冶金生产用耐火材料
第五篇冶金生产用耐火材料
概述
耐火材料是为高温技术服务的基础材料，它与高温技术尤其是高温冶炼工业的发展有密切关系，相互依存，互为促进，共同发展。在一定条件下，耐火材料的质量品种对高温技术的发展起着关键作用。
一百多年来钢铁冶炼发展过程中，每一次重大演变都有赖于耐火材料新品种的开发。碱性氧气转炉成功的关键之一是由于开发了白云石耐火材料；护炉成功的一个重要因素是生产了具有高荷重软化温度的硅砖；耐急冷急热的镁铬砖的发明促进了全碱性平炉的发展。近年来，钢铁冶炼新技术，如大型高炉、高风温热风炉、复吹氧气转炉、铁水预处理和炉外精炼、连续铸钢等，都无例外地有赖于优质高效耐火材料的开发。另外，耐火材料在节能方面也作出了重要贡献，如各种优质隔热耐火材料、陶瓷换热器，无水冷滑轨、陶瓷喷射管和高温涂料等的开发，都对高温技术的节能起了重要作用。现代冶炼技术的发展和节约能源的形势，既对耐火材料提出了更严格的要求，又必须借助于新品种优质耐火材料的成功及发展。
我国耐火原料资源丰富，品种多，储量大，品位高。高铝矾土和菱镁矿蕴藏量大，品质优良，世界著名；耐火粘土、硅石、白云石和石墨等储量多，分布广，品质好；叶蜡石、硅线石、橄榄石和锆英石等储量也多；隔热耐火材料用各种原料，各地都有储藏。另外，我国漫长的海岸线和内陆湖泊均蕴藏有大量的镁质原料资源。近年来，在提高耐火原料质量和人工合成原料方面，又取得了较为显著的成就。我国有发展各种优质耐火材料资源的优势。
我国还有生产耐火材料的悠久历史。新中国以来，随着科学技术和工业水平的提高，为了适应金属冶炼和其他高温技术工业的需求，我国耐火材料工业有重大的发展。新建了许多优质耐火材料生产厂和有关机构；开发出许多优质耐火材料新品种，保证并促进了各项高温技术和整个国民经济的发展。
今后，我国耐火材料的发展应依靠科学技术的进步和整体工业水平的提高，加强生产技术的管理。以材料的质量和品种为中心，继续提高原料质量，发展合成原料，改进生产装备，全面提高产品质量和改善性能，积极开发优质新品种，合理利用和提高耐火材料服役寿命，进一步降低消耗，保证和促进金属冶炼和其他高温技术工业以及国民经济的发展。
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18 耐火材料定义、分类、化学矿物组成
耐火材料的定义
耐火材料是指耐火度不低于1580℃的材料。一般是指主要由无机非金属材料构成的材料和制品。而耐火度是指材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度，它标志材料抵抗高温作用的性能。
耐火度所表示的意义与熔点不同。熔点是结晶体的液相与固相处于平衡时的温度。耐火度是多相体系达到某一特定软化程度的温度。对绝大多数普通耐火材料而言，都是多相非均质材料，无一定熔点，其开始出现液相到完全熔化是一个渐变过程，在高温下相当宽的范围内，固液相并存。故欲表征这种材料在高温下的软化和熔融的特征，只能以耐火度来度量。
耐火度不是一种物质所特有的绝对物理量，是材料在特定试验条件下测定的达到特定软化程度时的相对技术指标。将试验物料按规定方法做成截头三角锥（简称试锥），与在特定升温速度下具有固定弯倒温度的标准截头三角高温锥（简称标准锥），共同在既定升温速度和一定气氛条件下加热，以试锥的弯倒程度与标准锥弯倒程度相当的对比方法，测定耐火度。角锥可能发生的弯倒情况如图18－1所示。我国通用的标准锥以WZ和锥体弯倒温度的十分之一标之。如试锥与WZ171号标准锥同时弯倒，则试样的耐火度为1710℃。
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图18－1 耐火
试锥弯倒情况
耐火度是
评定耐火材料的
一项重要技术指
标，但是不能作为制品使用温度的上限。对由单相多晶体构成的耐火材料，其耐火度一般低于晶体的熔点。但是，有些耐火材料，如当形成的液相粘度很高时，其耐火度也可高于熔点。一些常用耐火材料原料和制品的耐火度如下：
结晶硅石1730～1770℃高铝砖＞1770～2000℃硅砖1690～1730℃
镁砖＞2000℃硬质粘土1750～1770℃白云石砖＞2000 9C
粘土砖1610～1750 ℃
耐火材料的分类
耐火材料品种繁多，用途广泛，其分类方法多种多样，常用的有以下几种。
按化学矿物组成分类
:
耐火材料按化学矿物组成可分为8类：硅质制品、硅酸铝质制品、镁质制品、白云石质制品、铬质制品、碳质制品、锆质制品、特殊制品。
按化学特性分类
耐火材料按化学特性可分为酸性耐火材料、中性耐火材料和碱性耐火材料3类。
酸性耐火材料
酸性耐火材料是以二氧化硅为主要成分的耐火材料，主要指硅砖和锆英石砖。酸性耐火材料能耐酸性熔渣侵蚀。
中性耐火材料
中性耐火材料主要是指以三氧化二铝、三氧化二铬和碳为主要成分的耐火材料，如刚玉砖、高铝砖、碳砖等。其特性是对酸性渣和碱性渣都具有抗蚀能力。
碱性耐火材料
、
碱性耐火材料主要是指以氧化镁、氧化钙为主要成分的耐火材料，包括镁砖、镁铝砖、镁铬砖、白云石砖等。碱性耐火材料对碱性渣有较强的抗侵蚀能力。
按耐火度分类
耐火材料按耐火度可分为3类：
普通耐火材料，耐火度为1580～1770℃；
高级耐火材料，耐火度为1770～2000℃；
特级耐火材料，耐火度高于2000 ℃。
按成型工艺分类
耐火材料按成型工艺可分为6类：天然岩石、泥浆浇注成型耐火材料、可塑成型耐火材料、半干成型耐火材料、捣打（包括机械捣打与人工捣打）成型耐火材料和熔铸制品。
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按烧制方法分类
耐火材料按烧制方法可分为3类：不烧砖、烧制砖和不定形耐火材料。
按气孔率分类
耐火材料按气孔率可分为7类：
特致密制品，显气孔率低于3%；
高致密制品，显气孔率为3%～10%；
致密制品，显气孔率为10%～16%；
烧结制品，显气孔率为16%～20 %；
…
普通制品，显气孔率为20%～30%；
轻质制品，显气孔率为45%～85 %；
超级轻质制品，显气孔率高于85 %。
按形状和尺寸分类
耐火材料按形状和尺寸可分为5类：标型制品、普型制品、异型制品、特型制品和超特型制品。
根据不定形耐火材料和不烧制品的结合剂分类
根据不定形耐火材料和不烧制品的结合剂分为：
（1）水化结合剂（普通铝酸盐水泥、纯铝酸钙水泥等）与水作用而凝结与硬化的制
品；
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（2）化学结合剂（磷酸盐、硫酸铝、水玻璃、有机硅等）与掺和料的物理化学反应而凝固；
（3）凝聚结合剂（耐火粘土、膨润土、二氧化硅微粉等）由于凝聚过程而凝固；
（4）有机结合剂（焦油、沥青、胶水等）由于聚合、缩聚和焦化而硬化；
不定形耐火材料按使用类型分类
不定形耐火材料按使用类型分为：
（1）耐火浇注料：一般以浇注或浇注捣实的方法施工的不定形耐火材料。
（2）耐火喷涂料：利用气动工具，以机械喷射方法施工的不定形耐火材料。
（3）耐火喷补料：利用喷射方法施工修补热工设备内衬的不定形耐火材料。
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（4）耐火捣打料：以强力捣打方法施工的不定形耐火材料。
（5）耐火可塑料：泥料呈泥坯状或不规则团块，在一定时间内保持较好的可塑状态，一般采用风动工具捣打施工的不定形耐火材料。
（6）耐火压注料：泥料呈膏状或泥浆状，用挤压泵将料强力压入的方法施工的不定形耐火材料。
（7）耐火投射料：利用投射机进行投射施工的不定形耐火材料。
（8）耐火涂抹料：用手工或风动机涂抹或喷涂施工的不定形耐火材料。
（9）自流浇注料：无需振动即可流动和脱气的可浇注的不定形耐火材料。
（10）干式振动料：不加水或液体结合剂而用振动方法成型的不定形耐火材料。
（11）耐火泥浆：也称接缝料，用抹刀或类似的工具施工的不定形耐火材料。
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此外，耐火材料还可按用途划分为高炉用耐火材料、电炉用耐火材料、转炉用耐火材料、连铸用耐火材料、玻璃窑用耐火材料、水泥窑用耐火材料，等等。
由于冶金和其它高温技术不断进步，必然扩大耐火材料品种和开发新产品。例如美国近年研究出的新材料占耐火总产量的25%。在耐火材料中，不定形耐火材料将逐渐占领主要地位。耐火纤维也同样蓬勃发展，现在仅硅酸铝纤维就能生产出毡、布、板、纸等50多种耐火制品。钢的炉外精炼，真空处理，气体吹炼，连续铸钢及其它新技术也在扩大耐火材料的规格和品种。
耐火材料的化学矿物组成
化学组成
耐火材料的化学组成是它的基本特征。一种耐火材料在一定条件下能否形成某种物相，为何出现此种物相，并具有某些特定性质，以及如何从本质上改变材料的某些特定性质，都首先取决于其化学组成。所以，为了掌握耐火材料的本质必须对其化学组成有全面的认识。根据耐火材料中各种化学成分的含量和其作用，通常将其分为主成分、杂质成分和外加成分三类。
主成分
耐火材料中的主成分是构成耐火原料的主体，它的性质与数量直接决定着耐火原料的质量。主要成分可以是高熔点的氧化物，如氧化铝（Al2O3）、氧化硅（SiO2）、氧化镁（MgO）等；或者是复合氧化物，如莫来石（Al2O3·SiO2）、镁铝尖晶石（MgO·Al2O3）等；也可以是某些单质和非氧化物，如碳和石墨（C）、碳化硅（SiC）、氮化硼（BN）等。
杂质成分
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杂质成分是指由于天然原料纯度有限而被带入或生产加工过程中混入的对耐火原料性能具有不良影响的少量成分。一般来说，K2O、Na2O、FeO或Fe2O3都是耐火原料中的有害杂质成分。碱性耐火原料（RO为主成分）中的酸性氧化物（RO2）及酸性耐火原料中的碱性氧化物都被视为杂质成分。杂质成分在高温下具有强烈的熔剂作用，他们之间相互作用或与主成分作用，使得共熔液相生成温度降低或者液相量增加，从而降低原料的耐火性能。
添加成分
在耐火原料研究与生产中，为了促进其高温物相变化和降低烧结温度或扩大烧结温度范围，有时添加少量其它成分。按其作用不同通常有矿化剂、稳定剂、烧结剂等。它们的加入量很少，但却能明显地降低原料的生产成本或改善耐火材料的性能。
矿物组成
在评价耐火原料的质量时，单从化学组成考察是不全面的，应进一步观察其矿物组成。耐火原料的矿物组成取决于它的化学组成与生成条件（天然原料）或工艺条件（人工合成原料）。化学组成完全相同的原料，由于其生成条件的不同，所形成的矿物种类、数量、结晶状况可以完全不同，其性能差异也较大。例如，化学组成都是Al2O3·SiO2，% , %的蓝晶石族矿物，由于生成时的地质条件不同，则有蓝晶石、硅线石与红柱石三个同质多象变体，其结构、密度、高温膨胀性等完全不同。即使是矿物的组成相同时，其矿物的结晶大小、形状和分布的不同，也会对耐火材料的性质产生显著的影响。
如前所述，耐火材料根据化学矿物组成分为8类，该8类的耐火材料的化学矿物组成如表18－1所示。
表18－1 耐火材料的化学矿物组成
复习思考题
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1．耐火材料是如何定义的
2．什么叫耐火度，耐火度与熔点有何不同
3．耐火材料有哪些分类方法，是如何分类的
4．根据耐火材料中各种化学成分的含量和其作用，通常将其分为哪三类5．耐火材料中常见的杂质成分有哪些，对耐火材料有什么危害
6．耐火材料中常见的添加成分有哪些，对耐火材料起什么作用
7．简述八类耐火材料的化学矿物组成。
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19 耐火材料的主要性能
耐火材料的宏观组织结构
耐火材料是由固相（包括结晶相和玻璃相）和气孔两部分构成的非均质体。其中各种形状和大小的气孔与固相之间的宏观关系（包括它们的数量和分布结合情况等）构成耐火材料的宏观组织结构。制品的宏观组织结构特征，是影响耐火材料高温使用性质的重要因素。表示耐火材料宏观组织结构的致密程度，有如下一系列指标。
气孔率
耐火原料中的气孔可分为两大类:即开口气孔与闭口气孔。开口气孔至少有一端与外界相通，而闭口气孔则封闭于原料之中，与外界不连通。通常认为耐火原料中的气孔中只有贯通气孔对耐火材料的耐侵蚀性影响明显，闭口气孔影响较小。气孔率可分为显气孔率、闭口气孔率与真气孔率。用下述公式计算：
显气孔率P a=（V1 / V b）×100%
闭口气孔率P c=（V2 / V b）×100%
真气孔率P t = P a + P c
;
式中V1，V2，V b——分别代表开口气孔体积、闭口气孔体积与试样总体积。
闭口气孔体积难于直接测定，因此通常用显气孔率来表示。
气孔率与体积密度关系密切，它除反映耐火材料的烧结程度外，还与原料的其它性能如机械强度、热膨胀、抗渣性及导热性有一定关系。
吸水率
吸水率是原料中所有开口气孔所吸收的水的质量与其干燥材料的质量之比值。用下述公式计算：
吸水率Ｗa =（ｍ3 - m1）/m1×100 %
式中ｍ1 ，m3 ——分别表示干燥试样的质量和饱和试样在空气中的质量，g。
吸水率测定方法简便，在生产实际中常用来鉴定耐火原料的质量。原料烧结程度愈好其吸水率愈低。
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体积密度
体积密度系指材料的质量与其总体积之比，用g/cm3表示。总体积包括固体材料、开口气孔及闭口气孔的体积总和。体积密度有时也称作容积重量和容重。计算公式如下：:
体积密度D b = m1/V b= m1 D1 /（m3 - m2）
式中ｍ1,m3 ——分别表示干燥试样的质量和饱和试样在空气中的质量，g。
m2 ——分别表示饱和式样的表观质量，g；
D1 ——试验温度下浸渍液体的密度，g/cm3；
V b ——试样的总体积，cm3。
体积密度直观地反映出了耐火原料的致密程度，是耐火原料的重要质量指标。
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耐火材料力学性质
耐火材料的力学性质是指材料在不同温度下的强度、弹性和塑性性质。这类性质表征材料在不同温度下抵抗因外力作用产生的各种形变和应力而不破坏的能力。无论是在常温或在使用条件下耐火制品都会因受到各种应力如压缩应力、拉应力、弯曲应力、剪应力、摩擦力或撞击力的作用而变形及损坏。因此对不同温度下工作的耐火材料，检验其力学性质具有重要意义。通常用检验耐压、抗拉、抗折、扭转强度、耐磨性、弹性横量和高温蠕变等指标来判断耐火材料的力学性质。
常温力学性质
常温耐压强度
它是指常温下耐火材料在单位面积上所能承受的最大压力，如超过此值，材料被破坏。以Mpa表示。如用用A表示试样受压的总面积，以P表示压碎试样所需的极限压力，则有：
常温耐压强度= P/A ，Mpa
通常耐火材料在使用过程中很少由于常温下的静负荷而招致破损。但常温耐压强度能够是表明制品的烧结情况，以及与其组织结构相关的性质，测定方法简便，因此是判断制品质量的常用检验项目。另一方面通过常温耐压强度可间接地评定其它指标，如制品的耐磨性、耐冲击性以及不烧制品的结合强度等。
在生产中工艺制度的变动，会反映在制品常温耐压强度指标的变化上。高耐压强度表明制品的成型坯料加工质量、成型坯体结构的均一性及砖体烧结情况良好。因此，常温耐压强度也是检验现行工艺状况和制品均一性的可靠指标。
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抗拉、抗折和扭转强度
耐火材料在使用时，除受压应力外，还受拉应力、弯曲应力和剪应力的作用。为了评定耐火材料的抗拉、抗折和扭转强度的实际大小，必须测定在相应操作温度下的数值。
在室温下测定这些数值，其实际意义较小，所以对耐火材料很少确定在室温下的抗拉、抗折和扭转强度。根据实验结果，抗折强度约比耐压强度小l／2至2／3，而抗拉强度则小4／5至9／10。
耐火制品的抗拉强度和抗折强度的主要影响因素是其组织结构，细颗粒结构有利于这些指标的提高。
耐磨性
耐火材料抵抗坚硬物料或气体（如含有固体颗粒的）磨损作用（研磨、摩擦、冲击力作用）的能力，在许多情况下也决定着它的使用寿命。高炉上部砌砖因炉料沿炉身下落而经受磨损作用，焦炉炭化室的砌砖也经常受着焦炭的磨损作用。在气流中以极大速度运动的粉尘状灰渣或煤粉，例如高炉热风管拐角处，锅炉煤粉燃烧室中，都对耐火砌体起磨损作用，当气流速度很大，耐火制品的耐磨性不足时，能够使窑炉内衬迅速损坏。
耐火材料的耐磨性不仅取决于制品的密度、强度，而且也取决于制品的矿物组成、组织结构和材料颗粒结合的牢固性。因而在生产中除骨料的本身硬度外，还必须注意影响制品组织结构的泥料粒度组成、气孔率和结合剂性质等工艺因素。常温耐压强度高，气孔率
低，组织结构致密均匀，烧结良好的制品总是有良好的耐磨性。
一般都不对耐火材料进行耐磨性测定，也无统一规定的标准测定方法。常温下通常用在一定的研磨条件和研磨时间下制品的重量损失或体积损失来表示。目前多采用吹砂法测定，即在一定时间内将压缩空气和研磨料喷吹于试样表面上，测定其减量。
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高温力学性质
高温耐压强度
高温耐压强度是材料在高温下单位截面所能承受的极限压力，单位是Mp a 。
耐火材料的高温耐压强度随着温度升高，大多数耐火制品的强度增大，其中粘土制品和高铝制品特别显著，在1000～1200℃时达到最大值。这是由于在高温下生成熔液的粘度比在低温下脆性玻璃相粘度更高些，使颗粒间的结合更为牢固。温度继续升高时，强度急剧下降。
耐火材料高温耐压强度指标，不仅是直接有用的资料，并且还可反映出制品在高温下结合状态的变化，特别是加入一定数量结合剂的耐火可塑料和浇注料，由于温度升高，结合状态发生变化时，高温耐压强度的测定更为有用。
高温抗折强度
高温抗折强度是指材料在高温下单位截面所能承受的极限弯曲应力，单位是Mp a 。它表征材料在高温下抵抗弯矩的能力。
高温抗折强度又称高温弯曲强度或高温断裂模量。测定时将试样置于规定距离的支点上，在上面正中施加负荷，得出断裂时所承受的极限负荷，抗折强度可按下式计算：
~
223d b l
W R ????=
式中 R —— 抗折强度，Mp a ；
W —— 断裂时所施加的最大荷重，N ；
l —— 两支点间距离，mm ；
b —— 试样的宽度，mm ；
d —— 试样的厚度，mm 。
耐火材料的高温强度与其实际使用密切相关。特别是对于评价碱性直接接合砖的质量，高温抗折强度是很重要的性能。如碱性直接接合砖的高温抗折强度大，则抵抗因温度梯度产生的剪应力的能力强，因而制品在使用时不易产生剥落现象。高温抗折强度大的制品亦会提高其对物料的撞击和磨损性，增强抗渣性，因此，高温抗折强度常作为表征制品的强度指标。
耐火材料的高温抗折强度指标，主要取决于制品的化学矿物组成、组织结构和生产工艺。材料中的熔剂物质和其烧成温度对制品的高温抗折强度有明显著影响。
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高温扭转强度
高温扭转强度是材料的高温力学性能之一。它表征材料在高温下抵抗剪应力的能力。
砌筑窑炉的耐火制品，在加热或冷却时，承受着复杂的剪应力，因而制品的高温扭转强度是重要的性质。
高温扭转强度可由高温扭转强度试验来确定。测定时将试样一端固定，另一端施以力矩作用，试样发生扭转变形。当试样被扭转时，试样内各按截面上产生剪切应力，当应力超过一定限度肘，试样发生断裂。在高温下试样被折断时的极限剪切应力，称为高温扭转强度，单位是Mp a 。
高温蠕变性
当材料在高温下承受小于其极限强度的某—恒定荷重时，产生塑性变形，变形量会随时间的增长而逐渐增加，甚至会使材料破坏，这种现象叫蠕变。因此对处于高温下的材料，就不能孤立地考虑其强度，而应将温度和时间的因素与强度同时考虑。例如，热风炉格子砖在高温长时间条件下工作，砖体逐渐软化产生可塑变形，强度显著下降甚至破坏，格子砖的这种蠕变现象成为炉子损坏的主要原因。另外在许多情况下蠕变也是加热炉侧壁和隔墙倒塌的原因。在设计高温窑炉时，根据耐火材料的荷重软化试验和残存收缩率，在一定程度上可以推测耐火材料的高温体积稳定性，但对认识制品在长期高温负荷条件下工作的体积稳定性还是不充分的。因此，检验其高温蠕变性，了解它在高温负荷长时间下的变形特性是十分必要的。
耐火材料的高温蠕变性系指材料在恒定的高温和一定荷重作用下，产生的变形和时间的关系。由于施加的荷重不同，可分为高温压缩蠕变、高温拉伸蠕变、高温扭转蠕变等。其中压缩蠕变和抗折蠕变容易测定，故应用较普遍。
高温蠕变的表示方法一般为变形量（%）与时间（小时）的关系曲线，通常称为蠕变曲线，如图19－1所示。也可表示为蠕变速率（%／小时），或表示为达到某变量所需的时间。
}
图19－1蠕变曲线
图19－1给出了典型的高温蠕变曲线，曲线划分为三个特征阶段，第一阶段蠕变为1次蠕变，又可称为初期陷变或减速蠕变，其曲线斜率dt
d ε随时间增加愈来愈小，曲线愈来愈平缓，这一阶段较短暂；第二阶段为第2次蠕变或粘性蠕变，又可称为均速蠕变或稳态蠕变。其应变速度和时间无关，几乎保持不变。这个速率是蠕变曲线中最小的速率；第三
阶段为第3次蠕变又称加速蠕变，应变速率迅速增加直至断裂。对于具体某种材料来说，其高温蠕变曲线的性状，不一定完全包括上述三个阶段。由于耐火材料的材质、检验温度和施加的荷重不同，曲线的性状也不相同。
一般认为影响高温蠕变的因素有：1．使用条件，如温度和荷重、时间、气氛性质（是氧化性还是还原性）等；2．材质，如化学组成（特别是低熔性微量成分含量的多少）和矿物组成（是单相还是多相，特别是玻璃相的组成和数量）；3．显微组织结构（气孔率、晶粒的大小、形状和分布状态的不同）。
弹性模量
材料在其弹性限度内受外力作用产生变形，当外力除去后，仍恢复到原来的形状，此时应力和应变的比例称为弹性模量。它表示材料的抵抗变形的能力，这种关系可以表示为：
l
l σE Δ?=
式中 E —— 弹性模量，Mp a ；
σ一— 材料所受应力，Mp a ；
. △l ／l 一— 材料的相对长度变化。
弹性模量是材料的一个重要弹性参数，它在很大程度上反映着材料的结构特征。研究耐火材料的弹性模量随温度的变化，更可以了解其高温性能。
耐火材科弹性模量的测定方法，—般分为静力法（主要是静荷重法）和动力法（主要是声频法）。由于耐火制品在常温下很脆，弹性模量也较大，变形量不易测准，故多采用动力法——声频法测定。声频法的原理是：已知弹性体的固有振动频率取决于它的形状、体积密度和弹性模量，则对于形状和体积密度巳知的试样，如测定其固有振动频率，则可求得弹性模量。
一般来讲，硅砖的弹性模量在磷石英转变温度处急剧降低。粘土砖在方石英转变效应时，弹性模量降低。耐火浇注料在结合剂加热分解的整个温度范围内，弹性模量随温度升高而下降。
耐火原料的热学性质
热膨胀
耐火材料的热膨胀是指其体积或长度随温度升高而增大的物理性质。在工程技术中，对于那些处于温度变化条件下使用的结构材料，热膨胀不仅是其重要的使用性能，而且也是工业窑炉和高温设备进行结构设计的重要参数。耐火材料的热膨胀的重要性还表现在直接影响其抗热震性和受热后的应力分布和大小等。此外，材料的热膨胀系数随温度变化的特点也与材料的相变和有关微裂纹等基础理论有关。
耐火材料的热膨胀可以用线膨胀系数或体膨胀系数表示，也可以用线膨胀率或体积膨胀率表示。在耐火材料的性能中，通常使用线膨胀率和线膨胀系数。线膨胀率是指由室温至设定温度间，试样长度的相对变化率；线膨胀系数是指由室温至设定温度间，每升高1℃，试样长度的相对变化率。以下列公式表示：
$
线膨胀率 100%L (t)A L L ρ0
k 0t ?+-= 线膨胀系数 100)(t-t ρα0?=
式中 L 0 —— 试样在室温下的长度，mm
Lt —— 试样在设定温度t 时的长度，mm;
A k （t ） —— 设定温度t 时仪器的校正值，mm;
t 0 —— 室温，℃
t —— 设定温度，℃
线膨胀的测试方法有顶杆式间接法、望远镜直读法等。需要指出，热膨胀系数并不是一个恒定值，而是随试验温度而变化，所以它是指定温度范围△t 内的平均值。因此，在使用这一数据时，必须注明它的温度范围。
|
耐火原料的热膨胀取决于其化学矿物组成。一般碱性耐火原料的热膨胀系数比酸性原料的大，高铝质原料介于两者之间。当原料的矿物发生晶型转变时，会导致热膨胀系数的不均匀变化，在相变点发生突变。
热膨胀是耐火材料的重要性能，对耐火制品的强度、热震稳定性等影响明显，热膨胀系数对分析耐火材料的热应力大小与分布、晶型转变、微裂纹的产生与弥合等非常重要。
导热性
导热性是材料传导热量的能力，是材料的一种属性。通常用导热系数来表示不同物质的导热性能，单位为W/m ·K ，它代表在单位温度梯度下，通过材料单位面积的热流速率。
耐火材料的导热系数对于高温热工设备的设计是不可缺少的重要数据。对于那些要求绝热性能良好的轻质耐火材料和要求导热性能良好的隔焰加热炉结构材料，检验其导热系数更具有重要意义。耐火材料导热系数的大小不仅与其用途有关，而且也是直接影响制品热震稳定性的重要因素。通常耐火原料的导热系数愈大，其制品受热震时，内部产生热应力愈小，热震稳定性愈好。
影响耐火原料导热性的因素很多。化学组分越复杂，杂质含量越多，或者加入另一组分形成的固溶体越多，它的导热系数降低越明显。矿物晶体结构越复杂，其导热系数也越小。例如MgO ·Al 2O 3（镁铝尖晶石）的导热系数比MgO 和Al 2O 3低，3Al 2O 3·SiO23 （莫来石）的结构比MgO ·Al 2O 3更复杂，因而导热系数更低。对于非等轴晶体，导热系数也存在各向异性。但对一般耐火原料而言，由于矿物结晶的排列杂乱无章，即使晶体为各向异性，原料的宏观导热系数的表现也为无方向性。
原料中包含的气孔数量，大小，形状及分布等对导热系数都有影响。气孔内的气体导热系数低，因此在一定的温度限度与气孔率范围内，气孔率愈大则导热系数愈小。对于粉末和纤维材料因在其间的气孔形成了连续相，材料的导热率在很大程度上受气孔相导热率的影响。所以其导热率比烧结状态时要低得多。这也是通常粉末、多孔和纤维类材料能有
良好绝热性能的原因。
耐火材料的高温使用性质
…
耐火材料在实际使用过程中都要遭受高温热负荷作用，故耐火材料的使用性质实质上是表征其抵抗高温热负荷作用同时还受其他化学、物理化学及力学作用而不易损坏的牲能。因此，耐火材料的这些性质不仅可用于判断材质的优劣，还可根据使用时的工作条件，直接考查其在高温下的适用性。耐火材料的使用性质可划分为以下几种:
荷重软化温度
荷重软化温度是耐火材料在一定的重负荷和热负荷共同作用下达到某一特定压缩变形时的温度，是对耐火材料进行恒荷重持续升温法所测定的高温力学性质，表征耐火材料抵抗重负荷和高温热负荷共同作用而保持稳定的能力。
测定耐火材料的荷重软化温度多采用升温法测定，即在规定的恒压和升温速度下加热直径50mm，高50mm，中心孔径12～13mm的圆柱体试样，测定其达到规定变形量时的温度。与此变形量相应的温度即为荷重软化变形温度。常绘制成变形温度曲线，以确定各种变形量时的温度。我国国家标准规定，将从曲线最高点起压缩变形量分别达% ,% ,%和%时的温度分别以、、和.标示，作为耐火材料的各级荷重软化温度。荷重软化曲线如图19－2所示。
图19－2荷重软化变形曲线
各种耐火材料的开始荷重软化温度及其荷重变形温度曲线不同，主要取决于制品的化学矿物组成和结构，也在一定程度上与其宏观结构有关。其中影响最明显的因素为以下几项：主晶相的种类和性质以及主晶相间或主晶相和次晶相间的结合状态；基质的性质和基质同主晶相或次晶相的数量比以及分布状态。另外，制品的密实性和气孔的状况也有一定的影响。
上述耐火材料的矿物组成和结构，取决于耐火材料的原料和制品的生产工艺。特别
是提高原料的纯度和制品的烧成温度，有助于降低基质的数量，改善基质的性质与分布，提高制品的致密性和晶体的发育长大与实现良好的结合。因此，欲提高耐火材料的荷重软化温度，必须正确选用原料和采取合理的工艺方法与制度。
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荷重软化温度是评价耐火材料质量的一项重要技术指标。测定荷重软化温度时的热负荷重负荷共同作用的条件接近于耐火材料服役时的许多实际状况，其中开始软化变形温度可作为在相近工作条件下大多数耐火材抖使用温度上限的参考值。但是，应该指出，耐火制品的荷重软化温度基本上是瞬时测定的，而绝大多数耐火制品在实际中是长期服役的，即长期在热负荷和重负荷共同作用下工作，从而使耐火材料的变形和裂纹易于持续地发展，并可导致损毁，故耐火材料的荷重软化温度仅能作为确定耐火材料最高使用温度时参考。
高温体积稳定性
耐火材料的高温体积稳定性是指其在热负荷作用下外形体积或线度保持稳定而不发生永久变形的性能。对烧结制品，一般以制品在无重负荷作用下的重烧体积变化百分率或重烧线变化百分率来衡量其优劣。重烧体积变化和重烧线变化也称残余体积变形和残余线变形。其表示式如下:
100%L -L L ΔL 100%V -V V ΔV 001001?=?=
式中 △V 和△L —— 分别表示重烧体积变化率和重烧线变化率，%；
V o 和V 1 —— 分别表示重烧前后的体积，cm 3；
L 0和L 1 —— 分别表示重烧前后的长度， cm 。
若变化值为正，则为膨胀；若为负，则为收缩。当重烧变化微小时，可认为△V =3△L 。 ！
当制品化学矿物组成及颗粒配比一定时，多数耐火制品产生重烧变形的原因是制品烧成时一些物理化学反应未充分完成或部分组分有晶型转化所致。其中重烧膨胀是由于一些高密度的反应物形成低密度产物的反应，或高密度的晶型向低密度晶型转化未充分完成之故。如由含A12O 370%左右的水铝石—高岭石型铝矾土为原料制成的高铝砖和由石英为原料制成的硅砖烧成不充分时，分别因二次莫来石化不足和鳞石英与方石英转化不足而产生重烧膨胀。与此相反，重烧收缩主要是由于制品在烧成过程中的高密度化的晶型转化、固相反应和再结晶以及其他固相与液相烧结反应未充分完成所致。其中烧成温度及保温时间，以及形成的液相量及其表面张力和粘度，对收缩影响尤著。如镁质制品，刚玉制品、粘土制品，都易产生此种现象。
耐火制品的重烧变形也是一项重要使用性质。对判别制品的高温体积稳定性，从而保证砌筑体的稳定性，减少砌筑体的缝隙，提高其密封性和耐侵蚀性，避免砌筑体整体结构的破坏，都具有重要意义。
耐热震性
耐热震性又称热震稳定性、耐急冷急热性，是耐火制品抵抗温度急剧变化而不破坏的能力。
耐火材料在使用过程中，经常会遭受到温度急剧变化的作用，如冶金炉炉衬在两次熔炼和间歇中，盛钢捅衬砖在两次盛钢与浇注的交替中，其他非连续式窑炉或容器的间歇操作中，在很短时间内工作温度变化很大，都常因此种温度急剧变化即热震作用而开裂、剥落和崩溃。因此，当耐火材料在使用中，其工作温度有急剧变化时，必须考查其耐热震性。
欲提高材料的耐热震性，必须采取降低其热膨胀性、弹性模量和波桑比以及增加其断裂表面能等措施。为了避免材料产生裂纹，还可提高材料的强度。为了避免材料的裂纹扩展，还可采取释放弹性应变能的措施。
热震稳定性的检测方法可以根据要求加以选择。主要考虑加热温度、冷却方式和试样受热部位等实验条件。一般可以将标准砖一端在炉内加热至一定温度，并保温一定时间，随后取出在流动冷水中或冷风气流中冷却，如此反复进行热冷处理，直至损失砖总重的一半为止，或根据试样在经过一定次数的冷热循环后机械强度的降低到一等程度时为止，此时的急冷急热次数（热交换次数），即为耐火砖的热震稳定性指标。
抗渣性
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耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀作用而不破坏的能力称为抗渣性。这里熔渣的概念从广义上来说是指高温下与耐火材料相接触的冶金炉渣、燃料灰分、飞尘、各种材料（包括固态、液态材料，如煅烧石灰、铁屑、熔融金属、玻璃液等）和气态物质（煤气、一氧化碳、氟、硫、锌、碱蒸气）等。
耐火材料在与熔融液直接接触的高温冶炼炉、熔化炉、煅烧炉、反应炉等炉窑和高温容器中，极易受熔渣侵蚀。在许多热风炉、换热器、蓄热器等高温热交换的设备中，或在有些反应器和其他高温装置中，耐火材料不直接与熔融液接触。但是固态物料、烟气中的粉尘可与其接触，一些气态物质也可在耐火材料上凝结，它们都可在高温下与耐火材料反应形成熔融体，或形成性质不同的新生物，或使耐火材料中的一些组分分解，导致耐火材料损毁。通常，对耐火材料的这类（以化学或物理化学侵蚀为主要原因的）侵蚀，也通通归为渣蚀。可见渣蚀是耐火材料使用过程中最常见的一种损毁形式，有时甚至是最严重的损毁。据统计，耐火材料在实际使用中约有50%是由于渣蚀而损毁的。因而，提高耐火材料的抗渣性，对提高炉衬和砌筑体的使用寿命，提高此类热工设备的热效率和生产效率，降低成本，减少产品因耐火材料渣蚀而引起的污染，提高产品质量都是很有意义的。
耐火材料受熔渣侵蚀的具体原因与过程是很复杂的。一般而论，可简略地分为两个阶段，即熔渣与耐火材料的接触与渗透；熔渣与耐火材料的反应与破坏。
测定抗渣性的方法很多，多数是模拟耐火材料在使用过程中实际侵蚀条件，采用对比试验方法。大体上有以下四类：以熔锥法为代表的平衡状态法；以坩锅法为代表的静态法；以及撒渣法、喷渣法、滴渣法和旋棒法等的动态法。
耐真空性
耐火材料的耐真空性是指其在真空和高温下应用时的耐久性。耐火材料在高温减压
下使用，其中一些组分极易挥发。同时，耐火材料与周围介质间的一些化学反应更易进行，如材料中的MgO在真空下与铁水接触时，被铁水中碳还原的温度显著降低。另外，在真空下熔渣沿材料中毛细管渗透的速度明显加快。所以许多耐火材料在真空下使用时耐久性降低。当耐火材料使用于真空熔炼炉和其他真空处理装置中时，必须考虑其耐真空性。
耐火材料的耐真空性通常多采用将其置于特定的真空和温度下经历一定时间的方法测定，并以其失重或失重速度量度。
提高耐火材料的耐真空性，应选择蒸气压低和化学稳定性高的化合物来构成，一些氧化物经合成复合物后可适当提高其稳定性。显而易见，提高材料的致密性也有利于其耐真空性。
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耐火制品形状规整和尺寸的准确性
正确的形状和准确的尺寸对于砌筑体的严密性和使用寿命有很大的影响，对砌筑施工也提供了有利的条件。一般而论，砖缝在砌筑体中是最薄弱和最易损坏的部分。它很容易被熔渣和侵蚀性气体渗入和侵蚀。如果制品的形状不规整，尺寸不准确，不仅砌筑施工不便，而且砖缝过大，砌筑体的质量低劣。使砌筑体因砖缝干燥收缩和烧成收缩造成体积不稳定，导致砖块脱落和砌筑体开裂，甚至倒坍，又扩大熔渣和气体同耐火制品的接触表面，加速侵蚀，造成砌筑体局部损坏，影响砌筑体使用寿命。因此，为便于施工，特别是为保证砌筑体的整体质量，耐火制品的形状必须规整，尺寸必须准确。这是耐火制品的一项重要技术指标。
通常，按制品种类和使用条件，制品的尺寸公差、扭曲变形、缺边掉角等都应作为其质量标准中的重要项目，规定有最高限度值，据以评价产品质量是否合格，并对合格产品划分等级。
耐火制品的形状规整性和尺寸的准确性，主要受耐火原料，加工装备和工艺制度等控制。有时储存与运输方式也有影响，原料成分稳定，装备精良，生产工艺制度合理和操作正确，可获得形状与尺寸合格的产品。妥善的存储，特别是精心的包装和装卸是避免产品再损坏和缺边掉角的重要保证。
复习思考题
1．什么是耐火材料的宏观组织结构，表示耐火材料宏观组织结构的致密程度，有哪些指标，分别是怎样定义的
2．耐火材料的力学性质有哪些，各是怎样定义的
3．耐火材料的热学性质有哪些，各是怎样定义的
。
4．耐火材料的高温使用性质有哪些，各是怎样定义的
5．在什么情况下需要考虑耐火材料的耐真空性
6．耐火制品形状规整和尺寸准确有什么重要意义
20 耐火材料在冶金技术中的应用
高炉用耐火材料
高炉是利用鼓入的热风使焦炭燃烧及还原熔炼铁矿石的竖式炉，是在高温和还原气氛下连续进行炼铁的热工设备。
高炉用耐火材料损毁的原因主要是炉料机械磨损、碳素沉积、渣铁侵蚀、碱金属侵蚀和铅锌渗透、热应力和高温荷载等综合因素，其中温度是决定性的因素。因此，高炉炉体易损部位均设有冷却系统，以提高炉衬的使用寿命。随着钢铁工业的发展，高炉日趋大型化。同时，采用了高压炉顶，高风温、富氧鼓风、燃料喷吹和电子计算机控制等新技术以强化冶炼，耐火材料使用条件更为苛刻。通过采用耐火材料新品种及提高其质量，改进炉体冷却系统以及强化管理，一代高炉炉衬寿命不断延长。
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高炉炉体由炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分组成。炉体附设有风口、出渣口、出铁口、冷却系统及集气管与加料装置等设施。高炉各部位及其侵蚀情况见图20－1。本节将高炉炉衬主要部分损毁特点、性能要求及所用耐火材料分述如下：
炉缸
炉缸是指风口以下部分。如果该高炉有渣口，则渣口与风口之间部分叫上炉缸；渣口以下部分叫下炉缸。上炉缸主要盛炉渣，下炉缸主要盛铁水，也盛炉渣，当然炉缸内还有焦炭。如果该高炉没有渣口，就不分上炉缸和下炉缸。
主要盛铁水的下炉缸如果没有了耐火材料，则将立即被烧穿，甚至可能发生破坏性事故。炉缸内的耐火材料，平时是无法更换或修补的，只有大修时才能更换，而大修周期（即高炉寿命）一般在十年以上，也就是说要求这部分的耐火材料要能连续工作十年以上，所以对炉缸部分的耐火材料的要求是非常严格的。
对炉缸部分耐火材料的要求是：
1. 耐高温铁水温度1500℃左右，炉渣温度更高。
2. 耐侵蚀首先是高温炉渣的侵蚀，特别是渣中含碱金属及氟化物时侵蚀性更强。其次是铁水的侵蚀（如铁水对炭砖的溶蚀等），此外是CO、CO2、H2O（冷却器漏水时尤甚）等的侵蚀。
3. 耐冲刷（耐磨）铁水和熔渣是流动的，出铁、出渣时流动更块，对耐火材料冲刷更厉害。因而一般铁口区及铁口以下铁水产生环流部位的耐火材料侵蚀也更严重。
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4. 抗渗透铁和渣及其它有害物质对耐火材料的渗透将加速所有化学的和物理的破坏过程，铅的渗透和铁沿砖缝钻漏可以把砖浮起，故要求不仅耐火材料本身要抗渗透而且外形尺寸精度要高，砖缝要小。
5. 高导热性不管用什么耐火材料，不管该耐火材料的性能如何优越，如果没有冷却措施，耐火材料的寿命是不会长的，因此要求要有高的导热性。
五十年代以前，炉缸一般用粘土砖或高铝砖砌筑，炉缸屡次烧穿。实践证明单用陶土
质耐火材料是不能胜任炉缸工作条件的。我国从五十年代后期开始采用炭块砌炉缸（炉底上几层的中心部分仍用高铝砖或粘土砖，称为综合炉底）后情况大有好转。因炭质材料能较好的满足上述要求。但随着高炉的大型化和强化，现在老一代炭块已显得不能适应了，急需研制新一代的炭块—即高导热性的微孔炭块。对这种炭块的主要要求是高抗碱性、高导热性、高耐铁水溶蚀性、高抗渗透性。
风口区和炉腹
这是高炉内温度最高的区域。风口前产生的高温煤气以很高的速度上升，其温度约在1600℃以上（风口前火焰温度最高可达2000℃∽2350℃）；1450℃∽1550℃左右的高温铁水和炉渣经炉腹流向炉缸；差不多同样高温的焦炭不停地向下运动，并且在风口区有焦炭的高速回转运动；各种高温冶金反应在这个区域剧烈地进行。所有这些给这个部位的耐火材料带来了很恶劣的工作条件。这个区域对耐火材料的要求是
1. 耐高温；
2. 耐炉渣的侵蚀；
3. 抗碱性好；
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4. 抗煤气和铁水、炉渣的冲刷；
5. 热震稳定性好；
6.抗CO2和H2O的氧化。
目前用于这个部位的耐火材料有：高铝砖、粘土砖（小高炉）、刚玉砖、Si3N4结合的SiC砖、热压半石墨砖（NMD）、硅线石砖、铝碳砖等。但所有这些耐火材料寿命都不长，一般炉腹部位开炉后∽年耐火砖就被侵蚀掉了。可以说到目前为止，世界上还没有研制出完全能满足这个区域的耐火材料。所幸在冷却作用下这个部位容易结渣皮，耐火材料被侵蚀后主要靠渣皮保护来维持生产，所以这个部位反而没有成为高炉的最薄弱环节，但炉腹部位出现麻烦的也不少。从国内现有耐火材料品种看，烧成铝炭砖和Si3N4结合的SiC砖，相对的说，比较适用于这个部位。
炉腰和炉身下部
这是软熔带所在的部位。这里温度相当高，炉衬工作条件恶劣，但行不成渣皮（软熔带根部以上）或行不成稳定的渣皮自我保护，所以它成为决定高炉寿命的两个关键部位之一（另一个是炉缸）。这里的耐火材料经受着剧烈的温度波动，初成渣（高炉FeO渣）的侵蚀（软熔带根部及其以下部位），碱金属、锌的侵蚀，高温煤气流的冲刷（特别是软熔带焦炭气窗出来的高温高速气流的冲刷更厉害），下降炉料的磨损，CO2，H2O的氧化和CO 的侵蚀等等。对这个部位的耐火材料的要求是：
1.热震稳定性好，耐高温，这是第一位的；
2.抗碱性好，在冶炼高碱金属矿时尤为重要；
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4.抗炉渣侵蚀能力强；
5.耐磨；
6.抗氧化；
7.导热性好。
目前用于这个部位的耐火砖有：高铝砖，浸渍磷酸盐粘土砖，刚玉砖，铝炭砖，Si3N4或赛隆结合的SiC砖，石墨SiC砖，炭砖（用于含氟矿高炉）等等。但实践证明这些耐火材料都不能完全满足要求，普通高铝砖的寿命一般不超过一年，Si3N4结合的SiC砖这样的高档耐火材料的寿命一般也不过二、三年（如用冷却板寿命可长一些），而高炉寿命要求10年以上。迄今为止，国内外都还没有找到一种完全能满足这个部位工作条件的耐火材料。目前这个部位所以能持续工作十年以上，主要是靠控制边沿气流和冷却。相对来说，Si3N4或赛隆结合的SiC砖和烧成铝炭砖对上述要求比较能够全面适应，使用效果也较其它砖好，所以越来越受到高炉工作者（特别是大型高炉）的欢迎。
炉身上部
这个区域温度较低，耐火材料主要受炉料的磨损和冲击（低料线时），上升煤气流的冲刷及碱金属、锌和碳沉积的侵蚀，当炉顶打水时还受H2O的侵害。对这部分耐火材料的要求是：
1.耐磨；
2.-
3.抗碱性能好；
4.气孔率低；
5.较好的热震稳定性。
目前用于这个部位的砖有：高铝砖、粘土砖、浸渍磷酸盐粘土砖、最上部紧靠钢砖部位国外也有用SiC砖的。这个部位并不是影响高炉寿命的决定因素，这部分耐火材料一般都能使用一代炉役。但是随着炉缸和炉身下部（含炉腰）两大关键部位的改进，炉子寿命进一步延长，炉身上部的耐火砖寿命已显得不能同步了，往往需要喷补。近几年在一些大高炉上炉身上部有采用冷却壁来代替耐火转的趋势。
炉前用耐火材料
炉前用耐火材料主要是指堵铁口用的炮泥、泥套和铁、渣沟用的泥料。
炮泥的作用不单是能把铁口封住，而且要能保证下次出铁时，铁流、渣流稳定，流速均匀。因此，对炮泥的要求是：强度高、耐磨、能抵抗高温铁水、熔渣冲刷，抗炉渣侵蚀能力强，要具有较好的塑性（不然打不进去），要有快干早强、干后不产生裂纹的性能（不然，铁口堵住后，炮泥不能及时退出以从事下一步工作）。针对这些要求，目前一般都得采用以焦粉、粘土、刚玉粉、SiC粉为主要原料的无水炮泥。为了快干，有的还加入一些绢云母粉。炮泥一般都是炼铁厂自己生产的。
对泥套的要求首先是强度高。不然经不住炮泥的冲撞和打泥时的压力；第二是要耐磨，能抵抗铁水、渣水的冲刷；第三要能抵抗高温炉渣的侵蚀；第四要有较好的热震稳定性，因为一个泥套要求使用多次；每次出铁和停止出铁之间温差达1000℃；第五是要有较好的塑性，做泥套用的料多由炼铁厂自己配制。冶炼含氟矿的宝钢高炉则长期使用粗缝炭糊捣制，效果不错。近几年在一些大高炉上成功地使用Al2O3－SiC－C系浇注料来制作泥套，取得了良好的效果。
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定型耐火材料的生产工艺流程图
定型耐火材料工艺流程 定型耐火材料的生产工艺流程图 活化煅烧 死烧
检验包装 一．原料的煅烧 原料的煅烧具有极为重要的必要性，原料的煅烧分为活化煅烧和死烧，活化煅烧是使原料全部或部分组分得到活化，变为活性状态的煅烧，通过加入添加剂得以实现，死烧则是使原料全部达到完全烧结，无论哪种煅烧都能够使生料变成熟料，熟料配料的好处如下： （1）熟料配料能够保证制品烧成后的尺寸准确性，以及制品的体积稳定性。 （2）熟料配料有利于改善制品的矿物组成及显微组织结构，从而保证制品具有良好的使用性能； （3）熟料配料有利于缩短制品的烧成周期，提高生产效率和烧成合格率。二．原料的挑选分级 原料的挑选分级能够保证优质品的质量，避免劣质原料被用来生产优质品；此外，这道工序还能保证优质原料被有价值的利用，避免优质原料被用来生产低等级的制品。 一般挑选分级的对象有耐火黏土、高铝矾土、菱镁矿等，根据熟料的外观颜色、有无显而易见的杂质、比重、致密度等情况进行人工拣选。 三．原料的破粉碎 破粉碎在耐火材料的生产流程中是一道极为重要的生产工序，它决定了产品质量的好坏，因此它有着极为重要的意义： （1）各种原料只有破粉碎到一定细度才能充分均匀混合，从而保证制品组织结构的均匀性； （2）通过破粉碎将各种原料的加工成适当粒度，以保证制品的成型密度； （3）只有将原料粉碎到一定细度，才能提高原料的反应活性，促进高温下的固相反应，形成预期的矿物组成和显微组织结构，以及降低烧成温 度。 根据破碎的不同要求，可以选择不同类型的破碎机，常用的破碎机有颚式破碎机和圆锥破碎机。
配料不仅仅是调配化学组成的过程，还是调配颗粒组成的过程，因此在配料过程中颗粒级配的设计师极为重要的，合理的颗粒级配可以达到最紧密堆积，保证坯体的成型密度，减小坯体的烧成收缩，从而保证制品的质量和性能。 以取得最紧密堆积为目的，耐火材料的颗粒组成，一般采用下述公式： y i =[a +(1?a )(d i D )n ]?100 y i ——粒径为d i 的颗粒应配入的数量（%）； a ——系数，取决于物料性质及细粉含量等因素，一般情况下，a=0-0.4; n ——指数，与颗粒分布特性及细粉的比例有关，一般地n=0.5-0.9; D ——最大（临界）颗粒尺寸（mm ）。 理想的堆积是粗颗粒构成骨架，中颗粒填充于大颗粒构成的空隙中，细粉则填充于中间颗粒构成的空隙中，在实际生产中，通常采取三组分颗粒配料，有时候也会采取四组分颗粒配料，不同的产品因为成型和烧成的不同，会选取不同的配比。 五． 混练 混练是使各种物料分布均匀化，并促进颗粒接触和塑化的操作过程，耐火材料的混练过程，由于颗粒粒度相差较大及成型的需要，实际上不是一个单纯的混合过程，而是伴有一定程度的碾压、排气过程。混练的最终目的是使混合料的任意单位体积内具有相同的化学组成和颗粒组成。 达到较好混练质量所需要的混练时 间，主要与物料的流动性、外加剂的种 类、混练机的结构性能等因素有关，对 应于某一种坯料及混练设备，都有一个 最佳的混练时间，超过该时间就会造成 “过混合”，如右图所示，而且最佳混练 时间有时相差较大，例如黏土砖需要 4-10min ，而镁砖需要20-25min 。
耐火材料概论知识点总结
硅砖的应用：是焦炉、玻璃熔窑、高炉热风炉、硅砖倒焰窑和隧道窑、有色冶炼和酸性炼钢炉及其它一些热工设备的良好筑炉材料。 粘土质耐火材料的原料 软质粘土 生产过程中通常以细粉的形式加入，起到结合剂和烧结剂的作用。苏州土和广西泥是我国优质软质粘土的代表。 硬质粘土 通常以颗粒和细粉的形式加入，前者起到配料骨架的作用，后者参与基体中高温反应，形成莫来石等高温形矿物。 结合剂 水和纸浆废液 粘土质耐火材料制品原料来源丰富，制造工艺简单，产量很大，广泛用于各种工业窑炉和工业锅炉上。如隧道窑，加热炉和热处理炉等的全部或大部分炉体，排烟系统内衬用耐火材料，其中钢铁冶金系统是粘土质耐火材料制品的大用户，用于盛钢桶，热风炉、高炉、焦炉等使用温度在1350℃以下的高温部位。 铝矾土的加热变化 a. 分解阶段（400~1200℃） b 二次莫来石化阶段（1200~1400℃或1500℃） 二次莫来石化时发生约10%的体积膨胀 c. 重结晶烧结阶段（1400~1500℃）。 ? 高铝质耐材的应用 ? 由于高铝质耐火材料制品的优良性能，因而被广泛应用于高温窑炉一些受炉气、炉 渣侵蚀，温度高承受载荷的部位。例如高铝风口、热风炉炉顶、电炉炉顶等部位。 ? 硅线石族制品具有较高的荷重软化温度、热震稳定性好、耐磨性和抗侵蚀性优良， 因此适用于钢铁、化工、玻璃、陶瓷等行业，如用作烟道、燃烧室、炉门、炉柱、炉墙及滑板等。在高炉上，为确保内衬结构的稳定性、密封性，避免碱性物的侵入和析出，或风口漏风，在出铁口、风口部位，选择内衬大块型组合砖结构的硅线石族耐火材料，延长了使用寿命。 ? 莫来石制品的抗高温蠕变、抗热震性能力远远优于包括特等高铝砖在内的其它普通 高铝砖 ，广泛应用于冶金工业的热风炉、加热炉、钢包，建材工业的玻璃窑焰顶、玻璃液流槽盖、蓄热室，机械工业的加热炉，石化工业的炭黑反应炉，耐火材料和陶瓷工业的高温烧成窑及其推板、承烧板等窑具。 刚玉耐材的原料 氧化铝 所有熔点在2000℃以上的氧化物中，氧化铝是一种最普通、最容易获 得且较为便宜的氧化物。氧化铝在自然界中的储量丰富。天然结晶的 Al 2O 3被称为刚玉，如红宝石、蓝宝石即为含Cr 2O 3或TiO 2杂质的刚玉。大 232232400~600()H O Al O H O Al O αα-?????→-℃刚玉假象＋23222322400~600222H O Al O SiO H O Al O SiO ?????? →?℃＋23223229503(2)324SiO Al O SiO Al O SiO ????→?℃＋232232 12003232Al O SiO Al O SiO ≥+????→?℃
耐火材料各性质
耐火材料的力学性质 耐火材料的力学性质是指材料在不同温度下的强度、弹性、和塑性性质。耐火材料在常温或高温的使用条件下，都要受到各种应力的作用而变形或损坏，各应力有压应力、拉应力、弯曲应力、剪应力、摩擦力、和撞击力等。 此外，耐火材料的力学性质，可间接反映其它的性质情况。 检验耐火材料的力学性质，研究其损毁机理和提高力学性能的途径，是耐火材料生产和使用中的一项重要工作内容。 4.1 常温力学性质 4.1.1 常温耐压强度σ压 定义；是指常温下耐火材料在单位面积上所能承受的最大压力，也即材料在压应力作用下被破坏的压力。 常温耐压强度σ压=P/A ，（pa） 式中；P—试验受压破坏时的极限压力，（N）； A—试样的受压面积，（m2）。 一般情况下，国家标准对耐火材料制品性能指标的要求，视品种而定。其中，对常温耐压强度σ压的数值要求为50Mpa左右(相当于500kg/cm2)；而耐火材料的体积密度一般为2.5g/cm3左右。据此计算，因受上方砌筑体的重力作用，导致耐火材料砌筑体底部受重压破坏的砌筑高度，应高达2000m以上。 可见，对耐火材料常温耐压强度的要求，并不是针对其使用中的受压损坏。而是通过该性质指标的大小，在一定程度上反映材料中的粒度级配、成型致密度、制品烧结程度、矿物组成和显微结构，以及其它性能指标的优劣。 体现材料性能质量优劣的性能指标的大小，不仅反映出来源于各种生产工艺因素与过程控制，而且反映过程产物气、固两相的组成和相结构状态以及相关性质指标间的一致性。一般而言，这是一条普遍规律。 4.1.2 抗拉、抗折、和扭转强度 与耐压强度类似，抗拉、抗折、和扭转强度是材料在拉应力、弯曲应力、剪应力的作用下，材料被破坏时单位面积所承受的最大外力。与耐压强度不同，抗拉、抗折、和扭转强度，既反映了材料的制备工艺情况和相关性质指标间的一致性，也体现了材料在使用条件下的必须具备的强度性能。抗折强度σ折按下式计算。
冶炼硅铁炉用耐火材料
冶炼硅铁炉用耐火材料 硅铁炉又称电弧电炉或电阻电炉，是一种耗电量巨大的工业电炉。主要由炉壳，炉盖、炉衬、短网，水冷系统，排烟系统，除尘系统，电极壳，电极压放及升降系统，上下料系统，把持器，烧穿器，液压系统，矿热炉变压器及各种电器设备等组成。 它主要用于还原冶炼矿石，碳质还原剂及溶剂等原料。主要生产硅铁，锰铁，铬铁、钨铁、硅锰合金，电石等铁合金和化工原料，其工作特点是采用碳质或镁质耐火材料作炉衬，使用自培电极。电极插入炉料进行埋弧操作，利用电弧的能量及电流通过炉料的，因炉料的电阻而产生能量来熔炼金属，陆续加料，间歇式出铁渣，连续作业的一种工业电炉。 目前国内的矿热炉容量大小各异就我公司在硅铁矿热炉用耐火材料和施工方面所做过的业绩有12500KVA、16500KVA、25500KVA 、36000KVA、40500KVA、不等。 矿热炉是我们现代工业生产冶炼中大型的生产设备也是现有提炼有色金属，铁合金，和化工原料必不可缺的工具随着时代、技术、科技的不段突破和创新，也因为矿热炉是一种高耗能炉型为了更好的节约能源降低排放物和倡导我国的低碳绿色环保计划。现在已经从以前的开放式炉子逐步的变为密闭式炉子也有以前的小炉型转变为大炉型逐渐的淘汰落后产能。
在未来矿热炉应朝向 1 矿热炉向高功率、大型化方向发展，为了提高热效率，提高生产率和满足功率集中冶炼的工艺要求； 2 采用低频（0.3-3HZ）冶炼，可节省和提高产品质量。 3 设置有排烟除尘及能源回收装置。 4 开发空心电极系统，较小颗粒精细料可从空心电极加入，节省能源，节省电极消耗，稳定熔池。 5 采用炉体旋转结构。 6 研制开发适合各种矿热炉工艺要求得计算机工艺软件系统，指导冶炼，使冶炼达到最佳状态。从而提高产品质量，降低能耗及提高产量。 所以在炉型逐渐朝向大型化，科技化和环保方向发展的同时对炉子的寿命也有了很高的要求标准，只有炉子的寿命有效的得到长时间使用才能够降低企业的生产成本和降低废渣污染物排放，要想让一台矿热炉使用寿命长不单单要在短网、水冷系统、液压系统等的要求很高以外对矿热炉的炉衬所使用的耐火材料以及碳素制品也是
直接还原用耐火材料的特点与应用
直接还原用耐火材料的特点与应用 曹仁锋赵继增张广智徐延庆 （北京利尔高温材料股份有限公司北京， 102211） 1.前言 直接还原铁技术是以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源，在铁矿石(或含铁团块)软化温度以下进行还原得到金属铁的方法。直接还原铁既是废钢的代用品，更重要的是冶炼高级钢种的必须品。在冶炼高级钢种时直接还原铁优于废钢。我国的直接还原铁的生产还处于起步阶段。2007年全球直接还原铁产量达到6722万吨，而我国的年产量约为60万吨，2008年我国全年的直接还原铁进口量在50万吨左右。 钢铁工业的发展离不开耐火材料的进步，由于我国的直接还原铁的生产还处于起步阶段，直接还原铁用耐火材料的生产企业更是稀少。目前的现状是绝大多数直接还原铁生产企业对耐火材料重视程度不够，不了解直接还原铁用耐火材料的特殊要求，一般采用普通耐火材料，寿命普遍不高。 2.直接还原铁用耐火材料的特点及使用要求 直接还原铁用耐火材料与普通耐火材料相比对大的特点就在于工作气氛的不同，一般耐火材料工作气氛为氧化气氛或弱还原气氛，而直接还原铁用耐火材料在强还原气氛下工作。还原性气氛对耐火材料的使用有着决定性的影响，普通耐火浇注料在强还原气氛下易导致施工体开裂甚至崩塌现象(图1，图2)。可以说耐火材料对还原性气氛的适应性即抗CO气体侵蚀性能的好坏直接决定了耐火材料的使用寿命。 图1普通耐火材料经过抗CO实验后开裂现象
图2普通耐火材料经过抗CO实验后崩塌现象 除了必须具备优良的抗CO气体侵蚀性能，直接还原铁用耐火材料在使用过程中还应具备以下性能： 1)高强度：以保证浇注料能经受炉壳的弯曲。 2)高耐磨性：以保证耐火材料能抵抗物料在上面移动时的磨蚀作用。 3)高的化学稳定性：以保证材料能抵抗由铁矿、脱硫剂和媒组成的炉料接触时形成的液体的作用。 4)高的耐热震稳定性：以保证耐火材料在温度发生冷热变化时不被破坏。 3.还原气氛下耐火材料的损毁机理 直接还原铁的基本原理是还原剂还原Fe203成金属Fe。其用固体碳直接还原铁氧化物的反应通常以下式表示： 3Fe203+C＝2Fe304+CO Fe304+C＝3FeO+CO FeO+C＝Fe+CO 而实际上固体碳还原固体Fe203是固相与固相之间的反应，其接触面积很小，其反应速度是非常缓慢的。用固体碳还原氧化铁的反应主要是通过CO的媒介作用进行还原的。其反应由以下二个反应组合起来完成： C+C02＝2C0……………(碳的气化反应) FeO+CO＝Fe+C02……………(铁氧化物的还原反应) 早期研究结果表明：CO对耐火材料的侵蚀损坏是由于在耐火材料有碳沉积的结果。碳是由2C0＝C+CO2反应生成的产物。而且含铁化合物是这个反应的催化剂。 日本对经受CO气体侵蚀变质后的衬砖进行了电子显微镜观察，发现碳素呈丝状，在丝的端部有碳化铁触媒核。这就是说碳素沉积的催化剂不是氧化铁或铁，而是由它们所生成的碳化铁。
冶金生产用耐火材料
第五篇冶金生产用耐火材料 概述 耐火材料是为高温技术服务的基础材料，它与高温技术尤其是高温冶炼工业的发展有密切关系，相互依存，互为促进，共同发展。在一定条件下，耐火材料的质量品种对高温技术的发展起着关键作用。 一百多年来钢铁冶炼发展过程中，每一次重大演变都有赖于耐火材料新品种的开发。碱性氧气转炉成功的关键之一是由于开发了白云石耐火材料；护炉成功的一个重要因素是生产了具有高荷重软化温度的硅砖；耐急冷急热的镁铬砖的发明促进了全碱性平炉的发展。近年来，钢铁冶炼新技术，如大型高炉、高风温热风炉、复吹氧气转炉、铁水预处理和炉外精炼、连续铸钢等，都无例外地有赖于优质高效耐火材料的开发。另外，耐火材料在节能方面也作出了重要贡献，如各种优质隔热耐火材料、陶瓷换热器，无水冷滑轨、陶瓷喷射管和高温涂料等的开发，都对高温技术的节能起了重要作用。现代冶炼技术的发展和节约能源的形势，既对耐火材料提出了更严格的要求，又必须借助于新品种优质耐火材料的成功及发展。 我国耐火原料资源丰富，品种多，储量大，品位高。高铝矾土和菱镁矿蕴藏量大，品质优良，世界著名；耐火粘土、硅石、白云石和石墨等储量多，分布广，品质好；叶蜡石、硅线石、橄榄石和锆英石等储量也多；隔热耐火材料用各种原料，各地都有储藏。另外，我国漫长的海岸线和内陆湖泊均蕴藏有大量的镁质原料资源。近年来，在提高耐火原料质量和人工合成原料方面，又取得了较为显著的成就。我国有发展各种优质耐火材料资源的优势。 我国还有生产耐火材料的悠久历史。新中国以来，随着科学技术和工业水平的提高，为了适应金属冶炼和其他高温技术工业的需求，我国耐火材料工业有重大的发展。新建了许多优质耐火材料生产厂和有关机构；开发出许多优质耐火材料新品种，保证并促进了各项高温技术和整个国民经济的发展。 今后，我国耐火材料的发展应依靠科学技术的进步和整体工业水平的提高，加强生产技术的管理。以材料的质量和品种为中心，继续提高原料质量，发展合成原料，改进生产装备，全面提高产品质量和改善性能，积极开发优质新品种，合理利用和提高耐火材料服役寿命，进一步降低消耗，保证和促进金属冶炼和其他高温技术工业以及国民经济的发展。 ] 18 耐火材料定义、分类、化学矿物组成 耐火材料的定义
耐火材料的生产工艺
2010级化学班孟享洁2010061415 耐火材料的制备 耐火材料是一种耐火度不低于1580℃，有较好的抗热冲击和化学侵蚀的能力、导热系数低和膨胀系数低的无机非金属材料。其主要是以铝矾土、硅石、菱镁矿、白云石等天然矿石为原料经加工后制造而成的。其应用是用作高温窑、炉等热工设备的结构材料，以及工业用高温容器和部件的材料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。主要是广泛用于冶金、化工、石油、机械制造、硅酸盐、动力等工业领域，在冶金工业中用量最大，占总产量的50％～60％。耐火材料的发展在国民工业生产的应用中有着举足轻重的地位。中国耐火材料的发展历史悠久，具有了较为完整的生产工艺，其当代的发展已经是能独立研发各种性能较为优越的耐火材料，但依然存在各种缺点和不足。其制备流程图如下所示： 耐火材料制备原理： 1．耐火原料的加工 原料的加工主要包括原料的精选提纯.均化或合成；原料的干燥和煅烧；原料的破粉碎和分级。 原料的精选提纯和均化为了提高原料的纯度，一般需经拣选或冲洗，剔除杂质，有的还需要采用适当选矿方法进行精选提纯。有的原料中成分不均，需要均化。 原料的煅烧：为了保证原料的高温体积稳定性。化学稳定性和高强度，多数天然原料和合成原料，需经高温煅烧制成熟料或熔融成熔块。烧结温度T约为其熔点的0.7~0.9倍。 原料的破粉碎和分级：原料的破粉碎的目的是按照配料要求制成不同粒级的颗粒及细粉，进行级配，使多组分间混合均匀，以便相互反应，并尽可能获得
致密的或具有一定粒状结构的制品胚体。 2耐火材料成型工艺 耐火材料借助于外力或模型，成为具有一定尺寸。形状和强度的胚体或制品的过程。压制或成型是耐火材料生产工艺过程中的重要环节。按胚料含水量的多少，分为半干法.可塑法.注浆法。 3耐火材料的干燥 干燥过程可分为三个阶段。在此之前有一个加热阶段。一般加热阶段时间很短，胚体温度上升到湿球温度。第二阶段是降速阶段，随着干燥时间的延长，或胚体含水量的减少，胚体表面的有效蒸发面积逐渐减少，干燥速度逐渐降低。第三阶段干燥速度逐渐接近零，最终胚体水分不再减少。 4耐火材料的烧成 烧成是耐火制品生产中最后一道工序。制品在烧成过程中发生一系列物理化学变化，随着这些变化的进行，气孔率降低，体积密度增大，使胚体变成具有一定尺寸.形状和结构强度的制品。 耐火材料的生产工艺 1原料的加工 原料的加工主要包括原料的精选提纯.均化或合成；原料的干燥和煅烧；原料的破粉碎和分级。 2配料与混练 配料组成：（1）.化学组成：主成分，易熔杂质总量和有害杂质量的规定（2）.颗粒配比（3）.常温结合剂（4）.原料中水分和灼减的换算。配料方法：重量：磅秤、自动称量称、称量车、电子称、光电数字显示称。容积：带式、板式、槽式、圆盘式、螺旋式、振动给料机。混练：使不同组分和粒度的物料同的物料同
耐火材料生产安全规程
耐火材料生产安全规程 AQ 2023-2008 Safety regulations for refractory material 目次 前言 1范围 2规范性引用文件 3术语和定义 4总则 5基本规定 6厂址选择、厂区布置及厂房 7生产工艺 8动力供应与管线 9工业卫生 前言 本标准是依据国家有关法律法规的要求，在充分考虑耐火材料生产工艺的特点(除存在通常的机械、电气、运输、起重等方面的危害因素外，还存在易燃易爆和有毒有害气体、高温热源、尘毒、放射源等方面的危害和有害因素)的基础上编制而成的。 本标准对耐火材料安全生产作出了规定。 本标准由国家安全生产监督管理总局提出。 本标准由全国安全生产标准化技术委员会非煤矿山安全分技术委员会归口。
本标准起草单位：中钢集团武汉安全环保研究院、中冶焦耐工程技术有限公司、中钢集团洛阳耐火材料研究院、中钢集团耐火材料有限公司。 本标准主要起草人：李晓飞、高士林、赵丹力、梁占超、王瑞、李慎虑、胡东涛、熊建华、左大武、崔远海、陈强。 耐火材料生产安全规程 1范围 本标准规定了耐火材料安全生产的技术要求。 本标准适用于耐火材料厂(或车间)的设计、设备制造、施工安装、验收以及生产和检修。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB2894 安全标志 固定式工业防护栏杆安全技术条件 固定式工业钢平台 GB4387 工业企业厂内铁路、道路运输安全规程 GB5082 起重吊运指挥信号 GB6067 起重机械安全规程 GB6222 工业企业煤气安全规程 GB7231 工业管道的基本识别色、识别符号和安全标识 GB8703 辐射防护规定
耐火材料工艺学概念
1、解释概念：气孔率和体积密度，化学组成和矿物组成，主成分和杂质，主晶相和基质。气孔率:耐火材料中气孔体积与总体积之比称为气孔率。即是材料中含有气孔的多少。 单位表观体积占有的质量称为体积密度 矿物组成：化学成分在材料中存在的结合状态 主成分是指在耐火材料中对材料的性质起决定作用并构成耐火基体（含量高）的成分。 那些能与主成分相互作用，使其耐火性能降低的氧化物或化合物，通常称为熔剂的杂质。主晶相是指构成耐火制品结构的主体而且熔点较高的结晶相。 填充于主晶相（次晶相）之间的不同成分的细微结晶矿物和玻璃相统称为基质。 2、耐火材料的热膨胀系数和高温体积稳定性有什么关系？各自影响因素有哪些？ 3、耐火材料的导热系数和导温系数有什么关系？各自影响因素有哪些？ 4、什么是耐火度？与纯物质熔点有何区别？ 耐火材料在无荷重条件下，抵抗高温作用而不熔化的性质称为耐火度 耐火度与纯物质的熔点有严格的区别： 熔点是纯物质固液平衡共存的温度，是一个固定的温度。耐火材料一般是由多种矿物组成的多相固体混合物，没有固定的熔点。其熔融是在一定温度范围内进行的，即只有固定的开始出现液相的温度，和固定的完全熔融的温度，在这个温度范围内，液相与固相同时存在。一般材料的耐火度都低于相应纯物质的熔点。 5、何谓常温耐压强度？耐火材料一般不因为常温耐压强度不够而破坏，为什么还要测其常温耐压强度？ 耐火材料的耐压强度包括常温耐压强度和高温耐压强度，分别是指常温和高温条件下，耐火材料单位面积上所能承受的最大压力 常温耐压强度的意义: 1、可以间接反映工艺制度的合理性。耐压强度表明制品的成型坯料加工质量、成型坯体结构的均一性及砖体烧结情况良好。因此，常温耐压强度也是检验现行工艺状况和制品均一性的可靠指标。 2、可以间接的反映出其他性质的优劣，如耐磨性，不烧制品的结合强度等。 3、测定方便是判断耐火材料质量的常规检验指标。 6、何谓耐火材料的弹性模量，有哪些影响因素，有何使用意义？ 材料在其弹性范围内，在外力σ（应力）的作用下，产生变形ε（应变），当荷载去除后，材料仍恢复原来的形状和尺寸，此时应力和应变的比值称为弹性模量 影响因素分析 1、化学矿物组成，晶体的化学键类型、缺陷 2、组织结构与各相间的结合强度 3、温度的影响 多晶材料，随温度升高而下降 含有玻璃相的材料，一定温度范围内，随温度升高而增大，但温度超过一定范围后，由于基质软化而转为下降，即有一最大值，据此可以判断材料基质开始软化和液相形成的温度范围。 有晶型转化的材料，E有突变。 意义: 1、测定弹性模量可以判断材料中是否存在缺陷和缺陷的多少，从而可以评定工艺工程（成型和烧成）的优劣； 2、还可以判定基质软化和液相形成的温度范围。
耐火材料在钢铁工业的的用途
我国在高炉使用寿命方面，巩义五耐以刚玉为主原料。采用微气孔结构的特殊工艺研制的高炉陶瓷杯用微孔刚玉砖，解决了抗碱浸蚀性、抗炉渣浸蚀性和微气孔三个技术关键，其综合使用性能达到或超过了国外陶瓷杯壁用棕刚玉浇注块的性能指标。他们研制的莫来石、硅线石、低蠕变砖三大类9个牌号的高炉热风炉系列高性能耐火材料产品。在武钢5号（3200 m3）高炉使用，寿命达16年。中钢集团洛阳耐火材料研究院自主研发的赛隆结合刚玉产品，成功应用于宝钢。 COREX——C3000装置，打破了国外公司产品在COREX熔融炉用耐火材料的垄断地位，扭转了我国炼钢关键部位用耐火材料依靠进口的被动局面。中钢集团耐火材料公司研制的高炉风口区快干高强刚玉——氮化硅——碳化硅复合浇注料，在炼铁高炉使用效果良好，通过了省级科技鉴定。北京科技大学研发的金属复合氧化物非氧化物耐火材料，是具有自主知识产权的新型耐火材料，Si—SiC—棕刚玉高炉陶瓷杯材料已在国内多个大钢的100多座高炉使用。同时研制的Si3N4高炉铁沟料和Si3N4复合高炉喷补料也先后问世，对炼铁高炉的维护和使用寿命的延长起到了积极作用。首钢二耐与北科大共同研发的“新型高性能大型高炉用无水泡泥”在使用性能上克服了传统产品的缺陷，在满足大型高炉冶炼及延长使用寿命方面取得了突破性提高。经首钢炼铁厂等大型高炉使用，其拔泡时间，平均出铁次数，吨铁泥耗和钻杆用量等指标均大幅下降。 在炼钢方面，转炉炉龄是耐火材料质量、冶炼条件及筑炉维护的综合反映，耐火材料质量是炉龄的基础。改革开放前，我国炼钢转炉炉龄一直很低，上世纪70年代末，原鞍钢大石桥镁矿研发的烧成油浸镁白云石砖，才使鞍钢150t大型转炉炉龄提高到1000次以上。随着宝钢引进项目所需耐火材料的逐步国产化，我国自己引进、移植、研发的镁碳砖问世（原辽镁公司、上海二耐及丹东四兴的镁碳砖产品首先在宝钢使用），使转炉炉龄大幅提高，也使我国炼钢转炉用耐火材料跃上了一个新台阶。到2003年转炉平均炉龄4674炉，溅渣护炉技术的推广，使转炉炉龄的世界记录不断刷新，全国已有20家重点企业转炉的炉龄突破一万炉大关。武钢耐火公司研制生产的镁碳砖，1999年8月在武钢二炼钢厂2号转炉创下了15208炉的顶底复吹炉龄记录，2002年12月以29942炉刷新了世界记录，2003年3月，在武钢二炼钢1号转炉又创下了30368炉的最新世界记录，实现了在溅渣护炉条件下，耐火材料使用寿命与转炉炉龄同步的突破。营口青花集团自主研制的CaO含量15%—50%镁钙砖系列产品，2007年生产12.69万吨，在太钢、宝钢、酒钢等一百多家钢厂的AOD炉上使用，产量仅次于LWB，居世界第二位，被列为国家星火计划项目。该公司等单位研制生产的RH炉用电熔再结合镁铬砖在武钢等大型钢铁企业使用，替代进口，取得了良好的使用效果。 在高效连铸方面，濮阳濮耐高温材料有限公司研制的“中包透气上水口”，生产成本低，生产效率高，被国家认定为享有知识产权的产品，他们采用板状刚玉，氧化锆，碳化硅等为原料研制的不烧优质滑板，具有扩孔小，抗氧化性能好，耐热震性好的特点。山东省耐火原材料公司，先后研制开发了“洁净钢用无碳无硅水口”、“高效连铸用长寿命整体复合塞棒”、“长寿命铝锆碳浸入式水口”和“长寿命不烘烤薄壁长水口”等新产品，进入市场后很快得到了用户的肯定，也顺利通过了省级科技鉴定。洛阳耐火材料研
耐火材料工艺及检验相关知识
耐火材料检验的有关知识 重点掌握:气孔率、体积密度、吸水率、真密度的概念，计算公式及定义；热膨胀、热导率、热容等热学性能检测意义;耐火材料的概念；耐火材料的常温及高温力学性能的检测方法及检测意义。 一般掌握:耐火材料的主要原料;耐火材料的种类；化学组成的分类及各类成分的作用；矿物组成的分类及各类的作用；耐火材料性能检验的特点及作用；高温使用性能的分类、检测意义及检测方法。 了解：耐火材料的用途与发展。 耐火材料是耐火度不低于１580℃的无机非金属材料。尽管各国规定的定义不同，例如，国际标准化组织（ISＯ)正式出版的国际标准中规定，“耐火材料四耐火度至少为１500℃的非金属材料或制品（但不排除那些含有一定比例的金属)”,但耐火材料是用作高温窑、炉等热工设备的结构材料,以及工业用高温容器和部件的材料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。 大部分耐火材料是以天然矿石(如耐火粘土、硅石、菱镁矿、白云石等)为原料制造的。现在,采用某些工业原料和人工合成原料（如工业氧化铝、碳化硅、合成莫来石、合成尖晶石等)也日益增多。 根据耐火度，可分为普通耐火制品(1580－1770℃）、高级耐火制品(1770－2000℃）和特级耐火制品(2000℃以上)。
按照形状和尺寸，可分为标准型砖、异型砖、特异型砖、大异型砖,以及实验室和工业用坩锅、皿、管等特殊制品。 按制造工艺方法可分为泥浆浇注制品、可塑成型制品、半干压型制品、由粉状非可塑泥料捣固成型制品，由熔融料浇注的制品以及由岩石锯成的制品。 表2 耐火材料的外观分类
耐火材料的分类方法有多种，其中有按耐火材料的化学矿物组成进行的分类法，它能表征各种耐火材料的基本组成和特性，在生产、使用和科学研究上均有实际意义(见表1)。 此外,耐火材料又按下列指标分类(见表2）。 今后，我国耐火材料工业要由数量型向品种质量型转变,立足于我国的资源条件和使用需要，研究发展优质高效高铝质和碱性制品，发展优质不定形耐火材料和绝热耐火材料。 1、耐火材料的组成和性质 耐火材料的一般性质,包括化学矿物组成、组织结构、力学性质、热学性质和高温使用性质。其中有些是在常温下测定的性质，例如气孔率、体积密度、真密度和耐压强度等。根据这些性质，可以预知耐火材料在高温下的使用情况；另一些是在高温下测定的性质，例如耐火度、荷重软化点、热震稳定性、抗渣性、高温体积稳定性等，这些性质反映在一定温度下耐火材料所处的状态,或者反映在该温度下它与外界作用的关系。 1.1、耐火材料的化学矿物组成 耐火材料的若干性质，取决于其中的物相组成、分布及各相的特性,即取决于制品的化学矿物组成。对于既定的原料,即化学矿物组成一定时，可以采用适当的工艺方法,获得具有某种特性的物相组成(如
耐火材料工艺学试题-(2006)[1]
2003级《耐火材料工艺学》试题 考生姓名＿＿＿＿＿＿＿＿＿班级＿＿＿＿＿＿ 考生注意：第一题“填空”和第二题“判断题”的答案，请直接写在卷面上。 一、填空（每题2分） 1 耐火材料是指＿＿＿＿＿＿不低于＿＿＿＿的无机非金属材料，其性能主要取决于＿＿＿＿组成和＿＿＿＿组成； 2显气孔率是指制品中＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的比值； 3耐火材料的热膨胀、热导率是指其＿＿学方面的物理性质，一般情况下，晶体结构对称性愈强，热膨胀率愈＿＿，晶体结构愈复杂，热导率愈＿＿； 4 为了使硅砖中大量形成鳞石英，通常采用的矿化剂有＿＿＿＿、＿＿＿＿。 5硅酸铝质耐火材料是以＿＿和＿＿为基本化学组成的耐火材料，我国高铝矾土原料的主要矿物组成是＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿，其中＿＿等矾土熟料比＿＿等矾土熟料难烧结； 6天然产的无水硅酸铝原料“三石”是指＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿，其加热膨胀效应最大的：＿＿＿＿＿＿； 7镁碳砖的主要原料是＿＿＿＿和＿＿＿＿以及＿＿＿＿＿＿＿＿结合剂，铝碳质制品主要应用于连铸系统的“三大件”，也即＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿； 8 主晶相是指决定耐火材料性质的主要矿相，直接结合指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的结合，陶瓷结合指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的结合，镁砖的主晶相是＿ ＿＿＿＿＿，镁铝砖（Al 2O 3 5-10%）的主晶相是＿＿＿＿＿＿； 9 不定形耐火材料通常是指原料经混合后不需机压＿＿＿＿和高温＿＿＿＿的散状料和预制块。根据美国材料测试标准，普通水泥结合浇注料CaO为＿＿＿＿＿＿%，低水泥结合浇注料CaO为＿＿＿＿＿＿%，超低水泥结合浇注料CaO为＿＿＿＿＿＿%，无水泥结合浇注料CaO为＿＿＿＿＿＿%；
冶金机械(钢铁冶金设备)复习资料
第一章 高炉生产总的要求:高产、优质、低耗、长寿. 提高高炉生产经济技术指标的途径①精料.②综合鼓风③高压操作.高压操作是改善高炉冶炼过程的有效措施,可以延长煤气在炉内的停留时间、提高产量、降低焦比,同时可以减少炉尘吹出量④电子计算机的控制⑤高炉大型化. 第二章 供料设备:高炉生产中,料仓上下所有的设备 给料机两种形式:电磁式、电动机式. 振动筛分类:运动轨迹分:平面圆周运动轨迹、定向直线运动轨迹.调谐值:近共振点工作、远离共振点工作. 对高炉供料设备的要求:①供料系统应适应多品种的要求.②生产率要大,能满足高炉生产日益增长所需的矿石和焦炭的数量③原料称量准确,维持装料的稳定,这是操作稳定的一个重要因素④在运输过程中,对原料的破碎要少;在组成料批时,对供应原料要进行最后过筛⑤设备力求简单、耐磨,便于操作和检修,使用寿命长. 供料系统:料车上料系统、皮带上料机上料系统两种不同的形式. 称量漏斗:分为杠杆式称量漏斗和电子式称量漏斗振动给料机:电磁式和电动机式两种形式. 电动机式振动给料机优点:更换激振器方便、振动方向角容易调整、特别是激励可根据振幅需要进行无级调整. 概率筛也是一种振动筛,但其工作原理与惯用的振动筛完全不同 最常用的上料设备:斜桥料车上料机、带式上料机. 第三章 料车的车轮装置有转轴式和心轴式两种. 液力联轴器的作用:①过载保护②减少启动时的冲击与振动③与鼠笼型电动机连用,可提高鼠笼电动机的启动能力④在多台电动机传动链中,可均衡各电动机的负载.分类:分为标准型、安全型和可调型三种.可调型液力联轴器调节充液量的方法有:出口调节式、进口调节式、进出口调节式 带式上料机和料车上料机比较具有特点:①工艺布置合理.料仓离高炉远,使高炉周围空间自由度大,有利于高炉炉前布量多个出铁口②上料能力强.满足了高炉大型化以后大批量的上料要求②上料均匀,对炉料的破碎作用较小④设备简单、投资较小⑤工作可靠、维护方便、动力消耗少,便于自动化操作.但是带式运输机的倾角一般不超过120,水平长度在300m以上,占地面积大;必需要求冷料,热烧结矿得经冷却后才能运送.严格控制炉料,不允许夹带金属物,以防止造成皮带被刮伤和纵向撕裂的事故. 第四章:炉顶装料设备 炉顶装料设备:分为双钟式炉顶设备和无种炉顶. 双钟式炉顶升降方式分为:料钟自由式下降、料钟强迫下降. 平衡杆按料钟下降方式分为:自由下降和强迫下降. 钢绳拉力控制器:杠杆式、菱形结构式钢绳张力控制器 探料设备分类:机械垂直,机械水平,同位素,红外线探料器. 大小钟液压驱动结构分类？？？ 无钟炉顶分类:按照料罐布置方式不同,可分为并罐和串罐两种基本形式.①串罐式上、下料罐是分开的,称量斗独立存在,不受外界影响,称量精度高,这对于高炉实现自动化操作是十分有利的.串级式无料钟与高炉同心,不仅减少炉料偏析,而且减少了炉料运动的撞击,减少破损,有利于煤气流的畅通和高效利用,也减少中心喉管的磨损.投资少、结构简单、事故率要低、维修量相应减少.但当一个料罐出现故障时,高炉要休风.②并罐式两个料斗装在一根大梁上,大梁的刚度必须很大;一个料罐的称量要受另一料罐装卸料的影响,称量精度难以保证.它的最大特点是当一个料罐出现故障时,另一个还可以维护生产. 无料钟炉顶部件:受料漏斗、料罐、密封阀(圈)(作用:密封阀用于料罐密封,保证高炉压力操作)、流量调节阀、中心喉管(为防止原料对中心喉管的偏磨以及减少对衬板的磨损,在叉形管的交叉处焊有一定高度的挡板这样即可在此处产生一不厚的死料层并稍微降低原料流下的速度,达到保护衬板的目的.挡板作用:控制挡板高度以免过高造成卡料或者过低收不到应有的效果)、眼镜阀(在高炉休风时,把无料钟部分与炉内隔开.即使在有轻微煤气或蒸汽的状态下,更换料斗衬板．更换各种阀、中心喉管及其他部件,都能确保安全作业)、布料器 高炉合理布料的意义和要求:从炉顶加入炉料不只是一个简单的补充炉料的工作,因为炉料加入后的分布情况影响着煤气与炉料间相对运动或煤气流分布.如果上升煤气和下降炉料接触好,煤气的化学能和热能得到充分别用．炉料得到充分预热和还原,此时高炉能获得很好的生产技术经济指标.煤气流的分布情况取决于料柱的透气性,如果炉料分布不均,则煤气流自动地从孔隙较大的大块炉料集中处通过,煤气的热能和化学能就不能得到充分利用,这样不但影响高炉的冶炼技术经济指标,而且会造成高炉不顺行,产生悬料、塌料、管道和结瘤等事故. *无料钟炉顶优点:①布料灵活.②布料与密封分开,用两层密封阀代替原有料钟密封,可提高炉顶压力③炉顶结构简化,炉顶设备质量减轻,炉顶总高度降低,使整个炉顶设备总投资减少,维修方便. a.环形布料b．自动螺旋布料c定点布料d.扇形布料怎样实现 第五章:炉前设备 开铁口机分类:钻孔式开口机,冲钻式开铁口机 堵铁口机分类:电动泥炮,液压泥炮 堵渣口机分类:按驱动方式分为气动,电动,液动.国内使用较多为连杆式和折叠式. 电动泥炮组成:打泥机构、压紧机构、回转机构和锁紧机构. 打开出铁口方法有:①用钻头钻到赤热层后退出,然后用人工气锤或氧气打开或烧穿赤热层②用钻杆送进机构,一直把铁口钻通,然后快速退回.③采用具有双杆的开口机,先用一钻孔杆钻到赤热的硬层,然后用另一根捅口杆把铁口打开,以防止钻头被铁水烧坏.④在泥炮堵完泥后,立即用钻头钻到一定深度,然后换上捅杆捅开口,捅杆留在铁口不动,待下次出铁时,由开口机将捅杆拔出. 开口机按动作原理可分为:钻孔式开口机、冲钻式开口机.都应满足列条件:①开孔的钻头应在出铁口中开出具有一定倾斜角度的直线孔道小于100mm.②在开铁口时,不应破坏覆盖在铁口区域炉缸内壁上的耐火泥.③开铁口的一切工序都应机械化,井能进行远距离操纵,保证操纵工人的安全.④开口机尺寸应尽可能小,并在开完铁口后远离铁口. 设置泥炮时应满足下列要求:①有足够的一次吐泥量.除填充被铁、渣水冲大了的铁口通道外,还必须保证有足够的炮泥挤入铁口内.在炉内压力的作用下,这些炮泥扩张成蘑菇状贴于炉缸内壁上．起修补炉衬的作用②有一定的吐泥速度.吐泥过快,使炮泥挤入炉内焦炭中,形不成蘑菇状补层,失去修补前墙的作用.吐泥过慢,容易使炮泥在进入铁口通道过程中失去塑性,增加堵泥阻力,炉缸前墙也得不到修补③有足够的吐泥压力.可以克服铁口通道的摩擦阻力、炮泥内摩擦阻力、炉内焦炭阻力等④操作安全可靠,可以远距离控制.由于高炉大型化并采用了高 压操作,出铁后炉内喷出大量的渣铁水,所以要求堵 口机一次堵口成功,并能远距离控制堵口机各个机 构的运转. ⑤炮嘴运动轨迹准确.经调试后,炮嘴一 次对准出铁口. 第六章热风炉设备与除尘设备 蓄热式热风炉的工作原理是先使煤气和助燃空气 在燃烧室燃烧,燃烧生成的高温烟气进入蓄热室将 格子砖加热,然后停止燃烧,再使风机送来的冷风通 过蓄热室,将格子砖的热量带走,冷风被加热,通过热 风围管送人高炉. 热风炉的形式:内燃式、外燃式、顶燃式 除尘设备分类？除尘方法分:干式除尘设备、湿式 除尘设备、电除尘设备.按除尘后煤气所能达到的净 化程度:粗除尘设备、半精除尘设备、精除尘设备 湿法除尘系统:在除尘系统中至少使用洗涤塔、文 氏管等用水除尘的设备. 脱水器三种形式:挡板式脱水器、重力脱水器、旋 风 第七章氧气顶吹转炉炼钢设备 主厂房各胯间的布置:一般在加料跨的两端分别布 置铁水和废钢两个工段,并布置相应的铁路线. 三吹二:在转炉跨布置三座转炉,平时两座吹炼,一 座维修.二吹一:转炉跨布置两座转炉,一座吹炼,另 一座维修. 溅渣护炉: 氧气顶吹转炉车间的主要设备按用途分为:转炉主 体设备、供氧设备、原料供应设备、出渣出钢和浇 铸系统、烟气净化和回收设备、修护机械设备、其 他辅助设备. 炉衬包括:工作层、永久层、填充层 炉壳由炉帽、炉身、炉底三部分组成 炉帽、炉身和炉底三部分的连接方式因伤炉方式不 同而异.有“死炉帽,活炉底”,“活炉帽,死炉底”等 结构形式. 什么是蠕变？ 炉壳常见故障:1.炉壳裂纹2．炉壳变形3．炉壳局 部过热和烧穿 耳轴与托圈的连接方式①法兰螺栓连接.②静配合 连接.③耳轴与托圈直接焊接. 炉体与托环连接装置基本形式:支撑夹持器、吊挂 式连接装置. 吹氧装置由:氧枪、氧枪升降机构、换枪机构组成 按孔型喷头分为拉瓦尔型、直筒型和螺旋型;按孔数 分为单孔和多孔喷头 喷头:分为锻造和铸造两种类型.按孔型喷头分为拉 瓦尔型、直筒型和螺旋型;按孔数分为单孔和多孔喷 头 铁水供应设备特点: 混铁炉供应铁水的工艺流程:高炉—铁水罐车—混 铁炉—铁水罐—称量—装炉 散状料主要有造渣剂和冷却剂 可逆活动胶带运输机配料？？？ 仓料的布置形式有:独用、公用、部分公用. 通常将炉内原生的气体称为炉气,炉气出炉口后则 称为烟气 活动烟罩:闭环式(氮幕法)、敞口式(微压差法) 转炉烟气的处理方法:燃烧法和未燃法.燃烧法缺点: 是不能回收煤气;吸入空气量大,进入净化系统的烟 气量大大增加,使设备占地面积大,投资和运转费用 增加,燃烧法的烟尘粒度细小,烟气净化困难.未燃法: 烟气CO含量高,应注意防爆防毒,具有回收大量煤 气及部分热量,废气量少,整个冷却、除尘系统设备 体积小,烟尘粒度较大. 中国目前大多数转炉烟罩均采用排管形式 根据采用管子形状的不同分为:①异型排管型;②无 缝钢管密排型. 烟道冷却形式:水冷烟道、废热锅炉、汽化冷却烟道 (国内转炉均采用). 文氏管:按喉口有无送流水膜可分为:溢流文氏管、 无溢流文氏管两类,按喉口有无调节装置又可分为: 可调文氏管、定径文氏管两种. 溢流文氏管作用:a降温b粗除尘 脱水器根据方式不同:重力式、撞击式、离心式. 煤气柜作用:贮存、稳压、混合. 全湿法“双文”净化系统的流程:转炉烟气-活动烟 罩、固定烟罩-汽化冷却烟道-溢流定径文氏管-重力 挡板脱水器-可调喉口文氏管-喷淋箱-复挡脱水器- 抽风机-三通切换阀-水封逆止阀-煤气柜优点: ①净化效率较高,煤气质量能达到作为燃料和化工 原料的要求.②采用汽化冷却烟道能节约大量冷却 水,并回收烟气物理热生产蒸汽.缺点:系统总阻损较 高,需使用高速风机,除电耗较高外,其叶轮磨损也较 快,另外自控系统和仪表精度要求高,操作管理比较 复杂. 第八章: 电炉的形式有电弧炉、感应炉、电阻炉、矿热炉、 等离子炉 电弧炉炼钢始于1878年,第一座电弧炉是由德国西 门子制造的,为单相间接电弧炉. 炉底出钢装置优点:炉子倾角小、倾动机构和炉子基 础等可简化;水冷电缆短,提高了电效率;钢流集中、 流程短、出钢时间短、钢水降温小、减少钢水含氮 量、缩短了冶炼周期. 电极升降机构包括横臂、立柱、升降液压缸(或直 流电动机等).类型:固定立柱式、活动立柱式 根据装料时炉盖体相对移动的方式不同,炉顶装料 可分为炉盖旋转式、炉体开出式和炉盖开出式三种 形式,现在国外和国内新建的电弧炉普遍采用旋转 式. 根据旋转式电炉炉盖提升旋转机构安装位置不同 分为基础分开式、整体基础式(共平台式)、炉壳连 接式,整天基础式 第九章 连续铸钢优越性:简化了生产加工过程,节约了投资; 提高了金属收得率;减低金属损耗;节约能源,降低生 产成本;提高铸坯质量 连铸特点:生产工艺流程简单,耐火材料的消耗低, 钢材的收的率高,成本低,生产自动化程度高. 连铸机的类型:立式、立弯式、弧形、椭圆形和水 平式. 连续铸钢及设备组成:1-盛钢筒,2-中间罐;3-振动机 构,4-偏心轮,5-结晶器,6二次冷却夹棍,7-铸坯中未 凝固钢水,8-拉坯矫直机,9-切割机;10-铸坯;11-辊道 工艺过程:由炼钢炉炼出的合格钢水,经盛钢桶运送 到连铸机上,通过中间罐注入强制水冷的结晶器内. 结晶器是一特殊的无底水冷铸锭模,在浇铸之前先 装上引锭杆作为结晶器的活底.注入结晶器的钢水 表层急速冷却凝结成形,且铸坯的前部与引锭头凝 结在一起.引锭头由引锭杆通过拉坯矫直机的拉辊 牵引,以一定速度把形成坯壳的铸坯拉出结晶器外. 为防止初凝的薄坯壳与结晶器壁黏结撕裂而混钢, 在浇铸过程中,既要对结晶器内壁进行润滑,又要通 过结晶器振动机构使其上下往复振动.铸坯出结晶 器进入二次冷却区,内心还是液体状态,应进一步喷 水冷却,直到完全凝固.二冷区的夹辊除引导铸坯外, 还可以防止铸坯在内部钢水静压力作用下产生“鼓 肚”变形.铸坯出二冷区后经拉坯矫直机将弧形铸坯 矫成直坯,同时使引锭头与铸坯分离.完全凝固的直 坯由切割设备切成定尺,经运输辊道进入后步工序. 弧形连铸机主要参数:铸坯形状尺寸、拉坯速度、 铸机弯曲半径、冶金长度、铸机流数及生产能力 冶金长度:当δ＝H／2时,铸坯全部凝固(H为铸坯 厚度),此时之长度用Le表示 第十章 浇铸设备:包括钢包和钢包运载装置、中间罐和中间 罐小车 钢包回转台:现代连铸中应用最普通的运载和承托 钢包进行浇铸的设备,通常设置于钢水接收跨与浇 铸跨铸列之间用钢水接收跨一侧的起重机将钢包 放在回转台上,通过回转台回转,使钢包停在中间包 上方供给其钢水. 钢包回转台工作特点:重载、偏载、冲击、高温. 流动水口依滑板活动方式不同有插入式、往复式、 旋转式滑动水口三种 保护渣的作用:a结晶器内钢水上表面与空气隔离b 吸收钢水中夹杂物c控制机壳与结晶器壁的传热d 润滑 第十一章 弯月面？弯月区？ 副滑动:震动装置工作时结晶器的下降速度稍高于 铸坯的拉坯速度即为副滑动 结晶器基本要求:①结晶器内壁应具有良好的导热 性和耐磨性②结晶器应具有一定的刚度,以满足巨 大温差和各种力作用引起的变形,从而保证铸坯精 确的断面形状.③结晶器的结构应简单,易于制造、 装拆和调试.④结晶器的质量要轻,以减少振动时的 惯性力,振动平稳可靠. 结晶器类型:按其内壁形状,可分为直形及弧形等; 按铸坯规格和形状,可分为圆坯、短形坯、正方坯、 板坯及异型坯等;按其结构形式,可分为整体式、套 筒式、水平式及组合式等. 足辊作用:托住坯壳并按规定的半径导向坯壳 结晶器振动的技术要求:⑦振动的方式能有效地防 止因坯壳的黏结面造成拉漏事故.②振动参数有利 于改善铸坯表面质量,形成表面光滑的铸坯.③振动 机构能准确实现圆弧轨迹,不产生因过大的加速度 引起的冲击和摆动.④设备的制造、安装和维护方便, 便于处理事故,传动系统要有足够的安全性能. 结晶器的振动规律有:同步振动、负滑动振动、正弦 振动、非正弦振动 正弦震动特点:①结晶器下降过程中,有一小段负滑 脱阶段.可防止和消除坯壳与结晶器的粘结,有利于 脱模.②结晶器的运动速度按正弦规律变化,其加速 度必然按余弦规律变化,过渡比较平稳,冲击也小③ 由于加速度较小,可以提高振动频率,采用高频率小 振幅振动有利于消除黏结,提高脱模作用,减小铸坯 上振痕的深度④正弦振动可以通过偏心轴或曲柄 连杆机构来实现,不需要凸轮机构,制造比较容易⑤ 由于结晶器和铸坯之间没有严格的速度关系,振动 机构和拉坯机构间不需要采用速度连锁系统,因而 简化了驱动系统. 目前常用的主要是偏心轮传动的四连杆或四偏心 轴式振动机构. 结晶器的震动参数有:振幅、频率、负滑动时间. 十二章 喷嘴形式有实心或空心圆锥喷嘴及广角扁平喷嘴 二冷区内外弧冷却水量的分配,在上半段和下半段 应有所不同,上半段基本可按对称喷水.当铸坯进入 下半段时,特别是在水平段前后,喷射到内弧表面的 冷却水会在铸坯上波动、停留,而喷射到外弧表而的 冷却水会迅速流失,故在二冷区下半段,内弧喷水量 为外弧喷水量的1／2~1／3. 二次冷却有以下技术要求:①能把冷却水雾化得很 细而又有较高的喷射速度,使喷射到铸坯表面的冷 却水易于蒸发散热.②喷到铸坯上的射流覆盖面积 要大而均匀③在铸坯表面未被蒸发的冷却水聚集 的要少,停留的时间要短 气水喷嘴的优点:喷流覆盖面广、冷却能力大;铸坯 表面冷却均匀;流量调节的范围大,可以减少喷嘴数 量,因而使得冷却水管路简化;出水口径较大,不易堵 塞,对冷却水的净化要求较低. 引锭杆有大节距引锭杆、小节距引锭杆和刚性引锭 杆三种.按安装不同分为:上装和下装引锭杆 液芯矫直公式:铸坯断面系数Ws=BH2/4 压缩矫直:目的:防止铸坯在液芯弯曲或矫直时,在 凝固界面处易产生裂纹. 十三章 火焰切割机是用氧气和各种燃气的燃烧火焰来切 割铸坯.可燃气体有乙炔、丙烷、天然气和焦炉煤气 等高发热量气体. 切割嘴依预热氧气及预热燃气混合位置的不同可 以分为:①枪内混合式.②嘴内混合式.③嘴外混合 式. 摆动切割机:切方坯 同步机构:夹钳式同步机构、钩式同步机构、坐骑 式同步机构 剪切连续铸坯的机械剪切机,按其驱动动力有电动、 液压两种类型,按其与铸坯同步运动方式有摆动式、 平行移动式两种.主要特点是:剪切速度快,无金属消 耗,操作安全可靠.但设备的外形尺寸较大,投资费用 大. 第十四章 新型连铸机:主要要水平式、轮带式以及薄板坯连铸 机 材料？？润滑？？ 结合环作用:连接中间罐和结晶器 水平连铸机的拉坯装置,兼有拉坯和震动脱模的作 用,它的运动方式是拉—停—推的周期运动 采用轮带式连铸机有如下优越性:铸坯在结晶器内 无相对运动,结晶器不用振动,因而表面光洁无振痕, 采用铸坯热装或连铸连轧,可以减少生产工序、节约 能源、降低设备投资,提高轧机生产率和成材率;并 且轮带式连铸机高度低,能安装在高度不大的车间 里. CSP生产工艺:把薄板坯连铸机和四辊连轧机组合 的紧凑式短流程带钢生产线特点①热效率高,热损 失少.②是漏斗形结晶器.结晶器上大下小,呈垂直漏 斗形③二次冷却采用水冷④均热时间短⑤CVC技 术⑥品种与质量好 I SP生产线:在线带钢生产线优越性:①液芯铸轧② 感应加热均热炉及热带卷炉③品种扩大,质量优良 ④经济效益良好,投资省,生产成本比普通弧形连铸 大幅降低. 十五章 漏钢原因:a工艺控制方面过失导致b原材料、耐火 材料不合要求导致c操作不当d设备原因