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。要基础材料。 本次培训主要介绍耐火材料的本次培训主要介绍耐火材料的 基本概念基本概念 基本性能基本性能一、耐火材料的定义一、耐火材料的定义传统的定义传统的定义：耐火度不小于：耐火度不小于15801580的无机非金属材料；的无机非金属材料；（耐火度（耐火度- -指材料在高温无荷重条件下，不熔融软化的性指材料在高温无荷重条件下，不熔融软化的性能能) ) 耐火材料大部分是以耐火材料大部分是以天然矿石为原料天然矿石为原料制成，但目前制成，但目前采用某些采用某些工业原料和人工合成原料工业原料和人工合成原料制造的耐火材料也日制造的耐火材料也日益增多。益增多。二、耐火材料的分类二、耐火材料的分类 耐火材料品种繁多、用途各异，有必要对耐火材耐火材料品种繁多、用途各异，有必要对耐火材料进行科学分类，以便于科学研究、合理选用和管理。料进行科学分类，以便于科学研究、合理选用和管理。耐火材料的分类方法很多，其中主要有耐火材料的分类方法很多，其中主要有化学属性分类化学属性分类法、化学矿物组成分类法、生产工艺分类法、材料形法、化学矿物组成分类法、生产工艺分类法、材料形态分类法态分类法等多种方法。等多种方法。1 1、根据耐火度的高低分：、根据耐火度的高低分：普通普通耐火材料：耐火材料：15801770高级高级耐火材料：耐火材料：17702000特级特级耐火材料：耐火材料：2000标准型标准型：230mm230mm113mm113mm65mm65mm； 不多于不多于4 4个量尺，（尺寸比）个量尺，（尺寸比）Max:Min4:1Max:Min4:1；异异 型型：不多于：不多于2 2个凹角，（尺寸比）个凹角，（尺寸比）Max:Min6:1Max:Min6:1； 或有一个或有一个50507070的锐角；的锐角；特异型特异型：（尺寸比）：（尺寸比） Max:Min8:1Max:Min8:1； 或不多于或不多于4 4个凹角；或有一个个凹角；或有一个30305050的锐角；的锐角；特殊制品特殊制品：坩埚、器皿、管等。：坩埚、器皿、管等。2 2、依据制品形状及尺寸的不同分：、依据制品形状及尺寸的不同分：3 3、按制造方法耐火材料可分为：、按制造方法耐火材料可分为：耐火材料烧成制品不烧制品不定形耐火材料 按按化化学学属属性性分分类类对对于于了了解解耐耐火火材材料料的的化化学学性性质质，判判断断耐耐火火材材料料在在实实际际使使用用过过程程中中与与接接触触物物之之间间的的化化学学作作用用情况具有重要意义。情况具有重要意义。4.按材料化学属性分类：按材料化学属性分类： 耐火材料在使用过程中除承受高温作用外，往往耐火材料在使用过程中除承受高温作用外，往往伴随着熔渣（液态）及气体等伴随着熔渣（液态）及气体等化学侵蚀化学侵蚀。为了保证耐。为了保证耐火材料在使用中有足够的抵抗侵蚀介质侵蚀能力，火材料在使用中有足够的抵抗侵蚀介质侵蚀能力，选选用的耐火材料的化学属性应与侵蚀介质的化学属性相用的耐火材料的化学属性应与侵蚀介质的化学属性相同或接近。同或接近。酸性耐火材料中性耐火材料碱性耐火材料耐火材料化学属性分类（1）酸性耐火材料）酸性耐火材料通常是指其中含有相当数量通常是指其中含有相当数量二氧化硅二氧化硅的耐火材料。的耐火材料。硅硅质质耐耐火火材材料料中中游游离离二二氧氧化化硅硅含含量量很很高高(大大于于94%)，是是酸酸性最强的耐火材料；性最强的耐火材料；粘土质粘土质耐火材料中游离二氧化硅含量较少，是弱酸性的；耐火材料中游离二氧化硅含量较少，是弱酸性的；半半硅硅质质耐耐火火材材料料也也归归于于此此类类。也也有有将将锆锆英英石石质质耐耐火火材材料料和和碳碳化化硅硅质质耐耐火火材材料料归归入入酸酸性性耐耐火火材材料料的的，因因为为此此类类材材料料中中含含有较高的有较高的SiO2或在高温状态下能形成或在高温状态下能形成SiO2。（2）中性耐火材料）中性耐火材料中中性性耐耐火火材材料料按按严严格格意意义义讲讲是是指指碳碳质质耐耐火火材材料料。但但通通常常也也将将以以三三价价氧氧化化物物为为主主体体的的高高铝铝质质、刚刚玉玉质质、锆锆刚刚玉玉质质、铬铬质质耐耐火火材材料料归归入入中中性性耐耐火火材材料料（两两性性氧氧化化物物如如Al2O3、Cr2O3等）。等）。此此类类耐耐火火材材料料在在高高温温状状况况下下对对酸酸、碱碱性性介介质质的的化化学学侵侵蚀蚀都都具具有有一一定定的的稳稳定定性性，尤尤其其对对弱弱酸酸、弱弱碱碱的的侵侵蚀蚀具有较好的抵抗能力。具有较好的抵抗能力。（3）碱性耐火材料）碱性耐火材料一般是指以一般是指以MgO、CaO或以或以MgOCaO为主要成分为主要成分的耐火材料（镁质、石灰质、镁铬质、镁硅质、白云石的耐火材料（镁质、石灰质、镁铬质、镁硅质、白云石质耐火制品及其不定形材料）。质耐火制品及其不定形材料）。这类耐火材料的耐火度都比较高，对碱性介质的化这类耐火材料的耐火度都比较高，对碱性介质的化学侵蚀具有较强的抵抗能力。学侵蚀具有较强的抵抗能力。5.按化学矿物组成分类：按化学矿物组成分类：此种分类法能够很直接地表征各种耐火材料的基此种分类法能够很直接地表征各种耐火材料的基本组成和特性，在生产、使用、科研上是常见的分类本组成和特性，在生产、使用、科研上是常见的分类法，具有较强的实际应用意义。法，具有较强的实际应用意义。硅质（氧化硅质）硅酸铝质刚玉质镁质、镁钙质、镁铝质、镁硅质碳 复合耐火材料锆质耐火材料特种耐火材料（1）硅质耐火材料）硅质耐火材料含含SiO2在在90%以上的材料通常称为硅质耐火材料以上的材料通常称为硅质耐火材料，主要包括主要包括硅砖及熔融石英制品硅砖及熔融石英制品。硅砖以硅石为主要原硅砖以硅石为主要原料生产，其料生产，其SiO2含量一般不低于含量一般不低于93%，主要矿物组成，主要矿物组成为磷石英和方石英为磷石英和方石英。（2）硅酸铝质耐火材料半硅质（Al2O375%，Al2O3含含量量一一般般为为7-8%，主要矿物成分为方镁石和镁铝尖晶石（主要矿物成分为方镁石和镁铝尖晶石（MgAl2O4）；）；镁镁铬铬质质制制品品：含含MgO60%，Cr2O3含含量量一一般般在在20%以以下，主要矿物成分为方镁石和铬尖晶石下，主要矿物成分为方镁石和铬尖晶石;镁镁橄橄榄榄石石质质及及镁镁硅硅质质制制品品：此此种种镁镁质质材材料料中中除除含含有有主主成成分分MgO外外，第第二二化化学学成成分分为为SiO2。镁镁橄橄榄榄石石砖砖比比镁镁硅硅砖砖含含有有更更多多的的SiO2，前前者者的的主主要要矿矿物物成成分分为为镁镁橄橄榄榄石石，其其次次为为方方镁镁石石；后后者者的的主主要要矿矿物物为为方方镁镁石石，其次镁橄榄石其次镁橄榄石；镁镁钙钙质质制制品品：此此种种镁镁质质材材料料中中含含有有一一定定量量的的CaO,主主要要矿矿物物成成分分除除方方镁镁石石外外还还含含有有一一定定量量的的硅硅酸酸二二钙钙（2CaOSiO2）。）。白云石质耐火材料白云石质耐火材料以天然白云石为主要原料生产的碱性耐火材料称以天然白云石为主要原料生产的碱性耐火材料称为白云石质耐火材料。为白云石质耐火材料。主要化学成分为：主要化学成分为：30-42%的的MgO和和40-60%的的CaO，二者之和一般应大于，二者之和一般应大于90%。主要矿物成分为：主要矿物成分为：方镁石方镁石和和方钙石方钙石（氧化钙）。（氧化钙）。（5）碳复合耐火材料）碳复合耐火材料碳复合耐火材料是指以不同形态的碳复合耐火材料是指以不同形态的碳素材料碳素材料与与相应的相应的耐火氧化物耐火氧化物复合生产的耐火材料。复合生产的耐火材料。（6）含锆耐火材料）含锆耐火材料含含锆锆耐耐火火材材料料是是指指以以氧氧化化锆锆（ZrO2）、锆锆英英石石等等含锆材料为原料生产的耐火材料。含锆材料为原料生产的耐火材料。含含锆锆耐耐火火材材料料制制品品通通常常包包括括锆锆英英石石制制品品、锆锆莫莫来来石制品石制品、锆刚玉制品锆刚玉制品等。等。（7）特种耐火材料）特种耐火材料特种耐火材料又可分为如下品种：特种耐火材料又可分为如下品种：碳质制品碳质制品：包括碳砖和石墨制品；：包括碳砖和石墨制品；纯纯氧氧化化物物制制品品：包包括括氧氧化化铝铝制制品品、氧氧化化锆锆制制品品、氧氧化化钙钙制品等；制品等；非氧化物制品非氧化物制品：包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、：包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、硼化锆、硼化钛、塞伦硼化锆、硼化钛、塞伦(Sialon）、阿伦）、阿伦(Alon)制品等；制品等；6.不定形耐火材料分类不定形耐火材料分类（根据使用方法分类）（根据使用方法分类）浇注料浇注料喷涂料捣打料可塑料压注料投射料涂抹料干式振动料自流浇注料耐火泥浆5000年前出现了陶器；年前出现了陶器；2000年前有了瓷器；年前有了瓷器；后来，天然的原料开始使用，如硅线石砖；后来，天然的原料开始使用，如硅线石砖；1637年，石墨粘土坩锅投入使用。年，石墨粘土坩锅投入使用。我国，我国，解放前解放前仅有少量的耐火材料工厂，生产仅有少量的耐火材料工厂，生产能力和产品质量较低，严重依赖进口；能力和产品质量较低，严重依赖进口； 三、耐火材料的发展三、耐火材料的发展 历史悠久历史悠久四四. .中国耐火材料工业的现状与发展中国耐火材料工业的现状与发展1）计划经济时代计划经济时代中国耐火材料由中国耐火材料由33家重点企业扶持；家重点企业扶持；2）改革开放以后改革开放以后，随着钢铁工业的迅速发展，耐火材，随着钢铁工业的迅速发展，耐火材料行业快速发展起来；料行业快速发展起来；2004年统计，全国年统计，全国有有1136家耐火材料生产企业家耐火材料生产企业2005年统计，全国年统计，全国有有1359家耐火材料生产企业家耐火材料生产企业2006年统计，全国年统计，全国有有1505家耐火材料生产企业家耐火材料生产企业连铸比连铸比的提高和冶炼技术的进步导致的提高和冶炼技术的进步导致吨钢耐火材料吨钢耐火材料消耗（消耗（x公斤耐火材料公斤耐火材料/吨钢）吨钢）下降；另一方面，钢产量下降；另一方面，钢产量增加；使得增加；使得2002年以后中国耐火材料产量呈上升趋势。年以后中国耐火材料产量呈上升趋势。2002年、年、2004年和年和2006年，中国粗钢产量分别为：年，中国粗钢产量分别为：1.8、2.8和和4.1亿吨亿吨；2007年在年在4.9亿吨亿吨左右。左右。q钢铁工业的竞争日趋激烈，耐火材料生产厂家面临钢铁工业的竞争日趋激烈，耐火材料生产厂家面临更大的成本压力；更大的成本压力；q洁净钢的生产对耐火材料提出了更高的要求，除了洁净钢的生产对耐火材料提出了更高的要求，除了要求长寿以外，还要求对钢水无污染；要求长寿以外，还要求对钢水无污染；q中国耐火材料企业的研发力量有待加强。不能仅仅中国耐火材料企业的研发力量有待加强。不能仅仅作为一个加工基地；作为一个加工基地；q应注意可持续发展战略。如：矿山的管理、耐火材应注意可持续发展战略。如：矿山的管理、耐火材料的回收利用、环境友好耐火材料的使用。料的回收利用、环境友好耐火材料的使用。3 3）存在的问题和今后的发展）存在的问题和今后的发展第一章第一章 耐火材料的组成与性质耐火材料的组成与性质 耐火材料的耐火材料的化学成分化学成分、矿物组成矿物组成及及微观结构微观结构决决定了耐火材料的性质；定了耐火材料的性质； 正确合理选用耐火材料也是以其性质作为主要正确合理选用耐火材料也是以其性质作为主要依据。依据。各国的检验标准有所不同，由于实验室条件下的检验和各国的检验标准有所不同，由于实验室条件下的检验和实际有一定的差距；实验室的检验结果仅起到预测作用；实际有一定的差距；实验室的检验结果仅起到预测作用；苏联：苏联：TOCT日本：日本：JIS（JapaneseIndustrialStandards）英国：英国：BSI（BritishStandardsInstitution）美国：美国：ASTM（AmericanSocietyofTestingMaterials）中国：中国：GB（始于（始于1959年，重标年，重标ZB冶标冶标YB国标国标GB）1.1前前言言耐火材料是耐火度不低于耐火材料是耐火度不低于1580的无机非金属材的无机非金属材料。料。耐火材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性，即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在高温无荷重条件下不熔融软化的性能称为耐火度耐火度，它表示耐火材料的基本性能。它表示耐火材料的基本性能。1.2耐火材料的组成、结构与性质耐火材料的组成、结构与性质耐火材料是构筑热工设备的高温结构材料，面临：耐火材料是构筑热工设备的高温结构材料，面临：承承受受高高温温作作用用；机机械械应应力力；热热应应力力；高高温温气气体体；熔熔体体以及固体介质的侵蚀、冲刷、磨损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。种使用环境和操作条件。耐火材料的性质主要包括耐火材料的性质主要包括化学化学-矿物组成矿物组成、组织结组织结构构、力学性质力学性质、热学性质热学性质及及高温使用性质高温使用性质等。等。根据这些性质可以预测耐火材料在高温环境下的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是热工设备选使用情况。耐火材料所具有的各种性质是热工设备选择结构材料的重要依据。择结构材料的重要依据。1.3耐火材料的化学耐火材料的化学-矿物组成矿物组成（1）化学组成）化学组成化学组成是耐火材料化学组成是耐火材料最基本的特性最基本的特性，是决定耐火材，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。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：及作用分为以下几类：主成分主成分主成分是指在耐火材料中对材料的性质起决定作用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。并构成耐火基体的成分。一般为一般为氧化物、元素或某些元素的化合物氧化物、元素或某些元素的化合物。耐火材料按其主成分的化学性质可分为耐火材料按其主成分的化学性质可分为酸性耐火材酸性耐火材料料、中性耐火材料中性耐火材料和和碱性耐火材料碱性耐火材料。杂质成分杂质成分耐耐火火材材料料中中由由原原料料及及加加工工过过程程中中带带入入的的非非主主要要成成分分的化学物质的化学物质（氧化物、化合物等）称为杂质。（氧化物、化合物等）称为杂质。杂杂质质的的存存在在往往往往能能与与主主要要成成分分在在高高温温下下发发生生反反应应，生生成成低低熔熔性性物物质质或或形形成成大大量量的的液液相相，从从而而降降低低耐耐火火材材料料基基体体的的耐耐火火性性能能，故故也也称称之之为为熔熔剂剂。即即杂杂质质成成分分对对耐耐火火基基体体起起一一定定的的熔熔剂剂作作用用，降降低低耐耐火火制制品品的的耐耐火火性性能能。有有利作用是降低制品（原料）的烧成温度，促进烧结。利作用是降低制品（原料）的烧成温度，促进烧结。注注:杂杂质质的的熔熔剂剂作作用用只只是是相相对对的的，这这种种作作用用取取决决于于基基体的性质和杂质的组成和比例体的性质和杂质的组成和比例。添加成分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有时为了制作工艺的需要或改善某些性能往往人为地加人为地加入少量的添加成分入少量的添加成分，引入添加成分的物质称为，引入添加成分的物质称为添加剂添加剂。作用是促进耐火制品在生产中的高温变化和降低烧作用是促进耐火制品在生产中的高温变化和降低烧结温度等。结温度等。按照添加剂的目的和作用不同可分为按照添加剂的目的和作用不同可分为矿化剂矿化剂、稳定稳定剂剂、促烧剂（烧结剂）促烧剂（烧结剂）等。等。耐火材料化学组成的分析方法耐火材料化学组成的分析方法专门标准规定。专门标准规定。较新方法：较新方法：比色法、有机试剂（络合物）滴定法、比色法、有机试剂（络合物）滴定法、火焰光度法、光谱分析法、火焰光度法、光谱分析法、x x射线荧光分析法射线荧光分析法等等（2）矿物组成）矿物组成耐耐火火材材料料一一般般说说来来是是一一个个多多相相组组成成体体，其其矿矿物物组组成成取取决决于于耐耐火火材材料料的的化化学学组组成成和和生生产产工工艺艺条条件件，矿矿物物组组成成可可分分为为两两大大类类：结结晶晶相相与与玻玻璃璃相相，其其中中结结晶晶相相又又分为分为主晶相和次晶相主晶相和次晶相。主晶相主晶相是指构成耐火制品结构的主体而且熔点较高是指构成耐火制品结构的主体而且熔点较高的结晶相。的结晶相。主晶相的性质、数量、结合状态直接决定主晶相的性质、数量、结合状态直接决定着耐火制品的性质着耐火制品的性质。次晶相次晶相又称第二固相，是在高温下与主晶相共存又称第二固相，是在高温下与主晶相共存的第二晶相。的第二晶相。如镁铬砖中与方镁石并存的铬尖晶石，镁铝砖中如镁铬砖中与方镁石并存的铬尖晶石，镁铝砖中的镁铝尖晶石，镁钙砖中的硅酸二钙，镁硅砖中的镁的镁铝尖晶石，镁钙砖中的硅酸二钙，镁硅砖中的镁橄榄石等。橄榄石等。次晶相也是熔点较高的晶体，它的存在可以次晶相也是熔点较高的晶体，它的存在可以提高提高耐火制品中固相间的直接结合耐火制品中固相间的直接结合，同时可以，同时可以改善制品的改善制品的某些特定的性能某些特定的性能。如：高温结构强度以及抗熔渣渗透、。如：高温结构强度以及抗熔渣渗透、侵蚀的能力。侵蚀的能力。填充于主晶相之间的不同成分的结晶矿物（填充于主晶相之间的不同成分的结晶矿物（次晶次晶相）和玻璃相相）和玻璃相统称为统称为基质基质，也称为，也称为结合相结合相。基质的熔点一般较低，其组成和形态基质的熔点一般较低，其组成和形态对耐火制品对耐火制品的高温性质和抗侵蚀性能起着决定性的影响的高温性质和抗侵蚀性能起着决定性的影响。采用调整和改变耐火制品的基质采用调整和改变耐火制品的基质成分是改善制品成分是改善制品性能的有效工艺措施。性能的有效工艺措施。基质对于主晶相而言是制品的相对薄弱之处。基质对于主晶相而言是制品的相对薄弱之处。1.4耐火材料的显微结构耐火材料的显微结构耐火材料是由耐火材料是由固相固相（包括结晶相与玻璃相）和（包括结晶相与玻璃相）和气孔气孔两部分构成的两部分构成的非均质体非均质体。它们之间的相对数量及其分布。它们之间的相对数量及其分布和结合形态构成了耐火材料的显微结构。而和结合形态构成了耐火材料的显微结构。而耐火制品的耐火制品的显微组织结构表征的是耐火材料中主晶相与基质间的结显微组织结构表征的是耐火材料中主晶相与基质间的结合形态合形态。图图1-1 1-1 硅酸盐结合与直接结合显微结构示意图硅酸盐结合与直接结合显微结构示意图耐火材料主晶相与基质的结合形态有两种：耐火材料主晶相与基质的结合形态有两种：陶瓷结合陶瓷结合（硅酸盐结合）与（硅酸盐结合）与直接结合直接结合。陶瓷结合陶瓷结合又称为又称为硅酸盐结合硅酸盐结合，其结构特征是，其结构特征是耐火耐火制品主晶相之间由低熔点的硅酸盐非晶质和晶质联结制品主晶相之间由低熔点的硅酸盐非晶质和晶质联结在一起而形成结合在一起而形成结合（图（图1-1a），如普通镁砖中硅酸盐基），如普通镁砖中硅酸盐基质与方镁石之间的结合。质与方镁石之间的结合。此类耐火制品在高温使用时，低熔点的硅酸盐首此类耐火制品在高温使用时，低熔点的硅酸盐首先在较低的温度下成为液相（或玻璃相软化），大大先在较低的温度下成为液相（或玻璃相软化），大大降低了耐火制品的高温性能。降低了耐火制品的高温性能。MgOABC MgOSiO2CaO(wt%)A24.8339.0936.08B11.7037.0051.30C11.5436.2952.17耐火材料中陶瓷结合示意图耐火材料中陶瓷结合示意图直接结合直接结合是指耐火制品中，高熔点的主晶相之间是指耐火制品中，高熔点的主晶相之间或主晶相与次晶相间直接接触形成或主晶相与次晶相间直接接触形成结晶网络结晶网络的一种结的一种结合。合。直接结合耐火制品一般具有较高的直接结合耐火制品一般具有较高的高温力学性能高温力学性能，与材质相近的硅酸盐结合的耐火制品相比高温强度可与材质相近的硅酸盐结合的耐火制品相比高温强度可成倍提高，其成倍提高，其抗渣蚀性能和体积稳定性抗渣蚀性能和体积稳定性也较高。也较高。一种致密氧化铝材料图示一种致密氧化铝材料图示（1）气孔率气孔率耐火材料中气孔体积与总体积之比称为耐火材料中气孔体积与总体积之比称为气孔率气孔率。耐火材料中的气孔可分为三类：耐火材料中的气孔可分为三类：开口气孔开口气孔（显气（显气孔）、孔）、贯通气孔贯通气孔、封闭气孔封闭气孔。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的气孔可分为开口气孔开口气孔和和封闭气孔封闭气孔两类。两类。1.5耐火材料的常温物理性质耐火材料的常温物理性质耐耐火火材材料料制制品品中中各各种种形形状状和和大大小小的的气气孔孔与与固固相相之之间间的的宏宏观观关关系系（它它们们的的数数量量、分分布布等等）构构成成了了耐耐火火材材料料的的宏宏观观组组织织结结构构。制制品品的的宏宏观观组组织织结结构构特特征征是是影影响响其其高高温温使使用用性性质质的的主要因素。主要因素。耐火材料中气孔的类型耐火材料中气孔的类型耐火材料中存在的气孔耐火材料中存在的气孔材材料料中中气气孔孔产产生生的的原原因因？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）；）原料中的气孔（原料没有烧好）；2）制品成型时，颗粒间的气孔；）制品成型时，颗粒间的气孔；3）制品烧成时，由于物化反应形成的气孔。）制品烧成时，由于物化反应形成的气孔。由由于于显显气气孔孔率率的的测测定定较较为为容容易易，所所以以耐耐火火材材料料气气孔率的指标常以孔率的指标常以显气孔率显气孔率来表示：来表示：式中：式中：Pa- 为显气孔率；为显气孔率； V1- 为制品中开口气孔的体积；为制品中开口气孔的体积； V0- 为制品的总体积，即试样外表面围成的体为制品的总体积，即试样外表面围成的体积，亦称表观体积。积，亦称表观体积。如何测量显气孔率：干重如何测量显气孔率：干重W1；饱和重；饱和重W2；悬浮；悬浮重重W3；悬浮金属丝重量；悬浮金属丝重量WW；Po显气孔率显气孔率真气孔率显气孔率闭口气孔率真气孔率显气孔率闭口气孔率（2 2）吸水率吸水率 吸水率是指耐火制品中全部开口气孔吸满水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。时，制品所吸收水的重量与制品重量之比。吸水率实吸水率实质上是反映制品中开口气孔量的一个指标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。同时可以预测耐火材料的抗渣性、与否、是否致密。同时可以预测耐火材料的抗渣性、透气性能和热震稳定性能。透气性能和热震稳定性能。（3）体积密度体积密度耐火制品单位表观体积的质量耐火制品单位表观体积的质量称为体积密度，通称为体积密度，通常用常用kg/m3或或g/cm3表示。对于同一种耐火制品而言，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，即其体积密度与显气孔率呈负相关关系，即制品的体积制品的体积密度大则显气孔率就低密度大则显气孔率就低。式中：式中：Db为体积密度，为体积密度，g/cm3；G为试样质量为试样质量，g；Vb为试样表观体积，为试样表观体积，cm3如何测量体积密度：干重如何测量体积密度：干重W1；饱和重；饱和重W2；悬浮；悬浮重重W3；悬浮金属丝重量；悬浮金属丝重量WW；D体积密度体积密度浸渍液体的比重浸渍液体的比重（4）真密度与真比重真密度与真比重耐耐火火材材料料的的质质量量与与其其真真体体积积（即即不不包包括括气气孔孔体体积积）之比之比，称为，称为真密度真密度，通常也用，通常也用g/cm3来表示。来表示。式中：式中：Dt为真密度，为真密度，g/cm3G为试样质量，为试样质量，gVt为试样真体积为试样真体积，cm3真比重真比重的概念：的概念：单位体积耐火材料的重量与单位体积耐火材料的重量与4单位体积水的重量之比值单位体积水的重量之比值。从数值上来说，真密度和真比重是相等的。从数值上来说，真密度和真比重是相等的。体积密度和真密度通常采用浸液称量法测定。体积密度和真密度通常采用浸液称量法测定。（5）透气度透气度其其物物理理意意义义是是在在一一定定时时间间内内和和一一定定压压差差下下气气体体透透过过一一定断面和厚度的试样的量定断面和厚度的试样的量。式中：式中：Q-为气体透过的数量（升）；为气体透过的数量（升）；d-为试样的厚度（米）；为试样的厚度（米）；A-为试样的横截面积（平方米）；为试样的横截面积（平方米）；t-为气体透过时间（小时）；为气体透过时间（小时）；P1-P2为试样两端气体压力差（牛顿为试样两端气体压力差（牛顿/平方米）；平方米）；K-为透气度系数，也称透气率（升为透气度系数，也称透气率（升米米/牛顿牛顿小时）小时） 气孔率和体积密度等技术指标只是表征耐火制品中气孔率和体积密度等技术指标只是表征耐火制品中气孔体积的多少和制品的致密程度，并不能够反映气孔气孔体积的多少和制品的致密程度，并不能够反映气孔的大小、分布和形状。的大小、分布和形状。 耐火制品在使用过程中，侵蚀介质浸入、渗透的程耐火制品在使用过程中，侵蚀介质浸入、渗透的程度与耐火制品气孔的大小、形状等密切相关，一般而言，度与耐火制品气孔的大小、形状等密切相关，一般而言，耐火制品的透气度越高，其抵抗熔渣渗透、侵蚀的能力耐火制品的透气度越高，其抵抗熔渣渗透、侵蚀的能力越差越差。 透气度与透气度与耐火制品的气孔的构造和状态有关，并随耐火制品的气孔的构造和状态有关，并随耐火制品成型时的加压方向而异耐火制品成型时的加压方向而异。它和气孔率既有一定。它和气孔率既有一定关系，又无规律性。关系，又无规律性。1.6耐火材料的热学性质和导电性质耐火材料的热学性质和导电性质（1）热膨胀热膨胀耐耐火火材材料料的的体体积积或或长长度度随随着着温温度度的的升升高高而而增增大大的的物物理性质理性质称为称为热膨胀热膨胀。产产生生原原因因：原原子子的的非非谐谐性性振振动动增增大大了了原原子子的的间间距距，从而使材料体积膨胀。从而使材料体积膨胀。耐耐火火材材料料的的热热膨膨胀胀可可以以用用线线膨膨胀胀系系数数或或体体膨膨胀胀系系数数表示，也可以用表示，也可以用线膨胀百分率线膨胀百分率或或体积膨胀百分率体积膨胀百分率表示。表示。体积膨胀系数：体积膨胀系数：-1线膨胀系数：线膨胀系数：-1膨胀系数膨胀系数是指耐火材料由室温加热至试验温度的区间内，是指耐火材料由室温加热至试验温度的区间内，温度每升高温度每升高1，试样体积或长度的，试样体积或长度的相对变化率相对变化率。意义：窑炉设计的重要参数、预留膨胀缝的依据，可间意义：窑炉设计的重要参数、预留膨胀缝的依据，可间接判断耐材热震稳定性能等。接判断耐材热震稳定性能等。膨胀百分率膨胀百分率则是指耐火材料由室温加热至试验温度则是指耐火材料由室温加热至试验温度时，试样体积或长度的变化百分率。时，试样体积或长度的变化百分率。 耐耐火火材材料料作作为为构构筑筑热热工工设设备备的的结结构构材材料料，常常常常在在温温度度变变化化条条件件下下使使用用。因因此此，耐耐火火材材料料的的热热膨膨胀胀既既是是其其重重要要的的使使用用性性能能，也也是是工工业业窑窑炉炉等等高高温温热热工工设设备备进进行结构设计的重要参数。行结构设计的重要参数。耐火材料的热膨胀性能取决于它的化学矿物组成，且耐火材料的热膨胀性能取决于它的化学矿物组成，且与耐火材料中结晶相的晶体结构及键强密切相关。通常：与耐火材料中结晶相的晶体结构及键强密切相关。通常：键强高的材料具有低的热膨胀系数键强高的材料具有低的热膨胀系数(SiC)；组成相同的材料，晶体结构不同，其热膨胀系数也不同组成相同的材料，晶体结构不同，其热膨胀系数也不同(石英和石英玻璃）；石英和石英玻璃）；加热过程中，存在多晶转变的材料，其热膨胀系数也要加热过程中，存在多晶转变的材料，其热膨胀系数也要发生相应的变化（鳞石英、方石英）。发生相应的变化（鳞石英、方石英）。（2）热导率热导率耐火材料的热导率是指耐火材料的热导率是指单位温度梯度下，单位时间单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量内通过单位垂直面积的热量，用，用表示：表示：式中：式中： 导热率（导热率（W/mK）；）； Qt 时间沿时间沿x轴方向穿过轴方向穿过F截面上的热量（截面上的热量（W/m2）；）；沿沿x轴方向的温度梯度（轴方向的温度梯度（K/m）。）。耐火材料中所含的气孔对其热导率的影响最大耐火材料中所含的气孔对其热导率的影响最大。一般说来，在一定的温度范围内，气孔率越大，热导一般说来，在一定的温度范围内，气孔率越大，热导率越低。耐火材料的化学矿物组成也对材料的导热率率越低。耐火材料的化学矿物组成也对材料的导热率也有明显影响。也有明显影响。晶体中的各种缺陷、杂质以及晶粒界面晶体中的各种缺陷、杂质以及晶粒界面都会引起都会引起晶格波的散射，也等效于声子平均自由程的减小，从晶格波的散射，也等效于声子平均自由程的减小，从而而降低热导率降低热导率。（3）热容热容热热容容是是耐耐火火材材料料的的另另一一重重要要的的热热学学性性质质，它它是是表表征征材材料料受热后温度升高情况的参数。受热后温度升高情况的参数。任任何何物物质质受受热热后后温温度度都都要要升升高高，但但不不同同的的物物质质温温度度升升高高1所所需需要要的的热热量量不不同同。工工程程上上用用在在常常压压下下加加热热1公公斤斤物物质质使使之之升升温温1所所需需要要的的热热量量（以以KJ计计）来来表表示示和和衡衡量量这这一一性性质质，称为称为热容（又称比热容）热容（又称比热容）。工程上所用的工程上所用的平均热容平均热容是指从温度是指从温度T1到到T2所吸收的热量的所吸收的热量的平均值。平均热容是比较粗略的，温度范围越大，精度越差，平均值。平均热容是比较粗略的，温度范围越大，精度越差，应用时要特别注意使用的温度范围。应用时要特别注意使用的温度范围。耐火材料的热容取决于它的耐火材料的热容取决于它的化学矿物组成化学矿物组成和和所处所处的温度的温度。作用：耐火材料的热容除影响炉体的加热、冷却作用：耐火材料的热容除影响炉体的加热、冷却速度外，在蓄热砖中也具有重要意义。速度外，在蓄热砖中也具有重要意义。测定方法测定方法:多采用多采用量热计法量热计法。（4）导电性导电性耐耐火火材材料料通通常常在在室室温温下下是是电电的的不不良良导导体体，随随温温度度升升高高，电电阻阻减减小小，导导电电性性增增强强。若若将将材材料料加加热热至至熔熔融融状态，则会呈现较强的导电能力。状态，则会呈现较强的导电能力。某些耐火材料具有导电性某些耐火材料具有导电性，如含碳耐火制品具有，如含碳耐火制品具有导电性，而二氧化锆制品在高温下也具有较好的导电导电性，而二氧化锆制品在高温下也具有较好的导电性，可以作为高温下的发热体。性，可以作为高温下的发热体。1.7耐火材料的力学性质耐火材料的力学性质耐火材料的力学性质是指制品在不同条件下的强耐火材料的力学性质是指制品在不同条件下的强度等物理指标，是表征度等物理指标，是表征耐火材料抵抗不同温度下外力耐火材料抵抗不同温度下外力造成的形变和应力而不破坏的能力造成的形变和应力而不破坏的能力。耐火材料的力学性质通常包括耐火材料的力学性质通常包括耐压强度耐压强度、抗折强抗折强度、扭转强度、耐磨性、弹性模量及高温蠕变度、扭转强度、耐磨性、弹性模量及高温蠕变等。等。（1）耐压强度耐压强度耐火材料的耐压强度包括耐火材料的耐压强度包括常温耐压强度常温耐压强度和和高温耐压强度高温耐压强度，分别是指分别是指常温和高温条件下，耐火材料单位面积上所能承受常温和高温条件下，耐火材料单位面积上所能承受的最大压力的最大压力，以牛顿，以牛顿/毫米毫米2（或（或MPa）表示。可按下式计算：）表示。可按下式计算：式中：式中：Cs耐火制品的耐压强度，单位：耐火制品的耐压强度，单位：MPa； P试样破坏时所承受的极限压力，牛顿；试样破坏时所承受的极限压力，牛顿；A试样承受载荷的面积，平方毫米。试样承受载荷的面积，平方毫米。常常温温耐耐压压强强度度指指标标通通常常可可以以反反映映生生产产中中工工艺艺制制度度的的变变动动。高高耐耐压压强强度度表表明明制制品品的的成成型型坯坯料料加加工工质质量量、成成型型坯坯体体结结构构的的均均一一性性及及砖砖体体烧烧结结情情况况良良好好。因因此此，常常温温耐耐压压强强度度也是检验现行工艺状况和制品均一性的可靠指标也是检验现行工艺状况和制品均一性的可靠指标。耐火材料的高温耐压强度则反映了耐火材料在高温下耐火材料的高温耐压强度则反映了耐火材料在高温下结合状态的变化结合状态的变化。特别是加入一定数量结合剂的耐火可塑。特别是加入一定数量结合剂的耐火可塑料和浇注料，由于温度升高，结合状态发生变化时，高温料和浇注料，由于温度升高，结合状态发生变化时，高温耐压强度的测定更为有用。耐压强度的测定更为有用。（2）抗折强度抗折强度耐火材料的抗折强度包括耐火材料的抗折强度包括常温抗折强度常温抗折强度和和高温抗折强度高温抗折强度，分别是指分别是指常温和高温条件下，耐火材料单位截面积上所能承常温和高温条件下，耐火材料单位截面积上所能承受的极限弯曲应力受的极限弯曲应力，以牛顿，以牛顿/毫米毫米2（或（或MPa）表示。）表示。它表征的是材料在常温或高温条件下抵抗弯矩的能力。它表征的是材料在常温或高温条件下抵抗弯矩的能力。采用采用三点弯曲法三点弯曲法测量。测量。式中：式中：R 抗折强度，抗折强度，N/mm2（MPa）；）；F试样断裂时所施加的最大载荷，试样断裂时所施加的最大载荷，N；l试样底面两支撑点之间的距离，试样底面两支撑点之间的距离，mm；b上刀口部位试样的宽度，上刀口部位试样的宽度，mm；d上刀口部位试样的厚度（高度）上刀口部位试样的厚度（高度）mm。（3）高温蠕变性能高温蠕变性能蠕蠕变变：指指材材料料在在高高温温下下承承受受小小于于其其极极限限强强度度的的某某一一恒恒定定荷荷重重时时，产产生生塑塑性性变变形形，变变形形量量会会随随时时间间的的增增长长而而逐逐渐渐增加，甚至会使材料破坏的现象。增加，甚至会使材料破坏的现象。耐耐火火材材料料的的高高温温蠕蠕变变性性能能是是指指在在某某一一恒恒定定的的高高温温以以及及固定载荷下，材料的形变与时间的关系固定载荷下，材料的形变与时间的关系。根根据据施施加加荷荷重重形形式式的的不不同同可可分分为为高高温温压压缩缩蠕蠕变变、高高温温拉拉伸伸蠕蠕变变、高高温温抗抗折折蠕蠕变变等等。由由于于高高温温压压缩缩与与高高温温抗抗折折蠕蠕变较易测定，故应用较多。变较易测定，故应用较多。我国通常采用我国通常采用压缩蠕变压缩蠕变。 高温压缩蠕变的表示方法高温压缩蠕变的表示方法一般以某一恒定温度（一般以某一恒定温度（）和）和荷重（荷重（MPa）条件下，制品的变形量（）条件下，制品的变形量（%）与时间（）与时间（h）的）的关系曲线即关系曲线即蠕变曲线蠕变曲线来表示（后页图所示），也可用某一时来表示（后页图所示），也可用某一时段内（如段内（如25-50小时）制品的变形量（小时）制品的变形量（%）来表示。）来表示。典型高温压缩蠕变过程：典型高温压缩蠕变过程：第一阶段第一阶段（1次蠕变，或称初期蠕变或减速蠕变次蠕变，或称初期蠕变或减速蠕变）曲线斜率越来越小，曲线越来越平缓，较短暂。曲线斜率越来越小，曲线越来越平缓，较短暂。第二阶段第二阶段（2次蠕变，或粘性蠕变或均速蠕变或稳态蠕变次蠕变，或粘性蠕变或均速蠕变或稳态蠕变）曲线速率最小，应变速度几乎不变，与时间无关。曲线速率最小，应变速度几乎不变，与时间无关。第三阶段第三阶段（3次蠕变，或加速蠕变次蠕变，或加速蠕变）应变速率迅速增加直至材料断裂。应变速率迅速增加直至材料断裂。 下图给出了耐火材料典型的高温蠕变曲线。下图给出了耐火材料典型的高温蠕变曲线。 材料不同或材料测试或使用的具体条件不同，其高温蠕材料不同或材料测试或使用的具体条件不同，其高温蠕变曲线也不尽相同。变曲线也不尽相同。影响高温蠕变的因素影响高温蠕变的因素：使用条件使用条件，如温度、荷重、时间、气氛性质等；，如温度、荷重、时间、气氛性质等；材质材质，如化学组成和矿物组成；，如化学组成和矿物组成；制品的显微组织结构制品的显微组织结构。测定耐材高温蠕变测定耐材高温蠕变意义意义：研究耐材在高温下应力作用产：研究耐材在高温下应力作用产生的组织结构变化；检验制品质量；评价生产工艺；窑炉设生的组织结构变化；检验制品质量；评价生产工艺；窑炉设计中预测耐火制品在实际应用中承受负荷的变化；评价制品计中预测耐火制品在实际应用中承受负荷的变化；评价制品的使用性能等。的使用性能等。（4）弹性模量弹性模量材料在其弹性范围内（即符合虎克定律的弹性体），材料在其弹性范围内（即符合虎克定律的弹性体），在荷载在荷载（应力）的作用下，产生变形（应力）的作用下，产生变形（应变），当荷载（应变），当荷载去除后，材料仍恢复原来的形状和尺寸，此时应力和应变去除后，材料仍恢复原来的形状和尺寸，此时应力和应变的比值称为的比值称为弹性模量弹性模量，也称，也称杨氏模量杨氏模量。它表示。它表示材料抵抗变材料抵抗变形的能力形的能力，可用下式表示：，可用下式表示：式中：式中：E弹性模量；弹性模量；材料所受应力；材料所受应力；材料相对长度变化。材料相对长度变化。1.8耐火材料的高温使用性质耐火材料的高温使用性质耐火制品在各种不同的窑炉中使用时，长期处于耐火制品在各种不同的窑炉中使用时，长期处于高温高温状态状态下，耐火材料耐高温的性质能否满足各类窑炉工作条下，耐火材料耐高温的性质能否满足各类窑炉工作条件的要求，是材料选用的主要依据，因此件的要求，是材料选用的主要依据，因此耐火制品的高温耐火制品的高温性质也是最重要的基本性质性质也是最重要的基本性质。（1）耐火度）耐火度耐火材料在无荷重条件下，抵抗高温作用而不熔化的性耐火材料在无荷重条件下，抵抗高温作用而不熔化的性质质称为耐火度。称为耐火度。与有固定熔点的结晶态物质不同，耐火材料一般是由多与有固定熔点的结晶态物质不同，耐火材料一般是由多种矿物组成的多相固体混合物，种矿物组成的多相固体混合物，没有固定的熔点没有固定的熔点。其熔融是。其熔融是在一定温度范围内进行的，当对其加热升温至某一温度时开在一定温度范围内进行的，当对其加热升温至某一温度时开始出现液相（即固定的开始熔融温度），继续加热温度仍然始出现液相（即固定的开始熔融温度），继续加热温度仍然继续升高、液相量也随之增多，直至升至某一温度全部变为继续升高、液相量也随之增多，直至升至某一温度全部变为液相，在这个液相，在这个温度范围温度范围内，内，液相与固相同时存在液相与固相同时存在。耐火度是一个技术指标，将被测制品按一定方法制成耐火度是一个技术指标，将被测制品按一定方法制成截头三角锥截头三角锥（2 28 830mm30mm）。试锥以一定升温速度加热，。试锥以一定升温速度加热，达到某一温度开始出现液相，温度继续升高液相量逐渐增达到某一温度开始出现液相，温度继续升高液相量逐渐增加加,粘度减小，试锥在重力作用逐渐软化弯倒粘度减小，试锥在重力作用逐渐软化弯倒,当其弯倒至当其弯倒至顶顶点与底接触的温度点与底接触的温度，即为试样的耐火度。，即为试样的耐火度。耐火度与熔点的区别：耐火度与熔点的区别：1、熔点指纯物质的结晶相与液相处于平衡时的温度；、熔点指纯物质的结晶相与液相处于平衡时的温度；2、熔点是一个物理常数；、熔点是一个物理常数；3、耐火材料为多相混合体，其熔融是在一定的温度范、耐火材料为多相混合体，其熔融是在一定的温度范围内进行的，是一个工艺指标。围内进行的，是一个工艺指标。（常见耐火原料及制品耐火度指标见教材（常见耐火原料及制品耐火度指标见教材P20）耐耐火火材材料料达达到到耐耐火火度度时时实实际际上上已已不不具具有有机机械械强强度度了了，因因此此耐耐火火度度的的高高与与低低与与材材料料的的允允许许使使用用温温度度并并不不等等同同，也也就就是是说说耐耐火火度度不不是是材材料料的的使使用用温温度度上上限限，只只有有综综合合考考虑虑材材料料的的其其它它性性能能和和使使用用条条件件，才才能能作作为为合合理理选选用用耐耐火火材材料料的的参参考考依依据据。以以镁镁砖砖为为例例，其其耐耐火火度度高高达达2000以以上上，但但允允许许使使用用温温度度大大大低于耐火度。大低于耐火度。耐火度的耐火度的意义意义：评价原料纯度和难熔程度评价原料纯度和难熔程度。耐火制品的耐火制品的化学矿物组成及其分布状态化学矿物组成及其分布状态是影响其耐是影响其耐火度的主要因素。火度的主要因素。杂质成分杂质成分特别是具有强熔剂作用的杂质，将严重降特别是具有强熔剂作用的杂质，将严重降低制品的耐火度。低制品的耐火度。测定条件测定条件也将影响到耐火度的大小，如：粉末的粒也将影响到耐火度的大小，如：粉末的粒度、测温锥的安装、升温的速率及炉内的气氛（针对变价度、测温锥的安装、升温的速率及炉内的气氛（针对变价元素，如元素，如Fe2与与Fe3之间的转变）。之间的转变）。影响因素影响因素（2）高温荷重软化温度）高温荷重软化温度耐耐火火材材料料的的高高温温荷荷重重软软化化温温度度也也称称为为高高温温荷荷重重变变形形温温度度，表表示示材材料料在在温温度度与与荷荷重重双双重重作作用用下下抵抵抗抗变变形形的的能能力力，即即指指耐耐火火材材料料试试样样在在固固定定压压力力下下，不不断断升升高高温温度度，试试样样发发生生一一定定变变形形量量和坍塌时的温度。和坍塌时的温度。高高温温荷荷重重软软化化温温度度在在一一定定程程度度上上能能表表明明耐耐火火制制品品在在与与其其使使用用情情况况相相近近的的条条件件下下的的结结构构强强度度与与变变形形情情况况，因因而而是是耐耐火火制制品品的重要性能指标。的重要性能指标。耐火制品的荷重软化温度取决于耐火制品的荷重软化温度取决于制品的化学制品的化学-矿物组成、组矿物组成、组织结构、显微结构、液相的性质、结晶相与液相的比例及相互织结构、显微结构、液相的性质、结晶相与液相的比例及相互作用等作用等。耐火制品荷重软化温度的测定：耐火制品荷重软化温度的测定：一般是在一般是在0.2MPa的固定载荷下，以一定的升温速度均匀的固定载荷下，以一定的升温速度均匀加热，测定试样加热，测定试样（363650mm50mm直圆柱体）直圆柱体）压缩压缩0.6%、4%、40%时的温度。时的温度。试样压缩试样压缩0.6%时的变形温度即为试样的荷重软化开始温时的变形温度即为试样的荷重软化开始温度，即通常所说的度，即通常所说的荷重软化点荷重软化点。试样压缩试样压缩4（2mm）变形温度变形温度；试样压缩试样压缩40（20mm）溃裂点溃裂点；各种耐火材料的荷重变形曲线各种耐火材料的荷重变形曲线1-高铝砖（高铝砖（Al2O370%）；）；2-硅砖；硅砖；3-镁砖；镁砖；4-粘土砖粘土砖；5-半硅砖；半硅砖；6-粘土砖粘土砖 影响荷软的因素：影响荷软的因素：q化学矿物组成。晶相构造和性状、晶相与液相的比例和相化学矿物组成。晶相构造和性状、晶相与液相的比例和相互作用、液相粘度等。互作用、液相粘度等。q生产工艺。制品烧成温度和气孔率等。生产工艺。制品烧成温度和气孔率等。q原料纯度、杂质成分的性质和含量。原料纯度、杂质成分的性质和含量。q测定条件。升温速率快，荷软温度较高。测定条件。升温速率快，荷软温度较高。测定荷软的意义：测定荷软的意义：可以作为材料最高的使用温度可以作为材料最高的使用温度。（3）高温体积稳定性）高温体积稳定性高温体积稳定性是评价耐火材料质量的一项重要物理指高温体积稳定性是评价耐火材料质量的一项重要物理指标，标，表示耐火材料在高温下长期使用时，其外形及体积保表示耐火材料在高温下长期使用时，其外形及体积保持稳定而不发生变化的性能持稳定而不发生变化的性能。 一般而言，烧成耐火制品在高温煅烧过程中，由于各种一般而言，烧成耐火制品在高温煅烧过程中，由于各种原因制品在烧成结束时，其物理化学反应往往未达到平衡状原因制品在烧成结束时，其物理化学反应往往未达到平衡状态；态； 另一方面，制品在烧成过程中由于窑炉温度分布不均等另一方面，制品在烧成过程中由于窑炉温度分布不均等原因，不可避免地存在欠烧现象，这些烧结不充分的欠烧制原因，不可避免地存在欠烧现象，这些烧结不充分的欠烧制品中，其间的物理化学反应进行得也不充分。因此制品在使品中，其间的物理化学反应进行得也不充分。因此制品在使用过程中受到高温长期作用时，一些物理化学变化会继续进用过程中受到高温长期作用时，一些物理化学变化会继续进行并伴随有不可逆的体积变化。行并伴随有不可逆的体积变化。这些这些不可逆的体积变化称为残余膨胀或残余收缩，也称不可逆的体积变化称为残余膨胀或残余收缩，也称重烧膨胀或收缩。重烧膨胀或收缩。重烧体积变化重烧体积变化的大小表征了耐火制品的高温体积稳定性，的大小表征了耐火制品的高温体积稳定性，对高温窑炉等热工设备的结构及工况的稳定性具有十分重对高温窑炉等热工设备的结构及工况的稳定性具有十分重要的意义。要的意义。测定意义：衡量材料烧结性能的好坏。测定意义：衡量材料烧结性能的好坏。重烧体积变化可用体积变化百分率或线变化百分率表示：重烧体积变化可用体积变化百分率或线变化百分率表示：式中：式中：V，V0分别表示重烧前后试样的体积；分别表示重烧前后试样的体积；L，L0分别表示重烧前后试样的长度。分别表示重烧前后试样的长度。（4）热震稳定性）热震稳定性耐耐火火材材料料抵抵抗抗温温度度急急剧剧变变化化而而不不被被破破坏坏的的性性能能称称为为热热震震稳定性或抗热冲击性能。稳定性或抗热冲击性能。高温窑炉等热工设备在运行过程中，其运行温度常常发高温窑炉等热工设备在运行过程中，其运行温度常常发生变化甚至剧烈的波动生变化甚至剧烈的波动.这种温度的急剧变化常常会导致耐这种温度的急剧变化常常会导致耐火材料产生裂纹、剥落、崩裂等结构性的破坏，而影响热火材料产生裂纹、剥落、崩裂等结构性的破坏，而影响热工设备操作的稳定性、安全性和生产的连续性。工设备操作的稳定性、安全性和生产的连续性。产产生生热热应应力力的的因因素素：材材料料的的热热膨膨胀胀系系数数、材材料料的的导导热热系数、缓冲热应力的因素（弹性模量的大小）。系数、缓冲热应力的因素（弹性模量的大小）。耐火材料的热震稳定性与其热膨胀率耐火材料的热震稳定性与其热膨胀率(小）、导热率小）、导热率（大）以及弹性模量（小）密切相关，也与制品的宏观、（大）以及弹性模量（小）密切相关，也与制品的宏观、微观组织结构，外形结构及尺寸有关。微观组织结构，外形结构及尺寸有关。一般而言，耐火制品在温度变化时会产生体积膨胀或一般而言，耐火制品在温度变化时会产生体积膨胀或收缩。当这种膨胀和收缩受到约束时，材料内部就会产生收缩。当这种膨胀和收缩受到约束时，材料内部就会产生应力，这种应力称之为热应力。当材料内部由于温度变化应力，这种应力称之为热应力。当材料内部由于温度变化而产生的热应力超过制品的强度时，制品将会产生开裂、而产生的热应力超过制品的强度时，制品将会产生开裂、崩落或断裂。崩落或断裂。另一个方面，不同矿相之间热膨胀性的差异，产生的另一个方面，不同矿相之间热膨胀性的差异，产生的应力。应力。耐火材料热震稳定性试验后的电镜图片耐火材料热震稳定性试验后的电镜图片热应力可由下式计算：热应力可由下式计算：式中：式中：Q热应力；热应力；E弹性模量；弹性模量；热膨胀系数；热膨胀系数； T材料的初始温度与表面温度之差；材料的初始温度与表面温度之差；泊松比泊松比(在材料的比例极限内，由均匀分布的在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值值)。上上式式表表明明，材材料料内内部部的的热热应应力力与与材材料料的的弹弹性性模模量量、热热膨膨胀胀系系数数以以及及温温度度差差成成正正比比。当当热热应应力力达达到到材材料料的的强强度度极极限限时时也也就就是是材材料料的的强强度度不不足足以以抵抵抗抗热热应应力力时时，制制品品就就会会产产生破坏。生破坏。导热率高的制品，材料中温度分布易于均匀，其表层导热率高的制品，材料中温度分布易于均匀，其表层与内部的温度差（温度梯度）就小，因而产生的热应力相与内部的温度差（温度梯度）就小，因而产生的热应力相对较小；反之，导热率低的材料，其中的温度分布难以均对较小；反之，导热率低的材料，其中的温度分布难以均匀，材料中的温度梯度大，由此而产生的热应力也大。因匀，材料中的温度梯度大，由此而产生的热应力也大。因此此导热系数高的材料，其热震稳定性也相对较高导热系数高的材料，其热震稳定性也相对较高。材料因热震破坏的情况可以分为两大类：材料因热震破坏的情况可以分为两大类：一类是材料发生瞬时断裂；对这类破坏的抵抗称之为抗一类是材料发生瞬时断裂；对这类破坏的抵抗称之为抗热震断裂性能。热震断裂性能。人们人们从从热弹性力学热弹性力学的观点出发，以强度应力为判据，的观点出发，以强度应力为判据，认为材料中的热应力达到抗张强度极限后，材料就产生开认为材料中的热应力达到抗张强度极限后，材料就产生开裂，而一旦有裂纹产生就会导致材料完全破坏裂，而一旦有裂纹产生就会导致材料完全破坏。所导出的。所导出的结果对于一般的玻璃、瓷器和电子陶瓷等都能较好的适应，结果对于一般的玻璃、瓷器和电子陶瓷等都能较好的适应，但是对于一些含有微孔的材料和非均质的金属陶瓷等都不但是对于一些含有微孔的材料和非均质的金属陶瓷等都不适合。适合。根据这种观点，材料抗热震损伤的能力和其弹性模根据这种观点，材料抗热震损伤的能力和其弹性模量呈反比的关系。量呈反比的关系。弹性模量对热震稳定性的影响弹性模量对热震稳定性的影响另一类是在热冲击循环作用下，材料表面发生开裂、剥另一类是在热冲击循环作用下，材料表面发生开裂、剥落，并不断发展，以致最终破裂或变质而破坏；对于这类落，并不断发展，以致最终破裂或变质而破坏；对于这类破坏的抵抗称为抗热震损伤性能；破坏的抵抗称为抗热震损伤性能；人们人们从从断裂力学断裂力学观点出发以应变能断裂能为判据进行观点出发以应变能断裂能为判据进行分析。分析。根据这种观点，材料抗热震的能力同其弹性模量呈正比根据这种观点，材料抗热震的能力同其弹性模量呈正比的关系。的关系。由于抗热震稳定性问题的复杂性（除了弹性模量因素影由于抗热震稳定性问题的复杂性（除了弹性模量因素影响以外还有材料的强度、响以外还有材料的强度、膨胀系数、热导率膨胀系数、热导率、形状和尺寸等）、形状和尺寸等），至今还未能建立一个十分完善的理论，因此任何试图改进，至今还未能建立一个十分完善的理论，因此任何试图改进材料抗热震性能的措施，都必须结合具体的使用条件和要求，材料抗热震性能的措施，都必须结合具体的使用条件和要求，综合各种因素的影响，同时必须和实际经验相结合。综合各种因素的影响，同时必须和实际经验相结合。目前人们所认可的是：材料的膨胀系数越小，热导率越目前人们所认可的是：材料的膨胀系数越小，热导率越大，其抗热震稳定性能越好。大，其抗热震稳定性能越好。热震稳定性的试验方法：热震稳定性的试验方法：风风冷（冷（1000，30分钟，风冷，重复）分钟，风冷，重复）水水冷（冷（1100，20分钟，水冷，自然干燥，重复）分钟，水冷，自然干燥，重复）评价：评价：试样被破坏的程度试样被破坏的程度试样强度的保持率试样强度的保持率热震试验后强度变化热震试验后强度变化 此此外外，耐耐火火制制品品的的宏宏、微微观观组组织织结结构构对对制制品品的的热热震震稳稳定定性性也也有有一一定定影影响响。当当耐耐火火制制品品内内部部存存在在某某些些细细微微缺缺陷陷，如如微微气气孔孔、微微裂裂纹纹等等，有有利利于于延延缓缓或或终终止止裂裂纹纹的的扩扩展展。采采取取一一定定的的工工艺艺措措施施使使制制品品内内部部产产生生微微裂裂纹纹而而达达到到阻阻止止裂裂纹纹扩扩展展的的目目的的，是是目目前前普普遍遍采采用用的的提提高高制制品品热热震震稳稳定定性性有有效效措措施之一。施之一。耐火制品外形结构及尺寸设计的不合理，会导致制品局耐火制品外形结构及尺寸设计的不合理，会导致制品局部应力集中而产生破坏。部应力集中而产生破坏。（5）含碳耐火材料的抗氧化性）含碳耐火材料的抗氧化性含碳耐火材料在氧化性气氛中，其中的碳素材料会同空含碳耐火材料在氧化性气氛中，其中的碳素材料会同空气中的氧气发生发应。气中的氧气发生发应。试样：试样：502mm的立方体或直径与高为的立方体或直径与高为502mm的圆柱体；的圆柱体；温度：温度：1400，保温，保温3小时，固定流量向炉内通空气；小时，固定流量向炉内通空气；评价：切开试样，测量脱碳层厚度。评价：切开试样，测量脱碳层厚度。也可由双方协商测量方法。也可由双方协商测量方法。抗抗氧氧化化性性试试样样试试样样：505050mm。将将试试验验置置于于炉炉内内，在在氧氧化化气气氛氛中中加加热热至至1400并并保保温温2小小时时，冷冷却却至至室室温温后后切切成两半，测量其脱碳层厚度。按下式计算脱碳层厚度：成两半，测量其脱碳层厚度。按下式计算脱碳层厚度：式中式中,L：脱碳层厚度，：脱碳层厚度，mm：自试样一个切面四边测量的脱碳层厚度，：自试样一个切面四边测量的脱碳层厚度，mm：自试样另一个切面四边测量的脱碳层厚度，：自试样另一个切面四边测量的脱碳层厚度，mm抗氧化性试验后，试样截面图抗氧化性试验后，试样截面图不同试样抗氧化能力比较不同试样抗氧化能力比较对于不含抗氧化剂的含碳耐火材料对于不含抗氧化剂的含碳耐火材料先碳化再氧化，利用测得的数值来进行计算，得先碳化再氧化，利用测得的数值来进行计算，得到其失碳率。到其失碳率。耐耐火火材材料料在在高高温温下下抵抵抗抗熔熔渣渣侵侵蚀蚀的的性性能能称称为为抗抗渣渣蚀蚀性性能。能。腐蚀性介质通常称之为腐蚀性介质通常称之为“熔渣熔渣”。所谓。所谓“熔渣熔渣”，包，包括高温下与耐火材料接触的各种固态、液态物料（如水泥括高温下与耐火材料接触的各种固态、液态物料（如水泥熟料、石灰、熔融金属、玻璃液等）、冶金炉渣、燃料灰熟料、石灰、熔融金属、玻璃液等）、冶金炉渣、燃料灰分、飞灰以及各种气态物质等。高温环境下，熔渣物质与分、飞灰以及各种气态物质等。高温环境下，熔渣物质与耐火材料相接触，并与之发生复杂的物理化学反应，导致耐火材料相接触，并与之发生复杂的物理化学反应，导致耐火材料的侵蚀损毁。耐火材料的侵蚀损毁。占材料被损坏原因的占材料被损坏原因的占材料被损坏原因的占材料被损坏原因的5050以上。以上。以上。以上。(6)(6)抗渣蚀性能抗渣蚀性能钢钢水水及及熔熔渣渣对对耐耐火火材材料料的的侵侵蚀蚀熔渣侵蚀是耐火材料使用过程中最主要的一种损毁形式，熔渣侵蚀是耐火材料使用过程中最主要的一种损毁形式，耐火材料在熔渣中的溶蚀损毁一般可分为以下几种情况：耐火材料在熔渣中的溶蚀损毁一般可分为以下几种情况：单纯溶蚀：单纯溶蚀：耐火材料与熔渣不发生化学反应的物理溶解耐火材料与熔渣不发生化学反应的物理溶解作用所造成的耐火材料的损毁。如碳素材料向钢铁溶液中作用所造成的耐火材料的损毁。如碳素材料向钢铁溶液中的溶解即属于单纯溶蚀作用。的溶解即属于单纯溶蚀作用。反应溶蚀：反应溶蚀：耐火材料与熔渣物质在其接触界面处发生化耐火材料与熔渣物质在其接触界面处发生化学反应，生成低熔点的化合物，导致耐火材料工作面的溶学反应，生成低熔点的化合物，导致耐火材料工作面的溶蚀损毁。蚀损毁。渗透、侵入变质溶蚀：渗透、侵入变质溶蚀：熔渣类物质通过耐火材料的气孔熔渣类物质通过耐火材料的气孔或通过液相、固相扩散，渗入耐火材料基体中与耐火材料或通过液相、固相扩散，渗入耐火材料基体中与耐火材料的基质和结晶相发生反应，使耐火制品的组织结构发生质的基质和结晶相发生反应，使耐火制品的组织结构发生质变而造成耐火材料的溶蚀损毁。变而造成耐火材料的溶蚀损毁。碱性耐火材料的熔渣侵蚀过程就是一个典型的渗透、侵碱性耐火材料的熔渣侵蚀过程就是一个典型的渗透、侵入变质溶损过程。入变质溶损过程。熔渣在耐火材料中的渗透熔渣在耐火材料中的渗透熔渣熔渣镁砂颗粒镁砂颗粒熔渣在镁砂颗粒中的渗透熔渣在镁砂颗粒中的渗透镁碳化硅浇注料抗渣实验后电镜图片镁碳化硅浇注料抗渣实验后电镜图片 左：反应层左：反应层 右：渗透层右：渗透层 左：变质层左：变质层 右：原质层右：原质层影响耐火材料抗渣能力的因素：影响耐火材料抗渣能力的因素：q熔渣与耐火材料的化学矿物组成；熔渣与耐火材料的化学矿物组成；q耐火材料在熔渣中的溶解度；耐火材料在熔渣中的溶解度；溶解速度：溶解速度：dC/dt:dC/dt:溶解速度；溶解速度；D:D:耐火材料通过扩散层的扩散系数；耐火材料通过扩散层的扩散系数； ：扩散层厚度；：扩散层厚度；C0：一定温度下溶于熔渣中的耐火材料的饱和浓度；一定温度下溶于熔渣中的耐火材料的饱和浓度；Cx：耐火材料在熔渣中溶解的实际浓度；：耐火材料在熔渣中溶解的实际浓度；S S：熔渣与耐火材料相接触的面积；：熔渣与耐火材料相接触的面积；渣的流动性好渣的流动性好 降低；溶解加快。降低；溶解加快。使用温度升高使用温度升高D D变大；溶解加快。变大；溶解加快。熔渣侵入机理主要有以下几种方式：熔渣侵入机理主要有以下几种方式：1、通过气孔；、通过气孔；气孔率高的材料，熔渣易于通过气孔渗入气孔率高的材料，熔渣易于通过气孔渗入耐火材料内部，增大熔渣与耐火材料的接触面积，而导致耐火材料内部，增大熔渣与耐火材料的接触面积，而导致材料的溶蚀量加大。材料的溶蚀量加大。2、通过耐火材料中形成的液湘；、通过耐火材料中形成的液湘；耐火材料中杂质含量较耐火材料中杂质含量较高时，耐火材料基质中玻璃相的含量较高，高温下形成的高时，耐火材料基质中玻璃相的含量较高，高温下形成的液湘较多，耐火材料的抗渣蚀性能较差。液湘较多，耐火材料的抗渣蚀性能较差。3、在耐火材料固相中扩散；、在耐火材料固相中扩散；熔渣在耐火材料固相中扩散熔渣在耐火材料固相中扩散速度一般是较慢的。速度一般是较慢的。AB123沿颗粒间形成的液湘侵入沿颗粒间形成的液湘侵入在固相中的扩散在固相中的扩散熔渣对耐火材料的润湿也是决定耐火材料侵蚀行为熔渣对耐火材料的润湿也是决定耐火材料侵蚀行为的重要因素。通常不被熔渣润湿的材料，也不会被熔渣的重要因素。通常不被熔渣润湿的材料，也不会被熔渣所侵蚀。所侵蚀。耐火材料抗渣蚀性能的检验方法有熔锥法、坩埚法、耐火材料抗渣蚀性能的检验方法有熔锥法、坩埚法、浸渍法、转动浸渍法、撒渣法和回转法等。浸渍法、转动浸渍法、撒渣法和回转法等。动态抗渣试验图动态抗渣试验图1 1旋转抗渣法旋转抗渣法动态抗渣试验图动态抗渣试验图2 2感应炉抗渣法感应炉抗渣法动动态态抗抗渣渣试试验验后后试试样样的的图图片片渣线渣线静态抗渣试验图片静态抗渣试验图片耐火材料耐火材料残渣残渣