耐火材料学简明教程

目录

1 绪论... 7

本章要点... 7

1.1 耐火材料的定义及对耐火材料的要求... 7

1.1.1 定义... 7

1.1.2 要求... 7

1.2 分类... 8

1.2.1 按化学性质分类... 8

1.2.2 按耐火材料供货形态分类... 8

1.2.3 按结合形式分类... 8

1.2.4 按烧成与否分类... 9

1.2.5 按化学成分分类... 9

1.2.6 按生产方式分类... 9

思考题... 9

2 耐火材料的显微结构与性质... 10

本章要点... 10

2.1 耐火材料的显微结构... 10

2.1.1 显微结构定义... 10

2.1.2 耐火材料的显微结构... 10

2.1.3 显微结构的控制与检测... 13

2.2 耐火材料的物理性质... 13

2.2.1耐火材料的密度、气孔率与透气度... 13

2.2.2 耐火材料的力学性质... 15

2.2.3 耐火材料的热学性质... 19

2.3 耐火材料的使用性质... 27

2.3.1 耐火度... 27

2.3.2 荷重软化温度与高温蠕变... 28

2.3.3 耐火材料的高温体积稳定性... 29

2.4 耐火材料的热震损毁与抗热震性... 30

2.4.1 耐火材料的热应力及热应力损伤... 30

2.4.2 耐火材料抗热震性的测定方法... 31

2.4.3 抗热震性的评价参数... 32

2.4.4 影响耐火材料抗热震性的因素... 33

2.5 渣对耐火材料的侵蚀与耐火材料的抗渣性... 34

2.5.1 渣对耐火材料的侵蚀过程... 34

2.5.2 高温下耐火材料向渣中的溶解... 35

2.5.3 渣向耐火材料中的渗透... 39

2.5.4 耐火材料的抗渣性及其测定方法... 42

思考题... 43

3 Al2O3-SiO2系耐火材料.. 44

本章要点... 44

3.1 硅石耐火材料... 44

3.1.1 SiO2的同质多晶转变及其性质... 44

3.1.2 硅砖生产的物理化学原理... 47

3.1.3 硅砖的生产工艺要点... 50

3.2 Al2O3-SiO2系耐火材料的相组成与性质... 53

3.2.1 Al2O3-SiO2系耐火材料的组成... 53

3.2.2 莫来石... 54

3.2.3 Al2O3-SiO2-杂质氧化物相平衡分析及对铝硅系材料组成与性能的影响... 56

3.3 黏土质耐火材料... 58

3.3.1 黏土原料... 58

3.3.2 黏土砖的生产工艺要点... 60

3.3.3 黏土砖的性质... 60

3.4 半硅质耐火材料... 61

3.4.1 蜡石... 61

3.4.2 半硅质砖的生产工艺要点... 62

3.4.3 半硅质砖的性能特点与应用... 62

3.5 高铝质耐火材料... 63

3.5.1 高铝矾土原料... 63

3.5.2 高铝耐火制品的生产工艺... 64

3.5.3 高铝质耐火制品的性质... 65

3.6 硅线石质耐火材料... 66

3.6.1 硅线石族矿物的特性... 66

3.6.2 硅线石族矿物的应用... 68

3.7 莫来石及莫来石质耐火材料... 68

3.7.1 莫来石的制备... 69

3.7.2 莫来石复合原料... 70

3.7.3 莫来石制品及相关复合材料的生产与性质... 72

思考题... 73

4 碱性耐火材料... 74

本章要点... 74

4.1 镁质耐火材料... 74

4.1.1与镁质耐火材料有关的物系... 74

4.1.2镁质耐火材料的化学矿物组成及显微结构对性能的影响... 77

4.1.3镁质原料... 82

4.1.4镁砖生产工艺... 83

4.1.5镁质耐火材料的显微结构与性能... 84

4.2 镁铬质耐火材料... 84

4.2.1镁铬质耐火原料... 85

4.2.2镁铬质耐火制品... 85

4.2.3镁铬砖的六价铬污染及对策... 87

4.3 镁铝尖晶石质耐火材料... 88

4.3.1方镁石-尖晶石耐火材料... 89

4.3.2刚玉-尖晶石耐火材料... 92

4.4 白云石质耐火材料... 95

4.4.1与镁钙质耐火材料有关物系的相平衡... 96

4.4.2镁钙质耐火材料的抗水化措施... 97

4.4.3镁钙质耐火制品... 99

4.4.4镁钙质耐火制品的性能... 99

4.5 镁橄榄石质耐火材料... 102

思考题... 103

5 氧化物—碳复合耐火材料... 104

本章要点... 104

5.1 概述... 104

5.2 碳—氧化物复合耐火材料相关物系热力学... 104

5.2.1碳—氧系的化学反应... 104

5.2.2碳—耐火氧化物反应... 109

5.2.3非氧化物—氧的反应... 112

5.3 典型炭素材料的结构及性能... 113

5.3.1 石墨... 113

5.3.2无定形炭... 114

5.4 结合剂... 115

5.4.1沥青... 115

5.4.2树脂... 116

5.4.3其他有机结合剂... 118

5.5 碳复合耐火材料添加剂... 119

5.5.1添加剂与碳的亲和力... 119

5.5.2添加剂与氧的亲和力... 120

5.5.3降低碳损失与降低气孔率... 120

5.5.4提高碳复合耐火材料的强度... 121

5.5.5促进无定形炭的结晶... 121

5.5.6形成保护层提高抗氧化及抗侵蚀能力... 121

5.6 镁碳质耐火材料... 122

5.6.1镁碳质耐火材料的性能... 122

5.6.2原料选取原则... 123

5.6.3镁碳质耐火材料的生产... 124

5.7 镁钙碳质耐火材料... 124

5.7.1镁钙碳质耐火材料的特性... 125

5.7.2镁钙碳质耐火材料的生产工艺及要点... 126

5.8 铝碳质耐火材料... 127

5.8.1铝碳质耐火材料的性能... 128

5.8.2生产铝碳质耐火材料的原料及工艺流程... 128

5.9 铝锆碳质耐火材料... 130

5.9.1铝锆碳质耐火材料用原料特征... 130

5.9.2铝锆碳质耐火材料用锆系原料及特性... 131

5.10 铝镁碳质耐火材料... 132

5.10.1铝镁碳质耐火材料的性能... 132

5.10.2制备铝镁碳质耐火材料的主要原料... 132

5.11 铝碳化硅碳耐火材料... 133

思考题... 133

6 不定形耐火材料... 135

本章要点... 135

6.1 不定形耐火材料的分类方法... 135

6.2 不定形耐火材料的作业性能... 135

6.2.1流动性... 135

6.2.2稠度... 136

6.2.3铺展性... 136

6.2.4凝结性... 136

6.2.5硬化性... 136

6.2.6可塑性... 137

6.2.7触变性... 137

6.2.8和易性... 137

6.3 不定形耐火材料的粒度级配与颗粒形状... 138

6.4 不定形耐火材料的结合剂... 138

6.4.1不定形耐火材料结合剂的分类... 138

6.4.2铝酸钙水泥... 139

6.4.3ρ-Al2O3结合剂... 142

6.4.4磷酸及磷酸盐结合剂... 143

6.4.5水玻璃结合剂... 145

6.4.6硫酸盐和氯化物结合剂... 148

6.4.7软质黏土结合剂... 149

6.4.8硅酸乙酯结合剂... 150

6.4.9氧化硅微粉结合剂... 151

6.4.10硅溶胶结合剂... 152

6.4.11有机结合剂... 153

6.5 不定形耐火材料的外加剂... 154

6.5.1减水剂... 154

7.5.2促凝剂与缓凝剂... 155

6.6 浇注耐火材料... 157

6.6.1浇注料的生产过程... 158

6.6.2铝-镁质浇注料... 159

6.6.3Al2O3-SiC-C系浇注料... 160

6.6.4轻骨料浇注料... 160

6.6.5钢纤维增强浇注料... 161

6.6.6耐酸与耐碱浇注料... 161

6.7 喷射耐火材料... 161

6.7.1干式喷射法... 161

6.7.2湿式喷涂法... 162

6.7.3喷射耐火材料... 162

6.8 可塑料... 163

6.9 捣打料... 164

6.10 干式料... 164

6.10.1刚玉、硅酸铝质与铝-镁质干式料... 165

6.10.2碱性干式料... 165

6.11 挤压料... 166

6.11.1炮泥... 166

6.11.2压注料... 168

6.12 耐火涂料... 168

6.12.1中间包涂料... 168

6.12.2热辐射涂料... 169

6.12.3防氧化涂料... 169

6.12.4其他品种涂料... 169

6.13 耐火泥浆... 170

6.13.1硅质泥浆... 170

6.13.2硅酸铝质耐火泥浆... 170

6.13.3碱性耐火泥浆... 171

6.13.4碳化硅泥浆与炭质泥浆... 171

思考题... 171

7 特种耐火材料... 173

本章要点... 173

7.1 特种耐火材料概论... 173

7.1.1特种耐火材料定义和分类... 173

7.1.2特种耐火材料性能... 174

7.2 氧化物制品... 176

7.2.1氧化物制品概述... 176

7.2.2氧化铝制品... 177

7.2.3氧化锆制品... 183

7.3 非氧化物制品... 191

7.3.1非氧化物制品概述... 191

7.3.2碳化硅制品... 192

7.3.3氮化硅制品... 197

7.4 金属陶瓷... 202

7.4.1金属陶瓷概述... 202

7.4.2氧化物基金属陶瓷制品... 204

7.4.3硼化物基金属陶瓷制品... 206

7.4.4碳化物基金属陶瓷制品... 206

7.4.5碳氮化物基金属陶瓷... 208

思考题... 209

8隔热耐火材料... 210

本章要点... 210

8.1 隔热耐火材料的分类... 210

8.1.1 按化学矿物组成分类... 210

8.1.2 按使用温度分类... 210

8.1.3 按存在形态分类... 210

8.1.4 按结构特点分类... 211

8.2 隔热耐火材料的隔热原理与影响因素... 212

8.3 多孔隔热耐火制品... 214

8.3.1 隔热耐火制品的制造方法... 214

8.3.2 隔热耐火制品的性质... 215

8.4 纤维状隔热材料与制品... 220

8.4.1 非晶质硅酸铝质纤维... 220

8.4.2 晶质耐火纤维（多晶纤维）... 223

8.4.3 隔热耐火纤维制品... 224

8.5 纤维隔热耐火材料存在的问题与发展... 226

思考题... 226

9 熔铸耐火材料... 227

本章要点... 227

9.1 熔铸耐火材料的显微结构与性能... 227

9.2 熔铸耐火材料生产的工艺过程... 229

9.2.1 原料准备... 229

9.2.2 熔炼... 229

9.2.3 浇铸... 230

9.2.4 铸件的凝固与退火... 230

9.3 熔铸耐火材料制品... 231

9.3.2熔铸ZrO2耐火制品... 233

9.3.3.熔铸氧化铝耐火材料... 234

思考题... 234

10 用后耐火材料和固废的利用... 235

本章要点... 235

10.1 用后耐火材料的资源化... 235

10.1.1 用后耐火材料的资源化过程... 237

10.1.2 用后耐火材料的再利用... 239

10.2 废渣的资源化利用... 242

10.2.1 钛铁渣的利用... 242

10.2.2 铝铬渣的利用... 243

思考题... 245

参考文献... 246