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耐火材料基础知识PPT课件

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耐火材料基础知识

耐火材料基础知识

04
耐火材料的应用与选择
耐火材料的应用
钢铁工业
在钢铁工业中，耐火材料被广泛应用于高炉、热风炉、转 炉、连铸机等设备中，起到保护炉体、防止高温侵蚀的作 用。
能源工业
在煤炭、石油和天然气等能源工业中，耐火材料用于各种 加热炉、窑炉和反应器中，以保护设备并提高生产效率。
有色金属工业
在铜、铝、镁等有色金属冶炼过程中，耐火材料同样被广 泛应用于各种熔炼炉、保温炉和电解槽等设备中。
气孔结构
耐火材料中含有一定量的气孔，这 些气孔的大小和分布对材料的热导 率、抗热震性等具有重要影响。
03
耐火材料的性质与性能
耐火材料的物理性质
气孔率
耐火材料中含有一定量的气孔，这些气孔会降低材料的密 度，并影响其热学、机械等性能。气孔率可以通过实验测 量，是评价耐火材料质量的重要指标之一。
吸水率
耐火材料的趋势
要点一
高性能及环保要求
随着工业的持续发展，对耐火材料的 高性能要求越来越高，包括更高的耐 温性能、更低的导热系数、更好的抗 腐蚀性能等。同时，为了响应环保要 求，耐火材料行业正在积极开发低污 染、可再生和可循环利用的材料。
要点二
定制化及专业化
现代工业的多样性对耐火材料提出了 多样化的需求。为了满足不同工业领 域对耐火材料的特定要求，耐火材料 行业正朝着定制化和专业化方向发展 。
易破裂或损坏。
耐磨严重，因 此要求耐火材料具有较好的耐磨
性。
05
耐火材料的制备与加工
耐火材料的制备
直接制备法
直接将原材料按照配方比例混合，然后进行成型和烧结。这种方法最为简单，但要求原材 料的物理和化学性能必须稳定。
间接制备法
先合成或制备成中间产品，然后再进行烧结或加工成最终产品。这种方法需要更多的步骤 和工艺控制，但可以获得更精确的化学成分和性能。

《耐火材料基础知识》课件

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有色金属工业
在铜、铝等有色金属的冶炼和加工过程中，耐火 材料也扮演着重要的角色，对于保护炉衬和提高 产品质量具有重要作用。
核能领域
核能领域对于耐火材料的要求极高，需要具备优 良的高温性能、化学稳定性和抗辐照性能，为核 能技术的发展提供支撑。
耐火材料的发展趋势
高性能化
提高耐火材料的性能指标，以满足高温、高速、 高负荷等苛刻工况的需求。
复合耐火材料
通过将不同材质的耐火材 料进行复合，形成具有多 重性能的复合耐火材料， 以满足复杂工况的需求。
绿色耐火材料
研发低污染、低能耗的绿 色耐火材料，减少对环境 的负面影响，推动耐火材 料行业的可持续发展。
耐火材料的应用前景
1 2 3
钢铁工业
随着钢铁工业的发展，对耐火材料的需求量不断 增加，尤其在高炉、连铸和轧钢等关键部位，需 要高性能的耐火材料。
维护保养
为了延长耐火材料的使用寿命，需要 定期进行维护保养，如检查、修复、 更换等。
环境友好
耐火材料在使用过程中应尽量减少对 环境的污染，符合可持续发展的要求 。
05
耐火材料的发展趋势与展望
新型耐火材料的研发
纳米级耐火材料
利用纳米技术，开发出具 有高性能的纳米级耐火材 料，具有更佳的抗热震性 能和高温强度。
环保化
加强环保意识，研发低污染、低能耗的耐火材料 ，推动行业的可持续发展。
智能化
利用传感器、物联网等先进技术，实现耐火材料 的智能化监控和管理，提高生产效率和安全性。
晶体结构
指耐火材料中的晶体颗粒的大小 、形状、取向及分布情况，对耐 火材料的力学性能和高温性能有
重要影响。
玻璃质结构
指耐火材料中的玻璃质成分的粘度 、流动性及稳定性等，对耐火材料 的抗热震性能和高温性能有一定影 响。

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耐火材料基础知识培训
耐火材料基础知识培训
耐火材料可用作高温窑炉等热工设备的结构材 料以及工业用的高温容器和部件，能承受在其中 进行的各种物理化学变化及机械作用。耐火材料 是冶金、玻璃、水泥、陶瓷、机械热加工、石油 化工、动力和国防工业等高温工业所必须的重要 基础材料。
耐火材料基础知识培训
本次培训主要介绍耐火材料的 基本概念 基本性能
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（5）碳复合耐火材料 碳复合耐火材料是指以不同形态的碳素材料与
相应的耐火氧化物复合生产的耐火材料。
（6）含锆耐火材料 含锆耐火材料是指以氧化锆（ZrO2）、锆英石等
含锆材料为原料生产的耐火材料。
含锆耐火材料制品通常包括锆英石制品、锆莫来 石制品、锆刚玉制品等。
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镁质制品： MgO含量≥87%，主要矿物为方镁石；
镁铝质制品：含MgO >75%，Al2O3含量一般为7-8%， 主要矿物成分为方镁石和镁铝尖晶石（MgAl2O4）；
镁铬质制品：含MgO>60% ，Cr2O3含量一般在20%以 下，主要矿物成分为方镁石和铬尖晶石;
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镁橄榄石质及镁硅质制品：此种镁质材料中除含 有主成分MgO外，第二化学成分为SiO2。镁橄榄石砖 比镁硅砖含有更多的SiO2，前者的主要矿物成分为镁 橄榄石，其次为方镁石；后者的主要矿物为方镁石， 其次镁橄榄石；
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2、依据制品形状及尺寸的不同分： 标准型：230mm×113mm×65mm；
不多于4个量尺，（尺寸比）Max:Min<4:1； 异 型：不多于2个凹角，（尺寸比）Max:Min<6:1；
或有一个50～70°的锐角； 特异型：（尺寸比） Max:Min<8:1；

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耐火材料基础知识
目录： 一、耐火材料的发展 二、耐火材料的主要性能 三、耐火材料施工要领 四、影响施工结果的因素 五、耐火材料施工管理细则
一、耐火材料的发展
不定形耐火材料的发展 不定形耐火材料是由耐火骨料、结合剂或掺外加剂以一定比例组成的混合料， 能直接使用或加适当的液体调配使用。 不定形耐火材料是不经预先烧成、松散状混合物交货和成型烘烤后即直接使 用的新型耐火材料，也称为不烧耐火材料或松散耐火材料。用该材料能做成 无缝的衬体和构筑物，故称整体耐火材料。过去，不定形耐火材料普遍使用 水泥做结合剂，因此也被称为耐火混凝土。 不定形耐火材料与烧成耐火砖相比具有很多优点： （1）不需庞大的压砖机和烧成热工设备，工厂占地面积小，因此设备费用 和基建投资均比较低； （2）能源消耗少，无需预烧成； （3）劳动强度低，操作简单，生产效率高； （4）成品便于贮存和运输，能实现机械化筑炉，施工效率高； （5）能任意造型，制成整体衬体，热震稳定性好，强度高，抗剥落形强， 可提高其使用寿命；同时，无接逢，气密性好，散热损失少，可节约能源； （6）能修补窑炉，延长其使用寿命，提高炉子作业率。
>2.5
低水泥浇注料（LCC）
1.0～2.5
超低水泥浇注料（ULCC）
0.2～1.0
无水泥或抄微粉浇注料 （NCC）
≤0.2
根据结合剂的发展应用也可以看出耐火材料的发展历程：
结合方式 代表性的浇注料及结合剂 传统水泥结合浇注料 （硅酸盐水泥、低档铝酸钙水泥） 水合结合 纯铝酸钙水泥结合浇注料 （高档铝酸钙水泥） ρ -氧化铝结合浇注料 （ρ -Al2O3+超细粉） 可水化氧化铝结合浇注料 水玻璃和磷酸盐结合浇注料 [Al(H2PO4)3+MgOorCA,Na2O·nSiO2·aq+Na2SiF6] 硫酸盐或氯化盐结合浇注料 [MgSO4/MgCl2+MgO,Al2(SO4)3+CA] 聚磷酸盐结合浇注料 [Na5P3O10或(NaPO3)6+MgO,CaOorCA] 树脂结合浇注料 (Reso-CH2OH+OCH-r) 水合结合+聚合结合 低水泥浇注料 （粘土+CA水泥，超细粉+CA水泥） 粘土结合浇注料 （Ca-粘土或Na-粘土+ CA水泥） 超低水泥浇注料 （氧化物超细粉+ CA水泥） 无水泥浇注料 (氧化物超细粉+电解质，SiO2超细粉+MgO) Sol-gel bonded (硅溶胶或率溶胶+电解质) 出现的大致年代 1920s 1960s～1970s 1980s 1990s 1950s～1960s 1960s 1960s～1970s 1980s 1970s 1970s 1980s

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的单位体积重量之比。
真比重= 不包括气孔在内的单位体积砖块重量
4C水的单位体积重量
8
d、吸水率：是原料中所有开口气孔所吸收的水的质量 Mw与砖块质量M之比值。用下述公式计算:
吸水率= M w ×100%
M
吸水率测定方法简便，在生产实际中常用来鉴定 耐火原料的质量。原料烧结程度愈好其吸水率愈低。
9
一、耐火材料的物理性能： 主要包括体积密度、真比重、气孔率、吸水率、透气性、 耐压强度、热膨胀性、导电性及热容量等。这些物理性能的 好坏，直接影响着耐火材料的使用性能。
5
a、气孔率 在耐火制品内，有许多大小不同，形状不一的气孔。 （1）和大气相通的气孔称为开口气孔； （2）贯穿耐火制品的气孔称为连通气孔； （3）不和大气相通的气孔称为闭口气孔；
3
2）根据化学矿物组成分类： A、氧化硅质耐火材料。 B、硅酸铝质耐火材料。 C、氧化硅质耐火材料。 D、铬铁质耐火材料。 E、碳质耐火材料。 F、其它高耐火度制品。 3）根据耐火材料的化学性质分类： A、酸性耐火材料 B、碱性耐火材料 C、中性耐火材料
4
1.2、耐火材料的主要性能
耐火材料的基本特性可以通过它的物理性能和高温使 用性能来表示。
e、热膨胀性： 耐火制品受热膨胀，冷后收缩，这种变化属于
可逆变化的。 耐火制品的热膨胀性能主要取决于其化学—矿物
组成和所受的温度。 耐火制品的热膨胀性可用线膨胀系数或体积膨胀
系数来表示，也可用线膨胀百分率或体积膨胀百分率表示。
10
二、耐火材料的使用性能
通常用来表示耐火材料使用性能的一些指标如耐火 度、荷重软化温度、抗渣性、热稳定性、残余收缩等都是 在特定的实验条件下测定出来的，和实际使用情况有着一 定距a、离。耐火度

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2021
3
耐火度
★ 耐火度是指耐材在无荷重时抵抗高温 作用而不融化的性能。 影响耐火度的因素
★ 主要是耐火制品的化学成分，矿物组成及其分 布状态；各种杂质成分特别是具有强溶剂作用 的成分会严重降低制品的耐火度；成分分布不 均同样也会降低制品的耐火度：
★ 值得一提的是，耐火度虽然是判定耐火材料质量 尤其是化学纯度的一个指标，但在该温度范围材 料已不再具有结构强度和机械强度，故认为耐材 的耐火度越高，使用温度越高和越耐用的看法是 不正确的。
2021
7
热震稳定性
★ 耐火材料抵抗温度急剧变化而不被破 坏的性能称为热震稳定性，通常用加 热试样后可经受水冷或风冷的次数或 热震后残余强度的保持率来表示；
★ 影响耐火制品抗热震的主要因素为制品 的物理性能和显微结构，特别是热膨胀 性、热导率等；一般来讲，耐火制品的 热膨胀率越大，抗热震性越差；制品的 热导率越高，抗热震性越好。
3.对于氧离子紧密堆积结构的氧化物，由于氧离 子紧密接触以及相互热振动，一般热膨胀系数较 大，如氧化镁、氧化非同向性晶体中，其热膨胀的各向异性十分 明显，各晶轴方向的热膨胀系数不等； 5.结构上高度各向异性的材料，其体积膨胀系数 都很小，可作为一种优良的抗热震材料，如瑾青 石；
2021
4
荷重软化温度
★ 荷重软化温度是指耐材制品在承受恒定荷载和 持续升温条件下，产生一定变形量对应的温度， 是耐材制品在荷重、升温及时间的综合作用下 性能的特征值。
★ 荷重软化温度的测定一般是加压0.2MPA（隔热 定形耐材制品0.05MPA），从试样膨胀的最高点 压缩至它原始高度的0.6%为软化开始温度（国际 标准为0.5%），4%为软化变形温度，40%为变 形温度。

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32
第32页/共96页
CaO-Fe2O3
• 系统内有三个化合物： C2F、CF、CF2；
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第33页/共96页
CaO-MgO-SiO2
34
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CaO-SiO2-Al2O3
35
第35页/共96页
CaO-MgO-Al2O3
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第36页/共96页
二、天然白云石原料和合成白云石
• 白云石的理论组 成:CaO30.41%， MgO21.87%,CO24 7.72%,CaO/MgO= 1.39,密度 2.85g/cm3,硬度 3.5-4;
7
第7页/共96页
MgO-Cr2O3系
• 镁铬尖晶石是MgO－Cr2O3系 统中唯一的二元化合物。纯镁 铬尖晶石的晶格常数为8.32A 。 真密度4.40～4.43 g/cm3。纯 者熔点约2350℃。MgOMgO·Cr2O3最低共熔温度 2300℃。
8
第8页/共96页
MgO-R2O3系
• 这些尖晶石都具有较高的
熔点或分解温度，与MgO
的最低共熔温度都较高，
其中（MgO－
M g O ·C r 2 O 3 ） （ M g O － MgO·Al2O3)（MgO－ MgO·Fe2O3)。可见、由 方镁石为主晶相，以这些
尖晶石为结合相构成的镁
质耐火材料开始出现液相
的温度都很高。其中尤以
第9页/共96页
9
• 三种尖晶石在高温下都可部分地溶解于方镁石中，形成固溶体。而且溶解度都随温度升降而变化，发生尖 晶石的溶解沉析，并对固溶体的性质有一定影响。
• Al2O3、Cr2O3、 Fe2O3：降低制品的 最大强度值，且降低 C/S比；
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三、耐火材料的热学及电学性质
❖ 1．热膨胀性 包括线膨胀系数和体积膨胀系数； ❖ 2．导热性 导热系数； ❖ 3．比热容 常压下加热一公斤材料使之升高1℃
所需要的热量（kJ） ❖ 4．导电性 电阻率。碳质和碳化硅质材料为导
体，一般耐火材料为不良导体，但温度大于 1000℃时导电性明显提高，熔融时导电能力很 强。
10
❖ 6. 按标准和尺寸分为：
❖
标准砖;
❖
异型砖;
❖
管形材;
❖
耐火器皿；
11
❖ 7. 按使用场合：
❖
冶金用;
❖
水泥窑用;
❖
玻璃窑用;
❖
陶瓷窑用;
❖
锅炉用。
12
三、耐火材料的组成
❖ 1．化学成分：主成分、杂质成分（有害）和外 加组分（有益）；
❖ 2. 物相组成：主晶相、次晶相和基质。
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第二节 耐火材料的性质
而不易损毁的性能。 ❖ 6. 耐真空性 材料在真空和高温下服役时的耐久性，因
高温减压时耐火材料中有些组分极易挥发。
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第三节 耐火材料的生产过程
22
❖ 原料加工→配料→混炼→（成型）→干燥→烧 成（熔制）→（成型）→检验→成品
❖ 即耐火材料的生产过程与陶瓷或玻璃的生产过 程相似。
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第二章 耐火材料各论
33
第三节 镁质耐火材料
34
为典型的碱性耐火材料。种类较多。
24
第一节 硅质耐火材料
25
为典型的酸性耐火材料。
26
一、二氧化硅的相变
❖ 不同晶型之间的转变称为迟钝型转变，如：石 英→鳞石英→方英石。是不可逆的。
❖ 同一晶型之间的转变称为快速型转变，如：α石 英→β石英→γ石英。是可逆的。

耐火材料基础知识培训137页PPT


31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
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1权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
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一、耐火材料的定义
• 定义：耐火材料一般是指耐火度在1580℃以上 的无机非金属材料。
• 它是难以被高温融化熔融的非金属材料的总称。 • 其他定义：1500℃以上的定型耐火材料和最高
使用温度在800 ℃以上的不定型耐火材料、耐火 灰浆以及耐火绝热砖。
二、耐火材料的分类
（1）按化学成分为：酸性、碱性和中性耐火材料。 （2）按耐火度分为：普通耐火材料、高级耐火材料、特
• 某些制品，如用于隔离火焰或高温气体的制品 ，要求具有很低的透气度；
• 有些制品．如吹氩浸入式水口透气内壁等一系 列专用透气耐火制品，则又必须具有一定的透 气度。
耐火材料的物理性质---（6）气孔孔径分布
• 气孔孔径分布是耐火制品中各种孔 径的气孔所占气孔总体积的百分率 。
• 在气孔率相同时，孔径大的制品其强度低。熔 铸或隔热耐火制品的气孔孔径可大于1mm， 称为缩孔或大气孔；纹密耐火制品中的气孔主 要为毛细孔，孔径多为1～30um；气孔微细 化的铝碳制品和致密高铝砖的平均孔径小于1 ～2um。
耐火材料的物理性质---（4）吸水率
• 吸水率是耐火制品全部开口气孔所吸收的水的 质量与干燥试样的质量百分比。耐火原料生产 中习惯上用吸水率来鉴定熟料的煅烧质量，原 料煅烧得越好，吸水率数值越低，一般应小于 5％。
耐火材料的物理性质---（5）透气度
• 透气度是耐火制品允许气体在压差下通过的 性能。透气度主要是由贯通气孔的大小、数量 和结构决定的。
稳定性 • （5）热稳定性：渣性（耐玻璃侵蚀性）、热震 • （6）抗蚀性能：抗碱性、抗氧化、抗水化
耐火材料的物理性质---（1）气孔率
• 气孔率是耐火制品所含气孔体积与制品总体 积的百分比。耐火材料内的气孔是由原料中气 孔和成型后颗粒间的气孔所构成。大致可分为
• (2)开口气孔，一端封闭，另一端与外界相通 ，能为流体填充；
• (3)贯通气孔，贯通制品的两面，能为流体通 过。
闭气孔 它封闭在制品中不与外界相通
闭气孔 定形耐材抛面
开气孔 一端封闭，另一端与外界相通
开气孔
定形耐材表面
贯通气孔 贯通制品的两面，能为流体通过
贯通气孔
图中： 1为闭气孔 2为开气孔 3为贯通气孔
三、耐火材料的组成
• 1.化学组成 （1）主成分 酸性耐火材料：二氧化硅 中性耐火材料：碳质耐火材料、高铝耐火材料、铬质耐 火材料 碱性耐火材料：氧化镁、氧化钙 （2）杂质成分 （3）添加成分
• 2.矿物组成 结晶相+玻璃相（基质）
四、耐火材料的性质（常用）
• 1.高的耐火度 • 2.良好的荷重软化温度 • 3.具有高温下的体积稳定性 • 4.良好的抗热震性 • 5.良好的抗蚀性
（例）定型耐材的溶洞标准
• 溶洞的椭圆长径a在 11mm以下；
• 溶洞的椭圆短径b在7mm 以下；
• 表面溶洞数量≤3个/面； • 溶洞的平均直径在5mm
以下忽略。 • 溶洞外周的凸出部分，如
果影响10段堆积检查，应 打磨平滑。
b a
耐火材料的热学性能---（1）比热容
• 比热容是指1kg耐火材料温度升高 1℃所吸收的热量。
定形耐材抛面示意图
耐火材料的物理性质---（2）体积密度
• 体积密度是耐火制品的质量与其体积（包括气 孔）的比值。它表征耐火材料的致密程度，是 所有耐火原料和耐火制品质量标准中的基本指 标之一。体积密度高的制品，其气孔率小，强 度、高温荷重软化温度等一系列性能好。
耐火材料的物理性质---（3）真比重（真密度）
五、耐火材料的制备原理
• 1.烧结耐火材料 烧结耐火材料的生产工艺流程如下图：
• 2.熔铸耐火材料 熔铸耐火材料生产工艺流程如下图：
配料
混料
烧结耐材流程图例
烧成
成型 微机控制
成品
拣选
耐火材料性质的介绍
• （1）物理性质：气孔率、吸水率、体积密度、真密 度（真比重）
• （2）热学性能：热容、热膨胀性、导热系数 • （3）力学性能：常温耐压强度、抗折强度 • （4）使用性能：耐火度、高温荷重软化温度、体积
• 真密度是耐火制品的质量与其真体积（不包括 气孔体积）之比。在耐火材料中，硅砖的真密 度是衡量石英转化程度的重要技术指标。 SiO2组成的各种不同矿物的真密度不同，鳞 石英的真密度最小，方石英次之，石英最大。
• 对于耐火材料的真密度，中国标准（ GB/T5071－1997）和国际标准（ ISO5018）规定，把材料破碎、磨细到尽可 能无封闭气孔存在的颗粒后，用测量试样干燥 质量和真体积来测定真密度。
• 按我国耐火原料资源的优势，专家们认为，应进一步发展镁 铝碳质耐火材料的生产与使用，减少粘土质等普通耐火材料 的生产与使用。提高产品质量和改善性能，积极开发优质新 品种，合理利用和提高耐火材料服役寿命，进一步 降低消耗 ，保证和促进高温技术工业和热能工程以及国民经济的发展 。要发展高级耐火原材料的出口，特别要增加高级耐火材料 制品的出口，为国家创收更多外汇，为企业增加更多经济效 益。
级耐火材料。 （3）按加工工艺分为：烧成制品、熔铸制品、不烧制品
。 （4）按外观分为：标型、普型、异型、特型和超特型 （5）按成型工艺分为：天然岩石切锯、泥浆浇注、可塑
成型、半干成型和振动、捣打、熔铸成型 （6）按矿物组成分为：硅酸铝质、硅质、镁质、碳质、
白云石质、锆英石质、特殊耐火材料（高纯氧化物制 品、难熔化合物制品和高温复合材料）。 （7）按密度分为：重质和轻质。 （8） 按外形分为：定型耐火材料和不定型耐火材料。
• 耐火材料的比热容数值主要用于窑炉设计热工 计算。蓄热室格子砖采用高比热热容的致密材 料，以增加蓄热室热量和放热量，提高还热效 率。
耐火材料基础知识
何金峥
耐火材料的现状及发展方向
• 我国有丰富的优质镁矿、高铝矾土、石墨原料资源，储量居 全球之首，产量也最高，耐火粘土与硅石原料分布地区很广 ，储量与产量均很大。我国耐火原料现年产量约1500万吨 ，耐火材料年产量约800万吨。近3年来，每年出口耐火原 料与材料约500万吨：（其中耐火原料470万吨、耐火材料 30多万吨）。每年为国家创汇约7亿美元。