一、概念题
1、耐火材料:耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。 2、耐火度:耐火材料在高温状态下抵抗熔化和软化的性能。
3、高温荷重软化(变形)温度:耐火材料在一定的压力下以一定的升温速度加热,当材料开始变形、4%及40%的软化变形时对应的温度。 压缩0.6%--开始变形温度 压缩4%--明显变形温度 压缩40%--终了变形温度
4、高温体积稳定性:耐火材料在高温及长期使用的情况下,保持一定的体积稳定的能力。 5、热震稳定性:耐火材料抵抗温度急剧变化而不致破裂和剥落的能力。 热应力:材料由于温度变化所产生的应力 机械热应力—机械约束产生 结构热应力—结构牵制 温差热应力—温差存在
6、抗渣性:耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀不易损毁的性能。 单纯溶蚀:物理溶解 反应溶蚀:化学溶解 渗透侵入变质:两者皆有 7、主成分和杂质:
主成分:对材料的性质起决定作用并构成耐火基体(含量高)的成分。
杂质:耐火材料中有原料及加工过程中带入的非主要成分的化学物质(氧化物、化合物等) 添加成分:为了制作工艺的需要或改善某些性能往往人为地加入少量添加成分,引入添加成分的物质成为添加剂。 8、主晶相和基质
主晶相:构成耐火制品结构的主体,而且熔点较高的结晶相。 基质:填充于主次晶相之间的细微结晶矿物和玻璃相的统称。 9、化学组成和矿物组成
化学组成:决定耐火材料的物象组成以及很多重要性质如抗渣性侵蚀性能、耐高温性能、力学性能等的重要基础
矿物组成:结晶相和玻璃相组成
10、体积密度:单位体积(包括全部气孔在内)的耐火材料的质量。 11、气孔率:耐火材料中所有气孔的体积与材料总体积的比值。
12、弹性后效:材料在弹性范围内受某一不变载荷作用,其弹性变形随时间缓缓增长的现象。
成型时,坯体所受的外力被方向相反、大小相等的内部弹性力所均衡。但当外力取消后,释放出的内部弹性力有使坯体在所有方向膨胀的倾向。这种内部弹性力引起坯体膨胀的作用称为弹性后效(也称为弹性滞后或弹性延迟)。
13、层密度:成型后坯体的密度沿某一方向递变的现象。由上方单向加压的坯体的密度一般是上密下疏,水平方向上是中密外疏。 14、二次莫来石化:
15、不定形耐火材料:由耐火骨料、粉料和一种或多种结合剂按一定的配比组成的不经成型和烧结而直接使用的耐火材料。
16、颗粒偏析:粉料流动时,由于粒度,密度,形状等差异,产生大颗粒和小颗粒相对集中(分布不均匀)的现象。
分为:滚落偏析、填充偏析、附着偏析
17、临界粒度:混合料里面最大尺寸颗粒的粒度。 18、拱效应(对细粉尤其严重):由于粉料相互吸引并相互挤压,在料仓口形成拱结构。解决措施:增大排料口,安装振打器、降低装料高度,破坏挤压力的平衡,下料口设计非对称形式。
18、熔剂作用:杂质成分与主成分相互作用,使体系开始出现液相的温度降低的作用。 19、硅酸铝制耐火材料:以SiO2和Al2O3为基本化学组成的一类耐火材料。
20、碱性耐火材料:指以氧化镁、氧化钙为主要成分的耐火材料,对碱性渣有较强的抗侵蚀能力。
21、配料:将各种不同品种、组分和性质的原料以及将各级粒度的(熟料)颗粒按一定比例进行配合的工艺。
22、混练使两种以上不均匀的物料成分和颗粒均匀化,促使颗粒接触和塑化的操作过程称混炼。 二、填空题
1、气孔种类:开口气孔、贯通气孔、封闭气孔,只测显气孔。气孔率:表征致密程度。 2、硅酸铝制品按Al含量分为:粘土砖、高铝砖、刚玉砖 粘土(高岭石)→莫来石+石英 矾土(水铝石)→莫来石+刚玉
3、烧成制度:升温速度、最高温度及保温时间、冷却速度、烧成气氛、压力制度。(温度、压力、气氛)
4、热震稳定性:耐火材料抵抗温度急剧变化而不致破裂和剥落的能力。 热应力分类:机械热应力—机械约束产生 结构热应力—结构牵制 温差热应力—温差存在
5、耐火材料视其含量作用分:主成分、杂质、添加成分(矿化剂、稳定剂、烧结剂) 矿化剂:硅砖生成中促进鳞石英析晶的添加物。
稳定剂:能增加溶液、胶体、固体、混合物的稳定性能化学物 烧结剂:
6、荷重软化温度(三个):耐火材料在一定的压力下以一定的升温速度加热,当材料开始变形、4%及40%的软化变形时对应的温度。 7、铝酸盐水泥主要成分:氧化铝、氧化钙 有害杂质:Fe
最有益的矿物组成:铝酸一钙CaO·Al2O3、铝酸二钙 最有害的矿物组成:硅酸二钙
8、对于MgCaSi三元系材料,Ca/Si<1的矿物组成 方镁石、镁橄榄石、钙镁橄榄石
9、通常情况下耐火材料的烧成在码砖时应考虑不同砖种的特点,一般粘土转和高铝砖为(平、侧)码,硅砖为(平、侧、立)码,而普通镁砖为(平)码。 简答题
1、什么是熔剂作用,如何衡量杂质对主成分熔剂作用的强弱。
杂志成分与主成分相互作用,使体系开始出现液相的温度降低的作用。 (1)体系中出现液相温度的高低 (2)单位杂质出现液相的数量 (3)随着温度升高液相增加的速度
(4)出现的液相的性质:黏度、润湿性
2、利用Al2O3-SiO2二元相图分析,Al2O3 对SiO2 ,SiO2对Al2O3哪个熔剂作用更强,随着Al的增加(15%-90%),这个过程中,矿物组成及其性质。 Al对Si的熔剂作用更强,SiO2出现液相的温度比Al2O3更低 矿物组成:石英+莫来石,莫来石,莫来石+刚玉
性质:热震稳定性随Al含量的增加先提高后降低,荷重软化温度、耐火度、高温体积稳定性随Al含量的增加而提高。
3、二次莫来石化是什么,有什么作用。采取何种措施防止二次莫来石化带来的负面影响。 二次莫来石化:α-Al2O3·H2O(水铝石)→α-Al2O3游离、颗粒假象+H2O↑(400-600℃) Al2O3·2SiO2·2H2O(高岭石)→Al2O3·2SiO2(偏高岭石)+2H2O ↑(600℃左右) 3(Al2O3·2SiO2(偏高岭石))→3Al2O3·2SiO2(一次莫来石)+4SiO2(980℃左右)(莫来石化)(无定形)
α-Al2O3+ 2 SiO2→3Al2O3·2SiO2(1200-1500℃)△V≈+10% 二次莫来石化 作用:阻碍烧结 措施:(减轻二次莫来石化反应措施) (1)熟料的严格拣选分级(避免混级使用):
保证熟料充分烧结,即二次莫来石化和烧结收缩在原料煅烧过程中进行完毕。控制坯体:体密和吸水率。 (2)配方选择:
A.烧结矾土熟料作为骨料;结合粘土采用软质粘土和半软质粘土结合使用,其中软质粘土制成泥浆(充分发挥其分散性和结合性)。
B.尽量压缩结合粘土用量,特别是铝含量高的制品。 C.不同级别的矾土熟料混合使用时,以邻级相混为原则。 (3)颗粒组成:
A.尽可能扩大细粉用量。熟料临界粒度:2-3,不宜太高。让二次莫来石化在细粉里进行(比表面积大、加热收缩大与二次莫来石化膨胀,两者抵消)。 B.部分矾土熟料和结合粘土共同细磨。(为了使少量的粘土均匀的分布,并使二次莫来石化在基质中进行,细粉的收缩抵消二次莫来石化的膨胀作用。) (4)烧成:平、侧码砖;
弱氧化气氛;结合剂:亚硫酸纸浆废液。
隧道窑:Ⅰ、Ⅱ等1500-1600;Ⅲ等1450-1500 倒焰窑:Ⅰ、Ⅱ等1430-1450保温40小时; Ⅲ等1390-1420保温24-32小时。
4、镁碳砖(钢包内衬,高炉内衬)生产时所用防氧化剂有哪些,常用结合剂种类分别是,镁碳砖中碳的作用有哪些。
防氧化剂:金属铝粉、硅粉、铝镁合金粉、SiC粉等
结合剂:煤沥青、煤焦油、特殊碳质树脂、多元醇、沥青变性酚醛树脂、合成酚醛树脂、糠醛树脂等。 碳的作用:
(1)[C]是高熔点物质,3500℃,不与任何氧化物共熔。 (2)[C]的引入可以提高抗渣性:
[C]与熔渣、金属液不易润湿,阻碍了熔渣与耐火材料的接触与渗透。 [C]可以充填气孔,提高材料的密度和强度,有助于抗渣性。
[C]可以使Fe2O3变成FeO,而MgO-CaO系材料抗FeO的能力比抗Fe2O3的能力强,所以引入[C]无疑可以提高材料抗Fe的能力。 (3)[C]可以提高材料的热震稳定性
[C]具有较高的导热系数,使热量在材料内部传递快,使砌筑体的内部温差小,从而提高热震稳定性。
(4)[C]易氧化,不易在氧化气氛下使用。 [C]还可以还原MgO,使强度和抗渣性降低。
5、硅砖的特性,用途、矿化剂,如何理解矿化作用?影响矿化作用的因素有哪些?工业上为什么选CaO+FeO复合矿化剂? 特性、用途:
半硅质耐火度低,整体性好(略膨胀)。
粘土、高铝砖,耐火度提高,热震好。广泛应用于炼铁高炉、熄焦炉、加热炉、铁水包内衬、炼铝炉、玻璃窑等
刚玉制品抗渣强,热震稍差。石油化工、玻璃、陶瓷、冶金、军事等 矿化剂:硅砖生成中促进鳞石英析晶的添加物。
矿化作用:促进鳞石英析晶、不显著降低耐火度。由于液相的存在,缓冲了石英转化体积膨胀造成的应力,防止砖坯烧成时由于膨胀而产生的松散和开裂。 影响矿化作用的因素 1)液相出现的温度:
矿化剂-SiO2体系的出现液相的温度越低,则矿化作用越强; 复合矿化剂的作用>单一矿化剂的作用
2)液相的数量:矿化剂的数量越多,矿化作用越强,但要注意,液相的数量足以包围石英颗粒和充满裂隙即可,液相量过多则会影响硅砖的高温性能。 3)熔体的组成结构和性质的影响:(选CaO+FeO复合矿化剂)
+2+
熔体的组成和结构是否有利于溶解和析晶,当熔体中有R和R离子时,有利于溶解,而O/Si比较小时有利于析晶。
熔体的性质主要是指粘度和润湿性。粘度越低,润湿性越好,越有利于溶解-析晶反应进
+ 2+3+
行,R和R会使液相粘度降低,而R会提高粘度,阳离子电荷大半径小的氧化物,润湿能力强,如FeO和MnO
6、不定性耐火材料分类,结合剂分类,浇注料中常用无机结合剂有。 按施工方式分:浇注料、捣打料、喷射料、投射料、可塑料、耐火泥。 结合剂:水硬性、气硬性、热硬性、陶瓷结合剂
浇注料常用无机结合剂:铝酸盐水泥、水玻璃、磷酸盐水泥、硅灰 7、耐火度与纯物质的熔点的区别
耐火度:单纯承受高温的能力,不加任何载荷
耐火材料不是纯物质,没有固定的熔点,有一个开始出现液相的温度,一个完全成为液相的温度,在两者之间为固液共存,耐火材料中相应主成分的耐火度比熔点低。
8、有一种高温炉使用温度在1600到1700之间,熔渣呈碱性,温度波动大,选择一种耐火材料。
碱性耐火材料镁碳砖,热震稳定性好。
9、本课学过的耐火材料种类(矿物组成分类),分别有那些制品名称,举例,说明制品的特性,用途。
种类:硅酸铝制耐火材料:石英、莫来石、刚玉 粘土制品的性质
1.热震性好(1100:水冷>10次;多熟料50-100次或更高)。主要原因: A3S2 热膨胀系数小、均匀、无多晶转变、颗粒间有很多裂纹缓冲应力。 2.耐火度1580~1770℃之间,与A/S比有关。 3.抗酸性熔渣侵蚀(SiO2)
4.高温性能差(无A3S2骨架)←←数量(≈50%)、结晶细小。
5.具有很宽的荷重软化变形温度范围,但荷软低1250-1400.广泛应用于炼铁高炉、熄焦炉、加热炉、铁水包内衬、炼铝炉、玻璃窑等。
莫来石质制品应用:高温热风炉、大型高炉炉缸和炉底、干熄焦炉、炼钢电炉炉顶、陶瓷工业窑炉炉衬、窑具以及玻璃窑炉、水泥窑内衬等。 莫来石:用于石油化工、玻璃、陶瓷、冶金、军事等 硅质耐火材料:硅砖、特种硅砖、熔融石英陶瓷制品 A.抗酸性炉渣强; 对CaO(RO)碱土金属氧化物、Fe2O3( FeO )适应性强;但对R2O、 Al2O3氧化物抵抗差。
B.荷软高(1640-1680 ℃接近耐火度、熔点),耐磨、导热性好。但耐火度(1690-1730 ℃ )低,使用受限。
C.抗热震性600 ℃以上较好;而600 ℃以下很差(弱点). D.加热残余微膨胀,砌体气密好。 镁质、镁橄榄石、
镁砖耐火度高达2000 ℃以上,荷软变化大(结合相差别)一般镁砖荷软开始1520-1600 ℃,而高纯镁砖可达1800 ℃.高温性能好,抗碱性渣和含铁渣侵蚀能力强,但对含SiO2等酸性渣抵抗能力弱,使用时不能与硅砖直接接触,要用中性砖隔开。 热震差,1100 ℃水冷,仅1-2次
镁砖现在的应用领域主要是炼钢电炉炉墙、炉底内衬及永久衬,转炉永久衬,混铁炉。 有色冶炼炉,高温隧道窑烧成带内衬,镁砂煅烧窑,回转窑内衬,玻璃窑蓄热室上层格子砖,轧钢加热炉炉底等。
再结合镁砖主要应用于精炼炉,转炉,电炉出钢口等部位
尖晶石:镁铝尖晶石热震稳定性良好;抗铁渣、K2O和Na2O的硫酸盐侵蚀性强;还原气氛下体积稳定性优良;抗游离CO2、SO2和SO3冲刷性能强
应用:大型水泥回转窑、玻璃窑蓄热室、石灰窑、电炉炉顶、炉外精炼炉、钢包、连铸功能材料
镁铬尖晶石主要应用水泥回转窑玻璃窑蓄热室精炼炉(RH炉,VOD炉,AOD炉)有色冶金炉石灰窑混铁炉 白云石: 特性:(1)耐高温性(2)热力学稳定(3)抗渣性强(4)净化钢液(5)资源丰富(6)容易水化
1、焦油白云石制品:可作中小转炉内衬,或MgO-C砖配套综合砌炉,也可作二次精炼炉内衬等。
2、烧成白云石砖:烧成白云石砖高温性能好,荷软1700 ℃以上,但高温重烧收缩率大,温度高于1750 ℃,炉子降温易产生砖缝渗钢。
比镁砖、镁铬砖在真空更稳定,还具有脱硫作用,减少连铸水口结瘤,是冶炼不锈钢、洁净钢、精炼炉(AOD)内衬,钢包衬等首选制品,也是水泥回转窑无铬化的替代品。
最大缺点是易于水化,在制造、运输、储放、砌筑、使用中都应避免接触水及水蒸气。但有利用水化易碎特点,易完成拆炉作业。 3.烧成镁钙砖4.不烧镁钙砖
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