耐火材料的種類、性質(zhì)以及礦物組成有哪些？

耐火材料種類及特性 

根據(jù)化學(xué)礦物組成，耐火材料可分為四種，即硅質(zhì)耐火材料(SiO2≥93%)，硅酸鋁質(zhì)耐火材料；鎂質(zhì)耐火材料(MgO為主)，其他耐火材料。

根據(jù)化學(xué)性質(zhì)，耐火材料可分為三種，即酸性耐火材料；堿性耐火材料；中性耐火材料。

硅質(zhì)耐火材料：常用的硅磚含SiO2≥93%，它是由天然的石英或石英砂加工而制成，SiO2呈酸性，因此，硅磚是強(qiáng)酸性耐火材料。 硅酸鋁質(zhì)耐火材料：以Al2O3和Si02為主要成分。它一般分為三種，即半硅磚(主要成分為Si02，A1203僅占15~30％)；粘土耐火磚(Si02為45—65％，A1203為35—48％)；高鋁耐火磚(Al2O3大于48％)。其中粘土耐火磚足鑄造化鐵爐常用的一種耐火材料，這種耐火磚的原料范藏量大，制作簡單，成本低，它的耐火度在1600℃以上，抗急冷急熱性能比其嚴(yán)耐火磚都好。

鎂質(zhì)耐火材料：以MgO為主要成分，這種材料呈堿性，故用于堿性化鐵爐，它的耐火度較高，在2000℃以上。

其他耐火材料：鉻鐵礦質(zhì)耐火材料、碳質(zhì)耐火材料等，均屬中性材料。       

常用耐火材料的主要性質(zhì)有以下幾個(gè)方面：耐火度，顯氣孔率、抗折強(qiáng)度、重?zé)€變化率等。

耐火度

耐火度是耐火材料在不加載荷時(shí)的軟化溫度。制品的耐火度主要取決于它的礦物組成、易熔雜質(zhì)的數(shù)量、礦物相互結(jié)合情況和各組分的擴(kuò)散程度。碳磚的耐火度可達(dá)2000℃以上。鎂磚中高熔點(diǎn)方鎂石數(shù)量達(dá)87%以上，其耐火度可超過2000℃。

耐火材料在使用過程中經(jīng)常處于載荷壓力下。碳磚在高溫下工作不會(huì)發(fā)生變形。黏土磚的荷重軟化點(diǎn)較低，高鋁磚的荷重軟化溫度高于黏土磚。

顯氣孔率

耐火材料的氣孔分布在粗顆粒、結(jié)合劑中及粗顆粒與結(jié)合劑之間，它的存在提高了耐火材料的隔熱性能而降低了耐火材料的抗侵蝕性。鎂磚的顯氣孔率在140/～20%范圍內(nèi)，高鋁磚可達(dá)18%～23%，黏土磚的氣孔率較高，在18%～26%范圍內(nèi)。增加成型壓力和增加燒結(jié)溫度都可以減少制品的氣孔率。(4)常溫耐壓強(qiáng)度

在室溫下，用壓力試驗(yàn)機(jī)以規(guī)定的速率對(duì)規(guī)定尺寸的耐火制品試樣加載荷，直至試樣破碎，并根據(jù)所記錄的大載荷和試樣承受載荷的面積計(jì)算常溫耐壓強(qiáng)度。耐火制品的常溫耐壓強(qiáng)度一般都大于30MPa。

耐火制品的耐壓強(qiáng)度主要取決于原料顆粒本身的強(qiáng)度、顆粒相互黏結(jié)的牢固性、氣孔的數(shù)量和存在形式、加入結(jié)合劑結(jié)合能力的大小。

耐火制品的抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度之間的關(guān)系如下：

戶折一(O-2-0.3)戶壓戶拉一(0.12-0.16)戶壓隨耐火制品氣孔尺寸及氣孔率的增加抗折強(qiáng)度降低。強(qiáng)度隨溫度的升高而變化。加熱至1200℃，鎂質(zhì)耐火材料的強(qiáng)度變化不大，進(jìn)一步提高溫度，強(qiáng)度下降。在1200～1300℃，硅質(zhì)耐火材料的強(qiáng)度約是常溫強(qiáng)度的85%。

重?zé)€變化

重?zé)€變化是耐火材料體積穩(wěn)定性的指標(biāo)。是指耐火制品在規(guī)定溫度下保溫一定時(shí)間后，冷卻到室溫所產(chǎn)生的殘存膨脹或收縮。

在一定條件下，殘余膨脹危害較小。適當(dāng)?shù)臍堄嗯蛎浛墒蛊隹p彌合，提高砌體壽命，但過大的膨脹將使砌體形狀破壞，砌體崩塌。過大的殘余收縮會(huì)使砌體的磚縫增大，影響砌體的整體性，甚至使砌體倒塌。

各種耐火制品允許的重?zé)w積變化一般不超過0.5%～1.O%。(6)熱震穩(wěn)定性

燒成耐火制品抵抗溫度急劇變化的能力，稱為熱震穩(wěn)定性，以耐火制品經(jīng)受1100℃至室溫的急冷急熱次數(shù)作為量度。耐火制品的熱震穩(wěn)定性與制品的熱膨脹性、導(dǎo)熱性、彈性模量、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有關(guān)。

耐火材料的礦物種類和組成

一、耐火材料中礦物的種類

礦物是指由相對(duì)固定的化學(xué)組分構(gòu)成的有確定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和一定物理性質(zhì)的單質(zhì)或化合物。它們?cè)谝欢ㄎ锢砘瘜W(xué)條件下穩(wěn)定。耐火材料是礦物的組成體。這些礦物皆為固態(tài)晶體，且多為由氧化物或其復(fù)合鹽類構(gòu)成。其中，除部分礦物是前述高熔點(diǎn)單一氧化物或其他化合物呈穩(wěn)定結(jié)晶體構(gòu)成的以外，還有由復(fù)合氧化物構(gòu)成的高熔點(diǎn)礦物。其中主要有由鋁酸鹽、鉻酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、鈦酸鹽和鋯酸鹽構(gòu)成的礦物。另外，許多耐火材料中還有少量非晶質(zhì)的玻璃相。僅有少數(shù)耐火材料是完全由非晶質(zhì)的玻璃構(gòu)成的。

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二、耐火材料中礦物的聚集狀態(tài)

耐火材料在常溫下除少數(shù)外，都是由單相或多相多晶體，或多晶體同玻璃相共同構(gòu)成的集合體。許多耐火材料中還含有氣孔。若耐火材料的化學(xué)組成相同，而其中存在的晶體和玻璃相等物相種類、性質(zhì)、數(shù)量、晶粒形狀和大小、分布和結(jié)合狀態(tài)等不同，則這些耐火材料性質(zhì)的劣可能差別很大。

根據(jù)耐火材料中構(gòu)成相的性質(zhì)、所占比重和對(duì)材料技術(shù)性質(zhì)的影響，分為主晶相、次晶相和基質(zhì)。

1、主晶相

主晶相是指構(gòu)成材料結(jié)構(gòu)的主體，熔點(diǎn)較高，對(duì)材料的性質(zhì)起支配作用的一種晶相。耐火材料主晶相的性質(zhì)、數(shù)量、其分布和結(jié)合狀態(tài)直接決定制品的性質(zhì)。許多耐火制品，如莫來石磚、剛玉磚、方鎂石磚、尖晶石磚、碳化硅耐火制品，等等，皆以其主晶相命名。

2、次晶相

次晶相又稱第二晶相或第二固相，是指耐火材料中在高溫下與主晶相和液相并存的，一般其數(shù)量較少和對(duì)材料高溫性能的影響較主晶相為小的第二種晶相。如以方鎂石為主晶相的鎂鉻磚、鎂鋁磚、鎂硅磚和鎂鈣磚等分別含有的鉻尖晶石、鎂鋁尖晶石、鎂橄欖石和硅酸二鈣等皆為次晶相。耐火材料中次晶相的存在對(duì)耐火材料的結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)高熔點(diǎn)晶相間的直接結(jié)合，從而對(duì)其抵抗高溫作用也往往有所裨益。與普通鎂磚相比，上述耐火制品中這些次晶相的存在，使制品的荷重軟化溫度都有所提高。許多依礦物組成命名的耐火材料，如莫來石剛玉磚、剛玉莫來石磚，就是以其主晶相和次晶相復(fù)合命名的。前者為主晶相，后者為次晶相。

3、基質(zhì)

基質(zhì)是指在耐火材料大晶體間隙中存在的，或由大晶體嵌入其中的那部分物質(zhì)，也可認(rèn)為是大晶體之間的填充物或膠結(jié)物。對(duì)由一些骨料組成的耐火材料而言，其間的填充物也稱為基質(zhì)。

基質(zhì)既可由細(xì)微結(jié)晶體構(gòu)成，也可由玻璃相構(gòu)成，或由兩者的復(fù)合物構(gòu)成。如鎂磚、鎂鉻磚、鎂鋁磚等堿性耐火材料中的基質(zhì)是由結(jié)晶體構(gòu)成；硅磚、硅酸鋁質(zhì)耐火材料中的基質(zhì)多是由玻璃相構(gòu)成。

基質(zhì)是主晶相或主晶相和次晶相以外的物相，往往含有主成分以外的全部或大部分雜質(zhì)在內(nèi)。因此，這些物相在高溫下易形成液相，從而使制品易于燒結(jié)，但有損于主晶相間的結(jié)合，危害耐火材料的高溫性質(zhì)。當(dāng)基質(zhì)在高溫下形成液相的溫度低、液相的粘度低和數(shù)量較多時(shí)，耐火制品的生產(chǎn)和其性質(zhì)，實(shí)質(zhì)上受基質(zhì)所控制。欲提高耐火材料的質(zhì)量，須提高耐火材料基質(zhì)的質(zhì)量，減少基質(zhì)的數(shù)量，改善基質(zhì)的分布，使其在耐火材料中由連續(xù)相孤立為非連續(xù)相。

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