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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,筑炉材料,李 俊 瑞,第六章 筑炉材料,本章主要介绍耐火材料和保温材料，主要有以下内容：,1.,材料的主要性能和指标；,2.,常用材料种类；,3.,材料的选用原则。,一、耐火材料,1.,耐火材料的定义：,凡能抵抗高温和高温下所产生的物理化学作用的材料，统称为耐火材料。其耐火度一般不低于,1580,。,耐火材料基本上是以硅酸盐系矿物和岩石为主要原料，是硅酸盐工业的一个重要组成部分。,2.,对耐火材料的基本要求,耐火制品的品种、质量与生产过程密切相关，它直接影响到工业炉窑的使用寿命、产品质量、生产成本和劳动条件。,（,1,）能够承受高温；,（,2,）承受压力；,（,3,）承受化学侵蚀；,（,4,）承受温度的波动；,（,5,）有一定外形及尺寸。,3.,耐火材料的分类,（,1,）按化学矿物组成分：,1,）硅铝系耐火材料,根据,Al,2,O,3,和,SiO,2,含量不同，有,:,硅酸铝质制品,(,含,Al,2,0,3,15-46,以上，其余为,SiO,2,和杂质）；,硅质制品,(SiO,2,9399,),。,2,）镁系耐火材料,其主要成分为,Mg0,，制品有：,镁质制品，包括镁砖、镁铝砖相镁铬砖等；,白云石制品。,主要成分为碳或碳的化合物，其制品有：,3,）碳系耐火材料, 碳砖；石墨制品； 碳化硅制品。,4,）特种耐火材料,它包括难熔金属及合金、纯氧化物、碳化物、氮化物、硼化物及金属陶瓷等制品。,（,2,）其它划分法：,有酸性、碱性和中性耐火材料。,1,）按化学性质分：,（一）耐火材料的物理性能,2,）按耐火度分：,普通耐火制品,(,耐火度为,1580-1770,),，高级耐火制品（耐火度为,1770-2000,）和特级耐火制品（,2000,以上）。,3,）按形状分：,有块状和散状两大类。,块状包括：标准砖和异形砖。,散状包括：浇注料、捣打料、可塑料、喷涂料和耐火泥等。,4,）按加工方法分：,烧成制品、不烧制品和镕铸制品。,1.,致密性,致密性对其使用性能有很大影响，也是评价制品质量的重要指标之一。,表示耐火制品致密性的指标主要有：,（,1,）体积密度；,（,2,）气孔率、真比重；,（,3,）吸水率、透气率；,4.,导热性,3.,体积稳定性,2.,耐压强度,（,1,）常温耐压强度；,（,2,）高温耐压强度；,单位受压面上所能承受的最大压力。按照工作条件可分为：,耐火制品在使用过程中，当温度变化时体积发生变化的程度。,原因有二：,（,1,）,热胀冷缩，（,2,）残存胀、缩。,耐火材料的导热性，绝大多数随温度升高而增大。,（二）耐火材料的使用性能,1.,耐火度,耐火度是耐火材料在高温下抵抗熔化的性能指标。,耐火度是一个温度范围，不是一个固定数值，有别于单一物质的熔点。,耐火度的测定，通常是采用试锥与标准锥相互比较法，即在同一温度下试锥受热弯倒的情况与某标准锥相同时，则认为试锥,(,试料,),的耐火度与该标准锥相等。,影响耐火度的主要因素是原料和制品中的化学矿物组成，以及它们的分布与结合情况。,应当指出，,耐火度只能表明制品抵抗高温作用的能力，不能代表它的实际使用温度。,2.,高温结构强度,3.,热稳定性（又称耐急冷急热性）,表征耐火材料制品对高温和荷重同时作用的抵抗能力。,它用高温荷重软化温度来表示。,其测定方法是，按一定的升温速度，对荷重为,2,千克厘米,2,的试件均匀加热，测出它在加热过程中变形量达到一定时的温度，即试件的荷重软化温度。,荷重软化温度的影响因素主要是制品的晶体结构。,是耐火制品抵抗温度急剧波动而不破坏的性能。,影响热稳定性的因素主要为耐火制品的某些物理性质,(,如导热性、热膨胀性和弹性模量等,),和组织结构。,将试件加热至,850,后放入冷水中，直到剩下,20%,体积时，测得的次数。,耐火材料在高温下抵抗熔渣、金属熔体、炉尘等侵蚀的能力，统称抗渣性。,4.,抗渣性,熔体对耐火材料的三种侵蚀作用：,（,1,）化学作用，（,2,）物理熔解，（,3,）机械冲刷。,影响耐火制品抗渣性的主要因素是：,1,耐火材料和熔渣的化学成分；,2,炉子工作温度。,5.,高温体积稳定性,耐火制品长期在高温下使用，伴随内部的物理化学变化而引起的非可逆的体积变化，称为材料的高温体积稳定性。,表征耐火材料重烧收缩、膨胀的变化情况。主要取决于材料性质和制品生产过程中物理化学反应的程度。,6.,耐火制品的几何尺寸,国家标准对炉子砌体有严格的技术要求，耐火制品的几何尺寸是保证炉子砌筑质量的基本要素。,国家标准对耐火制品几何尺寸有严格的要求，耐火制品的几何尺寸必须符合国家标准规定。,（三）常用耐火材料,1.,粘士砖,粘土砖一般含,A1,2,0,3,30-46,，,SiO,2,50-65%,，,以天然粘土为主要原料。,按,A1,2,0,3,的含量多少，将粘土砖分为三级：,（,1,）,（,NZ,）,-30,，,A1,2,0,3,含量,30%,；,（,2,）,（,NZ,）,-35,，,A1,2,0,3,含量,35%,；,（,3,）,（,NZ,）,-40,，,A1,2,0,3,含量,40%,。,性能：,耐火度,1600,以上，弱酸性，膨胀系数和导热系数较小，体积稳定性较好，耐急冷急热性好，荷重软化点较低，允许使用温度,1250-1300,。,原料来源丰富，价格较低，使用量最大。,2.,高铝砖,性能：,耐火度较高，高温结构强度高，具有较好的化学稳定性，一指标均优于粘土砖。,含,A1,2,0,3,48,以上，其余成分,SiO,2,，高铝矾,土为主要原料。,按,A1,2,0,3,的含量多少，将高铝砖分为三级：,（,1,）,（,LZ,）,-48,，,A1,2,0,3,含量,48%,；,（,2,）,（,LZ,）,-55,，,A1,2,0,3,含量,55%,；,（,3,）,（,LZ,）,-65,，,A1,2,0,3,含量,65%,。,价格高于粘土砖,。,3.,硅砖,主要成分：,SiO,2,-,含量,93%,以上，石英岩,为主要原料。,性能：,是典型的酸性耐火材料。耐火度,1690-1710,，荷重软化点,1650,，热稳定性差。,硅砖是砌筑炉顶的较好材料。,4.,镁砖,主要成分：,MgO,-,含量,80-85%,，方镁石,为主要原料。,性能：,是典型的碱性耐火材料。耐火度,2000,，导热性能较好，荷重软化点,1500-1550,，热稳定性较差。,与其它材料混合可制成镁系制品，如：镁铝砖，镁铬砖，镁硅砖等。,以天然白云石为主要原科制成的耐火材料，也属于碱性材料。,5.,碳质耐火材料,以碳或碳的化合物为主要成分的耐火材料，称碳质耐火材料。它的主要品种有，碳砖、石墨制品和碳化硅制品等。,性能：,耐火度高，在,2200,以上才发生分解和氧化；,高温强度大，荷重软化温度一般在,1700,以上，并且有良好的耐磨性和导电；热稳定性好。耐急冷急热性强； 碳具有很强的抗渣能力。,碳的最大缺点是抗氧化性差，只适于在还原性气氛或保护性气氛下使用。,原料经高温熔化后浇铸成一定形状的耐火制品，称熔铸耐火制品，它是一种高级耐火材料。,6.,熔铸耐火材料,目前这种耐火材料的主要品种有：电熔莫来石、电熔刚玉、电熔镁石质和电熔硅酸锆等制品。,与普通烧成制品相比，它具有如下优点：,（,1,）致密度高，气孔少，机械强度大；,（,2,）导热性和耐急冷急热性好，荷重软化温度高；,（,3,）耐磨和抗渣能力强。,（四）散状耐火材料,散状耐火材料是指在使用前没有一定形状，使用时可将其制成任意形状的一种不定形耐火材料。,散状耐火材料一般由骨料、掺合料、结合剂以及添加剂等组成。,1.,散状耐火材料的种类：,按其施工方法大致可分为：浇注料、可塑料、捣打料和喷涂料等四种。,2.,特点：,工艺简单，施工快，热稳定性好，可制成整体结构。,因此，自推广使用以来，其用量逐年增长。目前一些工业化国家对散状耐火材料的需求量几乎与块状耐火材料相等。,浇注耐火材料又称耐火混凝土，是在粒度已调整好的耐火骨科中加入适量的结合剂，并用水或特定的液体进行混练后，能浇注成型的一种耐火材料。,（,1,）浇注料,骨料可根据耐火性能及其质量要求进行选择，见下列表,1,。,按使用温度不同，常用的结合剂有矾土水泥、磷酸盐类、水玻璃和膨润土等。磷酸盐类高温性能好，矾土水泥和水玻璃次之，膨润土则多用作轻质浇注料的结合剂。,根据所用结合剂的不同，浇注料可分为：矾土水泥浇注料、磷酸盐浇料、水玻璃浇注料等。,1,矾土水泥的耐火度为,1450,一,1500,，而配制蓖注料所用骨料的耐火度一般都不低于,1570,，如为高铝熟料，其耐火度都在,1800,以上。因此，要保证挠注料的高温性能，增加水泥用量是不利的，经济上也不合理。,磷酸盐浇注料在,1000,以内由于结合剂经多次脱水产生晶型转变和聚合作用，最后形成链状间网络状结构，具有较高的耐火性和耐由性，且不需养护时间，它还可用于对酸性材料的热修补。一般，这种浇注料的经常使用温度达,1400,左右。,水玻璃浇注料是以水玻璃作结合剂并有适量硬化剂加人的气硬性耐火混凝土。 水玻璃浇注料耐火性能较差，不宜在高温下使用。一般，长期使用温度不应高于,1000,。但在,1000,以下的范围内结构强度大，耐急冷急热性好，并且有较高的耐磨性。因此，是中、低温热设备较理想的耐火材料。,（,2,）,可 塑 料,可塑料是用耐火骨科、粘土矿物和结合剂等混练而成的一种泥状可塑性耐火材料。它可以是散状，也可以加工成粗坯用塑料薄膜或其它密封容器包装。施工时用手锤或汽锤捣打成型。其中散状料主要用于修补。,可塑料的明显弱点是常温下强度太低，不利于拆模成型。,可塑料应保存在冷暗处。如在高温地方贮存，即使时间短也会使施工性能变坏。,（,3,）,捣 打 料,捣打料与可塑料相类似，也是耐火骨料、结合剂等经混练后用捣打方式成型的一种耐火材料。它与可塑料的区别在于，配科中一般不加生粘土和水分，并且捣打时多采用重打。,喷涂料是一种用喷涂方法施工的散状耐火材料。主要用于对炉子砌体内表面进行修补和喷涂,(,或手工涂抹,),以延长砌体使用寿命。其制备方法大致与浇注料和捣打料相同。,（,4,）喷 涂 料,喷除方法通常分干法和湿法两种。,喷涂料的原料选择与配比，主要取决于待喷涂部位的材质和破坏特征，即通常应考虑如下几方面：,喷涂料的成分和使用性能应与待喷涤表面的材质成分和性能相一致；,喷涂料对被喷徐表面有良好的附着性，,并能在炉温条件下形成坚固的烧结体；,回弹损失小，不污染产品。,（五）耐火材料的选用原则,1.,首先满足工作条件中的主要技术指标要求。,包括以下内容：,主要从以下两方面考虑：,（,1,）温度的高低；,（,2,）温度波动情况；,（,3,）承受负荷情况；,（,4,）炉气的成分；,（,5,）炉渣性质；,（,6,）受力、磨擦等情况。,在上述条件中，应抓住主要矛盾，满足其中的主要条件。,2.,经济上要合理,炉子各部位材料选用时，要使整体寿命均衡、相近；当几种材料同时满足要求的情况下，尽量使用价格低的材料；旧料再利用，节省开支。,二、保温材料,1.,保温材料概念：,保温材料是一种轻质耐火材料，它的主要功能在于减少热设备的热损失，故又称隔热材料。,导热系数小，体积密度小是这种制品的显著特征。,保温材料由于体积密度小，耐湿、耐压、耐冲击和耐侵蚀能力差，一般都把它用于热设备砌体的外层，使内层的耐火材料承受上述作用，而使保温材料在耐火材料保护下仅发挥其隔热效能。,2.,保温材料品种,保温材料品种繁多，一般可根据其特点作如下分类：,1,）低温,(900,以下,),，如硅藻土、石棉、矿渣棉、蛭石、珍珠岩等。,（,1,）按使用温度分有：,（,2,）按形状分有：块状、段状、毡毯状、绳带状、纤维状和空心颗粒状等。,（,3,）按材质分有：硅酸铝质、硅质、镁石质、碳质和各种膨胀型矿物质等。,2,）中温,(900-1200,),保温材料，如：硅藻土砖、轻质粘土砖等。,3,）高温,(1200,),保温材料，如：轻质粘土砖、轻质高铝砖、轻质硅砖、耐火纤维、氧化铝空心球等。,3.,耐火纤维,耐火纤维，是耐火物料经高温熔化后利用喷吹、拉丝等方法制得的一种纤维状隔热材料。,近年来随着工业技术的迅速发展，这种耐火纤维及其制品的应用范围日益广泛。自六十年代在工业炉窑上普遍推广使用以来，节约能源和延长炉窑寿命均取得了显著结果。,耐火纤维大致可分为：硅酸铝质纤维、硅质纤维、钛酸钾纤维、氧化铝及氧化锆纤维、硼质纤维和碳质纤维等。其中硅酸铝质纤维是目前工业上应用最普遍的一种。,可将耐火纤维做成毯、毡、板及各种制品，供选择和使用。,4.,保温材料使用原则,（,1,）工作温度必须符合使用条件；,（,2,）不应对保温体产生化学作用；,（,3,）负荷不要加在材料上，要注意防水。,（,4,）选取合理的保温结构，确定最佳保温层厚度。,硅酸铝质纤维由于碱和碱土元素含量少，故有很高的耐热性和耐酸性，其电特性也很好直到高温区还表明介电常数高，电损失小，因而也是一种优良的电炉隔热材料。此外，硅酸铝纤维集合体还只有良好的可压缩性；吸音性和抗透气性等。,
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