1、 燒成系統耐火材料耐火材料基本知識1、定義：耐火材料一般是指耐火度在1580以上的無機非金屬材料。耐火材料是用做高溫窯、爐等熱工設備的結構材料，并能承受相應的物理化學變化及機械作用。2、耐火材料應具備的性質：2.1 高的耐火度:為適應高溫操作要求，耐火材料應具有在足夠高的溫度下而不軟化、不熔融的性能。2.2良好的荷重軟化溫度：耐火材料能夠承受窯爐的荷重和在操作過程中所作用的應力，并在高溫下不喪失結構強度，不發生軟化變形和坍塌。2.3 具有高溫下的體積穩定性：耐火材料在高溫條件下使用時，由于材料內部的物理化學反應，體積會發生變化。要求耐火材料在高溫下體積穩定，不致產生過大的膨脹或收縮使窯爐砌體由

2、于制品的膨脹而崩裂，或由于收縮過大出現裂縫，降低砌體的使用壽命。2.4 好的熱震穩定性：耐火材料受窯爐的操作條件影響很大，當溫度急劇變化或各部位受熱不均時，砌磚體內部會產生應力使耐火材料開裂、剝落，造成爐體損壞。因此，要求耐火材料具有一定的熱震穩定性。2.5 良好的抗蝕性：耐火材料在使用過程中，常常受到液態溶液、爐塵、氣態介質或固態物質的化學作用，使制品被侵蝕損壞。因此，耐火材料必須具有強的抵抗這種侵蝕損壞的性能。 此外，要求耐火材料具有一定的耐磨性，在某些特殊條件下有一定的透氣性、導熱性、導電性和硬度等，同時要求外形和尺寸準確。 耐火材料的分類耐火材料的分類耐火材料的品種繁多，形狀復雜，尺寸

3、大小不一，性能各異，分類方法很多。按化學成分可以分為：酸性、堿性和中性耐火材料。按耐火度可以分為：普通耐火材料（1580-1770）、高級耐火材料（1770-2000）、特級耐火材料（2000以上）三大類。按加工制造工藝可以分為：燒成制品、熔鑄制品和不燒制品。按用途可以分為：水泥窯用、玻璃窯用、高爐用、平爐用、轉爐用和連鑄用耐火材料等。按外觀可以分為：標型、普型、異形、特型和超特型耐火材料制品。按成型工藝可以分為：天然巖石切鋸、泥漿澆注、可塑成型、半干成型和振動、搗打、熔鑄成型等制品。按礦物組成可以分為：硅酸鋁質（黏土磚、高鋁磚、半硅磚）、硅質（硅磚、熔融石英制品）、鎂質（鎂磚、鎂鋁磚、鎂鉻磚

4、）、碳質（碳磚、石墨磚）、白云石質、皋英石質、特殊耐火材料制品（高純氧化物制品、難融化合物制品和高溫復合材料）。按密度可以分為：重質、輕質耐火材料。耐火材料的組成耐火材料的組成 耐火材料的性質取決于其中的物相組成、分布及各相的特性。而物相組成包括礦物組成和化學組成。即耐火材料是由礦物組成，而礦物又由化學成分構成。1、化學組成：耐火材料（原料或制品）的化學組成，一般用化學分析的方法進行測定。耐火材料通常測定AL2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、ZrO2、Na2O、K2O等氧化物和燒失量。化學組成是構成耐火材料制品的基礎。根據耐火材料中各成分的含量及作用，通常將耐火材料的組成

5、分成兩部分，即占絕對多量的基本成分主成分和占少量的從屬的副成分。副成分是原料中伴隨的夾雜成分和工藝過程中特別加入的添加成分（加入物）。1.1 主成分：它是耐火材料占絕大多數的組分，是構成耐火基體材料的成分，也是耐火材料的特性基礎。它的性質和數量直接決定制品的性質。其主要成分可以是氧化物，也可以是元素或非氧化物的化合物。耐火材料按其主成分的化學性質又可分為三類。1.1.1 酸性耐火材料含有相當數量的游離二氧化硅（SiO2）。酸性最強的耐火材料是硅質耐火材料，幾乎由9497的游離二氧化硅（SiO2）構成。黏土質耐火材料與硅質相比，游離二氧化硅的量較少，是弱酸性的。半硅性耐火材料居于中間。1.1.2

6、 中性耐火材料按其嚴格含義來說是碳質耐火材料，高鋁質耐火材料(AL2O3含量45以上）是片酸而趨于中性的耐火材料，鉻質耐火材料是偏堿而趨于中性的耐火材料。1.1.3 堿性耐火材料含有相當數量的MgO和CaO等，鎂質和白云石質耐火材料是強堿性的，鉻鎂系和鎂橄欖石質耐火材料以及尖晶石耐火材料屬于弱堿性耐火材料。1.2 雜質。這些雜質是 某些能與耐火基體作用而使其耐火性能降低的氧化物或化合物，即通常稱為溶劑 的雜質。例如鎂質耐火材料的主成分是MgO，其它氧化物成分均屬于雜質成分。1.3 添加成分：在耐火制品生產中，為了促進其高溫變化和降低燒結溫度，有時加入少量的添加成分。按其目的和作用不同分為礦化劑

7、、穩定劑和燒結劑。除可燒掉成分外，它們都包含在制品的化學組成中。2 、礦物組成： 耐火制品是礦物的組合體。制品的性質是其組成礦物和微觀結構的綜合反映。因此，在分析制品的組成對其性質的影響時，單純從化學組成出發分析考察問題是不夠全面的，應進一步觀察其化學礦物組成。 耐火材料一般是多晶相組成體，其中的礦物相可分為兩類，即結晶相和玻璃相。也可分為主晶相和基質兩大類。 耐火制品的顯微組織結構有兩種類型：一種是由硅酸鹽（硅酸鹽晶體礦物或玻璃體）結合物膠結晶體顆粒的結構類型；另一種是由晶體顆粒直接交錯結合成晶體網，例如高純鎂磚。這種顯微結構上的差別取決于各相間的界面能和液相對固相的濕潤情況。這種耐火制品屬

8、于直接結合結構類型的，制品的高溫性能（高溫力學強度、抗渣性和熱震穩定性）要優越的多。因此，近些年來，國內外都在致力于研究和制造直接結合磚，即采用高純原料，減少磚中低熔硅酸鹽結合物。并在高溫下使少量液相移向顆粒間隙中，而不包圍在固體顆粒周圍，使固體顆粒連成連續的晶體網，形成直接結合的特征結構，從而顯著提高耐火制品的高溫性能指標，延長其使用壽命。 耐火材料的制作原理耐火材料的制作原理耐火材料的品種很多，由于所用原料以及對產品性能的要求不同，不 同類型的耐火 材料的生產方法也各有特點。根據耐火材料的生產特點，通常耐火材料生產工藝有：燒結制品生產工藝、非燒結制品生產工藝、不定型耐火材料生產工藝及熔鑄耐

9、火材料生產工藝等。1、燒結耐火材料工藝流程： 這類耐火材料有：硅酸鋁質耐火制品、硅質耐火制品、鎂質耐火制品及輕質耐火制品。干燥原料加工配料成型燒成挑選成品2、熔鑄耐火材料工藝流程：原料配料電爐融化澆注鑄件退火制品加工成品3、不定型耐火材料（澆注料） 不定型耐火材料是由合理級配的粒狀與結合劑共同組成的不經成型和燒成而直接供使用的耐火材料。 不定型耐火材料的生產，通常只經過粒狀、粉狀料的制備和混合料的混煉過程。過程簡便，生產周期短，熱能消耗較低，使用時整體性好，適應性強，綜合使用效果好。當耐火磚的砌體或整體構筑物局部損壞時，可利用此種材料更換或利用噴射、投射設備進行冷、熱態修補，既迅速又經濟。 主

10、要性能主要性能 耐火材料的性能主要包括其物理性質（包括氣孔率、吸水率、透氣度、氣孔孔徑分布、體積密度、真密度等）、熱學性質和導電性、力學性質、高溫使用性質和形狀的正確性及尺寸的準確性。它們是評價耐火材料的重要指標。 耐火材料的性能與原料和制造工藝（包括原料的種類、配比、粒度和混合、成型、干燥及燒成條件等）密切相關。一、物理性質（1）、氣孔率、體積密度、真密度氣孔率、體積密度和真密度等是評價耐火材料質量的重要指標。這些指標除直接表征它們本身的意義外，還與耐火材料的其它性質如熱震穩定性、抗渣性、氣體透過性以及導熱性等有密切關系，其中，除真密度外，氣孔率和體積密度等相互間都有著密切關系。氣孔率：氣孔

11、率是耐火制品所含氣孔體積與制品總體積的百分比。耐火材料內的氣孔是由原料中的氣孔和成型后顆粒間的氣孔所構成。大致可分為三類：閉口氣孔，它封閉在制品中不與外界相通；開口氣孔，一端封閉，另一端與外界相通，能為流體填充；貫通氣孔，貫通制品的兩面，能為流體通過。氣孔率是多數耐火材料的基本技術指標。它的大小幾乎影響耐火制品的所以性能，尤其是強度，熱導率、抗熱震性等。氣孔的容積、形狀以及大小的分布對耐火材料的性質有很大影響，而與原料的種類無關。氣孔率有三種表示：總氣孔率（真氣孔率）Pt，它是總氣孔體積與制品總體積之比；開氣孔率（顯氣孔率）Pa，它是開口氣孔體積與制品總體積之比；閉口氣孔率Pc，它是閉口氣孔體

12、積與制品總體積之比。三者的關系為：Pt=Pa+Pc 致密耐火制品的顯氣孔率一般為1028；隔熱耐火制品的真氣孔率大于45。2、 體積密度 體積密度是耐火制品的質量與其總體積（包括氣孔）的比值。它表征耐火材料的致密程度，是所以耐火原料和耐火制品質量標準中的基本指標之一。體積密度高的制品，其氣孔率小，強度、抗渣性、高溫荷重軟化溫度等一系列性能好。3、 真密度真密度是耐火制品的質量與其真體積（不包括氣孔體積）之比。在耐火材料中，硅磚的真密度是衡量石英轉化程度的重要技術指標。（二）、 吸水率吸水率是耐火制品全部開口氣孔所吸收的水的質量與干燥試樣的質量百分比。它時間上是反映制品中開口氣孔量的一個技術指標

13、。由于其測定簡便，在生產中習慣上用吸水率來鑒定原料煅燒質量。燒結良好的原料，其吸水率數值應較低，一般應小于5。（三）、透氣度透氣度是耐火制品允許氣體在壓差下通過的性能。透氣度主要是由貫通氣孔的大小、數量和結構決定的。（四）、氣孔孔徑分布氣孔孔徑分布是耐火制品中各種孔徑的氣孔所占氣孔總體積的百分率。在氣孔率相同時，孔徑大的制品其強度低。二、耐火材料的熱學性能（一）、比熱容比熱容是指1耐火材料溫度升高1所吸收的熱量（也稱熱容）。耐火材料比熱容數值主要用于窯爐設計熱工計算。（二）、熱膨脹性熱膨脹性是指耐火制品在加熱過程中的長度變化，其表示方法有線膨脹率和線膨脹系數兩種。線膨脹率是指由室溫至試驗溫度間

14、，試樣長度的相當變化率。線膨脹系數是指由室溫至試驗溫度間，溫度每升高1，試樣長度的相對變化率。熱膨脹性是耐火材料使用時應考慮的重要性能之一。窯爐在常溫下砌筑，而在高溫下使用時爐體要膨脹。為抵消熱膨脹造成的應力，需預留膨脹縫。線膨脹率和線膨脹系數是預留膨脹縫和砌體總尺寸結構設計計算的關鍵參數。（三）熱導率熱導率是指在單位溫度梯度下，單位時間內通過單位垂直面積的熱量。耐火材料的熱導率對于高溫熱工設備的設計是不可缺少的重要數據。耐火材料通常都含有一定的氣孔，氣孔內氣體導熱率低，因此氣孔總是降低材料的導熱能力。在一定溫度以內，對一定的氣孔率來說，氣孔率越大，則導熱率越小。對于粉末和纖維材料，因期間的氣

15、孔形成了連續相，材料的熱導率在很大程度上受氣孔相的熱導率所影響。所以熱導率要比燒結狀態時要低的多。這也是通常粉末、多孔和纖維類材料能有良好的絕熱性能的原因。三、耐火材料的力學性能耐火材料的力學性能是指耐火材料在外力作用下，抵抗形變和破壞的能力。主要指標有耐壓強度、抗折強度、粘結強度、高溫蠕變性和彈性模量等。（一）、耐壓強度耐壓強度是耐火材料在一定溫度下單位面積上所能承受的極限載荷。 耐壓強度是衡量耐火材料質量的重要性能之一。耐火材料的耐壓強度分為常溫耐壓強度和高溫耐壓強度。常溫耐壓強度是指制品在室溫下測得的數值；高溫耐壓強度是指制品在指定的高溫條件下測得的數值。（二）、抗折強度耐火材料的抗折強

16、度是指試樣單位面積承受彎矩時的極限折斷應力，又稱抗彎強度。分為常溫抗折強度和高溫抗折強度。（三）、粘結強度粘結強度是指兩種材料粘結在一起時，單位界面之間的粘結力。耐火材料粘結強度主要是表征不定型耐火材料在各種溫度及特定條件，主要是使用條件下的強度指標。不定型耐火材料在使用時，要有一定的粘結力，以使其有效的粘結于施工基體。（四）高溫蠕變性當材料在高溫下承受小于其極限強度的某一恒定載荷時，產生塑性變形，變形量會隨時間的增長而逐漸增加，甚至會使材料破壞，這種現象叫蠕變。耐火材料高溫蠕變性是指制品在高溫下受應力作用隨著時間變化而發生的等高溫形變。（五）、彈性模量彈性模量是指材料在外力作用下產生的應力與

17、伸長或壓縮彈性形變之間的關系。亦稱楊氏模量。其數值為試樣橫截面所受正應力與應變之比。它表征材料抵抗變形的能力，與材料的強度、變形、斷裂等性能均有關系，是材料的重要力學參數之一。四、耐火材料的使用性能耐火材料的使用性能是指材料在高溫下使用時所具有的性能。包括耐火度、荷重軟化溫度、重燒線變化率、抗熱震性、抗渣性、抗酸性、抗堿性、抗氧化性、抗水化性和抗CO侵蝕性。（一）、耐火度耐火度指耐火材料在無荷重時抵抗高溫作用而不融化的性能。耐火度是判定材料能否作為耐火材料使用的依據。（二）、荷重軟化溫度耐火材料荷重軟化溫度是指耐火制品在持續升溫條件下承受恒定載荷產生變形的溫度。它表示了耐火制品同時抵抗高溫和載

18、荷兩方面作用的能力，在一定程度上表面制品在其使用條件相仿情況下的結構強度。（三）、重燒線變化率重燒線變化率是指燒成的耐火制品再次加熱掉規定的溫度，保溫一定時間，冷卻到室溫后所產生的殘余膨脹和收縮。正號“+”表示膨脹，負號“-”表示收縮。重燒線變化率是評定耐火制品質量的一項重要指標。多數耐火材料在重燒時產生收縮，少數制品產生膨脹。五、抗熱震性耐火材料在使用過程中，經常會受到環境溫度的急劇變化作用產生破壞。此種破壞限制了制品和窯爐的加熱和冷卻速度，限制了窯爐操作的強化，并是制品、窯爐損壞較快的主要原因之一。六、抗渣性抗渣性是指耐火材料在高溫下抵抗熔渣侵蝕和沖刷作用而不破壞的能力。這里熔渣的概念是指

19、高溫下與耐火材料相接觸的水泥熟料、燃料灰分和氣態物質等。熔渣侵蝕是耐火材料在使用過程中最常見的一種損壞形式，在實際使用中，約有50是由于熔渣侵蝕而損壞。七、抗堿性抗堿性是耐火材料在高溫下抵抗堿侵蝕的能力。提高耐火制品的抗堿性可以延長其使用壽命。八、抗氧化性抗氧化性是指含碳耐火材料在高溫氧化氣氛下抵抗氧化的能力。九、抗水化性抗水化性是堿性耐火材料在大氣中抵抗水化的能力。它是堿性耐火材料是否燒結良好的重要指標之一。堿性耐火材料燒結不良時，其中的 CaO、MgO，特別是CaO，在大氣中極易吸潮水化，生成氫氧化物，使制品疏松損壞。 CaO+H2O Ca(OH）2 MgO+H2O Mg(OH）2十、抗C

20、O侵蝕性抗CO侵蝕性是耐火材料在CO氣氛中抵抗開裂或崩解的能力。降低耐火制品的顯氣孔率及氧化鐵含量，可以增強其抗CO侵蝕的能力。預熱器耐火材料的熱工特點1.預熱器和分解爐為靜止設備，可選用導熱系數較低的保溫材料；2.800-1200堿金屬氧化物易蒸發，堿金屬離子與耐火材料發生化學反應，預熱器和分解爐中耐火材料要考慮堿金屬氧化物的化學侵蝕；3.形狀比較復雜，在較復雜的部位，可選用成型功能比較靈活的耐火澆注料。窯內耐火材料的選擇及操作條件n回轉窯是水泥工業的主要熱工設備，窯襯的使用條件是比較惡劣的，要承受高溫聚變，承受物料磨損和化學侵蝕。在整個回轉窯系統中，耐火材料均受到物料的磨損和氣流的沖刷，冷

21、卻帶和預熱帶更甚，在燒成帶和分解帶，則以化學侵蝕為主導。回轉窯耐火材料的選擇，應根據窯型及窯襯損害機理和操作條件等情況進行。耐高溫耐磨損耐侵蝕耐熱震易于施工高強耐磨耐堿蝕不結皮不堵塞易施工高強隔熱耐堿高強耐磨隔熱預熱器耐火材料配置原則n預熱器和分解爐耐火材料的配置原則：1.兩層材料配置：外層為保溫材料，工作面為有一定強度且能夠較好抵抗堿侵蝕的耐火材料；2.形狀復雜處用耐火澆注料，大面積直墻部分多采用耐火磚；3.對容易富集堿的部位，在滿足較高耐火度的前提下，考慮采用耐堿的耐火材料。窯內耐火材料的配置（一）n一般的回轉窯分為進料帶(預熱帶)、下過渡帶、上過渡帶、燒成帶、卸料帶(冷卻帶)幾個區域。進

22、料帶該帶一般采用磷酸鹽結合高鋁磚、抗剝落高鋁磚，也有采用耐堿磚，窯尾進料口宜采用抗結皮的碳化硅澆注料。n下過渡帶：該帶溫度相對低，要求磚襯的導熱系數小，耐磨；一般都采用抗剝落高鋁磚，硅莫磚在性能上優于抗剝落高鋁磚，壽命比抗剝落高鋁磚高約1倍，價格是高鋁磚的15倍左右。窯內耐火材料的配置（二）n上過渡帶：該帶窯皮不穩,要求窯襯抵抗氣氛變化能力好、熱震穩定性好、導熱系數小、耐磨；采用鎂鋁尖晶石磚，但該磚的導熱系數大, 或采用硅莫磚導熱系數小、耐磨。n燒成帶：該帶溫度高，化學反應激烈，要求磚襯抗熟料侵蝕、抗SO3、CO2能力強，國外的鎂鐵尖晶石磚在掛窯皮上效果較好,但造價太高,國內新采用低鉻的方鎂石

23、復合尖晶石磚使用情況較好。窯內耐火材料的配置（三）n卸料帶：該帶窯皮不穩，溫度波動較大，要求磚襯的導熱系數小、耐磨、抗熱震；國外一般推薦使用尖晶石磚，但尖晶石磚的導熱系數大且耐磨性不好，國內近年多采用硅莫磚和抗剝落耐磨磚；窯口部位采用抗熱震的澆注料。2000-5000t/d新型干法窯耐火材料配置 工藝部位 工作層材料 隔熱層材料 預熱器及連接管道 普通耐堿磚、耐堿澆注料 硅鈣板、硅藻土磚、輕質澆注料 分解爐 抗剝落高鋁磚、耐堿磚、耐堿澆注料 硅鈣板、硅藻土磚、輕質澆注料 三次風管 高強耐堿磚、耐堿澆注料 硅鈣板、硅藻土磚、輕質澆注料 窯門罩 抗剝落高鋁磚、高鋁質澆注料 硅鈣板、硅藻土磚、輕質澆

24、注料 回轉窯前后窯口 剛玉質澆注料、堿性磚、碳化硅復合磚 無上下側過渡帶 堿性磚、抗剝落高鋁磚、硅莫磚 無燒成帶 堿性磚、鎂鐵尖晶石磚 無分解帶 堿性磚、抗剝落高鋁磚、硅莫磚 無預熱帶 抗剝落高鋁磚、高強耐堿磚、耐堿隔熱磚 無幾種常見的耐火磚（一）碳化硅抗結皮磚耐堿磚高鋁質耐火磚抗剝落高鋁磚幾種常見的耐火磚（二）直接結合鎂鉻磚硅鈣板粘土質耐火磚硅藻土磚 磚型設計與選用磚型設計與選用磚型設計與選用是水泥回轉窯系統襯料設計的重要環節，是保證實現襯料的正常使用壽命，降低耐火材料消耗的關鍵。其實質是按特定水泥回轉窯系統結構和功能要求，正確設計、合理選用磚型，并用圖紙來描繪出耐火磚形狀、結構尺寸，作為襯

25、料設計、施工、耐火磚訂購的依據。一 、磚型設計與選用的原則1、磚型設計與砌筑方法必須密切配合，特別是對使用鋼板或是火泥砌筑的堿性磚，應分別選用與之相應的不同磚型。2、盡量采用標準系列的磚型。3、襯磚的高度（厚度，）一般如下：窯筒體內徑（） 30003600 36004200 42005200堿性磚 180200 200220 220230高鋁磚 150180 180200 200220 4、沿窯筒體軸線方向襯磚長度以198 為宜。5、窯筒體內襯磚尺寸的容許公差要在規定內。尺寸公差：高度公差2；楔形面大頭及小頭寬度公差2；大小頭差值公差1；長度公差1，但最大差為2。邊損：允許熱面或冷面有兩條邊的

26、損壞達40長和5深；但不準超過。角損：冷熱面均只許有一處角損，角損處三條棱的角損長度之和不超過50。不超過20的不算角損。裂縫：磚面允許有發絲狀微細裂紋；不允許有平行于磨損面的裂紋；不長于40，不寬于0.2 的其它裂紋是允許的。凹坑、熔劑和鼓包：允許凹坑和熔劑的最大直徑為10 ，最大深度10 ；鼓包最大0.5 。一批磚中有各種毛病的磚不得超過總數的7.6、不動設備襯里的磚型設計與選用應盡量采用標準系列的磚型（如VDZ）。在設備的圓柱體和錐體部位，宜在上述系列中采用兩種適當的磚型相搭配設計，也可采用單一磚型。在直墻部位也可采用直型標準磚和楔形磚搭配。襯磚的高度（厚度）可在65、114 、230

27、、或76 、250 系列中選用。若有特殊需要，也可另選其它尺寸。回轉窯內耐火材料損壞的主要原因回轉窯內耐火材料損壞的主要原因n回轉窯內耐火材料損壞的主要原因是熱應力、機械應力及窯氣的化學侵蝕。n一、熱應力n襯料表面溫度隨窯的回轉而發生周期性波動，其溫差可達200以上，在窯皮脫落或停窯時冷卻急劇等情況下，會使襯料表面溫度發生變化，內部產生熱應力；另外襯料本身熱面和冷面亦存在溫差，其溫度大小視材質的熱導率等因素而定，由于溫度梯度的存在，便產生溫差應力。這些是造成襯料損壞的原因之一。n1、窯產量和窯徑的增大。窯內襯磚所承受的單位熱負荷隨產量增加而增大，窯內襯磚所受的壓應力隨窯徑增大而下降，但窯徑增大，易造成筒體變形，增大了橢圓度，造成的襯磚壓應力增加。n2、窯速影響。窯內襯磚所受的熱震應力隨窯速增加而增大，受窯料和熟料的磨蝕也隨窯速增加而增大，襯磚所受的向下推力增加以及磚塊直接的相對運動過程中產生的應力增加。n二、機械應力n窯內襯料受到煅燒物料的摩擦及氣流中塵粒的沖刷、剝蝕、窯的金屬筒體，特別是燒成帶筒體，由于溫度較高，失去剛性，發生變形，從而在襯料內產生壓應力、拉應力、和剪切應力，致使磚襯間發生相對運動，出現應力高峰，造成襯料裂剝落脫開掉下。