耐火材料性質分類及其應用

馮啟超

摘 要：耐火材料在各行業(yè)當中的應用非常廣泛，無論是傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中的冶金工業(yè)或建材生產(chǎn)，還是在現(xiàn)代化工業(yè)中的航天技術當中，很多工作環(huán)節(jié)都需要在高溫條件下來完成，而耐火材料的應用，正是工業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分。本文圍繞耐火材料進行分析，耐火材料的性質分類，并探討耐火材料的具體應用，希望能夠加強耐火材料應用的科學性及合理性。

關鍵詞：耐火材料 性質分類 應用

中圖分類號：TQ175 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（c）-0108-02

1 耐火材料的性質

1.1 物理性質

1.1.1 結構性質

（1）吸水率：材料上所有的開口氣孔吸收水的質量與材料干燥時的質量比即為材料本身的吸水率，通常情況下，會使用吸水率對原材料的煅燒質量進行判斷，可以說，原材料的吸水率會隨著煅燒質量的提升而降低，簡單地說就是，原材料經(jīng)過煅燒以后，質量越好，吸水率就會越低。

（2）氣孔率：對于耐火材料而言，它的氣孔一共可以分為三種，第一，開口氣孔，其中一端處于封閉的狀態(tài)，另一端與外界保持連通的狀態(tài)，在遇到流體時，可以被填充；第二，貫通氣孔，與材料的兩側是連通的，流體可以直接從氣孔當中流過；第三，閉口氣孔，這種氣孔是處在封閉狀態(tài)的，與外界沒有接觸，但對于原材料來說，其中存在的大部分氣孔都是貫通氣孔或開口氣孔，這兩種氣孔會嚴重影響材料的使用性能，所以，一般原材料的氣孔率指標一般會根據(jù)這兩種氣孔在材料體積當中占據(jù)的比重來判斷的。

（3）真密度：多孔材料質量和材料本身的真體積之比即為材料的真密度，能夠將材質成分純度很好地反映出來，可以以此為根據(jù)對材料使用中的變化加以預測和判斷。測定方法為，第一，將試樣進行研磨，使之成為粉末狀，稱量比重瓶質量，并在其中加入試樣繼續(xù)稱量其質量，兩者的差值m1即為干燥試樣質量；第二，對試樣及液體比重瓶m2進行稱量，在比重瓶當中裝滿液體，獲得質量m3，得出真密度計算公式，其中PL為試樣溫度下的液體密度，P為試樣的真密度。

（4）體積密度：材料本身的干燥質量及其總體積比即為體積密度，該比值是對質量水平進行衡量的重要依據(jù)。

（5）透氣度：制品在壓差情況下允許氣體通過的性能即為透氣度，而制品透氣度通常會受到氣孔的結構、數(shù)量以及狀態(tài)等性質的影響，通常透氣度過高會導致熱工爐窖自身的熱損失被增加，所以說，制品透氣度越低它的質量就越好。

1.1.2 力學性質

（1）耐壓強度：在一定溫度下，材料單位面積不損壞情況下所能承受的最大負荷，具體可以將其分為高溫耐壓強度和常溫耐壓強度。（2）抗折強度：所謂抗折強度，主要是指，試樣在長、寬、高一定時所能承受的極限彎曲應力，與耐壓強度相同，抗折強度同樣分為常溫和高溫兩種抗折強度。（3）耐磨性：耐磨強度通常是指材料對氣流或堅硬物體沖刷、摩擦和磨碎的抵抗能力，而材料的耐磨性則會受到自身構成、密度、強度和顆粒組合程度等因素的影響。（4）高溫蠕變性：在高溫恒定的情況下，制品受到施加作用隨著時間的變化而產(chǎn)生的等溫變化即為高溫蠕變性。

1.1.3 熱學性質

（1）熱膨脹：在對材料進行加熱的過程中，隨著溫度的增高材料體積會隨之變大即為熱膨脹。熱膨脹情況能夠將材料吸收熱量以后自身熱應力的大小和分布、抗熱震穩(wěn)定性、進行變化反應出來。

（2）熱容：熱容即是材料所處環(huán)境每升高1K所吸收的熱量，而材料在單位質量下，溫度每升高1K時吸收的熱量，對于爐體溫度上升的設計、控制、冷卻以及蓄熱能力的計算而言，熱容指標具有非常重要的作用。

（3）熱導率：單位溫度梯度在材料單位面積中的熱流速率即為熱導率，可以對材料導熱特性加以表示。

（4）溫度傳導性：在對材料進行加熱或冷卻時，熱量由高變低導致各部分溫度呈現(xiàn)一致性的能力即為溫度傳導性。

1.2 使用性質

（1）耐火度：不受荷載因素影響，在高溫情況下不產(chǎn)生軟化或熔融即為材料的耐火度，而構成材料的化學礦物以及礦物分布的情況會對材料的耐火度造成一定的影響，如果材料當中的雜質過多或構成成分缺乏均勻性，同樣會降低材料的耐火度。（2）高溫體積穩(wěn)定性：在溫度上升且承受恒定壓負的情況下發(fā)生變形的溫度，是材料同時面對荷載和高溫的抵抗能力。

1.3 高溫蠕變及荷重軟化溫度

長期在高溫條件下進行使用，材料尺寸和性能仍然可以保持穩(wěn)定狀態(tài)即為材料的高溫體積穩(wěn)定性，一般會使用重燒線進行表示。

2 耐火材料分類

2.1 化學性質分類

根據(jù)化學性質可以將耐火材料分成三類：第一，酸性耐火材料，主要成分為二氧化硅的耐火材料，受到高溫影響，容易與高鋁耐火材料、堿性耐火材料、含堿化合物以及堿性渣產(chǎn)生化學反應；第二，堿性耐火材料，該耐火材料主要是由氧化鎂及氧化鈣組成，受到高溫作用，會與酸性溶液、酸性渣以及氧化鋁等物質產(chǎn)生化學反應；第三，中性耐火材料，在高溫條件下，不容易與堿性物質或酸性物質產(chǎn)生化學反應。

2.2 生產(chǎn)方式分類

按照生產(chǎn)方式，可以將耐火材料分為機壓成型、手工成型、熔鑄成型或澆筑成型等生產(chǎn)類型。

2.3 供貨形態(tài)分類

根據(jù)供給形態(tài)，可以將材料分為定形耐火材料和非定形耐火材料，前者是指存有有特定的形狀，且不會發(fā)生改變的保溫或耐火制品，按照總體的氣孔率，可以將其分為保溫定性制品和致密定性制品。而后者是經(jīng)過粗骨料、細粉以及一些添加劑制成的混合材料，在特定的情況下，還可以將少量的有機、無機金屬或纖維材料加入其中。

3 耐火材料的具體應用

3.1 使用中的損壞機理

第一，劇烈的溫度變化作用，受到溫度波動影響而形成巨大的內(nèi)應力，導致磚砌體產(chǎn)生變形、剝落、開裂或傾倒；第二，單純的熔融作用，操作不當導致溫度過高，會造成局部軟化或熔融，從而產(chǎn)生熔滴，使砌體發(fā)生倒塌；第三，氣相沉積作用，在進行生產(chǎn)時，鉛、鋅和CO的分解以及堿金屬的氧化經(jīng)過揮發(fā)在材料的砌縫或氣孔當中沉積，從而產(chǎn)生變形、龜裂或化學侵蝕；第四，磨損或機械沖擊作用，爐窖當中的物料在運動和使用時形成物理變化或化學變化，從而對爐襯造成磨損或機械沖擊，將對爐窖造成嚴重的破壞。

3.2 耐火材料的應用原則

（1）對爐窖的特點加以掌握。結合爐窖的結構特征以及工作特點，對耐火材料加以選用，對材料各部位產(chǎn)生的溫度變化加以了解，同時還要對材料進行仔細的觀察，避免破壞作用的產(chǎn)生。（2）對材料的特點加以掌握。對材料的化學構成加以了解，明確掌握材料的工作及物料性能，確保材料特性的有效發(fā)揮。（3）經(jīng)濟合理化。在確保上述原則的基礎上，對資源和成本進行合理的控制，可以對單價以及運輸成本較低的材料加以選擇。

3.3 耐火材料的運用

（1）在鋼鐵冶金方面的應用。耐火材料具有抗侵蝕、耐磨損等優(yōu)點，而且能夠使爐襯系統(tǒng)得到改善，使其在高爐煉鐵、鐵水預處理、路外精煉以及轉爐煉鋼等工作中被廣泛地應用，不但降低了生產(chǎn)風險，還有效提升了鋼鐵冶金的產(chǎn)量和質量。（2）有色金屬方面的應用。在對有色金屬進行冶煉的過程中，耐火材料也比較常用，主要應用在鋁、銅、鉛、鋅等冶煉當中。（3）其他爐窖中的應用。當然冶金只是耐火材料應用的一個方面，其在爐窖當中的作用也是不容忽視的，例如，焦爐、加熱爐以及水泥工業(yè)等方面的應用都十分廣泛。

參考文獻

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[2] 陳津，趙晶，馮秀梅，等.微波冶金耐火材料研究[J].工業(yè)加熱，2012，35（3）：56-60.