第四篇 耐火材料工学基础
主讲：廖桂华 电话：65928200(o) E-mail: guihua.liao@
2020/7/12
第四篇 耐火材料工学基础
耐火材料是冶金、建材、化工、机械等工业高温窑 炉的重要基础材料。了解它们的性能并选用合适的耐 火材料对于生产控制及降低成本有重要的意义。本课 程介绍常用耐火材料的基本性能，应用范围以及易懂 的生产工艺与原料知识。
MgO含量大于80%的碱性耐火材料。
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1.2.2 按化学矿物组成分类
（4）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为白云石 质耐火材料。主要化学成分为30-42%的MgO和40-60%的CaO， 二者之和一般应大于90%。其主要矿物成分为方镁石和方钙石 （氧化钙）。
MgO、CaO、 Al2O3、Cr2O3、 SiO2、C
方镁石、方钙 石、镁铝（铬） 尖晶石、镁橄 榄石
镁砖、白云石砖、镁橄 榄石砖、镁铝（铬、钙） 砖、镁碳砖等
Cr2O3（＞
铬镁尖晶石、
90%）、MgO、 铬铁矿
Fe2O3
ZrO2、 锆英石砖
C、SiC
无定形碳、石 炭砖、石墨制品、碳化
按化学属性分类 按化学矿物组成分类 其他分类方法
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1.2.1 按化学性质分类
耐火材料按化学属性分可分为酸性耐火材料、中性耐 火材料、碱性耐火材料。
● 按化学属性分类对于 了解耐火材料的化学性 质，判断耐火材料在实 际使用过程中与接触物 之间的化学作用情况具 有重要意义。
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耐火材料工业曾被描绘为冶金工业和其它高温行业 的“支撑工业”和“先行工业”。耐火材料是高温技术 的基础材料，它与高温技术，尤其是钢铁工业的发展有 很密切的关系，相互依存，互为促进，共同发展。在一 定的条件下，耐火材料的质量、品种对高温技术发展起 着关键作用。
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耐火材料是构筑热工设备的高温结构材料，在使用过程中除 承受高温作用外，还不同程度地受到机械应力、热应力作用， 高温气体、熔体以及固体介质的侵蚀、冲刷、磨损。
-- 酸性耐火材料对酸性介质的侵蚀具有较强的抵抗能力。
-- 中性耐火材料在高温状况下对酸、碱性介质的化学侵蚀 都具有一定的稳定性，尤其对弱酸、弱碱的侵蚀具有较好的 抵抗能力。 -- 碱性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。
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1.2.2 按化学矿物组成分类
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 和操作条件的性质。
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第一章 绪论
一、耐火材料的定义及其性能要求 （一） 定义
1、传统的定义：耐火度不小于1580℃的无机非金属材料。 2、ISO的定义：耐火度不小于1500℃的非金属材料及制品。
硅质制品
半硅质
酸 性
粘土质
渐
高铝质
强
碳质制品
中性
铬质
镁橄榄石
铬镁质
碱 性
镁铝尖晶石 渐
镁钙质
强
1.2.1 按化学性质分类
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）及气体等化学侵蚀。为了保证耐火材料在使用中有 足够的抗侵蚀能力，选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。
（5）良好的抗渣性——耐火材料在使用过程中抵抗各种侵蚀性物 质的化学作用而不被蚀损的能力。表征指标：抗渣性评价
（6）良好的耐磨性——耐火材料在使用过程中，有时会受到高速 流动的火焰、含固体颗粒的烟气、液态金属和熔渣，甚至固体物 料等物质的直接冲刷或磨蚀作用，因此这时要求耐火材料要具有 良好的耐磨性。表征指标：耐压强度和耐磨性（或硬度）指标。
（7）外形和尺寸准确——对定型制品而言。
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1.2 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 要有化学属性分类法、化学矿物组成分类法、生产工艺和使用部位分类 法、材料形态分类法等多种方法。
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1.2.2 按化学矿物组成分类
（2）硅酸铝质耐火材料
SiO2－Al2O3系矿物是重要的耐火原料。根据从Al2O3含量 的不同，可将硅酸铝质耐火材料划分为不同的种类。
表1 SiO2－Al2O3系耐火材料
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1.2.2 按化学矿物组成分类
（3）镁质耐火材料 镁质耐火材料是指以镁砂为主要原料，以方镁石为主晶相，
序号 类别 1 硅质制品
2 硅酸铝质 制品
3 刚玉质制 品
4 镁质制品
5 铬质制品
6 锆质制品
7 含碳制品
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主成分
主晶相
SiO2
鳞石英、方石 英
SiO2、Al2O3
莫来石、方石 英、刚玉
Al2O3（＞90%） 刚玉
制品举例 硅砖、石英玻璃
半硅砖、粘土砖、高铝 砖、莫来石—刚玉砖 刚玉—莫来石砖
墨、 SiC
硅制品
1.2.2 按化学矿物组成分类
（1）硅质耐火材料
含SiO2在90%以上的材料通常称为硅质耐火材料，主要包 括硅砖及熔融石英制品。硅砖以硅石为主要原料生产，主要矿 物组成为磷石英和方石英，主要用于焦炉和玻璃窑炉等热工设 备的构筑。
熔融石英制品以熔融石英为主要原料生产，其主要矿物组成 为石英玻璃。由于石英玻璃的膨胀系数很小，因此熔融石英制 品具有优良的抗热冲击能力。
（3）良好的高温体积稳定性——在使用过程中，不产生过大的体 积膨胀或收缩，以免影响高温设备的结构稳定性或严密性。表征 指标：重烧线变化（%）
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1.1 耐火材料的定义及其性能要求
（二） 对耐火材料的性能要求及其表征指标
（4）良好的热震稳定性——耐火材料抵抗温度急剧变化而不发生 开裂、剥落的能力。表征指标：材料的热膨胀系数和抗热震性指标
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第一章 绪 论
1.1 耐火材料的定义及其性能要求
（二） 对耐火材料的性能要求及其表征指标
（1）足够高的耐火度—— 具有在足够高的温度下不软化、不熔融 的性能。表征指标：耐火度
（2）足够高的荷重软化温度——耐火材料在高温下能够承受大荷 载及其他热机械应力，且不丧失结构强度、不发生变形坍塌的性 能。表征指标：荷重软化温度