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知识点总结 期末复习

第一章耐火材料的组成及性质

1、耐火材料的定义,决定耐火材料性质的三个基本因素。传统的定义:耐火度不小于1580℃的无机非金属材料;ISO的定义:耐火度不小于1500℃的非金属材料及制品);耐火材料的化学成分、矿物组成及微观结构决定了耐火材料的性质;

2、耐火材料按化学属性分类时分为哪三类,各包括哪些耐火材料?

耐火材料按化学属性大致可分为酸性耐火材料:通常是指其中含有相当数量二氧化硅的耐火材料。硅质耐火材料,粘土质耐火材料,半硅质耐火材料;中性耐火材料:中性耐火材料按严格意义讲是指碳质耐火材料。但通常也将以三价氧化物为主体的高铝质、刚玉质、锆刚玉质、铬质耐火材料归入中性耐火材料(两性氧化物如Al2O3、Cr2O3等)。碱性耐火材料:一般是指以MgO、CaO或以MgO·CaO为主要成分的耐火材料(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)。

附:根据耐火度的高低普通耐火材料:1580℃~1770℃高级耐火材料:1770℃~2000℃特级耐火材料:>2000℃

依据形状及尺寸标普型:230×113×65(尺寸比)Max:Min<4:1 异型:不多于2个凹角,Max:Min<6:1特异型:Max:Min<8:1

从外观来分砖制品:烧成砖、不烧砖;散状耐火材料

按化学矿物组成(1)硅质耐火材料含SiO2在90%以上(2)镁质耐火材镁质耐火材料是指以镁砂为主要原料,以方镁石为主晶相,MgO含量大于80%的碱性耐火材料3)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

(4)碳复合耐火材料(5)含锆耐火材料(6)特种耐火材料

3、主成分、杂质成分和添加成分各自起到的作用?

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。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矿化剂、稳定剂、促烧剂等。

4、耐火材料的性质主要包括哪些。

耐火材料的常温物理性质(1)气孔率(2)吸水率(3)体积密度(4)真密度与真比重(5)透气度;

耐火材料的热学性质和导电性质(1)热膨胀(2)热导率(3)热容(4)导电性;

耐火材料的力学性质通常包括(1)耐压强度(2)抗折强度(3)扭转强度(4)耐磨性(5)弹性模量(6)高温蠕变

耐火材料的高温使用性质(1)耐火度(3)高温体积稳定性(4)热震稳定性(5)含碳耐火材料的抗氧化性(6)抗渣蚀性能耐火材料笔记整理

5、耐火材料矿物组成分类,哪部分先被侵蚀?

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,矿物组成可分为两大类:结晶相与玻璃相,其中结晶相又分为主晶相和次晶相。次晶相6、耐火材料骨料和基质有哪两种结合形态,各有何特点?耐火材料骨料与基质的结合形态有两种:即陶瓷结合与直接结合。陶瓷结合又称为硅酸盐结合,其结构特征是耐火制品主晶相(骨料)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,如普通镁砖中硅酸盐基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。直接结合是指耐火制品中,高熔点的主晶相之间或主晶相与次晶相间直接接触形成结晶网络的一种结合。直接结合耐火制品一般具有较高的高温力学性能,与材质相近的硅酸盐结合的耐火制品相比高温强度可成倍提高,其抗渣蚀性能和体积稳定性也较高。

7、什么是气孔率、显气孔率、闭气孔率和吸水率?

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(显气孔)、贯通气孔、封闭气孔。若把开口气孔与贯通气孔合并为一类,则耐火材料的气孔可分为开口气孔和封闭气孔两类;10 100% a V P V

公式见课本P8;显气孔率式中Pa 为显气孔率V1 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积,亦称表观体积。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

8、什么是体积密度、真密度和真比重?

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。式中:Db 为体积密度(g/cm3)G 为试样质量g;Vb 为试样表观体积cm3 真密度与真比重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:Dt 为真密度(g/cm3);G 为试样质量g; Vt 为试样真体积cm3 ;真比重的概念:单位体积耐火材料的重量与4℃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。 b b VG D

9、什么是热膨胀,表示方法有哪些,有何实际意义?

热膨胀耐火材料的体积或长度随着温度的升高而增大的物理性质称为热膨胀。耐火材料的热膨胀可以用线膨胀系数或体膨胀系数表示,也可以用线膨胀百分率或体积膨胀百分率表示。膨胀系数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1℃,试样体积或长度的相对变化率。意义:窑炉设计的重要参数、预留膨胀缝的依据,可间接判断耐材热震稳定性能。膨胀百分率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。

10、什么是耐火材料的力学性能,包括哪些?

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,是表征耐火材料抵抗不同耐温度下外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压强度、抗折强度、扭转强度、耐磨性、弹性模量及高温蠕变等。

11、什么是耐压强度、抗折强度、高温蠕变性能

耐火材料的耐压强度包括常温耐压强度和高温耐压强度,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的最大压力,以牛顿/毫米2(或MPa)表示。耐火材料的抗折强度包括常温抗折强度和高温抗折强度,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受的极限弯曲应力,以牛顿/毫米2(或MPa)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,采用三点弯曲法测量。耐火材料的高温蠕变性能是指在某一恒定的温度以及固定载荷下,材料的形变与时间的关系。

12、什么是耐火度,其与熔点的区别是什么,影响耐火度的主要因素是什么?

耐火材料在无荷重条件下,抵抗高温作用而不熔化的性质称为耐火度。耐火度与熔点的区别:1、熔点指纯物质的结晶相与液湘处于平衡时的温度;2、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围内进行的,是一个工艺指标。影响因素:耐火制品的化学矿物组成及其分布状态是影响其耐火度的主要因素。杂质成分特别是具有强熔剂作用的杂质,将严重降低制品的耐火度。同时,测定条件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(针对变价元素,如Fe2+与Fe3+之间的转变)

13、什么是高温荷重软化温度,影响它的因素有哪些,通常所说的荷重软化点指什么?

高温荷重软化温度:耐火材料的高温荷重软化温度也称为高温荷重变形温度,表示材料在温度与荷重双重作用下抵抗变形的能力;耐火制品的荷重软化温度取决于制品的化学-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作用等。试样压缩0.6%时的变形温度即为试样的荷重软化开始温度,即通常所说的荷重软化点。

14、什么是高温体积稳定性,重烧线变化?

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,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。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态;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行并伴随有不可逆的体积变化。这些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。重烧体积变化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要的意义。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

16、什么是热震稳定性,一般认为材料具备什么性能时有较好的热震稳定性?

热震稳定性耐火材料抵抗温度急剧变化而不被破坏的性能称为热震稳定性或抗热冲击性能。因此导热系数高的材料,其热震稳定性也相对较高。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。材料的膨胀系数越小,热导率越大,其抗热震稳定性能越好。

17、什么是抗渣蚀性能以及其主要影响因素,熔渣侵蚀机理有哪几种方式?

抗渣蚀性能耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀的性能称为抗渣蚀性能。熔渣侵入机理主要有以下几种方式:1、通过气孔;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,而导致材料的溶蚀量加大。2、通过耐火材料中形成的液湘;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;熔渣在耐火材料固相中扩散速度一般是较慢的。

影响耐火材料抗渣能力的因素:熔渣与耐火材料的化学矿物组成;耐火材料在熔渣中的溶解度

18、耐火材料在高温下损毁的原因有哪些?

熔渣侵蚀是耐火材料使用过程中最主要的一种损毁形式

第2章硅石耐火材料

1、硅石耐火材料的定义?硅石的主要矿物组成是什么?

硅石耐火材料(Silica refractory)是指以天然硅石为主要原料制得的耐火材料。我国标准与国际标准规定硅石耐火材料中SiO2含量不得少于93%。而将SiO2含量大于或等于85%但小于93%的耐火材料称为硅质耐火材料(Siliceous refractory)。硅砖的矿物组成主要是鳞石英、方石英、少量的残余石英与玻璃相. 硅砖的化学及矿物组成大致如右:

2、硅砖中各物相的相对含量对硅砖的性质有很大影响,主要表现在哪些方面?

硅砖中鳞石英、方石英、残存石英与玻璃相的相对含量对硅砖的性质有很大影响。

首先,SiO2各种晶型的熔点不同。其中方石英最高,为1728℃,鳞石英次之,为1670℃,石英最低,为1600℃。因此,从提高制品的耐火度考虑,方石英含量高较有利。由于鳞石英晶体具有矛头状双晶结构,晶体在制品中能形成相互交错的网络结构,有利于提高制品的荷重软化温度与高温强度。另一方面,鳞石英的含量与硅砖的导热系数有很大关系。图中给出,硅砖导热系数与鳞石英含量的关系。随鳞石英含量的提高,硅砖的导热系数上升。此外,硅砖的体积密度(显气孔率)对其导热系数也有很大影响。随硅砖显气孔率的提高,其导热系数下降。因此,高密度硅砖具有较高的导热系数。随方石英含量的提高,硅砖抗渣侵蚀的能力下降. 根据使用条件与要求的性质不同,选择最合理的含量特别是鳞石英与方石英的相对含量,是生产硅砖的关键. 但是,由于鳞石英在1000℃以上时,其膨胀量减少,制品会产生一定的收缩(负膨胀)。为补偿这一收缩,硅砖中应有少量的残余石英

3、SiO2 各变体间的转变可分为哪两类,各包括什么内容?第一类是高温型转变,即石英、鳞石英、方石英之间的转变,即上图中水平方向的转变。由于它们在晶体结构和物理性质方面差别较大,因此转变所需的活化能大,转变温度高而缓慢,

因此也称之为缓慢型转变,并伴随有较大的体积效应。有矿化剂存在时可显著加速转变,无矿化剂时几乎不能转变. 第二类是低温型转变,即石英、鳞石英、方石英本身的α、β、γ型的转变,即上图中垂直方向的转变。由于它们在晶体结构和物理性质方面差别很小,因此转变温度低,转变速度快,也称为快速型转变。而且转变是可逆的,所伴随的体积效应也比高温型的小.

4、在硅砖生产中,添加的矿化剂必须满足什么条件?

添加的矿化剂必须满足三个条件:①促进石英转化为密度较低的鳞石英;②不显著降低硅砖的耐火度等高温性能;③防止在烧成过程中因相变过快导致制品的松散与开裂。作用:矿化剂促使石英转变为鳞石英能力的大小主要取决于所加矿化剂与砖坯中的SiO2在高温时所形

成液相的数量及其性质,即液相开始形成温度、液相的数量、粘度、润湿能力和其结构等。

5、在实际生产中,烧成曲线的制定要考虑哪些因素?

(1)原料硅石的性质:由于成矿及结构的不同,不同硅石晶型转化的难易及速度不同。对

于易转化的硅石(如胶结硅石),升温速度可稍快,最高烧成温度可稍低。而对于难转化的硅石(如结晶的脉石英)则相反。(2)加入物的种类与数量。加入物的种类与数量不同,它们与SiO2生成液相的温度、数量及矿化作用也不同。烧成制度也不同。(3)制品的形状与大小。大的异型制品要慢烧,较长时间保温及缓慢冷却。

6、硅砖主要应用在哪些炉窑?

焦炉用硅砖, 玻璃窑用硅砖, 热风炉用硅砖,其他(最主要是用于硅钢处理线和镀锌线的应用。)

第3章Al2O3-SiO2系耐火材料-1相组成与性质

1、决定耐火材料性能的因素?

1)材料的化学组成是何种成分;2)它们的矿物组成(相组成)是以何种结合状态存在;3)材料的微观组织结构是以何种集合状态构成。

2、Al2O3-SiO2耐火材料分类?

硅酸铝质耐火材料是以Al2O3和SiO2为基本化学组成的耐火材料。半硅质制品:Al2O3含量为15%~30% 粘土质制品:Al2O3含量为30%~45% 高铝质制品:Al2O3含量>45% 氧化铝质(刚玉)耐火材料是Al2O3含量在95%以上的耐火材料

高铝砖分类

按Al2O3含量的不同按晶相成分的不同

I等(Al2O3>75%)刚玉-莫来石质

II等(Al2O3,60-75%)莫来石质

III等(Al2O,48-60%)莫来石-石英质

3、Al2O3-SiO2二元相图?课本P75

4、什么是莫来石(mullite),性质如何?

莫来石在大气压力下能稳定到1850℃左右,其组成依据不同Al2O3/SiO2比形成

Al4+2xSi2-2xO10-x固溶体,x值波动在0.2-0.9之间,相应的Al2O3含量为50%~90%。α-莫来石:3Al2O3·2SiO2 β-莫来石:含有呈固溶体状态存在的残余氧化铝γ-莫来石:含有少量以固溶体状态存在的氧化铁和氧化钛莫来石性质熔点较高(1850℃)密度低(3.16g/cm3)导热率低(1000℃,λ=13.8KJ/m·h·k)线膨胀较小(20~1000℃,α=5.3×10-6K-1)杨氏模量为230GPa左右化学性质稳定高温力学强度优良

5、杂质氧化物如何影响铝硅系材料组成与性能?课本P75

6、莫来石-高硅氧玻璃材料的生产方法?

生产莫来石—高硅氧玻璃复合材料有两种方法:一种是直接将粘土等原料经高温熔烧,将SiO2熔入玻璃相中,这需要很高的烧成温度;另一种是在配料引入某种添加剂,如K2O来促进SiO2的熔入玻璃相中,降低烧成温度。

第3章Al2O3-SiO2系耐火材料-2黏土质、半硅质及高铝质

1、硬质粘土和软质粘土的区别?

(1)硬质粘土硬质粘土为结构致密、在水中难分散、可塑性差的粘土。为长时间沉积的矿床。因此通常作为煅烧熟料的原料。我国山东淄博地区的硬质粘土含有较低的杂质成分,其煅烧后俗称焦宝石。(2)软质粘土软质粘土为结构松散、在水中易分散、可塑性好的粘土。为沉积时间较短的矿床。因此多作为硅酸铝质耐火材料的结合剂。

2、耐火粘土的工艺特性?

耐火粘土的工艺特性

(1)分散性分散程度:颗粒组成或比表面积——粘土属于高分散性物质,一般不大于10微米。——粘土的工艺性质主要取决于小于2微米颗粒的数量。(2)结合性粘土分散程度↑,比表面积↑,结合性↑。在实际生产中,通常都以粘土的可塑性来判断其结合性能的强弱(3)烧结性(4)可塑性表示方法:塑性指数和塑性指标

3、增加粘土可塑性的方法?

增加粘土可塑性的方法:除去如石英等非可塑性的杂质矿物;细磨以增加其分散度;加入适量塑性物质结合剂(如亚硫酸纸浆废液等);真空处理;困料。

4、高岭土加热过程中发生的反应?P80

5、粘土砖的生产工艺要点?

原料选择及加工结合粘土混练方法:1) 结合粘土+熟料—干混—水—混合2) 熟料—水或泥浆—结合粘土—混合3) 细颗粒熟料+结合粘土共磨—已润湿的粗粒料—混合快速干燥制度1)干燥介质进口温度:标、普型砖150~200℃,异型砖120~160℃;2)废气排出口温度:70~80℃;3)砖坯残余水分:砖坯残余水分:<2%;4)干燥时间:16~24小时。6、粘土制品的性质及改进措施?

粘土制品的性质抗酸性熔渣侵蚀(抗酸性熔渣侵蚀(SiO2);高温性能差(无A3S2骨架)

←←数量(≈50%)、结晶大小措施多熟料配比及混合细磨工艺;尽可能提高基质中Al2O3

含量,使基质中Al2O3/SiO2比接近莫来石组成,即提高基质纯度;引入外加物,增大液相粘度;控制烧成温度。

7、半硅质耐火材料的定义及其生产工艺?

定义:Al2O3<30%,SiO2>65%原料:硅质粘土或原生高岭土及其尾矿、煤矸石、蜡石等。结合剂:结合粘土半硅质制品的制造工艺和粘土砖没有原则上的区别。半硅质砖的生产工艺要点:1) 利用天然的硅石粘土、蜡石时,要根据原料的性质和成品的使用条件,决定是否加入熟料。可采用生料直接制砖,也可将部分蜡石原料煅烧成熟料后加入配料中,或者加入10~20%的粘土熟料取代天然的硅石粘土。2)如果外加石英砂或硅石作瘠性料时,其颗粒大小应根据制品性能要求而定。一般情况下,若原料杂质多,石英颗粒细,制得的制品的耐火性能降低,热震稳定性下降,但强度增大。若用的石英颗粒大,制品的强度降低,但抗热震性增强,荷重软化温度提高。3)蜡石生料水分较小(<7%),全蜡石或加少量结合粘土配料时,泥料水分低,结合性能差。同时,蜡石砖在使用过程中,一般要经过反复加热),全蜡石或加少量结合粘土配料时,泥料水分低,结合性能差。同时,蜡石砖在使用过程中,一般要经过反复加热—冷却,膨胀量逐渐增大,体积密度进一步降低。因此,应该高压成型,一般成型压力在冷却,膨胀量逐渐增大,体积密度进一步降低。因此,应该高压成型,一般成型压力在50MPa以上。也有的成型压力为70~100MPa,或耐火材料笔记整理

采用真空脱气压砖机来成型体积稳定性高的高密度蜡石砖。这种蜡石砖透气度小,气孔直径细小,可提高耐用性。4)最高烧成温度随所用原料特性而有差异,通常采用低温烧成,温度比烧成温度较低的粘土砖还要低)最高烧成温度随所用原料特性而有差异,通常采用低温烧成,温度比烧成温度较低的粘土砖还要低150℃,一般不超过1200℃。烧成后缓慢冷却。

8、高铝质耐火材料的定义?

定义:高铝矾土熟料+结合粘土,A12O3不低于45%。按A12O3含量分:I等,>75%;II等,60~75%;III等,45~60%。

第3章Al2O3-SiO2系耐火材料-3高铝质、硅线石及莫来石质

10、高铝砖中,减轻二次莫来石化有些什么措施?

减轻二次莫来石化反应措施:(1)熟料的严格拣选分级(2)合理选择结合剂的种类和数量结合粘土尽可能少加(5~10%)用生矾土细粉代替结合粘土用高铝矾土和结合粘土粉按比例配合(3)熟料的邻级混配和氧化铝含量高的熟料以细粉形式加入(4)合适的颗粒组成适当增加细粉数量(45~50%)适当增大粗颗粒的尺寸和数量部分熟料和结合粘土共同细磨共磨时熟料和粘土混合料中的A12O3/SiO2重量比应略大于2.55。(5)适当提高烧成温度(Ⅱ级矾土熟料)

11、什么是“三石”?性质如何?

定义:部分硅线石族矿物原料—硅线石砖、红柱石砖或蓝晶石砖。

结构特征及基本性质不同的晶体结构:蓝晶石- 三斜晶系硅线石和红柱石- 斜方晶系同一化学式:Al2O3?SiO2 Al2O362.92 SiO237.08%加热后均不可逆地转化成莫来石和方石英

原料名称晶系密度,g/cm3 体积增大,% 莫来石形成温

度,℃

蓝晶石三斜 3.5~3.6 16~18 1300~1500

红柱石斜方 3.1~3.2 3~5 1350~1400

硅线石斜方 3.2~3.25 7~8 1500~1550 12、影响“三石”分解或膨胀性的因素有哪些?

影响分解或膨胀性的因素:矿物本身结构;矿物纯度;矿物粒度大小——蓝晶石粒度<0.2mm,膨胀小且无明显差异;粒度>0.2mm,膨胀大且差异大。——硅线石粒度<

0.088mm,1400℃开始分解,1700℃完全莫来石化;粒度>0.088mm,分解温度提高100℃,1700℃尚有残余硅线石。——红柱石<0.15mm,1500℃均莫来石化。

13、硅线石质制品生产工艺要点?

制砖工艺与高铝砖的基本相同◇原料为精料◇硅线石和红柱石精矿料可直接制砖,蓝晶石不宜直接用来制砖。但通过对其粒度的调整,也可直接制砖。◇天然硅线石族精料通常以颗粒状或粉状料引入。◇硅线石一般要求小于0.5mm,红柱石可适当放宽至小于2mm,蓝晶石一般为0.147~0.074mm。◇一般制品的烧成温度为1350~1500℃(莫来石化转变温度+体积效应)。

14、向铝硅系耐火材料中添加硅线石质矿物可提高其性能,原理是什么?

将硅线石族矿物添加到铝硅系耐火材料中,可从下列三个方面提高后者的性能:(1)硅线石族矿物莫来石化产生的膨胀来弥补不定形耐火材料、不烧砖在加热过程中的收缩以保证耐火材料砌体的体积稳定性。(2)利用硅线石族矿物的莫来石化与二次莫来石过程来形

成合理的显微结构。(3)由于大部分硅线石族矿物是经过选矿的。因而其杂质含量普遍低于高铝矾土。将它们添加到高铝耐火材料中可降低制品中的杂质及玻璃相含量。

15、制备莫来石的原料及方法?

1)合成所用原料莫来石可用天然原料或工业原料合成。天然原料有高铝矾土、硅线石族矿物、焦宝石、高岭土、粘土、蜡石及硅石等,工业原料有工业氧化铝、α- Al2O3微粉、氢氧化铝等。2)合成工艺烧结法:干法合成,干法是将原料按一定配比进行配料,在筒磨机、球磨机或振动磨等中干法共磨,半干法压制成型,在回转窑或隧道窑等窑炉中煅烧而成熟料;湿法合成湿法是将上述配料在筒磨机、球磨机或振动磨等中湿法共磨,得到的料浆通过压滤机过滤,再经真空挤泥制成泥饼或荒坯,在回转窑或隧道窑内烧成。电熔法电熔法合成莫来石是将一定配比的配料在电弧炉内熔融、冷却结晶而得到。

16、影响莫来石制备、组成、结构与性质的因素?

(1)原料的Al2O3/SiO2比影响莫来石的相组成。电熔莫来石中,Al2O3含量最高可接近80%。Al2O3/SiO2比接近4,超过2 Al2O3·SiO2莫来石中的Al2O3 含量。对烧结莫来石而言,如

Al2O3/SiO2 超过2.55太多,则容易出现刚玉相。(2)原料中的杂质种类与含量。杂质氧化物中,Fe2O3、TiO2等在莫来石中的固溶量相对较大。固溶后引起莫来石晶格的一些变化。但是,一定范围内它产生的液相较少。相反,Li2O,Na2O、K2O、CaO、MgO等可能分解莫来石,产生较多的液相。3)合成莫来石原料的粒度、烧成温度及保温时间等因素的影响Al2O3/SiO2比愈接近化学计量比,杂质含量愈少的配料的烧成温度愈高。原料粒度愈小的莫来石烧成温度愈低。烧成温度愈高,保温时间愈长,烧后莫来石熟料的显气孔率越低,莫来石的晶粒尺寸越大。烧成温度对烧后莫来石相组成的影响与其原料中的Al2O3/SiO2比、杂质种类及含量有关。

17、α、β和ρ氧化铝中,哪一种是氧化铝质耐火材料的主要原料?哪一种适合作为结合剂?哪一种不是氧化铝的变体?

α-Al2O3是氧化铝质耐火材料主要原料;ρ-Al2O3粉也可称为高纯氧化铝原料,不定形耐火材料的结合剂ρ-Al2O3:

原子排列有序性很差、电价不平衡→非晶态物质→Al2O3 变体中唯一在常温下有自发水化能力的形态。加热→η-Al2O3→θ-Al2O3→α-Al2O3。β-Al2O3:不是氧化铝的一种变体,而是一种含碱土金属或碱金属的铝酸盐。晶体呈聚片双晶发达的薄片状或板状。真密度

3.30~3.63g/cm3

18、你了解哪些氧化铝质耐火原料?

1工业氧化铝以铝矾土为原料;2高纯氧化铝利用前驱体在高温下煅烧而获得的a-A12O3微粉、超细粉、纳米粉等。前驱体:γ-AlOOH、Al(OH)3、硫酸铝铵、碳酸铝铵等。ρ-Al2O3粉也可称为高纯氧化铝原料3烧结氧化铝:以工业氧化铝为原料4电熔氧化铝:种类:棕刚玉—天然高铝矾土—还原法熔融—Al2O3<96% ;电熔白刚玉(白刚玉)—工业氧化铝—氧化法—熔融—Al2O3>99%;致密刚玉;亚白刚玉

第4章碱性耐火材料-1镁质和镁铬质

1、什么是碱性耐火材料?

定义:碱性耐火材料是指在高温下易与酸性耐火材料、酸性渣、酸性熔剂或氧化铝起化学反应的耐火材料。分类◆镁质耐火材料:MgO≥80%,,方镁石。◆石灰耐火材料:CaO≥95%,方钙石。◆白云石质耐火材料:白云石,方钙石和方镁石. 镁化白云石、白云石和钙质白云石耐火材料。◆尖晶石质耐火材料◆镁橄榄石质耐火材料

2、在已学的与镁质耐火材料相关的物系中,形成的哪些物相对镁质耐火材料性能的不利影响较大?

1MgO-FeO系MgO能吸收大量FeO而不生成液相。2MgO-Fe2O3系MgO吸收大量Fe2O3后耐火度仍很高,抗含铁炉渣侵蚀性良好。→充当镁质材料的促烧剂或火泥。3、MgO-R2O3系固化温度:Fe2O3(1720℃)Al2O3(1995℃)Cr2O3(2350℃)方镁石中的固溶度:Fe2O3>>Cr2O3>Al2O3冷却时尖晶石相脱溶在方镁石晶粒内部/边界→晶内/间尖晶石。4 尖晶石

-硅酸盐系镁质耐火材料的次要矿物:M2S、C2S,尽量减少CMS和C3MS2。(p119,表5-2)5、MgO-尖晶石-硅酸盐系方镁石-尖晶石-硅酸盐系统固化温度变化规律与尖晶石硅酸盐系统固化温度基本一致6、MgO-CaO-SiO2系CaO/SiO2比是决定镁质耐火材料矿物组成和高温性能的关键因素。7、MgO-CaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2系镁质耐火材料的化学组成及CaO/SiO2决定着材料的平衡矿物组成。

3、请简单介绍镁质耐火材料的化学组成对性能的影响?

1、CaO和SiO2及C/S比的影响低熔点结合相↑,砖高温强度↓镁质材料的C/S比应控制在获得强度最大值的最佳范围。

2、R2O3型氧化物的影响。(1)硼的氧化物强溶剂作用,镁质材料高温强度↓(2)Al2O

3、Cr2O3和Fe2O3,都是材料高温强度下降

4、镁质耐火制品的结合物有哪几类,各有什么特点?

1、结合物(Binder) P124(1)硅酸盐(2)铁的氧化物和铁酸盐FeO→(Mg·Fe)O无限固溶体,但MgO晶体塑性↓,高温强度↓;Fe2O3→MF→(MF+MgO)有限固溶体,但抗热震↓;C2F:(C2F+MgO)有限固溶体,但熔点低,粘度小,润湿能力好,耐火性↓。(3)尖晶石p125——热膨胀系数小,各相同性——弹性模量小——MA固溶MF,体积变化小——扫荡FeO FeO+MgO·Al2O3→MgO+FeAl2O4 FeO+ MgO→(Mg·Fe)O ——MA熔点2135℃,与M的始熔温度较高(1995℃)。

→→抗热震↑,荷重软化温度↑,但尖晶石生成伴随体积膨胀,并且聚集再结晶能力较弱→烧成温度较高。

组织结构(Microstructure) p125 高耐火矿物(低熔点矿物)→直接结合(陶瓷结合)→高温力学性能↑

5、直接结合和陶瓷结合是什么?如何提高镁质材料直接结合程度?

提高镁质材料直接结合程度的途径:p128引入Cr2O3;以高熔点物相作次晶相(尖晶石、C2S、M2S等)

6、镁质原料有哪些?选择镁砂应该注意哪些问题?耐火材料

(1)天然菱镁矿(生镁石或镁石,Magnesite)(2)海水(3)盐湖卤水(4)白云石(5)蛇纹石(6)水镁石选择镁砂应该注意:(1)镁砂的纯度(2)C/S比≤0.93或≥1.87,高熔点结合相(3)体积密度判断镁砂的烧结程度和致密度的一个指标。

判断镁砂烧结程度◆密度◆重烧收缩◆水化◆外观颜色(4)方镁石晶粒的大小方镁石晶粒尺寸增大,镁砂的抗水化性能相应提高。

7、镁质耐火材料的生产工艺是什么?

镁质制品的生产工艺p130普通镁砖(1)原料要求(化学成分、体积密度)(2)颗粒组成(临界粒度、级配)(3)配料(废砖、结合剂、水分)(4)混合(加料顺序、设备、时间)(5)成型(高压、坯体密度)(6)干燥(入口温度、出口温度、残余水分、网状裂纹)(7)烧成(装窑、烧成制度、烧成气氛)

8、镁铬耐火材料的定义?抑制六价铬污染的途径?p157

定义:镁铬质耐火材料是由镁砂与铬铁矿制成的且以镁砂为主要成分的耐火材料,其主要物相为方镁石;防止六价铬污染的途径包括如下几方面:(1)制造镁铬砖的原料镁砂、铬矿、镁铬砂等,理论上都不含六价铬。但研究发现铬绿(Cr2O3)和电熔镁铬砂中含有六价铬。因此,破碎、粉磨电熔镁铬砂以及加入铬绿配料、混合、成型时应注意防护。(2)混合镁铬砖泥料时,若使用含有碱离子(Na+,K+)的结合剂,如碱性纸浆废液、水玻璃、钠的磷酸盐等,烧成后的制品中会形成六价铬盐。砖中Na2O高,六价铬也高。因此,要加以控制与防止。(3)烧成时氧分压对六价铬生成有影响。空气过剩系数大时,六价铬含量也高。适当控制冷却带前端风压,镁铬砖的制造过程中产生的六价铬含量可低至0.04×10-6%,对环境的污染很少。(4)使用条件也影响六价铬的生成。在炼钢时的还原气氛下,氧分压低,不会增加镁铬砖中六价铬的含量。在介质中含钙、钠、钾较多的情况下,六价铬急剧升高。(5)开发无铬碱性砖。开发应用无铬砖是解决六价铬污染最彻底的办法。在积极推行无铬化的同时,减少在镁铬砖生产与使用中的危害仍是重要课题。

第4章碱性耐火材料-2镁铝尖晶石质和白云石质

1、镁铝尖晶石材料的分类?

1)Al2O3含量

方镁石-尖晶石耐火材料(Al2O3<30%)尖晶石-方镁石耐火材料(Al2O3 30~68%)尖晶石耐火材料(Al2O3 68~73%)

尖晶石-刚玉耐火材料(73% <Al2O3>90%)刚玉-尖晶石耐火材料(Al2O3>90%)◇刚玉-尖晶石材料◇铝镁材料

2)尖晶石引入方式◆原位生成尖晶石◆预合成尖晶石

2、镁铝尖晶石的合成机理?

镁铝尖晶石合成工艺1)原料MgO源——菱镁矿、轻烧镁粉、镁砂、碳酸镁、氢氧化镁等;Al2O3或铝氧源——铝矾土生料、铝矾土欠烧料、铝矾土熟料、工业氧化铝、氢氧化铝等。外加剂——B2O3、MgCl2、MgF2、AlF3、TiO2、Fe2O3、BC4、BaCO3、ZnO、BaO等。2)合成路线■一步法烧结合成菱镁矿+铝矾土生料→干法共磨→成型→烧成→尖晶石熟料

■一步半法烧结合成轻烧镁粉+铝矾土生料→干法共磨→成型→烧成→尖晶石熟料■二步法烧结合成菱镁矿+铝矾土生料→干法共磨→成型→轻烧(1300℃±)→破碎→成型→烧成→尖晶石熟料■电熔法

3、按化学矿物组成对白云石质耐火材料进行分类?

按化学矿物组成分分为两大类(1)含游离CaO的镁钙质耐火材料,矿物组成位于

MgO-CaO-C3S-C4AF-C2F(或C3A)系中,因其组成中含有难于烧结的CaO,极易吸潮粉化,故又称不稳定或不抗水化的镁钙质耐火材料。(2)不含游离CaO的镁钙质耐火材料,其矿物组成为MgO、C3S、C2S、C4AF、C2F x(或C3A)。组成中CaO全部呈结合态,无游离CaO存在。不易因水化崩裂而粉化,因而也称稳定性或抗水化性的镁钙质耐火材料。稳定性白云石砖即属于此类。

4、请阐述白云石原料在煅烧过程中的物理化学变化?

1、分解阶段二步进行CaMg(CO3)2→MgO+CaCO3+CO2↑ (730-760℃)CaCO3→CaO +CO2↑

(880-940℃)2、烧结阶段T↑→晶格缺陷得到校正,晶体长大。1200℃后,长大速度↑;1600℃后,气孔由50%降到15%,体密3.0g/cm3,活性↓;2000℃后,体密3.4-3.5g/cm3。杂质量↑,烧成温度↓,→→ 纯白云石难烧结,抗水化性↓

5、白云石材料的抗水化措施?

1、烧结法1)活化烧结法——二步煅烧2)添加外加剂烧结法——生成液相的添加剂

Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2、CuO等氧化物和氮化物、碳化硼、金属硼、铝等非氧化物及金属。——形成固溶体的添加剂CeO2、La2O3、ZrO2、Y2O3、Cr2O3等氧化物. ——生成稳定化合物如CaZrO3、CaTiO3、Ca2SiO4、Ca3SiO5和CaAl12O19等。2、表面处理法1)有机物表面包覆有机溶剂有焦油、沥青、石蜡、脂醇类及各种树脂、有机硅化物、有机酸-有机酸盐复合(如乙醇酸-乳酸铝、柠檬酸-乳酸铝)等。2)无机物表面包覆——气相包覆

CaO+CO2→CaCO3薄膜。——液相包覆溶液有磷酸、磷酸钠、硅酸钠、磷酸二氢铝、草酸等。这些溶液与镁钙系熟料表面的游离CaO反应生成难溶或微溶的化合物,附着在熟料表面。

6、镁橄榄石质制品的生产工艺要点?

与镁砖生产类似1、原料1)橄榄岩;2)钝橄榄岩(MgO较高);3)蛇纹岩(FeO<10%)2、预烧钝橄榄岩、蛇纹岩在1450-1500℃煅烧成熟料。3、粉料加工临界颗粒3-2mm MgO·SiO2+MgO→2 MgO·SiO2 细粉多,有利于充分转化。4、配料加入镁砂(通过计算),以细粉(MgO/M2S=7/3)形式,也可轻烧MgO粉。

2-0.5mm 0.5mm-0 -0.088mm

50% 10-15% 35-40% 结合剂:纸浆废液(d=1.16~1.20),卤水,木糖浆或糖浆。5、成型>3000KN压力机6、干燥低温大风量7、烧成杂质多,平装,1m高,氧化气氛,1550℃烧成。

第5章碳复合耐火材料

1、什么叫碳复合耐火材料?

碳复合耐火材料是由两种或两种以上不同性质的耐火氧化物和碳素材料及非氧化物材料为原料,用含碳有机物作为结合剂而制成的一种多相复合耐火材料。

2、目前碳复合耐火材料需解决的问题?

石墨的高导热→热损失大,不利于节能! 作为炉衬材料→向钢液中渗碳→不利于冶炼低碳钢等品种钢;

3、碳复合耐火材料与传统耐火材料相比,突出的优点是什么?为什么?

碳复合耐火材料既可以保持原耐火材料的特点,又能发挥组合后的新特性,它可以根据需要进行设计,取长补短,从而最大限度地达到使用要求的性能。如MgO-C砖有效地利用了镁砂的抗侵蚀能力强和碳的高导热性及低膨胀性,补偿了碱性制品抗剥落性差的最大缺点。具有高的热震稳定性;良好的抗熔渣和钢水的侵蚀性→使用寿命高

4选择抗氧化剂的原则及其热力学和动力学机理?

原则(1)根据热力学数据及使用条件判断可能存在的凝聚相及各气相蒸汽压的大小;(2)

比较各凝聚相与氧亲和能力的大小,与CO反应的可能性;(3)分析各种反应对砖显微结构的影响。热力学及动力学机理从热力学观点分析:在工作温度下,添加剂或添加剂与碳反应的生成物与氧的亲和力比碳与氧的亲和力大,优先于碳被氧化从而起到保护碳的作用;从动力学观点分析:添加剂与氧气、一氧化碳反应的化合物改变了碳复合耐火材料的显微结构,如增加了致密度、堵塞了气孔,阻碍氧及反应产物的扩散。

5.碳复合耐火材料按显微结构分为哪两类,各有何特点?典型制品?

1) 陶瓷结合型特点:高温烧成,在耐火材料组分间形成陶瓷结合,碳素材料填充在颗粒间或气孔内,无连续的碳网。典型制品:烧成油浸砖,粘土石墨制品等。2) 碳结合型特点:不烧制品,耐火材料间有连续的碳框架(碳网络)。典型制品:镁碳砖,镁钙碳砖等。

6、镁碳砖具有哪些特性,为什么?

MgO-C质耐火材料作为一种碳复合耐火材料,有效地利用了镁砂的抗渣侵蚀能力强和碳的高导热性及低膨胀性,补偿了镁砖耐剥落性差的最大缺点。(a) 耐高温性能(b) 抗渣能力强(c) 热震稳定性好(d)高温蠕变低

7、生产镁碳砖的主要原料有哪些?

生产MgO-C质耐火材料的原料有:镁砂、石墨、结合剂和添加剂。

8、选择镁砂原料时,为什么要求其中的C/S>2?

镁砂中的SiO2含量低,可减少MgO与C的高温反应;C/S比高的镁砂,在高温下与石墨共存的稳定性好,C/S比越高,方镁石直接结合程度亦高。镁砂的烧结性越好,其体密越高,封闭气孔越少,则镁砂向熔渣中溶解的溶解度越小。镁砂熔损的重要过程之一是熔渣侵蚀

方镁石晶界内,促使MgO与熔渣反应。当熔渣和存在于方镁石晶界中的SiO2和CaO等杂质反应之后,方镁石晶体不断向熔渣中分离。体积密度高的镁砂可以减少熔渣的侵入,从而提高了MgO-C砖的耐蚀能力。所以生产MgO-C的镁砂一般要求体积密度≥3.34 g/cm3, 最好大于3.45g/cm3。

9、生产MgO-C质耐火材料对结合剂的要求?

1、对石墨和镁砂有良好的润湿性,粘度及流动性。

2、热处理时能缩合,确保制品具有足够的强度;同时不使制品产生过大的膨胀与收缩。

3、固定碳含量要高,焦化处理后的碳素聚合体有良好的高温强度。

4、污染小或无污染。

10、酚醛树脂在生产MgO-C砖时的优点?

①混练与成型性能好,在室温下可直接混练与成型;②在热处理时可进一步缩合,使成品强度进一步提高;③在高温下能使MgO-C砖保持较高的热态强度。④固定碳高,在还原气氛下能形成牢固的碳结合;⑤砖坯强度高;

第六章隔热耐火材料

1、隔热耐火材料的定义是什么?

隔热耐火材料是指低导热系数与低热容量的耐火材料,也称保温耐火材料。由于它们的气孔率高,体积密度低,因此也称为轻质耐火材料。

2、耐火材料隔热原理是什么?

隔热的基本原理是降低导热系数

3、影响耐火材料导热性能的因素有哪些?

1. 隔热材料的显微结构气孔孔径越小越有利于提高隔热材料的隔热效果

2. 气相的物理性质一般说来,气体的分子量越小,它的组成和结构越简单,其导热系数也就越大

3. 固相的物理性质,一般的规律是结构越复杂,导热系数越小

4、隔热耐火材料的制备方法及原理有哪些?(列举3种)(1)通过添加可燃物或易挥发物形成气孔:在制砖的泥料中加入容易烧尽的可燃物,如炭末、锯木屑等,使制品在烧成后具有一定的气孔优点:孔径尺寸、气孔率、气孔形貌可控缺点:气孔分布很难均匀,可燃物烧不尽时容易出现黑芯,环境污染

(2)发泡法1.泡沫法:在制砖的泥料中加入泡沫剂,如松香皂等,并以机械方法使之起泡,经烧成后获得多孔的制品。2.化学法:在泥料中加入碳酸盐和酸、苛性碱和铝或金属和酸等,借化学反应产生气体,使制品获得气孔。优点:可制备各种孔径大小和形状的多孔陶瓷,既可以获得开孔材料,也可以获得闭孔材料,特别适合制备闭孔材料缺点:工艺条件难以控制和对原料的要求较高

(3)挤压法在制砖的泥料中加入造孔剂,经挤压成型,烧成后获得多孔的制品。

优点:可以根据需要对孔形状和孔大小进行精确设计缺点:不能形成复杂孔道结构和孔尺寸较小的材料

(4)颗粒堆积形成气孔结构:凭借骨料颗粒按一定堆积方式堆积而成,颗粒靠粘结剂或自身粘合成型,颗粒间的孔隙形成相互贯通的微孔。优点:通过控制颗粒尺寸,能控制孔径大小。缺点:对颗粒尺寸范围要求严格,不能形成闭气孔。8 / 8 2012/5

(5)原位分解合成技术:利用原料矿物在一定温度分解出气体的特性,将此原料和其它原料混合均匀,加热到一定温度,即会在试样内部留下气孔,分解后的产物与其它原料原位反应,生成所需的多孔结构。

6)多孔材料法用天然的硅藻土或人造的粘土泡沫熟料、氧化铝或氧化锆空心球等多孔原料制取轻质耐火砖。或者将纤维制成定形制品。

5、纤维隔热材料存在的问题是什么?

纤维耐火材料有良好的隔热效果、便于安装,是一优质的隔热耐火材料,广泛应用于中、低温工业窑炉上。主要问题有两个。(1)由于析晶及晶粒长大,限制了其使用温度。虽然晶质纤维解决了析晶的问题但是在长期使用过程中晶粒仍然会长大。同时,晶质纤维的生产过程复杂,纤维质量的稳定性也难以控制,成本高、价格贵。(2)纤维材料对人体的侵害仍难以避免。铝硅系纤维一旦被吸入人体,吸附在气管或肺中,很难以除去。长期大量地吸入纤维会损害人体的肺功能。

6、研制高效隔热耐火材料的原则是什么?

(1)纤维:高的反射或散射,热导率小,直径细,最佳排列取向(2)骨料和填料:热导率小,微孔多。避免贯通气孔;强辐射吸收或反射;颗粒尺寸小(3)添加阻光剂。

7、隔热耐火材料结构性能表征

(1)孔隙率、显气孔率、闭气孔率、体积密度和真密度(2)孔径分布及平均孔径(3)强度

8、隔热耐火材料分类

按化学矿物组成:粘土质隔热耐火材料;高铝质隔热耐火材料;硅质隔热耐火材料;硅藻土质隔热耐火材料;蛭石隔热耐火材料;氧化铝隔热耐火材料;莫来石隔热耐火材料

按使用温度:低温隔热材料(小于600℃)。它不属于耐火材料;中温隔热材料(600-1200℃);高温隔热材料(大于1200℃)

按存在形态分类:粉粒状隔热材料(粉粒散状隔热填料粉粒散状不定形隔热材料,如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、硅藻土等,氧化物空心球,氧化铝粉,);定形隔热材料(多孔、泡沫隔热制品如轻质耐火混凝土、轻质浇注料);纤维状隔热材料(如石棉、玻璃纤维、岩棉、陶瓷纤维、氧化物纤维及制品);复合隔热材料(如绝热板、绝热涂料、硅钙板)

按结构特点分类:气相连续的隔热材料;固相连续的隔热材料;混合结构的隔热材料