耐火材料在冶金中的地位及作用定义：耐火材料是指耐火度≥1580℃的无机非金属材料，它在一定程度上可以抵抗温度骤变和炉渣侵蚀，并能承受高温荷重。

作用：耐火材料主要用于工业生产中的高温热工设备和各种窑炉，在冶金工业（钢铁与有色金属）中所消耗的耐火材料占整个耐火材料消耗量的60~70%。

而冶金炉是高温设备、是大量优质耐火材料的主要消耗者。

因此，耐火材料在冶金工业占有重要的地位。

冶金炉对耐火材料的要求:耐火度高：≥1000~1800℃✓高温结构强度大：高温下荷重不变形✓热稳定性好：高温下抵抗温度骤变引起破坏的能力。

✓抗渣侵蚀能力：抵抗炉内高温下熔融炉渣、金属和炉气等的化学腐蚀。

✓高温体积稳定：高温下使用，其内部由于晶型转变会产生不可恢复的体积收缩或膨胀，而造成炉体破坏。

因此，要求耐火材料在高温时体积稳定。

✓外形尺寸规整、公差小：筑炉时砌体要规整、砖缝小，以防止炉体从砖缝处破损，这就要求耐火材料制品不能有大的扭曲、缺损、熔洞和裂缝等；尺寸公差合乎规定的要求。

耐火材料的分类、组成及性质耐火材料的分类：耐火材料的分类有多种方式。

如有按耐火材料的化学矿物组成、耐火材料的外型尺寸以及耐火材料制造方法等分类；而根据耐火材料的耐火度高低可分为：⑴普通耐火材料耐火度为1580~1770℃；⑵高级耐火材料耐火度为1770~2000℃；⑶特级耐火材料耐火度为2000℃以上。

耐火材料的一般化学矿物组成耐火材料的化学矿物组成是决定耐火材料物理性质和工作性质的基本因素。

1.2.2.1 化学组成：耐火材料的化学成分按含量的多少及其作用不同可分为主成分和副成分。

主成分是耐火材料的主体，是影响耐火材料的基本因素。

除碳质耐火材料以外，普通耐火材料的主成分都是氧化物，例如硅砖中的SiO2，粘土质耐火材料中的SiO2和Al2O3，镁砖中的MgO。

副成分包括杂质和添加物，其化学成分也是氧化物，如Fe2O3、、K2O、Na2O 等，它使耐火材料的性能降低，有的具有溶剂作用，即在耐火砖的烧成过程中产生液相实现烧结。

矿物组成主晶相：主晶相是耐火材料中的主体，是熔点较高的结晶体，它在很大程度上决定耐火材料的性能，可以是一种，也可以是两种。

例如，高铝砖中的莫来石和刚玉，镁砖中的方镁石，都是主晶相。

基质：是填充在主晶相之间的其他不同成分的结晶矿物和非结晶玻璃相，它的熔点低，起着溶剂作用，例如，镁铝砖的基质是一种称为尖晶石MgO·Al2O3的结晶成分，依靠它将砖紧紧粘结成整体，因此也称结合相。

基质的数量虽少，但它对耐火材料的性能影响很大，在耐火材料的使用过程中，往往首先从基质部分开始损坏。

耐火材料的物理性质,包括：致密性、热电性、力学性质和外形尺寸 致密性：用气孔率、吸水率、体积密度、真密度和透气率表示 （1）气孔率：气孔总体积与耐火材料总体积V 的比值——总气孔率：显气孔体积与耐火材料总体积的比值——显气孔率式中： V 、V 1、V 2、V 3——分别为试样总体积、闭口 (2)气孔、开口气孔和贯通气孔的体积，m 3吸水率和透气性：耐火材料制品中显气孔吸水重量与耐火材料制品重量的比值，即式中：G ——耐火材料烘干质量，kg;G 1——耐火材料吸水后质量，kg 。

耐火制品的透气性是指耐火材料对一定压力的气体的透过程度，用透气率表示，即在单位压力差的空气作用下，在单位时间内，通过单位厚度和单位面积制品的空气量。

耐火材料的透气性与制品内连通气孔的数量及气体压力有关，一般要求透气性愈小愈好。

（3）体积密度：它是单位体积（含气体体积）耐火材料的质量，用符号“ρ”表示。

式中：m ——耐火材料的质量，kg 。

（4）真密度：它是指耐火材料除去全部气孔后，单位体积的质量，用符号“ρ' ”表示 。

力学性质：（1）常温耐压强度：在常温下单位面积耐火材料所能承受的压力，N·cm -2 ； 普通耐火材料＞1000~1500 N·cm -2 高级耐火材料＞2500~3000 N·cm -2（2）高温耐压强度：在高温下单位面积耐火材料所能承受的压力，N·cm -2 。

（3）耐磨性：抵抗摩擦、冲击作用的能力。

（4）抗折强度：耐火材料的常温抗折强度与耐压强度有关，通常常温耐压较高制品，其常温抗折性能也较好，高温抗折能力强的制品，在高温条件下，对于物料的撞击、磨损、液态渣的冲刷等，均有较好的抵抗能力。

图1-1-2给出了几种砖的高温抗折曲线 。

100%V V V V 321⨯++=总气孔率100%V V V 32⨯+=显气孔率100%G G G 1⨯+=吸水率3m kg V m ρ-=3321m kg )V V (V V mρ-++-='（5）弹性模量耐火材料的弹性模量是表征制品抵抗受力变形的能力。

耐火制品在弹性极限内，外力作用产生的应力与应变之比称为弹性模量，即式中 E ——弹性模量，N·㎝-2σ——制品所承受的应力，N·㎝-2△L/L ——制品相对长度的变化，即弹性变量。

热、电性质：热膨胀性、导热性、导电性和热容性 （1）热膨胀性：热胀冷缩的可逆变化的性质，其大小用线膨胀率“βm ”表示；式中：t 0 、t ——试样试验开始与终止温度，℃； L 0、L 1——试样分别在t 0 、t 的长度，m ； βm ——制品的平均线膨胀率， ℃-1 （2）导热性：即耐火材料传导热量的能力，用导热系数λ表示。

影响其导热能力的主要因素是化学矿物组成、气孔率及温度。

一般晶体的导热能力大于非晶体的玻璃质；气孔率大导热能力低；大部分耐火材料（例如粘土砖和硅砖等）的导热性随温度升高而增加，而镁砖、碳化硅的导热性随温度升高而降低。

（3）比热容：常压下加热1kg 样品使之升温1℃所需的热量称之为耐火材料的比热容，用“CP”表示。

CP 与矿物组成、气孔率及温度有关。

表1-1-2列出了几种耐火材料的平均比热容。

耐火材料的平均比热容（kJ·kg -1·K -1 ）2cm N ΔL/L σE ⋅=10101m C )t (t L L L β-︒--=温度范围/ ℃25~600 25~1000 25~1200 25~1400粘土砖0.921 0.963 0.996 1.022镁质0.883 0.942 0.971 1.000硅质 1.130 1.193 1.214 —（2）导电性：低温下，碳质、石墨粘土质、碳化硅质等耐火材料导电性好；其它耐火材料均是电的绝缘体，但高温下其导电性增加。

耐火材料的工作性能耐火度：耐火材料在无荷重时抵抗高温而不熔化的能力。

通常用温度表示。

荷重软化温度：耐火材料在高温时抵抗荷重的能力，通常耐火材料在高温下其耐火度就显著下降。

荷重软化温度受多种因素影响，提高耐火材料的致密度，烧成温度和原料纯度，可以提高荷重软化温度。

抗渣性耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀的能力称为抗渣性。

影响抗渣性的因素有：（1）耐火材料与熔渣的化学成分（高温下酸碱会生成盐类）；（2）炉内温度（化学反应随炉温的升高而加剧，800~900℃时渣侵不明显；当1200~1400℃时渣侵反应加剧，同时物理溶解和机械冲刷作用也加强）；（3）耐火材料的透气（显气孔越多则越易侵蚀）。

1.2.4.4 耐急热急冷性：抵抗温度急变而不被破坏的能力1.2.4.5 高温体积稳定性：耐火材料在高温下长期使用，其外形体积保持稳定不发生非可逆变化的能力。

（材料体积的热胀冷缩变化都是可逆）（1）耐火材料在高温下发生非可逆膨胀，称残存膨胀。

（2）耐火材料在高温下发生非可逆收缩，称残存收缩。

1.3 常用耐火材料及其特性1.3.1 硅酸铝质耐火材料主成分：SiO2、Al2O3。

副成分：Fe2O3、K2O、Na2O、TiO2、CaO。

按Al2O3的含量可分为半硅砖、高铝砖和粘土砖三类根据Al2O3——SiO2二元系相图，随着t的变化找到两个共晶点（1540℃和1810℃）和三个平衡固相（方石英、莫来石、刚玉），从而分析硅酸铝制耐火材料的热工特性。

1.3.2 硅砖（氧化硅质）：SiO2≥93%▪原料：硅石；▪结合剂：石灰乳、铁磷、纸浆废液、矿化剂等。

▪⑴SiO2的同质异性体，硅砖的主要成分是SiO2 。

▪⑵硅砖的性质和应用。

硅砖的应用因需酸性耐火材料、荷重软化温度高、热震稳定性差；适用于高温和荷重大的地方，如平炉和反射炉的炉顶，炼焦炉炉体等处；在使用时应尽量减少和防止温度（尤其600℃以下）的变化和避免碱性炉渣的侵蚀1.3.5 不定形耐火材料耐火混泥土、可塑料、耐火泥、补炉料、喷涂料等（1）耐火混泥土：耐火骨料、掺合料、胶结料及水按一定的比例混合，成型和硬化后得到的制品；耐火度可达到1700℃。

优点：与耐火制品比，制造工艺简单、可任意成型、产品成品率高、能耗低，便于筑炉及机械化施工，可进行炉子整体浇灌、减少砖缝。

缺点：荷重软化温度低、收缩较大、烘烤时间长。

（2）耐火泥：由粉状物料和结合剂组成，供调制泥浆用的不定形耐火材料。

用途：填充砖缝以防渗漏。

常用耐火砖使用的耐火泥浆砖的名称泥浆的名称泥浆成分粘土砖轻质粘土砖粘土质泥浆粘土质耐火泥：100%水：400~600L/m3干料硅砖硅质泥浆硅质耐火泥：100%水：400~600L/m干料高铝砖高铝质泥浆高铝质耐火泥：100% 水：400~600L/m3干料镁砖镁质泥浆镁质耐火泥：100%卤水(比重1.25）：适量镁铝砖镁质耐火泥干镁质耐火泥：100% 氧化铁粉：适量耐火材料的尺寸通用耐火砖形状尺寸（GB2992－82）。

例如：砖号为Ts-65、代号为S3075k，b×a/a1×c=300×75/55×225，表示通用竖楔形错缝宽砖，其高、上下宽及长分别为300mm、75mm、55mm和225mm。

各种形状砖的砖号、规格尺寸参见有关手册。

1.5 水冷与挂渣保护在火法冶金生产过程中，许多的冶金炉如鼓风炉、烟化炉、闪速炉以及转炉和电炉等都有金属质水套或水箱作为其水冷保护层，有些金属构件在水冷的同时进行挂渣保护，还有一些转炉（窑）的耐火砖内衬，进行热挂渣保护。

这些措施均可延长炉衬的使用寿命。

绝热材料1 概述绝热材料的分类（1）低温绝热材料：使用温度＜900℃，如硅藻土、石棉、水淬渣和矿石棉等制品。

（2）中温绝热材料：使用温度900~1200℃，如蛭石，轻质粘土砖等制品。

（3）高温绝热材料：使用温度＞1200℃，如轻质硅砖、轻质高铝砖、轻质镁砖，氧化铝空心球和耐火纤维等。

常用轻质砖的主要性能性能指标轻质硅砖轻质粘土砖轻质高铝砖耐火度（℃）＜1670 ＜1670 ＜1750体积密度（g/cm3）＞1.2 ＞1.0 0.8耐压强度(N/cm2) ＜35 ＜30 ＜30最高使用温度（℃）≤1550≤1300≤1350。