耐火材料工藝學(xué)講義.ppt

耐火材料工藝學(xué),課程意義,耐火材料是冶金、建材、化工、機(jī)械等工業(yè)高溫窯爐及物件的重要基礎(chǔ)材料。了解它們的性能及選用合適的耐火材料對(duì)于生產(chǎn)控制及降低成本有重要的意義。本課程介紹常用耐火材料的基本性能，應(yīng)用范圍以及易懂的生產(chǎn)工藝與原料知識(shí)。這門課程是從事涉及耐火材料生產(chǎn)、研究、應(yīng)用和貿(mào)易的人員的必修之課，其重要性不言而喻。,緒論,一、耐火材料的定義傳統(tǒng)的定義：耐火度不小于1580的無機(jī)非金屬材料；ISO的定義：耐火度不小于1500的非金屬材料及制品；,歷史悠久5000年前出現(xiàn)了陶器；2000年前有了瓷器；后來，開始使用天然原料，如硅線石磚；1637年，石墨粘土坩鍋投入使用。,二、耐火材料的發(fā)展概況,3）改革開放以后，隨著鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展，耐火材料行業(yè)快速發(fā)展起來；2004年統(tǒng)計(jì)，全國有1136家耐火材料生產(chǎn)企業(yè)2005年統(tǒng)計(jì)，全國有1359家耐火材料生產(chǎn)企業(yè)2006年統(tǒng)計(jì)，全國有1505家耐火材料生產(chǎn)企業(yè),中國耐火材料工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展,1）解放前,幾乎都要進(jìn)口,只有幾家手工小廠生產(chǎn)粘土磚;,2）計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代中國耐火材料由33家重點(diǎn)企業(yè)扶持；,中國耐火材料產(chǎn)量,一方面，連鑄比的提高和冶煉技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致噸鋼耐火材料消耗下降；另一方面，鋼產(chǎn)量增加使得2002年以后中國耐火材料產(chǎn)量呈上升趨勢(shì)。2002年、2004年和2006年，中國粗鋼產(chǎn)量分別為：1.8、2.8和4.1億噸；2007年在4.9億噸左右。另外，水泥工業(yè)的快速發(fā)展，也帶動(dòng)了耐火材料用量的大幅度增加。,2003年突破7億噸，2006年，12.2億噸，2007年突破13.5億噸,19942004年鋼產(chǎn)量與耐火材料單耗,19942004年水泥產(chǎn)量、耐火材料需求量及耐火材料單耗,中國耐火材料的發(fā)展歷程手工制品普通耐火材料制品“三高”耐火材料制品不定形耐火材料，碳復(fù)合耐火材料功能化耐火材料,潔凈鋼的生產(chǎn)對(duì)耐火材料提出了更高的要求，除了要求長壽以外，還要求對(duì)鋼水無污染；,存在的問題和今后的發(fā)展,鋼鐵工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，耐火材料生產(chǎn)廠家面臨更大的成本壓力；,我國是鋼鐵生產(chǎn)大國，也是耐火材料需求大國。全國僅冶金企業(yè)年耗耐火材料價(jià)值達(dá)300多億元耐火材料資源消耗大耐火材料能源消耗大耐火材料污染,中國耐火材料企業(yè)的研發(fā)力量有待加強(qiáng)。不能僅僅作為一個(gè)加工基地；,加強(qiáng)耐火材料應(yīng)用基礎(chǔ)研究（體系）Al2O3-SiO2系耐火材料碳復(fù)合耐火材料堿性耐火材料非氧化物耐火材料應(yīng)注意可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。如：礦山的管理、耐火材料的回收利用、環(huán)境友好耐火材料的使用；,三、耐火材料的分類,耐火材料的分類方法很多，其中主要有化學(xué)屬性分類法、化學(xué)礦物組成分類法、生產(chǎn)工藝和使用部位分類法、材料形態(tài)分類法等多種方法,1、按化學(xué)屬性分類酸性耐火材料中性耐火材料堿性耐火材料,硅質(zhì)耐火材料中游離二氧化硅含量很高(大于94%)，是酸性最強(qiáng)的耐火材料；粘土質(zhì)耐火材料與硅質(zhì)耐火材料相比，游離二氧化硅含量較少，是弱酸性的；半硅質(zhì)耐火材料居于期間。也有將鋯英石質(zhì)耐火材料和碳化硅質(zhì)耐火材料歸入酸性耐火材料的，因?yàn)榇祟惒牧现泻休^高的SiO2或在高溫狀態(tài)下能轉(zhuǎn)變?yōu)镾iO2。對(duì)酸性介質(zhì)的侵蝕具有較強(qiáng)的抵抗能力,酸性耐火材料是指其中含有一定數(shù)量二氧化硅的耐火材料。,中性耐火材料中性耐火材料按嚴(yán)格意義講是指碳質(zhì)耐火材料。通常也將以三價(jià)氧化物為主體的高鋁質(zhì)、剛玉質(zhì)、鋯剛玉質(zhì)、鉻質(zhì)耐火材料歸入中性耐火材料。因?yàn)榇祟惒牧虾休^多量的兩性氧化物如Al2O3、Cr2O3等。此類耐火材料在高溫狀況下對(duì)酸、堿性介質(zhì)的化學(xué)侵蝕都具有一定的穩(wěn)定性，尤其對(duì)弱酸、弱堿的侵蝕具有較好的抵抗能力。,堿性耐火材料一般是指以MgO、CaO或以MgOCaO為主要成分的耐火材料，如鎂質(zhì)、石灰質(zhì)、鎂鉻質(zhì)、鎂硅質(zhì)、白云石質(zhì)耐火制品及其不定形材料。鎂質(zhì)、石灰質(zhì)、白云石質(zhì)耐火材料為強(qiáng)堿性耐火材料；鎂鉻質(zhì)、鎂硅質(zhì)及尖晶石質(zhì)耐火材料為弱堿性耐火材料。這類耐火材料的耐火度都比較高，對(duì)堿性介質(zhì)的化學(xué)侵蝕具有較強(qiáng)的抵抗能力。,硅質(zhì)耐火材料、鎂質(zhì)耐火材料、白云石質(zhì)火材料、鉻質(zhì)火材料、碳質(zhì)火材料、鋯質(zhì)火材料和特種火材料,2.按化學(xué)礦物組成分類,鎂質(zhì)耐火材料：指以鎂砂為主要原料，以方鎂石為主晶相，MgO含量大于80%的堿性耐火材料。通常依其化學(xué)組成不同分為：鎂質(zhì)制品：MgO含量87%，主要礦物為方鎂石；鎂鋁質(zhì)制品：含MgO75%，Al2O3一般為7-8%，主要礦物成分為方鎂石和鎂鋁尖晶石（MgOAl2O3）；鎂鉻質(zhì)制品：含MgO60%，Cr2O3一般在20%以下，主要礦物成分為方鎂石和鉻尖晶石；鎂鈣質(zhì)制品：主要礦物成分除方鎂石外還含有一定量的硅酸二鈣。,硅質(zhì)耐火材料：含SiO2在90%以上的材料通常稱為硅質(zhì)耐火材料，主要包括硅磚及熔融石英制品。硅磚以硅石為主要原料生產(chǎn)，其SiO2含量一般不低于94%，主要礦物組成為磷石英和方石英；,碳復(fù)合耐火材料：碳復(fù)合耐火材料是指以不同形態(tài)的碳素材料與相應(yīng)的耐火氧化物復(fù)合生產(chǎn)的耐火材料。一般而言，碳復(fù)合材料主要包括鎂碳制品、鎂鋁碳制品、鋯碳制品、鋁碳制品等。,白云石質(zhì)耐火材料：以天然白云石為主要原料生產(chǎn)的堿性耐火材料稱為白云石質(zhì)耐火材料。主要化學(xué)成分為30-42%的MgO和40-60%的CaO，二者之和一般應(yīng)大于90%。其主要礦物成分為方鎂石和方鈣石（氧化鈣）。,特種耐火材料：上述分類所不能包括的材料，此類材料除其化學(xué)組成比較特殊，不宜歸類到上述類別中外，通常它們還具有各自的較為突出的特點(diǎn)，如優(yōu)良的熱震穩(wěn)定性、抗渣性等，利用這些特點(diǎn)往往用于特定的使用條件,含鋯耐火材料：含鋯耐火材料是指以氧化鋯（ZrO2），鋯英石等含鋯材料為原料生產(chǎn)的耐火材料。含鋯耐火材料制品通常包括鋯英石制品、鋯莫來石制品、鋯剛玉制品等。,3、根據(jù)耐火度的高低普通耐火材料：15801770高級(jí)耐火材料：17702000特級(jí)耐火材料：2000,4、依據(jù)外觀形狀及尺寸的不同定型耐火制品：包括標(biāo)型磚、異型磚、特異型磚、坩堝、管、器皿及其它形狀復(fù)雜的制品等；不定型耐火材料：包括澆注料、搗打料、投射料、噴涂料、可塑料等耐火泥漿。,5、按照生產(chǎn)工藝燒成制品、熔鑄制品和不燒制品,三、耐火材料生產(chǎn)的基本工藝,本課程學(xué)要了解和掌握的內(nèi)容,什么是耐火材料；不同耐火材料制品的組成、性能和相關(guān)檢測(cè)方法；不同品種的耐火材料生產(chǎn)的工藝要點(diǎn)和流程；相關(guān)的物理化學(xué)原理；耐火材料損毀機(jī)理及提高耐火材料質(zhì)量的途徑；耐火材料的應(yīng)用；,第一章耐火材料的組織結(jié)構(gòu)與性能,耐火材料是構(gòu)筑熱工設(shè)備的高溫結(jié)構(gòu)材料，面臨：承受高溫作用；機(jī)械應(yīng)力；熱應(yīng)力；高溫氣體；熔體以及固體介質(zhì)的侵蝕、沖刷、磨損。為了保證熱工設(shè)備的正常運(yùn)行，所選用的耐火材料必須具備能夠滿足和適應(yīng)各種使用環(huán)境和操作條件。,耐火材料的性質(zhì)主要包括化學(xué)-礦物組成、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)及高溫使用性質(zhì)等。,通常按照熱工設(shè)備的工作性質(zhì)與操作環(huán)境，來研制、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)或選擇能適應(yīng)操作環(huán)境、滿足使用要求的耐火材料,各國的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有所不同，由于實(shí)驗(yàn)室條件下的檢驗(yàn)和實(shí)際有一定的差距；實(shí)驗(yàn)室的檢驗(yàn)結(jié)果僅起到預(yù)測(cè)作用蘇聯(lián)：TOCT日本：JIS（JapaneseIndustrialStandards）英國：BSI（BritishStandardsInstitution）美國：ASTM（AmericanSocietyofTestingMaterials）中國：GB,耐火材料的化學(xué)成分、礦物組成及微觀結(jié)構(gòu)決定了耐火材料的性質(zhì)；,化學(xué)組成化學(xué)組成是耐火材料最基本的特性，是決定耐火材料的物相組成以及很多重要性質(zhì)如抗渣侵蝕性能、耐高溫性能、力學(xué)性能等的重要基礎(chǔ)。,1.1耐火材料的化學(xué)-礦物組成,根據(jù)含量分：主成分、雜質(zhì)成分、添加成分,添加成分耐火材料的化學(xué)組成中除主要成分和雜質(zhì)成分外有時(shí)為了制作工藝的需要或改善某些性能往往人為地加入少量的添加成分，引入添加成分的物質(zhì)稱為添加劑。引入添加成分的物質(zhì)稱為添加劑。按照添加劑的目的和作用不同可分為礦化劑、穩(wěn)定劑、促燒劑、促凝劑等。,主成分是指在耐火材料中對(duì)材料的性質(zhì)起決定作用并構(gòu)成耐火材料基體的成分。耐火材料按其主成分的化學(xué)性質(zhì)可分為酸性耐火材料、中性耐火材料和堿性耐火材料。,雜質(zhì)成分耐火材料中由原料及加工過程中帶入的非主要成分的化學(xué)物質(zhì)（氧化物、化合物等）稱為雜質(zhì)。雜質(zhì)的存在往往能與主要成分在高溫下發(fā)生反應(yīng)，生成低熔性物質(zhì)或形成大量的液相，從而降低耐火材料基體的耐火性能，故也稱之為熔劑。,基質(zhì)：填充于主晶相之間的不同成分的結(jié)晶礦物（次晶相）和玻璃相統(tǒng)稱為，也稱為結(jié)合相。基質(zhì)的組成和形態(tài)對(duì)耐火制品的高溫性質(zhì)和抗侵蝕性能起著決定性的影響。,礦物組成,礦物組成可分為兩大類：結(jié)晶相與玻璃相，其中結(jié)晶相又分為主晶相和次晶相。,主晶相：是指構(gòu)成耐火制品結(jié)構(gòu)的主體而且熔點(diǎn)較高的結(jié)晶相主晶相的性質(zhì)、數(shù)量、結(jié)合狀態(tài)直接決定著耐火制品的性質(zhì)；,次晶相：又稱第二固相，是在高溫下與主晶相共存的第二晶相。,耐火制品的顯微組織結(jié)構(gòu)表征的是耐火材料中主晶相與基質(zhì)間的結(jié)合形態(tài)。耐火材料主晶相與基質(zhì)的結(jié)合形態(tài)有兩種：陶瓷結(jié)合與直接結(jié)合。,1.2耐火材料的顯微結(jié)構(gòu),陶瓷結(jié)合：又稱為硅酸鹽結(jié)合，其結(jié)構(gòu)特征是耐火制品主晶相之間由低熔點(diǎn)的硅酸鹽非晶質(zhì)和晶質(zhì)聯(lián)結(jié)在一起而形成結(jié)合。直接結(jié)合：是指耐火制品中，高熔點(diǎn)的主晶相之間或主晶相與次晶相間直接接觸產(chǎn)生結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)的一種結(jié)合。,陶瓷結(jié)合,直接結(jié)合,耐火材料（或耐火制品）中氣孔體積與總體積之比稱為氣孔率。耐火材料中的氣孔可分為三類：開口氣孔（顯氣孔）、貫通氣孔、封閉氣孔。,1.3耐火材料的常溫物理性質(zhì),氣孔率,其中：Pa為顯氣孔率V1為制品中開口氣孔的體積V0為制品的總體積，即試樣外表面圍成的體積亦稱表觀體積。,氣孔產(chǎn)生的原因：,1）原料中的氣孔（原料沒有燒好）；2）制品成型時(shí)，顆粒間的氣孔；,表示方法：,其中：Pa顯氣孔率，m1干燥試樣的質(zhì)量，m2飽和試樣懸浮在液體中的質(zhì)量，m3飽和試樣在空氣中的質(zhì)量。,測(cè)量顯氣孔率（GB/T2997-2000）：,吸水率是指耐火制品中全部開口氣孔吸滿水時(shí)，制品所吸收水的重量與制品重量之比。吸水率實(shí)質(zhì)上是反映制品中開口氣孔量的一個(gè)指標(biāo)。W=G1/G*100%式中G干燥式樣質(zhì)量G1試樣開口氣孔中吸滿的水的質(zhì)量W吸水率,粒狀（大于2.0mm）耐火材料吸水率的測(cè)定，按照GB/T2999-2002,測(cè)定意義：判斷原料或制品質(zhì)量的好壞、燒結(jié)與否、是否致密。同時(shí)可以預(yù)測(cè)耐火材料的抗渣性、透氣性能和熱震穩(wěn)定性能。,（2）吸水率,耐火制品單位表觀體積的質(zhì)量稱為體積密度，表示干燥制品的質(zhì)量與其總體積之比，通常用kg/m3或g/cm3表示。式中：Db為體積密度（g/cm3）G為干試樣質(zhì)量gVb為試樣表觀體積cm3,GB/T2997-2000,式中b體積密度，ing試樣溫度下，浸漬液體的密度，其他符號(hào)同上,（3）體積密度,耐火材料的質(zhì)量與其真體積（即不包括氣孔體積）之比，稱為真密度，通常也用g/cm3來表示。式中：Dt為真密度（g/cm3）G為干試樣質(zhì)量gVt為試樣真體積cm3真比重的概念：單位體積耐火材料的重量與4單位體積水的重量之比值。,（4）真密度與真比重,從數(shù)值上來說，真密度和真比重是相等的,式中：Q為氣體透過的數(shù)量（升）；d為式樣的厚度（米）；A為試樣的橫截面積（平方米）；t為氣體透過時(shí)間（小時(shí)）；P1-P2為試樣兩端氣體壓力差（毫米水柱）；K為透氣度系數(shù)，也稱透氣率（升米/米2毫米水柱小時(shí)）,（5）透氣度,透氣度是表示氣體通過耐火制品難易程度的特征值，其物理意義是在一定時(shí)間內(nèi)和一定壓差下氣體透過一定斷面和厚度的氣體的量：,1.4耐火材料的熱學(xué)性質(zhì)和導(dǎo)電性,耐火材料的體積或長度隨著溫度的升高而增大的物理性質(zhì)稱為熱膨脹。耐火材料的熱膨脹可以用線膨脹系數(shù)或體膨脹系數(shù)表示，也可以用線膨脹百分率或體積膨脹百分率表示。膨脹系數(shù)是指耐火材料由室溫加熱至試驗(yàn)溫度的區(qū)間內(nèi)，溫度每升高1，試樣體積或長度的相對(duì)變化率。,（1）熱膨脹,耐火材料作為構(gòu)筑熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料，常常在溫度變化條件下使用。因此，耐火材料的熱膨脹既是其重要的使用性能，也是工業(yè)窯爐等高溫?zé)峁ぴO(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。,測(cè)定：按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7320.1-2000(頂桿法)GB/T7320.2-2000(望遠(yuǎn)鏡法),熱膨脹率的意義：窯爐設(shè)計(jì)的重要參數(shù)、預(yù)留膨脹縫的依據(jù)，可間接判斷耐材熱震穩(wěn)定性能，為什么留膨脹縫？,堿性耐火材料的熱膨脹系數(shù)比酸性耐火材料大；鍵強(qiáng)度高的材料具有低的熱膨脹系數(shù)（如SiC）；組成相同的材料，晶體結(jié)構(gòu)不同，其熱膨脹系數(shù)也不同；加熱過程中，存在多晶轉(zhuǎn)變的材料，其熱膨脹系數(shù)也要發(fā)生相應(yīng)的變化（鱗石英、方石英）。,耐火材料的熱膨脹性能取決于它的化學(xué)礦物組成，且與耐火材料中結(jié)晶相的晶體結(jié)構(gòu)及鍵強(qiáng)度密切相關(guān)。通常：,其中：導(dǎo)熱率，單位：焦?fàn)?米秒K（W/mK）；Qt時(shí)間沿x軸方向穿過F截面上的熱量（焦耳）；沿x軸方向的溫度梯度（Km-1）。,耐火材料的導(dǎo)熱率是指單位溫度梯度下，單位時(shí)間內(nèi)通過單位垂直面積的熱量，用表示：,（2）熱導(dǎo)率,耐火材料中所含的氣孔對(duì)其導(dǎo)熱率的影響最大。一般來說，在一定的溫度范圍內(nèi)，對(duì)一定范圍的氣孔率，氣孔率越大，導(dǎo)熱率越低。耐火材料的化學(xué)礦物組成對(duì)材料的導(dǎo)熱率也有明顯影響。晶體中的各種缺陷、雜質(zhì)以及晶粒界面都會(huì)引起格波的散射，也等效于聲子平均自由程的減小，從而降低熱導(dǎo)率。,測(cè)定：按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17106-1997(平行熱線法)或GB/T5990-1986(十字熱線法),熱容也稱比熱容是耐火材料的一個(gè)重要熱學(xué)性質(zhì)，它是表示材料受熱后溫度升高情況的參數(shù)。任何物質(zhì)受熱后溫度都要升高，但不同的物質(zhì)溫度升高1所需要的熱量不同，工程上用在常壓下加熱1公斤物質(zhì)升高1所需要的熱量（以KJ計(jì)）來表示和衡量這一性質(zhì)，稱為熱容。,工程上所用的平均熱容是指從溫度T1到T2所吸收的熱量的平均值。平均熱容是比較粗略的，溫度范圍越大，精度越差，應(yīng)用時(shí)要特別注意使用的溫度范圍。,（3）熱容,耐火材料通常在室溫下是電的不良導(dǎo)體，隨溫度升高，電阻減小，導(dǎo)電性增強(qiáng)。若將材料加熱至熔融狀態(tài)，則會(huì)呈現(xiàn)較強(qiáng)的導(dǎo)電能力。某些耐火材料具有導(dǎo)電性，如含碳耐火制品具有導(dǎo)電性，而二氧化鋯制品在高溫下也具有較好的導(dǎo)電性，可以作為高溫下的發(fā)熱體。,（4）導(dǎo)電性,判斷耐火材料力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)通常包括耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、耐磨性、彈性模量及高溫蠕變等。,1.5耐火材料的力學(xué)性質(zhì),耐火材料的力學(xué)性質(zhì)是指制品在不同條件下的強(qiáng)度等物理指標(biāo)，是表征耐火材料抵抗不同溫度下外力造成的形變和應(yīng)力而不破壞的能力。,式中Cs耐火制品的耐壓強(qiáng)度，單位：MPa；P試樣破壞時(shí)所承受的極限壓力，牛頓；A試樣承受載荷的面積，平方毫米。,（1）耐壓強(qiáng)度,耐火材料的耐壓強(qiáng)度包括常溫耐壓強(qiáng)度和高溫耐壓強(qiáng)度，分別是指常溫和高溫條件下，耐火材料單位面積上所能承受的最大壓力，以牛頓/毫米2（或MPa）表示?？砂聪率接?jì)算：,耐壓強(qiáng)度指標(biāo)通常可以反映生產(chǎn)中工藝制度的變動(dòng)。常溫耐壓強(qiáng)度表明制品的成型坯料加工質(zhì)量、成型坯體結(jié)構(gòu)的均一性及磚體燒結(jié)情況良好。因此，常溫耐壓強(qiáng)度也是檢驗(yàn)現(xiàn)行工藝狀況和制品均一性的可靠指標(biāo)。高溫耐壓強(qiáng)度則反映了耐火材料在高溫下結(jié)合狀態(tài)的變化。特別是加入一定數(shù)量結(jié)合劑的耐火可塑料和澆注料，由于溫度升高，結(jié)合狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，高溫耐壓強(qiáng)度的測(cè)定更為有用。,測(cè)定致密定形：國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5072-1985或GB/T5072.1-1998(無襯墊仲裁試驗(yàn)),耐火材料的抗折強(qiáng)度包括常溫抗折強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度，分別是指常溫和高溫條件下，耐火材料單位截面積上所能承受的極限彎曲應(yīng)力，以牛頓/毫米2（或MPa）表示。它表征的是材料在常溫或高溫條件下抵抗彎矩的能力，采用三點(diǎn)彎曲法測(cè)量時(shí)，可按下式計(jì)算：,（2）抗折強(qiáng)度,式中：R抗折強(qiáng)度，N/mm2（MPa）；W試樣斷裂時(shí)所施加的最大載荷，N；l試樣底面兩支撐點(diǎn)之間的距離，mm；b上刀口部位試樣的寬度，mm；d上刀口部位試樣的厚度，mm。,當(dāng)材料在高溫下承受小于其極限強(qiáng)度的某一恒定荷重時(shí)，產(chǎn)生塑性變形，變形量會(huì)隨時(shí)間的增長而逐漸增加，甚至?xí)共牧掀茐?，這種現(xiàn)象叫蠕變。根據(jù)施加荷重形式的不同可分如高溫壓縮蠕變、高溫拉伸蠕變、高溫抗折蠕變等。高溫壓縮蠕變的表示方法一般以某一恒定溫度（）和荷重（MPa）條件下，制品的變形量（%）與時(shí)間（h）的關(guān)系曲線即蠕變曲線來表示，也可用某一時(shí)段內(nèi)（如25-50小時(shí)）制品的變形量（%）來表示。,國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5073-2005,（3）高溫蠕變性能,（4）彈性模量材料在其彈性范圍內(nèi)（即符合虎克定律的彈性體），在荷載（應(yīng)力）的作用下，產(chǎn)生變形（應(yīng)變），當(dāng)荷載去除后，材料仍恢復(fù)原來的形狀和尺寸，此時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變的比值稱為彈性模量，也稱楊氏模量。它表示材料抵抗變形的能力，可用下式表示：,式中：E彈性模量；材料所受應(yīng)力；材料相對(duì)長度變化。,材料的彈性模量在一定條件下是一個(gè)定值，即與外力的大小無關(guān)，屬于材料的固有力學(xué)性質(zhì)。從上式可以看出材料的彈性模量愈大在相同的應(yīng)力下應(yīng)變愈小。彈性模量是材料的重要彈性力學(xué)參數(shù)，它是材料中原子間結(jié)合（鍵合）強(qiáng)度的反映，當(dāng)材料受到拉應(yīng)力時(shí)，原子間距加大，隨著荷載的增加原子間距不斷增大。鍵合愈強(qiáng)，使得原子間距增大所需的應(yīng)力愈大，因而材料的彈性模量就較高。,所以,彈性模量的大小是衡量材料在彈性范圍內(nèi)受到應(yīng)力破壞之前所產(chǎn)生的應(yīng)變量，在很大程度上反映了材料的結(jié)構(gòu)特征。彈性模量小的材料可以允許有較大的應(yīng)變而不破壞，反之允許的應(yīng)變量就小，因此彈性模量與材料由于溫度梯度造成的熱應(yīng)力有直接的關(guān)系，也就對(duì)材料的熱震穩(wěn)定性有直接的影響。一般地，材料的彈性模量與其熱震穩(wěn)定性呈反比關(guān)系。,耐火材料制品在各種不同的窯爐中服役時(shí)，長期處于高溫狀態(tài)下。耐火材料耐高溫的性質(zhì)好壞能否滿足各類窯爐工作條件的要求，是材料選用的重要依據(jù)，因此耐火制品的高溫性質(zhì)也是最重要的基本性質(zhì)。,1.6耐火材料的高溫使用性質(zhì),耐火材料在無荷重條件下，抵抗高溫作用而不熔化的性質(zhì)稱為耐火度。與有固定熔點(diǎn)的結(jié)晶態(tài)物質(zhì)不同，耐火材料一般是由多種礦物組成的多相固體混合物，沒有固定的熔點(diǎn)。其熔融是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，當(dāng)對(duì)其加熱升溫至某一溫度時(shí)開始出現(xiàn)液相（即固定的開始熔融溫度），繼續(xù)加熱溫度仍然繼續(xù)升高、液相量也隨之增多，直至升至某一溫度全部變?yōu)橐合啵垂潭ǖ娜廴诮K了溫度），在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，液相與固相同時(shí)存在。,（1）耐火度,耐火度是一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，將被測(cè)制品按一定方法制成截頭三角錐，上底每邊長2mm,下底每邊長8mm,高30mm,截面成等邊三角形。試錐以一定升溫速度加熱，由于其自重的影響而逐漸變形彎倒（達(dá)到某一溫度開始出現(xiàn)液相，溫度繼續(xù)升高液相量逐漸增加,粘度減小，試錐在重力作用逐漸軟化彎倒），當(dāng)其彎倒至頂點(diǎn)與底接觸的溫度，即為試樣的耐火度。,熔點(diǎn)指純物質(zhì)的結(jié)晶相與液湘處于平衡時(shí)的溫度；熔點(diǎn)是一個(gè)物理常數(shù)；,耐火度與熔點(diǎn)的區(qū)別：,意義：評(píng)價(jià)原料純度和難熔程度,高溫荷重軟化溫度在一定程度上能表明耐火制品在與其使用情況相近的條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與變形情況，因而是耐火制品的重要性能指標(biāo)。,（2）高溫荷重軟化溫度,耐火材料的高溫荷重軟化溫度也稱為高溫荷重變形溫度，表示材料在溫度與荷重雙重作用下抵抗變形的能力。,耐火制品的荷重軟化溫度取決于制品的化學(xué)-礦物組成、組織結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)、液相的性質(zhì)、結(jié)晶相與液相的比例及相互作用等。,一般是將被測(cè)制品按一定方法制成高50mm、直徑30mm，上下直徑平行的直圓柱體置于高溫電阻爐中，在0.2MPa的固定載荷下，以一定的升溫速度均勻加熱，測(cè)定試樣壓縮0.6%、4%、40%時(shí)的溫度。試樣壓縮0.6%時(shí)的變形溫度即為試樣的荷重軟化開始溫度，即通常所說的荷重軟化點(diǎn)。4（2mm）變形溫度；40（20mm）潰裂點(diǎn)；,耐火制品荷重軟化溫度的測(cè)定：,化學(xué)礦物組成；生產(chǎn)工藝；體積密度大，荷軟溫度較高。測(cè)定條件；升溫速率快，荷軟溫度較高。,影響荷重軟化溫度的因素：,測(cè)定荷軟的意義：可以作為材料最高的使用溫度。,高溫體積穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)耐火材料質(zhì)量的一項(xiàng)重要物理指標(biāo)，表示耐火材料在高溫下長期使用時(shí)，其外形及體積保持穩(wěn)定不發(fā)生變化的性能。,（3）高溫體積穩(wěn)定性,產(chǎn)生體積變化的原因：一般而言，燒成耐火制品在高溫煅燒過程中，由于各種原因制品在燒成結(jié)束時(shí)，其物理化學(xué)反應(yīng)往往未達(dá)到平衡狀態(tài)；另一方面，制品在燒成過程中由于窯爐溫度分布不均等原因，不可避免地存在欠燒現(xiàn)象，這些燒結(jié)不充分的欠燒制品中，其間的物理化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行得也不充分。因此制品在使用過程中受到高溫長期作用時(shí)，一些物理化學(xué)變化會(huì)繼續(xù)進(jìn)行并伴隨有不可逆的體積變化。,對(duì)于各種不燒耐火制品而言，其間的物理化學(xué)反應(yīng)均在使用過程中進(jìn)行，不可避免地伴隨有不可逆的體積變化。這些不可逆的體積變化稱為殘余膨脹或殘余收縮，也稱重?zé)蛎浕蚴湛s。重?zé)w積變化的大小表征了耐火制品的高溫體積穩(wěn)定性，對(duì)高溫窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工況的穩(wěn)定性具有十分重要的意義。,重?zé)w積變化可用體積變化百分率或線變化百分率表示：式中：V，V0分別表示重?zé)昂笤嚇拥捏w積；L，L0分別表示重?zé)昂笤嚇拥拈L度。高溫體積變化測(cè)定意義：衡量燒結(jié)性能的好壞,耐火材料抵抗溫度急劇變化而不破壞的性能稱為熱震穩(wěn)定性或抗熱沖擊性能。,（4）熱震穩(wěn)定性,高溫窯爐等熱工設(shè)備在運(yùn)行過程中，其運(yùn)行溫度常常發(fā)生變化甚至劇烈的波動(dòng)，如轉(zhuǎn)爐加料出鋼、吹氧過程，鋼包、鐵水包接受鋼水及鐵水的過程，其溫度均會(huì)發(fā)生劇烈變化，作為爐襯，包襯的耐火材料必然也會(huì)受到操作溫度急劇變化的作用。這種溫度的急劇變化常常會(huì)導(dǎo)致耐火材料產(chǎn)生裂紋、剝落、崩裂等結(jié)構(gòu)性的破壞，而影響熱工設(shè)備操作的穩(wěn)定性、安全性和生產(chǎn)的連續(xù)性。,耐火材料的熱震穩(wěn)定性與其熱膨脹率(?。?、導(dǎo)熱率（大）以及彈性模量（大）密切相關(guān)，也與制品的宏觀、微觀組織結(jié)構(gòu)，外形結(jié)構(gòu)及尺寸有關(guān)。,產(chǎn)生熱應(yīng)力的因素：材料的熱膨脹系數(shù)、材料的導(dǎo)熱系數(shù)、緩沖熱應(yīng)力的因素（彈性模量的大小）。,一般而言，耐火制品在溫度變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生體積膨脹或收縮。當(dāng)這種膨脹和收縮受到約束時(shí)，材料內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力稱之為熱應(yīng)力。當(dāng)材料內(nèi)部由于溫度變化而產(chǎn)生的熱應(yīng)力超過制品的強(qiáng)度時(shí)，制品將會(huì)產(chǎn)生開裂、崩落或斷裂。,式中：Q熱應(yīng)力；E彈性模量；熱膨脹系數(shù)；T材料的初始溫度與表面溫度之差；u泊松比。上式表明，材料內(nèi)部的熱應(yīng)力與材料的彈性模量、熱膨脹系數(shù)以及溫度差成正比。當(dāng)熱應(yīng)力達(dá)到材料的強(qiáng)度極限時(shí)也就是材料的強(qiáng)度不足以抵抗熱應(yīng)力時(shí)，制品就會(huì)產(chǎn)生破壞。,熱應(yīng)力可由下式計(jì)算：,從上式可以發(fā)現(xiàn)，在相同的外界升、降溫速率條件下，導(dǎo)熱率高的制品，材料中溫度分布易于均勻，其表層與內(nèi)部的溫度差（溫度梯度）就小，因而產(chǎn)生的熱應(yīng)力相對(duì)較小；反之，導(dǎo)熱率低的材料，其中的溫度分布難以均勻，材料中的溫度梯度大，由此而產(chǎn)生的熱應(yīng)力也大。因此導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，其熱震穩(wěn)定性也相對(duì)較好。,此外，耐火制品的宏、微觀組織結(jié)構(gòu)對(duì)制品的熱震穩(wěn)定性也有一定影響。當(dāng)耐火制品內(nèi)部存在某些細(xì)微缺陷，如微氣孔、微裂紋等，有利于延緩或終止裂紋的擴(kuò)展。采取一定的工藝措施使制品內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋而達(dá)到阻止裂紋擴(kuò)展的目的，是目前普遍采用的提高制品熱震穩(wěn)定性有效措施之一。耐火制品外形結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)的不合理，會(huì)導(dǎo)致制品局部應(yīng)力集中而產(chǎn)生破壞。,由于抗熱震穩(wěn)定性問題的復(fù)雜性（除了彈性模量因素影響以外還有材料的強(qiáng)度、膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、形狀和尺寸等），至今還未能建立一個(gè)十分完善的理論，因此任何試圖改進(jìn)材料抗熱震性能的措施，都必須結(jié)合具體的使用條件和要求，綜合各種因素的影響，同時(shí)必須和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。,目前人們所