什么是耐火材料

【專家解說】：耐火材料科技名詞定義 中文名稱:耐火材料 英文名稱:refractory material 定義:耐火度不低于1580℃，有較好的抗熱沖擊和化學(xué)侵蝕的能力、導(dǎo)熱系數(shù)低和膨脹系數(shù)低的非金屬材料。 應(yīng)用學(xué)科:電力(一級學(xué)科);火力發(fā)電(二級學(xué)科) 以上內(nèi)容由全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定公布 求助編輯百科名片 耐火度不低于1580℃的一類無機(jī)非金屬材料。耐火度是指耐火材料錐形體試樣在沒有荷重情況下，抵抗高溫作用而不軟化熔倒的攝氏溫度。耐火材料廣泛用于冶金、化工、石油、機(jī)械制造、硅酸鹽、動力等工業(yè)領(lǐng)域，在冶金工業(yè)中用量最大，占總產(chǎn)量的50%~60%。 目錄 簡介 發(fā)展 在中國的發(fā)展 種類 成分 主要品種酸性耐火材料 中性耐火材料 堿性耐火材料 氧化物材料 難熔化合物材料 高溫復(fù)合材料 應(yīng)用 性能 生產(chǎn)工藝 作業(yè)性 常見耐火材料 散狀耐火材料 耐火材料專業(yè)介紹簡介 發(fā)展 在中國的發(fā)展 種類 成分 主要品種 酸性耐火材料 中性耐火材料 堿性耐火材料 氧化物材料 難熔化合物材料 高溫復(fù)合材料 應(yīng)用 性能 生產(chǎn)工藝作業(yè)性常見耐火材料散狀耐火材料耐火材料專業(yè)介紹展開 編輯本段簡介 耐火材料與高溫技術(shù)相伴出現(xiàn)，大致起源于青銅器時代中期。中國東漢時期已用粘土質(zhì)耐火材料做燒瓷器的窯材和匣缽。20世紀(jì)初，耐火材料向高純、高致密和超高溫制品方向發(fā)展，同時出現(xiàn)了 耐火材料 完全不需燒成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纖維?，F(xiàn)代，隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)、新能源技術(shù)的發(fā)展，具有耐高溫、抗腐蝕、抗熱振、耐沖刷等綜合優(yōu)良性能的耐火材料得到了應(yīng)用。 編輯本段發(fā)展 中國在4000多年前就使用雜質(zhì)少的粘土，燒成陶器，并已能鑄造青銅器。東漢時期(公元25~220)已用粘土質(zhì)耐火材料做燒瓷器的窯材和匣缽。20世紀(jì)初，耐火材料向高純、高致密和超高溫制品方向發(fā)展，同時發(fā)展了完全不需燒成、能耗小的不定形耐火材料和高耐火纖維(用于1600℃以上的工業(yè)窯爐)。前者如氧化鋁質(zhì)耐火混凝土，常用于大型化工廠合成氨生產(chǎn)裝置的二段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)壁,效果良好。50年代以來,原子能技術(shù)、空間技術(shù)、新能源開發(fā)技術(shù)等的迅速發(fā)展，要求使用耐高溫、抗腐蝕、耐熱震、耐沖刷等具有綜合優(yōu)良性能的特種耐火材料，例如熔點高于2000℃的氧化物、難熔化合物和高溫復(fù)合耐火材料等。 編輯本段在中國的發(fā)展 古代、中世紀(jì)、文藝復(fù)興時代的耐火材料，工業(yè)革命前后高爐、焦?fàn)t、熱風(fēng)爐用耐火材料，近代后期新型耐火材料及其制造工藝，現(xiàn)代耐火材料制造技術(shù)及主要技術(shù)進(jìn)步，以及對未來耐火材料發(fā)展的展望，耐火材料與高溫技術(shù)相伴出現(xiàn)，大致起源于青銅器時代中期。中國東漢時期已用粘土質(zhì)耐火材料做燒瓷器的窯材和匣缽。20世紀(jì)初，耐火材料向高純、高致密和超高溫制品方向發(fā)展，同時出現(xiàn)了完全不需燒成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纖維?，F(xiàn)代，隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)、新能源技術(shù)的發(fā)展，具有耐高溫、抗腐蝕、抗熱振、耐 耐火材料 沖刷等綜合優(yōu)良性能的耐火材料得到了應(yīng)用。在中國有許多工廠生產(chǎn)耐火材料產(chǎn)品。中國有豐富的資源，也正因為這方面的原因，各大外國投資商也來到國內(nèi)一展身手，展露頭角。在中國的東北部，是耐火材料供應(yīng)商極其豐茂的地區(qū)，導(dǎo)致其他國外投資商對其的出口低價格產(chǎn)生了質(zhì)疑，從而在2003年由歐盟提出對中國耐火材料新產(chǎn)品的反傾銷，限制了產(chǎn)品對歐盟的出口。2006年中國為保護(hù)原材料資源的大量流失，對部分行業(yè)進(jìn)行了減免出品退稅，以此極大地限制產(chǎn)品的出口。但這并不能在很大程度上限制一些國外的品牌銷售，因為它們擁有幾十甚至上百年的銷售生產(chǎn)經(jīng)驗，并極大地占有了市場，也創(chuàng)立了它們在各大洲的品牌效應(yīng)。 編輯本段種類 耐火材料種類繁多，通常按耐火度高低分為普通耐火材料(1580~1770℃)、高級耐火材料(1770~2000℃)和特級耐火材料(2000℃以上);按化學(xué)特性分為酸性耐火材料、中性耐火材料和堿性耐火材料。此外，還有用于特殊場合的耐火材料。 現(xiàn)在對于耐火材料的定義，已經(jīng)不僅僅取決于耐火度是否在1580℃以上了。目前耐火材料泛指應(yīng)用于冶金、石化、水泥、陶瓷等生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)襯的無機(jī)非金屬材料。 編輯本段成分 酸性耐火材料以氧化硅為主要成分，常用的有硅磚和粘土磚。硅磚是含氧化硅94%以上的硅質(zhì)制品，使用的原料有硅石、廢硅磚等，其抗酸性爐渣侵蝕能力強(qiáng)，荷重軟化溫度高，重復(fù)煅燒后體積不收縮，甚至略有膨脹;但其易受堿性渣的侵蝕，抗熱震性差。硅磚主要用于焦?fàn)t、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐等熱工設(shè)備。粘土磚以耐火粘土為主要原料，含有30%~46%的氧化鋁，屬弱酸性耐火材料，抗熱振性 耐火材料 好，對酸性爐渣有抗蝕性，應(yīng)用廣泛。 中性耐火材料以氧化鋁、氧化鉻或碳為主要成分。含氧化鋁95%以上的剛玉制品是一種用途較廣的優(yōu)質(zhì)耐火材料。以氧化鉻為主要成分的鉻磚對鋼渣的耐蝕性好，但抗熱震性較差，高溫荷重變形溫度較低。碳質(zhì)耐火材料有碳磚、石墨制品和碳化硅質(zhì)制品，其熱膨脹系數(shù)很低，導(dǎo)熱性高，耐熱震性能好，高溫強(qiáng)度高，抗酸堿和鹽的侵蝕，尤其是弱酸堿具有較好的抵抗能力，不受金屬和熔渣的潤濕，質(zhì)輕。廣泛用作高溫爐襯材料，也用作石油、化工的高壓釜內(nèi)襯。 堿性耐火材料以氧化鎂、氧化鈣為主要成分，常用的是鎂磚。含氧化鎂80%~85%以上的鎂磚，對堿性渣和鐵渣有很好的抵抗性，耐火度比粘土磚和硅磚高。主要用于平爐、吹氧轉(zhuǎn)爐、電爐、有色金屬冶煉設(shè)備以及一些高溫設(shè)備上。 在特殊場合應(yīng)用的耐火材料有高溫氧化物材料，如氧化鋁、氧化鑭、氧化鈹、氧化鈣、氧化鋯等，難熔化合物材料，如碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和硫化物等;高溫復(fù)合材料，主要有金屬陶瓷、高溫?zé)o機(jī)涂層和纖維增強(qiáng)陶瓷等。 編輯本段主要品種 在普通和特種耐火材料中，常用的品種主要有以下幾種: 酸性耐火材料 用量較大的有硅磚和粘土磚。硅磚是含93%以上SiO2的硅質(zhì)制品，使用的原料有硅石、廢硅磚等。硅磚抗酸性爐渣侵蝕能力強(qiáng)，但易受堿性渣的侵蝕，它的荷重軟化溫度很高，接近其耐火度，重復(fù)煅燒后體積不收縮,甚至略有膨脹,但是抗 耐火材料磨具 熱震性差。硅磚主要用于焦?fàn)t、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐等熱工設(shè)備。粘土磚中含30%~46%氧化鋁，它以耐火粘土為主要原料，耐火度1580~1770℃，抗熱震性好，屬于弱酸性耐火材料，對酸性爐渣有抗蝕性，用途廣泛，是目前生產(chǎn)量最大的一類耐火材料。 中性耐火材料 高鋁質(zhì)制品中的主晶相是莫來石和剛玉，剛玉的含量隨著氧化鋁含量的增加而增高，含氧化鋁95%以上的剛玉制品是一種用途較廣的優(yōu)質(zhì)耐火材料。鉻磚主要以鉻礦為原料制成的，主晶相是鉻鐵礦。它對鋼渣的耐蝕性好，但抗熱震性差，高溫荷重變形溫度較低。用鉻礦和鎂砂按不同比例制成的鉻鎂磚抗熱震性好，主要用作堿性平爐頂磚。 碳質(zhì)制品是另一類中性耐火材料，根據(jù)含碳原料的成分和制品的礦物組成，分為碳磚、石墨制品和碳化硅質(zhì)制品三類。碳磚是用高品位的石油焦為原料，加焦油、瀝青作粘合劑，在1300℃隔絕空氣條件下燒成。石墨制品(除天然石墨外)用碳質(zhì)材料在電爐中經(jīng)2500~2800℃石墨化處理制得。碳化硅制品則以碳化硅為原料，加粘土、氧化硅等粘結(jié)劑在1350~1400℃燒成。也可以將碳化硅加硅粉在電爐中氮氣氛下制成氮化硅-碳化硅制品。 耐火材料磨具 碳質(zhì)制品的熱膨脹系數(shù)很低，導(dǎo)熱性高，耐熱震性能好，高溫強(qiáng)度高。在高溫下長期使用也不軟化，不受任何酸堿的侵蝕，有良好的抗鹽性能，也不受金屬和熔渣的潤濕，質(zhì)輕，是優(yōu)質(zhì)的耐高溫材料。缺點是在高溫下易氧化，不宜在氧化氣氛中使用。碳質(zhì)制品廣泛用于高溫爐爐襯(爐底、爐缸、爐身下部等)、熔煉有色金屬爐的襯里。石墨制品可以做反應(yīng)槽和石油化工的高壓釜內(nèi)襯。碳化硅與石墨制品還可以制成熔煉銅同金和輕合金用的坩堝。 堿性耐火材料 以鎂質(zhì)制品為代表。它含氧化鎂80%~85%以上， 以方鎂石為主晶相。生產(chǎn)鎂磚的主要原料有菱鎂礦、海水鎂砂由海水中提取的氫氧化鎂經(jīng)高溫煅燒而成)等。對堿性渣和鐵渣有很好的抵抗性。純氧化鎂的熔點高達(dá)2800℃,因此,鎂磚的耐火度較粘土磚和硅磚都高。20世紀(jì)50年代中期以來，由于采用了吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼和采用堿性平爐爐頂，堿性耐火材料的產(chǎn)量逐漸增加，粘土磚和硅磚的生產(chǎn)則在減少。堿性耐火材料主要用于平爐、吹氧轉(zhuǎn)爐、電爐、有色金屬冶煉以及一些高溫?zé)峁ぴO(shè)備。 氧化物材料 如氧化鋁、氧化鑭、氧化鈹、氧化鈣、氧化鋯、氧化鈾、氧化鎂、氧化鈰和氧化釷等熔點在2050~3050℃。 難熔化合物材料 如碳化物(碳化硅、碳化鈦、碳化鉭等)、氮化物(氮化硼、氮化硅等)、硼化物(硼化鋯、硼化鈦、硼化鉿等)、硅化物(二硅化鉬等)和硫化物(硫化釷、硫化鈰等)。它們的熔點為2000~3887℃，其中最難熔的是碳化物。 高溫復(fù)合材料 如金屬陶瓷、高溫?zé)o機(jī)涂層和纖維增強(qiáng)陶瓷等。 編輯本段應(yīng)用 經(jīng)常使用的特殊材料有AZS磚、剛玉磚、直接結(jié)合鎂鉻磚、碳化硅磚、氮化硅結(jié)合碳化硅磚、氮化物、硅化物、硫化物、硼化物、碳化物等非氧化物耐火材料;氧化鈣、氧化鉻、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈹?shù)饶突鸩牧稀?經(jīng)常使用的隔熱 耐火材料磨具 耐火材料有硅藻土制品、石棉制品、絕熱板等。經(jīng)常使用的不定形耐火材料有補爐料、耐火搗打料、耐火澆注料、耐火可塑料、耐火泥、耐火噴補料、耐火投射料、耐火涂料、輕質(zhì)耐火澆注料、炮泥等。 編輯本段性能 耐火材料的物理性能包括結(jié)構(gòu)性能、熱學(xué)性能、力學(xué)性能、使用性能和作業(yè)性能。 耐火材料的結(jié)構(gòu)性能包括氣孔率、體積密度、吸水率、透氣度、 氣孔孔徑分布等。 耐火材料的熱學(xué)性能包括熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、比熱、熱容、導(dǎo)溫系數(shù)、熱發(fā)射率等。 耐火材料的力學(xué)性能包括耐壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、耐磨性、蠕變性、粘結(jié)強(qiáng)度、彈性模量等。 耐火材料的使用性能包括耐火度、荷重軟化溫度、重?zé)€變化、抗熱震性、抗渣性、抗酸性、抗堿性、抗水化性、抗CO侵蝕性、導(dǎo)電性、抗氧化性等。 編輯本段生產(chǎn)工藝 根據(jù)制品的致密程度和外形不同，有燒結(jié)法、熔鑄法和熔融噴吹法等。 燒結(jié)法是將部分原料預(yù)燒成熟料，破碎和篩分，再按一定配比與生料混合，經(jīng)過成型、干燥和燒成。原料預(yù)燒的目的是將其中的水分、有機(jī)雜質(zhì)、硫酸鹽類分解的氣體燒除，以減少制品的燒成收縮，保證制品外形尺寸的準(zhǔn)確性。原料在破碎和研磨后還需要經(jīng)過篩分，因為坯料由不同粒度的粉料進(jìn)行級配，可以保證最緊密堆積而獲得致密的坯體。 為了使各種生料和熟料的成分和顆粒均勻化，要進(jìn)行混煉，同時加入結(jié)合劑，以增強(qiáng)坯料結(jié)合強(qiáng)度。如硅酸鋁質(zhì)坯料加入結(jié)合粘土，鎂質(zhì)坯料加入亞硫酸紙漿廢液，硅質(zhì)坯料加入石灰乳等。根據(jù)坯料含水量的多少，可以采用半干法成型(約含5%水分)，可塑法成型(約含 15%水分)和注漿法成型(約含40%水分)。然后進(jìn)行干燥和燒成。熔鑄法是將原料經(jīng)過配料混勻和細(xì)磨等工序，在高溫熔化，直接澆鑄，經(jīng)冷卻結(jié)晶、退火成為制品。如熔鑄莫來石磚、剛玉磚和鎂磚等。它們的坯體致密，機(jī)械強(qiáng)度高、高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，抗渣性好，使用范圍不斷在擴(kuò)大。熔融噴吹法是將配料熔化后，以高壓空氣或過熱蒸汽進(jìn)行噴吹，使之分散成纖維或空心球的方法。制品主要用作輕質(zhì)耐火、隔熱材料。此外，還可制成粉狀或粒狀不定形耐火材料，臨用時以焦油、瀝青、水泥、磷酸鹽、硫酸鹽或氯化鹽等結(jié)合劑膠結(jié)，不經(jīng)成型和燒結(jié)而直接使用。 編輯本段作業(yè)性 耐火材料的作業(yè)性包括稠度、塌落度、流動度、可塑性、粘結(jié)性、回彈性、凝結(jié)性、硬化性等。 編輯本段常見耐火材料 經(jīng)常使用的耐火材料有AZS磚、剛玉磚、直接結(jié)合鎂鉻磚、碳化硅磚、氮化硅結(jié)合碳化硅磚,氮化物、硅化物、硫化物、硼化物、碳化物等非氧化物耐火材料;氧化鈣、氧化鉻、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈹?shù)饶突鸩牧稀?經(jīng)常使用的隔熱耐火材料有硅藻土制品、石棉制品、絕熱板等。 經(jīng)常使用的不定形耐火材料有補爐料、耐火搗打料、耐火澆注料、耐火可塑料、耐火泥、耐火噴補料、耐火投射料、耐火涂料、輕質(zhì)耐火澆注料、炮泥等。 編輯本段散狀耐火材料 散狀耐火材料(不定形耐火材料):不定形耐火材料是由合理級配的粒狀和粉狀料與結(jié)合劑共同組成的不經(jīng)成型和燒成而直接供使用的耐火材料。通常，對構(gòu)成此種材料的粒狀料稱骨料，對粉狀料稱摻合料，對結(jié)合劑稱膠結(jié)劑。這類材料無固定的外形，可制成漿狀、泥膏狀和松散狀，因而也通稱為散狀耐火材料。用此種耐火材料可構(gòu)成無接縫的整體構(gòu)筑物，故還稱為整體耐火材料。 不定形耐火材料的基本組成是粒狀和粉狀的耐火物料。依其使用要求，可由各種材質(zhì)制成。為了使這些耐火物料結(jié)合為整體，除極少數(shù)特殊情況外，一般皆加入適當(dāng)品種和數(shù)量的結(jié)合劑。為改進(jìn)其可塑性或減少用水量，可加入少量適當(dāng)增塑減水劑，為滿足其他特殊要求，還可分別加入少量適當(dāng)其他外加劑。 編輯本段耐火材料專業(yè)介紹 培養(yǎng)目標(biāo): 本專業(yè)培養(yǎng)具備耐火材料科學(xué)與工程方面的知識，能在耐火材料結(jié)構(gòu)研究與分析、材料的制備、材料成型、加工及工程施工等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、工藝和設(shè)備設(shè)計、生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面工作的高級工程技術(shù)人才。 培養(yǎng)要求: 本專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)耐火材料的生產(chǎn)過程、工藝及設(shè)備的基礎(chǔ)理論、組成、結(jié)構(gòu)、性能及生產(chǎn)條件間的關(guān)系，具有材料測試、生產(chǎn)過程設(shè)計、材料改性及研究開發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)和設(shè)備及技術(shù)管理的能力。 具備的技能: 畢業(yè)生應(yīng)獲得以下幾方面的知識和能力:1.掌握耐火材料的工業(yè)生產(chǎn)過程和設(shè)備、生產(chǎn)工藝的專業(yè)基礎(chǔ)知識;2.掌握耐火材料制備的原理及工藝基礎(chǔ)，材料的結(jié)構(gòu)與性能;3.掌握本專業(yè)所必需的機(jī)械、電子、工程、計算機(jī)應(yīng)用的基本知識技能;4.具有制品的工業(yè)生產(chǎn)、質(zhì)量控制和技術(shù)管理的初步能力; 5.具有正確選用材料、設(shè)備并進(jìn)行工藝設(shè)計的能力; 6.具有研究改進(jìn)材料性能、開發(fā)新材料、制品、工藝的初步能力。 開設(shè)課程: 主干課程:材料科學(xué)與工程，熱力學(xué)基礎(chǔ)，溶液熱力學(xué)，電化學(xué)熱力學(xué)，表面與界面現(xiàn)象熱力學(xué)，耐火氧化物熱力學(xué)，含碳耐火材料熱力學(xué)，耐火非氧化物及其復(fù)合耐火材料熱力學(xué)。 主要課程:物理化學(xué)，無機(jī)材料性能、測試及研究方法，粉體工程，材料制備原理、熱工過程與設(shè)備，無機(jī)材料工藝學(xué)。 主要實踐教學(xué):包括專業(yè)實驗、工程施工實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、課程設(shè)計、計算機(jī)應(yīng)用與上機(jī)實踐、畢業(yè)設(shè)計。[