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。 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。

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 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。

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

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

成型

烧结耐材流程图例烧成

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。大致可分为三类： (1)闭口气孔，它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。

闭气孔闭气孔

它封闭在制品中不与外界相通

定形耐材抛面

开气孔开气孔

一端封闭，另一端与外界相通

定形耐材表面

贯通气孔贯通气孔

贯通制品的两面，能为流体通过

图中： 1为闭气孔 2为开气孔 3为贯通气孔

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)

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

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%。