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  • 耐火材料基础知识

    作者:admin发表时间:2022-11-14

      耐火度不低于 1580℃,有较好的抗热冲击和化学侵蚀的能力、导热系数低和膨胀系数低的非金属材料。耐火度 是指耐火材料锥形体试样在没有荷重情况下,抵抗高温作用而不软化熔倒的摄氏温度。耐火材料广泛用于冶金、 化工、石油、机械制造、硅酸盐、动力等工业领域,在冶金工业中用量最大,占总产量的 50%~60%。

      耐 火 材 料 种 类 繁 多 , 通常 按 耐 火 度 高 低 分 为 普通 耐 火 材 料 ( 1580~ 1770℃ )、 高 级 耐 火 材 料 ( 1770~ 2000℃ ) 和 特 级 耐 火 材 料 ( 200 0℃ 以 上 ); 按 化 学 特 性 分 为 酸 性 耐 火 材 料 、 中 性 耐 火 材 料 和 碱 性 耐 火 材 料。此外,还有用于特殊场合的耐火材料。

      酸性耐火材料以氧化硅为主要成分,常用的有硅砖和粘土砖。硅砖是含氧化硅 94%以上的硅质制品,使用的原 料有硅石、废硅砖等,其抗酸性炉渣侵蚀能力强,荷重软化温度高,重复煅烧后体积不收缩,甚至略有膨胀; 但其易受碱性渣的侵蚀,抗热震性差。硅砖主要用于焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉等热工设备。粘土砖以耐火 粘土为主要原料,含有 30%~46%的氧化铝,属弱酸性耐火材料,抗热振性好,对酸性炉渣有抗蚀性,应用广 泛。 中性耐火材料以氧化铝、氧化铬或碳为主要成分。含氧化铝 95%以上的刚玉制品是一种用途较广的优质耐火材 料。以氧化铬为主要成分的铬砖对钢渣的耐蚀性好,但抗热震性较差,高温荷重变形温度较低。碳质耐火材料 有碳砖、石墨制品和碳化硅质制品,其热膨胀系数很低,导热性高,耐热震性能好,高温强度高,抗酸碱和盐 的侵蚀,尤其是弱酸碱具有较好的抵抗能力,不受金属和熔渣的润湿,质轻。广泛用作高温炉衬材料,也用作 石油、化工的高压釜内衬。 碱性耐火材料以氧化镁、氧化钙为主要成分,常用的是镁砖。含氧化镁 80%~85%以上的镁砖,对碱性渣和铁 渣有很好的抵抗性,耐火度比粘土砖和硅砖高。主要用于平炉、吹氧转炉、电炉、有色金属冶炼设备以及一些 高温设备上。 在特殊场合应用的耐火材料有高温氧化物材料,如氧化铝、氧化镧、氧化铍、氧化钙、氧化锆等,难熔 化合物材料,如碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和硫化物等;高温复合材料,主要有金属陶瓷、高温 无机涂层和纤维增强陶瓷等。

      经常使用的耐火材料有 AZS 砖、刚玉砖、直接结合镁铬砖、碳化硅砖、氮化硅结合碳化硅砖,氮化物、硅化物、 硫化物、硼化物、碳化物等非氧化物耐火材料;氧化钙、氧化铬、氧化铝、氧化镁、氧化铍等耐火材料。 经常使用的隔热耐火材料有硅藻土制品、石棉制品、绝热板等。 经常使用的不定形耐火材料有补炉料、耐火捣打料、耐火浇注料、耐火可塑料、耐火泥、耐火喷补料、耐火投 射料、耐火涂料、轻质耐火浇注料、炮泥等。

      酸性耐火材料 用量较大的有硅砖和粘土砖。硅砖是含 93%以上 SiO2 的硅质制品,使用的原料有硅石、废硅砖等。硅砖抗酸性 炉渣侵蚀能力强,但易受碱性渣的侵蚀,它的荷重软化温度很高,接近其耐火度,重复煅烧后体积不收缩,甚至 略有膨胀,但是抗热震性差。硅砖主要用于焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉等热工设备。粘土砖中含 30%~46%氧 化铝,它以耐火粘土为主要原料,耐火度 1580~1770℃,抗热震性好,属于弱酸性耐火材料,对酸性炉渣有抗 蚀性,用途广泛,是目前生产量最大的一类耐火材料。 中性耐火材料

      高铝质制品中的主晶相是莫来石和刚玉,刚玉的含量随着氧化铝含量的增加而增高,含氧化铝 95%以上的刚玉 制品是一种用途较广的优质耐火材料。铬砖主要以铬矿为原料制成的,主晶相是铬铁矿。它对钢渣的耐蚀性好, 但抗热震性差,高温荷重变形温度较低。用铬矿和镁砂按不同比例制成的铬镁砖抗热震性好,主要用作碱性平 炉顶砖。 碳质制品是另一类中性耐火材料,根据含碳原料的成分和制品的矿物组成,分为碳砖、石墨制品和碳化硅质制 品三类。碳砖是用高品位的石油焦为原料,加焦油、沥青作粘合剂,在 1300℃隔绝空气条件下烧成。石墨制品 (除天然石墨外)用碳质材料在电炉中经 2500~2800℃石墨化处理制得。碳化硅制品则以碳化硅为原料,加粘土、 氧化硅等粘结剂在 1350~1400℃烧成。也可以将碳化硅加硅粉在电炉中氮气氛下制成氮化硅-碳化硅制品。 碳 质制品的热膨胀系数很低,导热性高,耐热震性能好,高温强度高。在高温下长期使用也不软化,不受任何酸 碱的侵蚀,有良好的抗盐性能,也不受金属和熔渣的润湿,质轻,是优质的耐高温材料。缺点是在高温下易氧 化,不宜在氧化气氛中使用。碳质制品广泛用于高温炉炉衬(炉底、炉缸、炉身下部等)、熔炼有色金属炉的衬 里。石墨制品可以做反应槽和石油化工的高压釜内衬。碳化硅与石墨制品还可以制成熔炼铜同金和轻合金用的 坩埚。 碱性耐火材料 以镁质制品为代表。它含氧化镁 80%~85%以上, 以方镁石为主晶相。生产镁砖的主要原料有菱镁矿、海水镁 砂由海水中提取的氢氧化镁经高温煅烧而成)等。对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性。纯氧化镁的熔点高达 2800℃, 因此,镁砖的耐火度较粘土砖和硅砖都高。20 世纪 50 年代中期以来,由于采用了吹氧转炉炼钢和采用碱性平炉 炉顶,碱性耐火材料的产量逐渐增加,粘土砖和硅砖的生产则在减少。碱性耐火材料主要用于平炉、吹氧转炉、 电炉、有色金属冶炼以及一些高温热工设备。

      氧化物材料 如氧化铝、氧化镧、氧化铍、氧化钙、氧化锆、氧化铀、氧化镁、氧化铈和氧化钍等熔点在 2050~3050℃。 难熔化合物材料 如碳化物(碳化硅、碳化钛、碳化钽等)、氮化物(氮化硼、氮化硅等)、硼化物(硼化锆、硼化钛、硼化铪等)、 硅化物(二硅化钼等)和硫化物(硫化钍、硫化铈等)。它们的熔点为 2000~3887℃,其中最难熔的是碳化物。 高温复合材料 如金属陶瓷、高温无机涂层和纤维增强陶瓷等。 应用: 经常使用的特殊材料有 AZS 砖、刚玉砖、直接结合镁铬砖、碳化硅砖、氮化硅结合碳化硅砖、氮化物、硅化物、 硫化物、硼化物、碳化物等非氧化物耐火材料;氧化钙、氧化铬、氧化铝、氧化镁、氧化铍等耐火材料。 经常 使用的隔热耐火材料有硅藻土制品、石棉制品、绝热板等。经常使用的不定形耐火材料有补炉料、耐火捣打料、 耐火浇注料、耐火可塑料、耐火泥、耐火喷补料、耐火投射料、耐火涂料、轻质耐火浇注料、炮泥等 性能: 耐火材料的物理性能包括结构性能、热学性能、力学性能、使用性能和作业性能。 耐火材料的结构性能包括气孔率、体积密度、吸水率、透气度、 气孔孔径分布等。 耐火材料的热学性能包括热导率、热膨胀系数、比热、热容、导温系数、热发射率等。 耐火材料的力学性能包括耐压强度、抗拉强度、抗折强度、抗扭强度、剪切强度、冲击强度、耐磨性、蠕变性、 粘结强度、弹性模量等。 耐火材料的使用性能包括耐火度、荷重软化温度、重烧线变化、抗热震性、抗渣性、抗酸性、抗碱性、抗水化 性、抗 CO 侵蚀性、导电性、抗氧化性等。

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