第1章 耐火材料的组成、结构与性能

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1、第1章耐火材料的组成、结构与性能耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。耐火材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性，即在高温无荷重条件下不熔融软化的性能称为耐火度，它表示耐火材料的基本性能。耐火材料是构筑热工设备的高温结构材料，面临：承受高温作用；机械应力；热应力；高温气体；熔体以及固体介质的侵蚀、冲刷、磨损。耐火材料的质量取决于其性质，为了保证热工设备的正常运行，所选用的耐火材料必须具备能够满足和适应各种使用环境和操作条件。耐火材料的性质主要包括化学-矿物组成、组织结构、力学性质、热学性质及高温使用性质等。根据这些性质可以预测耐火材料在高温环境下的使用情况。耐火材料所具有的各种性质

2、是热工设备选择结构材料的重要依据。1.1耐火材料的化学、矿物组成（1）化学组成化学组成是耐火材料最基本的特性之一，是决定耐火材料的物相组成以及很多重要性质如抗渣侵蚀性能、耐高温性能、力学性能等的重要基础。通常将耐火材料的化学组成按各个成分含量的多少及作用分为以下几类：主成分是指在耐火材料中对材料的性质起决定作用并构成耐火基体的成分。耐火材料按其主成分的化学性质可分为酸性耐火材料、中性耐火材料和碱性耐火材料。杂质成分耐火材料中由原料及加工过程中带入的非主要成分的化学物质（氧化物、化合物等）称为杂质。杂质的存在往往能与主要成分在高温下发生反应，生成低熔性物质或形成大量的液相，从而降低耐火材料基

3、体的耐火性能，故也称之为熔剂。添加成分耐火材料的化学组成中除主要成分和杂质成分外有时为了制作工艺的需要或改善某些性能往往人为地加入少量的添加成分，引入添加成分的物质称为添加剂。按照添加剂的目的和作用不同可分为结合剂、矿化剂、稳定剂、促烧剂、减水剂、抗水化剂、抗氧化剂、促凝剂和膨胀剂等。（2）矿物组成耐火材料一般说来是一个多相组成体，其矿物组成取决于耐火材料的化学组成和生产工艺条件，耐火材料的矿物组成一般分为主晶相和基质两大类。主晶相是指构成耐火制品结构的主体而且熔点较高的结晶相。主晶相的性质、数量、结合状态直接决定着耐火制品的性质。基质是填充于主晶相之间的不同成分的结晶矿物和玻璃相统称，也

4、称为结合相。基质的组成和形态对耐火制品的高温性质和抗侵蚀性能起着决定性的影响。基质对于主晶相而言是制品的相对薄弱之处。为了提高耐火制品的使用寿命，在生产实践中，往往采取调整和改变制品的基质组成的工艺措施，来改善和提高耐火制品的性质。耐火材料中气孔体积与总体积之比称为气孔率。耐火材料中的气孔可分为三类：开口气孔、贯通气孔、闭口（封闭）气孔。若把开口气孔与贯通气孔合并为一类，则耐火材料的气孔可分为开口气孔和封闭气孔两类。1.2耐火材料的结构性能（1）气孔率耐火材料中气孔的类型耐火材料中存在的气孔材料中气孔产生的原因？气孔产生的原因：1）原料中的气孔（原料没有烧好）；2）制品成型时，颗粒间的气孔

5、。由于显气孔率的测定较为容易，所以耐火材料气孔率的指标常以显气孔率来表示：①式中：Pa为显气孔率，%；V1为制品中开口气孔的体积，L；V0为制品的总体积，即试样外表面围成的体积，亦称表观体积，L。GB/T2997-2000（2004）式中：Pa为显气孔率，%；m1为干燥试样的质量，g；m2为饱和试样的表观质量，g；m3为饱和试样在空气中的质量，g。②YB/T5200-1993（2008）（2）吸水率吸水率是指耐火制品中全部开口气孔吸满水时，制品所吸收水的重量与制品重量之比。吸水率实质上是反映制品中开口气孔量的一个指标。测定意义：判断原料或制品质量的好坏、烧结与否、是否致密。同时可以预测耐火

6、材料的抗渣性、透气性能和热震稳定性能。式中：Wa为吸水率，%；m1为干燥试样的质量，g；m3为饱和试样在空气中的质量，g。GB/T3007-2006（3）体积密度耐火制品单位表观体积的质量称为体积密度，通常用kg/m3或g/cm3表示。对于同一种耐火制品而言，其体积密度与显气孔率呈负相关关系，即制品的体积密度大则显气孔率就低。对于定形隔热耐火制品来说：式中：ρb为材料的体积密度，（g/cm3）；m为干燥试样的质量，g；Vb为试样的总体积，cm。GB/T2998-2001（2004）对于致密定形耐火制品来说，式中：ρb为材料的体积密度，（g/cm3）；ρL为在试验温度下，浸渍液体的密度，（g

7、/cm3）；m1为干燥试样的质量，g；m2为饱和试样的表观质量，g；m3为饱和试样在空气中的质量，g。GB/T2997-2000（2004）（4）真密度耐火材料的质量与其真体积（即不包括气孔体积）之比，称为真密度，通常也用g/cm3来表示。式中：ρ为试样真密度，（g/cm3）；ρL为所选用液体在试验温度下的密度，（g/cm3）；m1为干燥试样的质量，g；m2为装有试样和比重瓶的质量，g；m3为装有选用液体的比重瓶的质量，