是，液相过多会影响高温性能，只要液相数量能够包围石英颗粒和填充裂缝即可。石英：1050度转变成方石英，只要在1050度之前出现液相即可。（2）液相的组成和性质：是否有利于溶解石英和亚稳方石英，析出鳞石英。当液相中含有R+和R2+能提供自由氧，而

—使Si--O断裂，有一些阴离子F样的作用。当液相当中O/Si比较小时，有利于析晶，此时

液相易于被SiO2饱和，利于析晶。液相粘度较低，利于溶解--析晶。R+和R2+会使粘度下降，R3+提高粘度。FeO、MnO的润湿能力强，矿化作用强。工业上大多选用CaO、FeO。 4 耐火度与纯物质熔点的区别？

答：耐火度和纯物质熔点的区别：熔点是固液平和共存的温度，固定的温度点，而耐火材料是多项混合体，没有固定的熔点，只有开始出现和完全熔融的温度范围，在这个温度区间内固液共存，一般材料的耐火度低于相应纯物质熔点

5 镁碳砖中碳的作用？

答：碳的作用：（1）【C】熔点高，3500度，不与任何氧化物共熔（2）可以提高材料的抗侵蚀能力（抗渣性）碳与高温熔渣金属液不润湿，阻碍熔渣与耐火材料的接触与渗透，碳可以填充气孔，提高密度，有助于抗渣性和强度，碳使Fe--Fe,提高抗Fe能力（3）【C】可以提高材料的热震稳定性（4）缺点：易氧化，局限性：【C】还可以还原MgO→MgO↑+CO↑挥发，降低密度，强度，抗侵蚀性，冲刷性

6 混炼的目的，影响因素？

答：目的：成份和性质均匀化，影响因素（1)加料顺序：骨料→结合剂（液体）→细料（2）混炼时间：时间长造成→再粉碎，水散失，水化作用，（3）困料：在一定温度、湿度放置一段时间（塑化），时间不能太长，结合剂分布均匀，细菌作用，有机酸，表面活性剂作用：对水化反应，生成气体反应，酸加Fe→H2↑。抽真空，加表面活性剂（4）混炼设备的影响：湿碾机，粘土，高铝，硅砖，高速混炼机，双轴搅拌机

7 直接结合的定义及影响因素

答：定义：高熔点矿物在高温下互相接触或通过第二固相将高熔点晶相连接起来 影响因素：（1）二相：a、倍半氧化物R2O3；b 、C/S比增大，直接结合率大（2）三相：镁白云石砖、镁铬砖属于同一晶相的结合，随着其含量增加而提高，异相间的结合比同相间的结合率都高，引入第二固相可以提高直接结合率

8 为什么加骨料细粉？各有什么特点？

答：骨料性质：优点：强度高，密度高，耐火性好，有明显的粒状结构。缺点：比表面小，表面能低，自身结合能力差，烧结性差。细粉性质：（弥补了骨料弱点）（1）遇水后产生塑性结合性（2）烧结性：熔体析晶能力强，聚集再结晶能力强（3）对骨料具有填充作用----致密化（4）弱点：强度低，松散烧成收缩大，过早出现液相

9 耐火材料的常温耐压强度，是不是越高越好？

答：常温耐压强度：常温下耐火材料在单位面积上锁能承受的最大压力。意义：(1)间接反映出工艺过程的合理性（2）间接反映出其他的力学性能优势（3）测定方便（4）判断材料质量的常规检验项目，因此，如果耐火材料常温耐压强度过高，则增大材料破坏的可能性