馮啟超

摘 要：耐火材料在各行業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用非常廣泛，無(wú)論是傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中的冶金工業(yè)或建材生產(chǎn)，還是在現(xiàn)代化工業(yè)中的航天技術(shù)當(dāng)中，很多工作環(huán)節(jié)都需要在高溫條件下來(lái)完成，而耐火材料的應(yīng)用，正是工業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分。本文圍繞耐火材料進(jìn)行分析，耐火材料的性質(zhì)分類(lèi)，并探討耐火材料的具體應(yīng)用，希望能夠加強(qiáng)耐火材料應(yīng)用的科學(xué)性及合理性。

關(guān)鍵詞：耐火材料 性質(zhì)分類(lèi) 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ175 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）01（c）-0108-02

1 耐火材料的性質(zhì)

1.1 物理性質(zhì)

1.1.1 結(jié)構(gòu)性質(zhì)

（1）吸水率：材料上所有的開(kāi)口氣孔吸收水的質(zhì)量與材料干燥時(shí)的質(zhì)量比即為材料本身的吸水率，通常情況下，會(huì)使用吸水率對(duì)原材料的煅燒質(zhì)量進(jìn)行判斷，可以說(shuō)，原材料的吸水率會(huì)隨著煅燒質(zhì)量的提升而降低，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是，原材料經(jīng)過(guò)煅燒以后，質(zhì)量越好，吸水率就會(huì)越低。

（2）氣孔率：對(duì)于耐火材料而言，它的氣孔一共可以分為三種，第一，開(kāi)口氣孔，其中一端處于封閉的狀態(tài)，另一端與外界保持連通的狀態(tài)，在遇到流體時(shí)，可以被填充；第二，貫通氣孔，與材料的兩側(cè)是連通的，流體可以直接從氣孔當(dāng)中流過(guò)；第三，閉口氣孔，這種氣孔是處在封閉狀態(tài)的，與外界沒(méi)有接觸，但對(duì)于原材料來(lái)說(shuō)，其中存在的大部分氣孔都是貫通氣孔或開(kāi)口氣孔，這兩種氣孔會(huì)嚴(yán)重影響材料的使用性能，所以，一般原材料的氣孔率指標(biāo)一般會(huì)根據(jù)這兩種氣孔在材料體積當(dāng)中占據(jù)的比重來(lái)判斷的。

（3）真密度：多孔材料質(zhì)量和材料本身的真體積之比即為材料的真密度，能夠?qū)⒉馁|(zhì)成分純度很好地反映出來(lái)，可以以此為根據(jù)對(duì)材料使用中的變化加以預(yù)測(cè)和判斷。測(cè)定方法為，第一，將試樣進(jìn)行研磨，使之成為粉末狀，稱(chēng)量比重瓶質(zhì)量，并在其中加入試樣繼續(xù)稱(chēng)量其質(zhì)量，兩者的差值m1即為干燥試樣質(zhì)量；第二，對(duì)試樣及液體比重瓶m2進(jìn)行稱(chēng)量，在比重瓶當(dāng)中裝滿液體，獲得質(zhì)量m3，得出真密度計(jì)算公式，其中PL為試樣溫度下的液體密度，P為試樣的真密度。

（4）體積密度：材料本身的干燥質(zhì)量及其總體積比即為體積密度，該比值是對(duì)質(zhì)量水平進(jìn)行衡量的重要依據(jù)。

（5）透氣度：制品在壓差情況下允許氣體通過(guò)的性能即為透氣度，而制品透氣度通常會(huì)受到氣孔的結(jié)構(gòu)、數(shù)量以及狀態(tài)等性質(zhì)的影響，通常透氣度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致熱工爐窖自身的熱損失被增加，所以說(shuō)，制品透氣度越低它的質(zhì)量就越好。

1.1.2 力學(xué)性質(zhì)

（1）耐壓強(qiáng)度：在一定溫度下，材料單位面積不損壞情況下所能承受的最大負(fù)荷，具體可以將其分為高溫耐壓強(qiáng)度和常溫耐壓強(qiáng)度。（2）抗折強(qiáng)度：所謂抗折強(qiáng)度，主要是指，試樣在長(zhǎng)、寬、高一定時(shí)所能承受的極限彎曲應(yīng)力，與耐壓強(qiáng)度相同，抗折強(qiáng)度同樣分為常溫和高溫兩種抗折強(qiáng)度。（3）耐磨性：耐磨強(qiáng)度通常是指材料對(duì)氣流或堅(jiān)硬物體沖刷、摩擦和磨碎的抵抗能力，而材料的耐磨性則會(huì)受到自身構(gòu)成、密度、強(qiáng)度和顆粒組合程度等因素的影響。（4）高溫蠕變性：在高溫恒定的情況下，制品受到施加作用隨著時(shí)間的變化而產(chǎn)生的等溫變化即為高溫蠕變性。

1.1.3 熱學(xué)性質(zhì)

（1）熱膨脹：在對(duì)材料進(jìn)行加熱的過(guò)程中，隨著溫度的增高材料體積會(huì)隨之變大即為熱膨脹。熱膨脹情況能夠?qū)⒉牧衔諢崃恳院笞陨頍釕?yīng)力的大小和分布、抗熱震穩(wěn)定性、進(jìn)行變化反應(yīng)出來(lái)。

（2）熱容：熱容即是材料所處環(huán)境每升高1K所吸收的熱量，而材料在單位質(zhì)量下，溫度每升高1K時(shí)吸收的熱量，對(duì)于爐體溫度上升的設(shè)計(jì)、控制、冷卻以及蓄熱能力的計(jì)算而言，熱容指標(biāo)具有非常重要的作用。

（3）熱導(dǎo)率：?jiǎn)挝粶囟忍荻仍诓牧蠁挝幻娣e中的熱流速率即為熱導(dǎo)率，可以對(duì)材料導(dǎo)熱特性加以表示。

（4）溫度傳導(dǎo)性：在對(duì)材料進(jìn)行加熱或冷卻時(shí)，熱量由高變低導(dǎo)致各部分溫度呈現(xiàn)一致性的能力即為溫度傳導(dǎo)性。

1.2 使用性質(zhì)

（1）耐火度：不受荷載因素影響，在高溫情況下不產(chǎn)生軟化或熔融即為材料的耐火度，而構(gòu)成材料的化學(xué)礦物以及礦物分布的情況會(huì)對(duì)材料的耐火度造成一定的影響，如果材料當(dāng)中的雜質(zhì)過(guò)多或構(gòu)成成分缺乏均勻性，同樣會(huì)降低材料的耐火度。（2）高溫體積穩(wěn)定性：在溫度上升且承受恒定壓負(fù)的情況下發(fā)生變形的溫度，是材料同時(shí)面對(duì)荷載和高溫的抵抗能力。

1.3 高溫蠕變及荷重軟化溫度

長(zhǎng)期在高溫條件下進(jìn)行使用，材料尺寸和性能仍然可以保持穩(wěn)定狀態(tài)即為材料的高溫體積穩(wěn)定性，一般會(huì)使用重?zé)€進(jìn)行表示。

2 耐火材料分類(lèi)

2.1 化學(xué)性質(zhì)分類(lèi)

根據(jù)化學(xué)性質(zhì)可以將耐火材料分成三類(lèi)：第一，酸性耐火材料，主要成分為二氧化硅的耐火材料，受到高溫影響，容易與高鋁耐火材料、堿性耐火材料、含堿化合物以及堿性渣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；第二，堿性耐火材料，該耐火材料主要是由氧化鎂及氧化鈣組成，受到高溫作用，會(huì)與酸性溶液、酸性渣以及氧化鋁等物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；第三，中性耐火材料，在高溫條件下，不容易與堿性物質(zhì)或酸性物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。

2.2 生產(chǎn)方式分類(lèi)

按照生產(chǎn)方式，可以將耐火材料分為機(jī)壓成型、手工成型、熔鑄成型或澆筑成型等生產(chǎn)類(lèi)型。

2.3 供貨形態(tài)分類(lèi)

根據(jù)供給形態(tài)，可以將材料分為定形耐火材料和非定形耐火材料，前者是指存有有特定的形狀，且不會(huì)發(fā)生改變的保溫或耐火制品，按照總體的氣孔率，可以將其分為保溫定性制品和致密定性制品。而后者是經(jīng)過(guò)粗骨料、細(xì)粉以及一些添加劑制成的混合材料，在特定的情況下，還可以將少量的有機(jī)、無(wú)機(jī)金屬或纖維材料加入其中。

3 耐火材料的具體應(yīng)用

3.1 使用中的損壞機(jī)理

第一，劇烈的溫度變化作用，受到溫度波動(dòng)影響而形成巨大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致磚砌體產(chǎn)生變形、剝落、開(kāi)裂或傾倒；第二，單純的熔融作用，操作不當(dāng)導(dǎo)致溫度過(guò)高，會(huì)造成局部軟化或熔融，從而產(chǎn)生熔滴，使砌體發(fā)生倒塌；第三，氣相沉積作用，在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，鉛、鋅和CO的分解以及堿金屬的氧化經(jīng)過(guò)揮發(fā)在材料的砌縫或氣孔當(dāng)中沉積，從而產(chǎn)生變形、龜裂或化學(xué)侵蝕；第四，磨損或機(jī)械沖擊作用，爐窖當(dāng)中的物料在運(yùn)動(dòng)和使用時(shí)形成物理變化或化學(xué)變化，從而對(duì)爐襯造成磨損或機(jī)械沖擊，將對(duì)爐窖造成嚴(yán)重的破壞。

3.2 耐火材料的應(yīng)用原則

（1）對(duì)爐窖的特點(diǎn)加以掌握。結(jié)合爐窖的結(jié)構(gòu)特征以及工作特點(diǎn)，對(duì)耐火材料加以選用，對(duì)材料各部位產(chǎn)生的溫度變化加以了解，同時(shí)還要對(duì)材料進(jìn)行仔細(xì)的觀察，避免破壞作用的產(chǎn)生。（2）對(duì)材料的特點(diǎn)加以掌握。對(duì)材料的化學(xué)構(gòu)成加以了解，明確掌握材料的工作及物料性能，確保材料特性的有效發(fā)揮。（3）經(jīng)濟(jì)合理化。在確保上述原則的基礎(chǔ)上，對(duì)資源和成本進(jìn)行合理的控制，可以對(duì)單價(jià)以及運(yùn)輸成本較低的材料加以選擇。

3.3 耐火材料的運(yùn)用

（1）在鋼鐵冶金方面的應(yīng)用。耐火材料具有抗侵蝕、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)，而且能夠使?fàn)t襯系統(tǒng)得到改善，使其在高爐煉鐵、鐵水預(yù)處理、路外精煉以及轉(zhuǎn)爐煉鋼等工作中被廣泛地應(yīng)用，不但降低了生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，還有效提升了鋼鐵冶金的產(chǎn)量和質(zhì)量。（2）有色金屬方面的應(yīng)用。在對(duì)有色金屬進(jìn)行冶煉的過(guò)程中，耐火材料也比較常用，主要應(yīng)用在鋁、銅、鉛、鋅等冶煉當(dāng)中。（3）其他爐窖中的應(yīng)用。當(dāng)然冶金只是耐火材料應(yīng)用的一個(gè)方面，其在爐窖當(dāng)中的作用也是不容忽視的，例如，焦?fàn)t、加熱爐以及水泥工業(yè)等方面的應(yīng)用都十分廣泛。

參考文獻(xiàn)

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