耐火材料

湖北寶樹第一章耐火材料概念第二章耐火材料性質生產過程第三章硅酸鋁及剛玉質耐火材料第四章硅質耐火材料第五章氧化鎂－氧化鈣系耐火材料第六章尖晶石耐火材料第七章含鋯耐火材料第八章含碳耐火材料第九章不定形耐火材料第十章隔熱耐火材料第十一章特種耐火材料

目錄

一、耐火材料的定義二、耐火材料的分類

三、耐火材料的組成四、耐火材料的使用性質第一章耐火材料概念

第二章耐火材料性質生產過程

耐火材料是用作高溫窯、爐等熱工設備，以及高溫容器和部件的無機非金屬材料，耐火度不低于1580℃，并在高溫下能承受相應的物理化學變化及機械作用。一、定義1.按化學成分分為（1）氧化硅質（以氧化硅為主包括硅磚和石英玻璃）；（2）氧化鋁質(以氧化鋁和氧化硅為主又分為半硅質、粘土質和高鋁質)；（3）氧化鎂質（又分為鎂磚、鎂鋁磚、鎂硅磚、鎂鈣磚、鎂鉻磚和鎂碳磚）；按主成分的化學性質又可分為三類。酸性耐火材料中性耐火材料堿性耐火材料2．雜質成分在耐火材料(或原料)中含有一定量的雜質。3．添加成分礦化劑、穩定劑和燒結劑等。灼減：將干燥的材料在規定溫度條件下加熱時質量減少百分率稱為灼減。二、主要種類2.按礦物成分（1）白云石質MgCa（CO3）2（2）橄欖石質（Mg2SiO4）（3）尖晶石質（Fe2MgO4）（4）碳質（石墨制品）（5）含鋯質（氧化鋯+莫來石+剛玉）（6）特殊耐火材料（碳化物、氮化物、硼化物）3.按制造方法分為：塊狀耐火材料;不定形耐火材料;燒制耐火材料;熔鑄耐火材料；4.按耐火度分為：普通（1580～1770℃）;高級（1770～2000℃）;特級（大于2000℃）；5.按化學性質分為：酸性耐火材料;中性耐火材料;堿性耐火材料；6.按標準和尺寸分為：標準磚;異型磚;管形材;耐火器皿；標準型磚（230×114×65mm）、異型磚、特異型磚、大異型磚，以及實驗室和工業用坩堝、皿、管等特殊制品。7.按使用場合：冶金用;水泥窯用;玻璃窯用;陶瓷窯用;鍋爐用。1．化學成分：主成分、雜質成分（有害）和外加組分（有益）；2.物相組成：主晶相、次晶相和基質。主晶相指構成制品結構的主體且熔點較高的晶相。基質指耐火材料中大晶體或骨料間隙中存在的物質。按其主晶相和基質的成分可以分為兩類:一類是含有晶相和玻璃相的多成分耐火制品；一類是僅含晶相的多成分的結晶體。

三、耐火材料的組成

耐火材料基本性質可歸納為以下四方面：

1）耐火材料的宏觀性氣孔氣孔率密度吸水率2)耐火材料的力學性質

常溫耐壓強度、高溫耐壓強度、抗折強度、耐磨性。

3)耐火材料的熱學及電學性質

熱膨脹性、導熱性、比熱容、導電性等。

4)耐火材料的使用性質

耐火度、荷重軟化溫度、高溫體積穩定性等。

第二章耐火材料的性質生產過程

1．氣孔：開孔、閉孔和貫通孔；2．氣孔率：體積百分比真氣孔率Pt=（Vc+Vo）/Vb×100%閉氣孔率Pc=Vc/Vb×100%顯氣孔率Pa=Vo/Vb×100%Vc---閉孔體積；Vo---開孔+貫通孔；Vb---材料總體積Pt=Pc+Pa一、耐火材料的宏觀性質3．密度（g/cm3）體積密度d=M/V視密度或表觀密度da=M/（Vc+Vt）真密度dt=M/VtVc---閉孔體積；Vt---除氣孔外的材料體積；V---總體積；M—質量4．吸水率（%）是指全部顯氣孔被水填滿時，水的質量與干燥材料的質量之比。Wa=（M-Mo）/Mo×100%Wa—吸水率；M—吸水后質量；Mo—吸水前質量1．常溫耐壓強度S=P/AP—材料破壞時的最大壓力；A—受壓面積2．高溫耐壓強度在高于1000～1200℃條件下，單位面積所承受的最大壓力。3．抗折強度（抗彎強度、斷裂模量）材料單位面積所承受的極限彎曲應力。4．耐磨性材料抗機械磨損作用的能力。二、耐火材料的力學性質1．熱膨脹性包括線膨脹系數和體積膨脹系數；2．導熱性導熱系數；3．比熱容常壓下加熱一公斤材料使之升高1℃所需要的熱量（kJ）4．導電性電阻率。碳質和碳化硅質材料為導體，一般耐火材料為不良導體，但溫度大于1000℃時導電性明顯提高，熔融時導電能力很強。三、耐火材料的熱學及電學性質1．耐火度材料在高溫作用下達到軟化程度時的溫度。2．荷重軟化溫度普通材料加恒壓0.2N/mm2下，升溫測其軟化溫度。3．高溫體積穩定性材料重燒線變化率和體積變化率。四、耐火材料的使用性質4．耐熱震性（抗熱震性）極限溫差。5．抗渣性材料在高溫下抵抗熔渣及其它熔融液侵蝕而不易損毀的性能。6.耐真空性材料在真空和高溫下服役時的耐久性，因高溫減壓時耐火材料中有些組分極易揮發。原料加工→配料→混煉→（成型）→干燥→燒成（熔制）→（成型）→檢驗→成品即耐火材料的生產過程與陶瓷或玻璃的生產過程相似。第二節耐火材料的生產過程硅酸鋁質耐火材料是以A12O3和SiO2為基本化學組成。根據制品的A12O3含量，可以分為四大類：

半硅質制品：A12O3含量為15～30％；

粘土質制品：A12O3含量為30～46％；

高鋁質制品：A12O3含量為＞46％；剛玉質制品：A12O3含量為＞90％的高鋁質制品。

第三章硅酸鋁及剛玉質耐火材料

主要的雜質氧化物為K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2。作用：降低熔液的生成溫度及其粘度，增大液相的生成量，提高熔液對固相的溶解速度和溶解數量。對系統液相形成溫度影響最大的是堿金屬氧化物，K2O、Na2O分別使無變點溫度降低513～724℃；TiO2使無變量點溫度降低101～107℃。二、雜質氧化物的影響

以天然SiO2質巖石為原料，要求雜質組分（Al2O3、TiO2、堿金屬氧化物）含量小于2%。生產工藝與陶瓷相似。用天然產的各種粘土作原料，將一部分粘土預先煅燒成熟料，并與部分生粘土配合制成的A12O3含量為30～46％的耐火制品。一、粘土原料以粘土礦物(高嶺石礦物為主)為主要成分的粘土作原料，煅燒后的化學成分為：A12O3+TiO2不少于30％，Fe2O3一般不超過2.5％。第二節粘土質耐火材料1．粘土的種類在耐火材料工業上應用的粘土主要有兩類：(1)硬質粘土(2)軟質粘土2．粘土的基本性質(1)化學礦物組成：A12O3·2SiO2·2H2O(2)粘土的工藝特性分散性、可塑性、結合性、燒結性。1)分散性：是反映粘土的分散程度。通常用它的顆粒組成或比表面積來表示。2)可塑性：物料受外力作用后發生形變而不破裂，在所施加的外力撤除后，變形的形態仍保留而不恢復原狀，這種性質稱為可塑性。3)結合性：是粘土對非塑性材料的粘結能力，使成型后的坯體能保持其形狀和具有一定機械強度的能力。4)燒結性：粘土經適當的高溫處理后，能獲得必要的致密度和強度。1、生產工藝流程的選擇原則粘土制品生產工藝主要取決于原料的性質，制品的質量要求，以及生產規模大小。根據我國原料特點，結合粘土以半軟質粘土為主，適合采用半干機壓成型生產工藝流程。目前常用的為普通熟料制品和多熟料制品兩種生產流程。二、粘土制品的生產工藝要點

2、結合粘土的選擇對結合粘土的基本要求是高可塑性、易燒結性和較高的耐火性。3、坯料的顆粒組成采用“兩頭大、中間小”的緊密配合原則進行。4、干燥和燒成由于成型后磚坯的水分含量較低，在干燥階段幾乎不發生收縮，故可采用快速干燥制度。制品的燒成溫度，一般1250～1350℃；對氧化鋁含量高的可提高到1350～1380℃；氧化氣氛燒成。

粘土制品的理化性質及高溫性能，主要取決于制品的化學組成，隨A12O3／SiO2比增大而提高。為了提高粘土制品的高溫性質，經常采用以下措施：1)對粘土原料進行選礦純化處理，降低雜質含量；2)適當提高燒成溫度，使制品具有致密結構；3)采用高基質(基質中A12O3含量接近莫來石組成)組成結構特征的配料；4)采用多熟料配料及混合細磨措施。三、粘土制品的性質

半硅質制品是指含A12O3＜30％、SiO2＞65％的半酸性耐火材料。半硅質制品的生產工藝和粘土制品相同，原料是含有天然石英的A12O3含量低的硅質粘土或原生高嶺土、高嶺土選礦時的尾礦、天然產的蠟石、煤矸石等。第三節半硅質耐火材料在生產上應注意以下幾點：

1、利用天然原料時，要根據原料的性質和成品的使用條件，確定是否加入熟料。

2、在燒成時，低溫階段（1250℃以下）由于石英多晶轉變產生體積膨脹，同時粘土燒結收縮，可以互相抵消。高溫時，易熔物生成熔液，體積收縮大。3、原料內石英顆粒細小，則石英在高溫下起強熔劑作用，降低制品的耐火性和熱震穩定性。4、用蠟石（A12O3·4SiO2·H2O）原料時，應根據蠟石原料的特點來確定其工藝要點。半硅制品的生產，一方面是擴大原料的綜合利用，另一方面它具有不太大的膨脹性，有利于提高砌體的整體性，降低熔渣對磚縫的侵蝕作用。另一特點是熔渣與磚面接觸后，能形成厚度約1～2mm的粘度很大的硅酸鹽熔融物，阻礙熔渣向磚內滲透，從而提高制品的抗熔渣的侵蝕能力。用天然產高鋁礬土原料制造的高鋁質耐火材料，其Al2O3含量在48％以上，通常可分為三類：I等：Al2O3含量>75％，Ⅱ等：Al2O3含量65～75％；Ⅲ等：Al2O3含量48～65％。根據礦物組成可分為：低莫來石質(包括硅線石質)、莫來石質、莫來石-剛玉質、剛玉-莫來石質和剛玉質。第四節用高鋁礬土生產的高鋁質耐火材料1、化學—礦物組成礬土中的A12O3含量在45～80％之間，煅燒后波動于48～90％間；我國高鋁礬土原料的主要礦物組成是一水鋁石（A12O3·H2O）和高嶺石，還有波美石（g-A12O3·H2O）、三水鋁石（A12O3·3H2O）。

一、高鋁礬土原料2、高鋁礬土的加熱變化高鋁礬土的加熱變化是所含各礦物加熱變化的綜合反映，可分為三個階段，即分解、二次莫來石化和重結晶燒結過程。1、礬土熟料的揀選分級2、礬土熟料的質量要求礬土熟料的質量控制，除了要求一定的化學組成外，還用體積密度值衡量。特級品≥3.00；I級品≥2.80；Ⅱ級品≥2.55；Ⅲ級品≥2.45。二、生產工藝要點3、配方的選擇(1)結合劑。采用軟質粘土或半軟質粘土作結合劑，同時還加入少量有機結合劑(如紙漿廢液等)，以改善坯料的成型性能和提高坯體的強度。(2)不同級別熟料的混合使用。

4、顆粒組成高鋁磚料的顆粒組成與多熟料粘土磚料相似，采用粗、中、細三級配合。顆粒范圍一般為：3.0～0.5mm(粗)0.5～0.088mm(中)＜0.088mm(細)。三級配合應符合“兩頭大、中間小”的原則。5、高鋁制品的燒成制品的燒成溫度，主要取決于礬土原料的燒結性。生產實踐表明：I、Ⅱ等高鋁制品可采用同一燒成溫度。用倒焰窯燒成時，一般為1430～1450℃，保溫40小時；Ⅲ等高鋁磚為1390～1420℃。用隧道窯燒成時，分別為1550～1560℃及1450～1500℃。燒成在氧化焰中進行。高鋁制品的重要工作性質是荷重軟化溫度和高溫蠕變性。高鋁制品的高溫蠕變性用蠕變速率來表示。高鋁磚的蠕變行為，玻璃相起主導作用。高鋁制品的熱震穩定性差，這與制品的物相組成密切相關。三、高鋁制品的性質定義：用天然硅線石系原料生產的Ⅲ等高鋁質制品。特點：具有荷重軟化溫度高，熱震穩定性良好，耐磨性和抗渣性好。第五節硅線石質耐火材料一、原料天然產的原料主要有硅線石、紅柱石和藍晶石（A12O3·SiO2）。原料精礦中，A12O3含量應在60％左右，雜質成分總量一般不應超過2～3％。

第五節硅線石質耐火材料制磚工藝與高鋁磚生產工藝相同。硅線石和紅柱石直接供制磚料使用，通常以粉料加入到基質中，再與礬土熟料顆粒料配合成磚料，制成相當于Ⅲ等高鋁制品組成的硅線石質耐火材料。二、生產工藝莫來石質耐火材料是以人工合成莫來石為原料制成的以莫來石為主晶相的耐火制品。莫來石制品主要有兩類，燒結莫來石制品和電熔鑄莫來石制品。第六節莫來石質耐火材料1、原料(合成莫來石)合成莫來石主要是采用燒結法(或電熔法)合成。其合成方法是：選用純凈原料，按莫來石的理論組成(Al2O37l.8％，SiO228.2％)進行配料，經過充分細磨、成球(或壓成料塊)、高溫煅燒(或電熔)而成。一、燒結法生產莫來石制品(1)燒結法合成莫來石。目前國內外采用的配方主要有以下幾種。天然高鋁礬土+高嶺土；工業氧化鋁+粘土(高嶺土或蠟石)；工業氧化鋁+硅石；工業氧化鋁+高鋁礬土(或硅線石系原料精礦)；剛玉(α-A12O3)+硅石。燒結合成莫來石的生產工藝：1)物料經干混、細磨后成球，在回轉窯中煅燒而成；2)物料經濕法細磨，壓濾成坯塊，在回轉窯內煅燒；3)將工業氧化鋁和粘土用可塑法壓成坯塊，干燥后在隧道窯內煅燒而成。燒結法合成莫來石的工藝因素是原料的純度、細度和煅燒溫度。(2)電熔合成莫來石。將配料混合后裝入電弧爐中熔融合成莫來石熟料。原料為工業氧化鋁、燒結優質礬土、高純硅石等。采用合成莫來石熟料為顆粒料及細粉，或采用白剛玉、石英粉以及純凈粘土配制成相當于莫來石組成的混合細粉。顆粒料和細粉常用配比為：顆粒料45～55％，細粉(＜0.088mm）55～45％。均勻混合后，高壓成型。燒成溫度為1550～1600℃。熔鑄莫來石磚主要由高鋁礬土或工業氧化鋁、粘土或硅石進行配料，在電弧爐內熔融，再澆鑄成型及退火制成，其主要礦物成分是莫來石。1．組成莫來石組成為3A12O3·2SiO2～2Al2O3·SiO2，熔融溫度約為1827～1890℃間，硬度大。二、熔鑄莫來石制品雜質對熔鑄莫來石制品的影響：(1)鐵的氧化物和TiO2一樣，可以部分地進入莫來石固溶體中，對莫來石的熔點影響不大，但增加玻璃含量，并使鑄件的玻璃相部分染成深色，降低制品的耐火性能。(2)堿金屬氧化物對莫來石結晶及熔液影響嚴重，可降低莫來石含量，產生較多的玻璃相。(3)氧化鈣雖影響較小，但也起阻礙莫來石析晶的作用。(4)氧化鎂對莫來石析晶影響，次于氧化鈣，少量存在時，使析晶混合物中出現鎂鋁尖晶石、堇青石和剛玉等，相應地降低莫來石數量。

2、原料通常選用高鋁礬土、鐵礬土、工業氧化鋁及粘土為原料。3、配料考慮在高溫熔融時Si02的揮發和還原反應要消耗部分，故實際配料中鋁硅系數的控制值在2.5左右。4、熔融熔融的主要設備為電弧爐，有固定式和傾動式兩種。5、澆注將熔液注入一定形狀和尺寸的模型中，經冷卻成為結構致密、組織均一的制品6、熱處理一般分為結晶和退火兩個階段。(1)結晶。對于熔鑄莫來石制品，希望制品內部的莫來石結晶呈纖維狀或細小晶粒，均勻分布。決定晶粒大小的主要因素是冷卻速度。(2)退火(鑄件的冷卻)。析晶后鑄件在冷卻過程中，由于各部分散熱不均勻，使鑄件內部存在溫度梯度，產生很大應力，會造成開裂或缺棱、缺角的廢品。冷卻速度越大，廢品產生的傾向也越大。因此，鑄件必須緩慢冷卻。

退火的方法有兩種，自退火及外部供熱退火。自退火是依靠鑄模外部的良好隔熱層，常用蛭石作隔熱保溫材料層。冷卻速度可由隔熱層的厚度來調正。緩冷溫度范圍，主要是在1800～1100℃，一般控制在60—70℃／h。外部供熱退火常采用隧道式退火爐，冷卻速度可控制在<100～150℃／h。7、機械加工由于模型形狀不夠正確，澆注時上下收縮不一致，產生縮孔，以及鑄口及表面皺折等，均需進行切割加工，才能使用。

含A12O3大于90％的高鋁制品稱為剛玉質耐火材料，亦稱氧化鋁制品。一、燒結氧化鋁制品所用原料主要是工業氧化鋁。工業氧化鋁難以燒結，為改善其燒結性，降低燒結溫度，需將其高度細粉碎并預燒，也可加入少量促進燒結的加入物。第七節剛玉質耐火材料工業氧化鋁在使用前應在1350～1600℃預燒使γ-A1203轉變為穩定的α-Al2O3，并能減少制品的燒成收縮。在實際預燒過程中，由于γ-A1203的轉變速度比較緩慢，可加入1～3％的硼酸(H3BO3)，以促進其更好地轉變為α-Al2O3，并可降低預燒溫度，縮短保溫時間和提高原料的純度(原料中的Na20和H3BO3作用，生成揮發性化合物硼酸鈉一并跑掉)。缺點是燒后材料變硬，不易細磨。目前廣泛采用球磨機和振動磨機細磨加工。

成型方法則根據制品用途、性質要求、形狀尺寸確定：1、應用水懸浮液(泥漿)在石膏模內進行泥漿澆注成型(坩堝、管子及其他中空制品)。2、形狀復雜、尺寸小的制品采用熱壓注或擠壓法成型，在坯料中需加入增塑劑(如石蠟、糊精、羧甲基纖維素、聚乙烯醇等)。3、大型制品可采用機壓或氣錘搗打成型。制品在1600～1800℃燒成，根據原料的分散度、加入物以及制品的用途和性能要求，采用不同的燒成制度。

二、再結合燒結剛玉制品

是以燒結氧化鋁（燒結剛玉）為顆粒料，與剛玉細粉配制成泥料，經成型、干燥和燒成的制品，亦稱剛玉熟料耐火材料。1、燒結剛玉以工業氧化鋁為原料→細磨(<lO微米應>85％)→酸洗除鐵→加入適量有機結合劑→用半干壓制或可塑法制成坯體→大于1700℃高溫窯內燒成→燒成收縮率為18～20％。也可將細磨后的工業氧化鋁粉壓球(球直徑20～25mm)后，經200℃以上溫度干燥，在豎窯內燒成，同樣可制得燒結的剛玉熟料。

2、生產工藝要點(1)泥料組成。高純燒結剛玉制品中，顆粒料和細粉應采用同一成分的純剛玉熟料(細粉也可采用α-Al2O3型的細小晶粒的氧化鋁)。泥料的顆粒組成按緊密堆積原則選擇，以大顆粒為骨架，中、小顆粒及細粉，逐級填充到互相接觸的各級顆粒的空隙中。泥料應進行非常充分的混練；必要時困料；泥料水分一般波動于5～8％。(2)成型。1)形狀復雜、尺寸較大的制品，采用氣錘搗打或振動成型；2)普通制品采用半干壓成型，需在高壓力下進行，根據我國采用的設備條件，一般在80～120MPa成型壓力下成型即可；3)特殊制品則用特殊設計的模具，采用流體等靜壓成型。(3)燒成。剛玉熟料制品必須在高溫下燒成。燒成溫度界于1650～1800℃之間，有時達到1850℃。以電熔剛玉熟料為顆粒料，電熔剛玉細粉或燒結剛玉細粉為基質，配合制成的再結合燒結制品。1、電熔剛玉電熔剛玉有兩類，即棕剛玉(亦稱青剛玉)和白剛玉。棕剛玉系采用天然高鋁礬土作原料(無煙煤為還原劑)；白剛玉則用工業氧化鋁熔融而成(氧化氣氛)。三、再結合電熔剛玉制品2、生產工藝要點(1)電熔剛玉的揀選；(棕:硅鐵合金；白:氧化鋁)(2)棕剛玉在使用前預先進行煅燒；(3)電熔剛玉塊的加工處理；(4)配料、混合和成型；(5)燒成（﹥1800℃）。鋁碳質制品是用高鋁材質熟料摻加一定數量的碳素材料制成的。高鋁材質一般選用特級或Ⅰ級優質礬土熟料作顆粒料，剛玉作細粉；碳材料的加入可降低制品的氣孔率，提高高溫強度、抗侵蝕性和耐熱沖擊性等。第八節鋁碳質制品1、原材料的選擇（1）顆粒料：燒結氧化鋁、燒結板狀氧化鋁、電熔剛玉及特、Ⅰ級礬土熟料；細粉：剛玉、電熔莫來石、燒結合成莫來石、合成鋯莫來石。（2）摻加的碳材料，鱗片狀石墨為佳，或高純熱解石墨。（3）抗氧化劑有金屬鋁粉、硅粉、碳化硅粉。（4）結合劑：樹脂、焦油、瀝青等。2、生產工藝要點（1）滑板磚中氧化鋁60-80%；石墨8-15%；鋁、硅粉2-4%；碳化硅粉4-6%；樹脂4-8%；固化劑的加入量為結合劑的5%左右。長水口及浸入式水口的抗熱震要求高，故石墨量可達20-30%；可引入5-7%的氧化鋯增韌。（2）混合和成型，先干混顆粒料，加入結合劑濕混均勻后，再加入混合細粉并充分混練。（3）燒成，制品必須在還原火焰下燒成。（4）制品的加工：中溫瀝青浸漬、鉆孔、鐵皮箍，表面涂防氧化涂層等。硅質耐火材料以二氧化硅為主要成分，包括硅磚、特種硅磚、石英玻璃及其制品。特點：硅質制品屬于酸性耐火材料，對酸性爐渣抵抗力強，但受堿性渣強烈侵蝕，易被含Al203、K2O、Na2O等氧化物作用而破壞，對CaO、FeO、Fe203等氧化物有良好的抵抗性。硅磚荷重變形溫度高，波動在1640～1680℃間，接近鱗石英，方石英的熔點(1670℃、1723℃)；殘余膨脹保證了砌筑體有良好的氣密性和結構強度。最大的缺點是熱震穩定性低，耐火度不高。用途：主要用于焦爐，玻璃熔窯，酸性煉鋼爐等。第四章硅質耐火材料為典型的酸性耐火材料。一、二氧化硅的相變不同晶型之間的轉變稱為遲鈍型轉變，如：石英→鱗石英→方英石。是不可逆的。同一晶型之間的轉變稱為快速型轉變，如：α石英→β石英→γ石英。是可逆的。二、硅磚的生產以天然SiO2質巖石為原料，要求雜質組分（Al2O3、TiO2、堿金屬氧化物）含量小于2%。生產工藝與陶瓷相似。三、硅磚的性質和使用1．SiO2>93%，鱗石英：30%～70%，方英石：20%～80%，石英：3%～15%，玻璃相：4%～14%。2．真密度小于2.38g/cm3,體積密度：1.80～1.95g/cm3.3．使用性質：耐火度1690～1730℃，摻雜時1620～1670℃，耐酸性高，抗熱震性很差，850℃冷水兩次。主要用在玻璃窯。鱗石英具有較高的體積穩定性。硅磚中鱗石英具有矛頭狀雙晶相互交錯的網絡狀結構。因而使磚具有較高的荷重軟化點及機械強度。一般希望燒成后硅磚中含大量鱗石英，方石英次之，而殘余石英愈少愈好。在硅磚生產中石英的轉變程度用密度衡量，硅磚的密度一般應小于2.38g／cm3，優質硅磚的密度在2.32～2.36g／cm3之間。三、與硅磚性質有關的物系在硅磚制造和使用過程中SiO2可能與原料內雜質，磚內不同數量和性質的加入物以及在使用過程中所接觸的各種氧化物發生作用。就硅磚來說最有害的雜質是R20(K20，Na2O)，A1203，其次為Ti02，Fe0，MnO、CaO的熔劑作用較弱，可作為制造硅磚的礦化劑，不致顯著降低硅磚的耐火度，硅磚在使用過程中對這些物質的侵蝕也有一定的抵抗力。制造硅磚的礦物原料是含SiO296％以上的硅質巖石。此外還有石灰、礦化劑和有機結合劑等加入物。一、硅石原料工業上通常將硅質巖石叫硅石，它是工業塊狀硅酸質礦物原料的總稱，也稱為石英巖。硅石中主要礦物是石英SiO2，其它成分均為雜質礦物。工業上用的硅石原料有膠結硅石(膠結石英巖)和結晶硅石(結晶石英巖)。第二節原料及其性質

在評價硅石原料質量和確定工藝條件時，應根據具體原料性能特點進行綜合分析。如快速轉變硅石燒成溫度應降低一些，礦化劑少加一點；對于難轉變的硅石，采取細顆粒配料并加入適量的鐵礦化劑，會顯著減弱膨脹作用和加速轉變。不致密的硅石不能用于制造重要用途的硅磚，但可磨成細粉與致密硅石配合使用。對燒成時低熱穩定的易松散的原料，可采取較細的顆粒配料，添加礦化劑以及緩慢加熱等調整燒成條件等方法，使其在低溫下坯體內有適當成分熔液等顯著減弱其松散程度來解決。在工廠生產實踐中質量好的硅石是：1)組織結構致密，有貝殼狀缺口，白色，塊度為25～300毫米。2)顯微結構為結晶石英。3)SiO2含量高，雜質少。

4)原料的耐火度高。5)硅石致密、強度高，也就是說吸水率、氣孔率都低。6)硅石的轉化速度慢，真比重大。硅磚生產的工藝流程大體上與粘土磚的工藝流程相似。不同點在于前者增加了石灰和礦化劑的制備系統。一、顆粒組成的選擇硅質坯體加熱時的松散和燒結能力取決于顆粒組成中粗細兩種粒度的性質和數量。采用細顆粒組成的磚坯時，在燒成時有利于減少膨脹，減少磚體的裂紋和體積變化，提高成品率，還可提高制品中鱗石英的含量，但泥料顆粒過細，也將導致硅磚氣孔率的提高。一般硅磚的臨界粒度以2～3mm為宜。第三節硅磚的生產工藝要點

二、成型：硅磚成型的特點表現在硅磚坯料成型特性和硅磚磚型形狀復雜與質量差別大等方面。硅質坯料是質硬、結合性和可塑性低的瘠性料，因此它受壓而致密的能力低。硅質坯料的成型性能受其顆粒組成、水分和加入物的影響。調整這些因素可以改善坯料的成型性能。對任何組成的坯料，增加成型壓力都會提高硅磚密度。為了保證制得致密磚坯，成型壓力應不低于100～150MPa。三、燒成硅磚在燒成過程中發生相變，并有較大的體積變化，加上磚坯在燒成溫度下形成的熔液量較少(約10％左右)，使其燒成較其它耐火材料困難得多。硅磚的燒成制度與磚坯在燒成過程中所發生的一系列物理化學變化，加入物的數量和性質，坯體的形狀大小以及燒成窯的特性等因素有關。

1、硅磚在燒成過程中的物理化學變化在150℃以下從磚坯中排出殘余水分在450℃時，Ca(OH)2開始分解；450～500℃時Ca(OH)2脫水完畢，硅石顆粒與石灰的結合破壞，坯體強度大為降低。在550～650℃范圍內，—石英轉變為α—石英，由于轉變過程中伴有0.82％的體積膨脹，故石英晶體將出現密度不等的顯微裂紋。在600～700℃間，CaO與SiO2的固相反應開始，磚坯強度有所增加，反應式為：2CaO+Si02→一2CaO·SiO22CaO·Si02+Si02→2(CaO·Si02)至1000～1100℃有固熔體狀α-CaO·Si02與FeO·SiO2生成。

α-CaO·SiO2+FeO·SiO2→[GaO·SiO2—FeO·SiO2]從l100℃開始，石英的轉變速度大大增加，磚坯的密度也顯著下降，此時磚坯體積由于石英轉變為低密度變體而大為增加。雖然此時液相量也在不斷增加，但在1100～1200℃范圍內仍易產生裂紋。在1300～1350℃時，由于鱗石英和方石英數量增加，磚坯的密度降低得很多。此時液相粘度仍較大，對內應力的抵抗性還弱，生成裂紋的可能性存在。

當加熱到1350～1430℃時，石英的轉變程度和由此產生的磚體膨脹大大增強，在這一溫度范圍內，加熱得愈緩慢，石英溶于液相再結晶生成的鱗石英量愈多，方石英生成量愈少，磚體生成裂紋的可能性也愈小。如果加熱過快，特別是在氧化氣氛下迅速加熱，石英轉變為方石英，使磚坯松散并出現裂紋。2、燒成制度在600℃以下，可用較快而均勻地升溫速度燒成。在700℃以上至1100～1200℃溫度范圍內，因磚坯體積變化不大，強度逐漸提高，不會產生過大應力，只要保證磚坯加熱均勻，可盡快升溫。1100～1200℃至燒成終了溫度的高溫階段，硅磚的密度顯著降低，晶體轉變及體積變化集中地發生在這一階段。它是決定磚坯出現裂紋與否的關鍵階段。這個階段升溫速度應逐漸降低，并能緩慢均勻升溫。

為了在高溫階段使溫度緩慢均勻上升，在生產中通常采用弱還原火焰燒成。同時還可以使窯內溫度分布均勻，減少窯內上下溫差，避免高溫火焰沖擊磚坯，達到“軟火”(均勻緩和火燒成)燒成要求。硅磚最高燒成溫度不應超過1430℃。硅磚燒成至最高燒成溫度后，通常根據制品的形狀大小，窯的特性，硅石轉變難易，制品要求的密度等因素，給以足夠的保溫時間。硅磚燒成后的冷卻，高溫下(600～800℃以上)可以快冷，低溫時因有方石英和鱗石英的快速晶型轉變，產生體積收縮，故應緩慢冷卻。在制定燒成曲線時，除應符合上述要求外，還應考慮:1)原料的加熱性質；2)加入物的數量和性質；3)磚塊的形狀大小。其他如燒成窯的結構、大小、裝窯方法、窯內溫度分布等均有影響。燒成升溫速度一般可劃分為如下幾個階段；溫度范圍，℃升溫速度℃／h20～60020600～1100251130～1300101300～135051350～14302一、高密度高導熱硅磚提高硅磚的熱導率，對縮短結焦時間，提高生產率有一定的經濟效果。因此，制造高密度高導熱性硅磚引起了人們的重視。硅磚的相組成是晶相(鱗石英、方石英和石英)，玻璃相及氣孔。其中玻璃相和氣孔是降低硅磚導熱率的主要因素。影響最大的是氣孔，其次是玻璃相。第四節特種硅磚

目前提高硅磚熱導率的途徑主要是靠增加鱗石英的含量和降低氣孔率而取得的。選擇特殊硅石原料和可轉化成SiO2的添加物，嚴格調整燒成制度，在控制氣氛條件下燒磚，對于開發高密度高導熱率硅磚是可能的。二、其它特種硅磚硅鉻磚對氧化鐵和熔渣的作用具有高的抵抗能力；硅鋯磚和硅堇青石磚具有高的熱震穩定性，硅碳化硅磚不僅具有高的熱震穩定性而且具有高的耐磨性和熱導率等，這些硅質耐火材料可分別滿足不同的需要。用天然純凈的石英或水晶，在其熔點以上的溫度下熔化成粘稠的透明或不透明的熔融石英，控制熔體的冷卻速度使其來不及析晶而變為石英玻璃。它具有極好的熱震穩定性和化學穩定性。熔融石英制品是以石英玻璃為原料而制得的再結合制品。這類制品的熱膨脹系數小，熱震穩定性好，耐化學侵蝕(特別是酸和氯)耐沖刷，高溫時粘度大，強度高，熱導性低，電導率低。由于燒成時收縮小，可以制得尺寸精確的制品。缺點是在1100℃以上長期使用時，會向方石英轉變(即高溫析晶)促使制品產生裂紋和剝落。第五節石英玻璃及其制品

在制造工藝過程中特別注意，石英玻璃中雜質含量，分散度，溫度和保溫時間等對石英玻璃結晶化的影響。由于其良好的性能，廣泛應用于冶金、化工、輕工工業中。主要組分為氧化鎂、氧化鈣或二者兼有的耐火材料。按化學組成分類：MgO含量在80％以上，以方鎂石為主晶相的耐火材料為鎂質耐火材料；主要礦物為氧化鈣，CaO含量在95％以上的耐火材料為石灰耐火材料；以天然白云石為主要原料制作的耐火材料屬白云石質耐火材料。第五章氧化鎂－氧化鈣系耐火材料為典型的堿性耐火材料。種類較多。

特點：氧化鎂－氧化鈣系耐火材料屬于堿性耐火材料，耐火度高，抗堿性渣和鐵渣侵蝕的能力強，CaO不與鋼水作用，可提高鋼水的潔凈度。用途：廣泛用于氧化轉爐、電爐、平爐、鋼包、爐外精煉以及有色熔煉等。

一、氧化鎂磚

1．種類各種鎂磚：Mg-Si、Mg-Ca、Mg-Al、Mg-Cr、Mg-C等。2．組成方鎂石、鎂方鐵礦、鎂尖晶石、鎂硅酸鹽（橄欖石、輝石）等。3．原料主要為菱鎂礦。4．生產首先將菱鎂礦煅燒（1000℃輕燒，1400℃以上重燒）制得氧化鎂。將氧化鎂粉碎后加入添加劑和結合劑，混合后成型、煅燒即制得鎂磚。5．性質耐火度大于1920℃，荷重軟化溫度大于1500℃，抗熱震性1100℃冷水大于25次，抗堿性好，最高使用溫度大于1600℃。6．應用用于各種爐襯，特別是堿性環境。以CaO和MgO為主要成分的耐火材料。1．種類：含游離氧化鈣的白云石質耐火材料和穩定型的白云石制品；2．組成：游離氧化鈣型（方鎂石和石灰石），穩定型（C3S、MgO為主，少量C2S、C4AF）二、白云石質耐火材料3．生產：游離氧化鈣型（天然白云石燒或不燒，粘結），穩定型（以天然白云石、石英、磷灰石為原料配合后共燒結而成，燒結溫度小于1450℃）。4．性質：游離氧化鈣型（耐火度1500～1700℃，穩定性差，極易吸水分解，成本低）；穩定型（常溫耐壓50～70Mpa，荷重軟化溫度1500℃，抗渣好，抗熱震性差）。5應用：游離氧化鈣型（煉剛爐襯、電爐爐襯）；穩定型（可部分代替鎂磚）。1．種類：Mg-Al、Mg-Cr2．組成：鎂鋁尖晶石和鎂鉻尖晶石3．生產：首先需要合成尖晶石，然后燒結或不燒。也可制備不定形耐火材料。4．性質：強度高，抗蠕變性強，荷重軟化溫度1700～1750℃，抗渣性遠大于鎂磚，體積穩定。5．應用：有色金屬冶煉爐襯及其它各類爐襯。三、尖晶石質耐火材料

定義：尖晶石指的是相同結構的一類礦物，化學通式可表示為AO·R2O3(或AR2O4)，其中A代表二價元素離子，可以是Mg2+、Fe2+等；R為三價元素，可以是Al3+，Fe3+、Cr3+等。它們大部分都以同晶型固溶體的形式存在。所有尖晶石借晶格膨脹形成固溶體。分類：尖晶石耐火材料按其所用的原料及其組成可分為：鉻磚、鉻鎂磚、鎂鉻磚、鎂鋁尖晶石耐火材料。用途：是一類重要的中性或弱堿性耐火材料，廣泛地用于高溫工業窯爐、平爐、電爐、鋼包、爐外精練，水泥回轉窯、玻璃窯蓄熱室、煉銅爐等。第六章尖晶石耐火材料

這類耐火材料包括鉻磚、鉻鎂磚和鎂鉻磚；以鉻尖晶石(或其固溶體)和方鎂石為主要礦物組成。一、鉻礦鉻礦或鉻鐵礦是一種在化學和物理性質方面變化很大的礦石。它通常含有鉻礦顆粒和脈石礦物。其特征：脈石包圍著鉻礦顆粒，并占據著它們當中的縫隙。第一節鉻尖晶石質耐火材料蛇紋石能強烈地降低尖晶石的耐火度。必須把蛇紋石轉化為高耐火的鎂橄欖石。為此配料中需加入氧化鎂。為了增加鎂橄欖石的含量，可以加入純橄欖石，發生下列反應：3MgO·2SiO2·2H2O十MgO→2(2MgO·SiO2）十2H2O在氧化氣氛下：(Fen,Mgm)O·(Cr,A1)2O3+MgO→(Fen-1,Mgm+1)O·(Cr,A1)2O3+FeO2FeO+1/2O2——>Fe2O3Fe2O3+MgO---->MgO·Fe2O3二、鉻礦制品的生產原理

鉻鎂磚和鎂鉻磚是由鉻礦和鎂砂組成的堿性耐火材料。制造這種磚所發生物理化學變化與燒制鉻質制品基本相同。此外還應考慮以下幾點：

(1)鉻礦和鎂砂配比對鉻鎂質耐火材料性質的影響。

(2)基質礦物組成對制品性能的影響。

(3)氣氛性質的影響。鉻鎂質耐火材料應該在弱氧化氣氛下燒成。三、鉻鎂磚和鎂鉻磚生產及其原理

2、鎂鉻磚的生產鎂鉻磚是以燒結鎂砂和鉻礦為原料制成的。在配料中控制MgO含量占60～70％，Cr2O3含量在8～12％，這種制品的穩定性良好，耐火度大于2000℃，是偏堿性的高級耐火材料。混合：鉻鐵礦脆性大易粉碎，在混砂機中混練；成型：水壓機或摩擦壓磚機成型，坯體密度4.3g/cm3燒成：隧道窯內1600℃弱氧化性氣氛燒成。3、熱震穩定性鎂鉻磚的生產熱震穩定性鎂鉻磚的生產工藝特點是增大臨界顆粒尺寸，減少鉻礦顆粒中的細粉含量，以提高制品的熱震穩定性。4、熱震穩定性鉻鎂磚的生產當鉻礦與燒結鎂砂比各為50％時，制品具有最大的熱震穩定性。四、直接結合磚磚中的方鎂石-尖晶石和方鎂石-方鎂石的直接結合，在一定程度上取代了被硅酸鹽膜包圍鉻礦顆粒和方鎂石晶粒的典型結構。鎂鋁尖晶石(也稱尖晶石)的化學式為MgO·Al2O3，含MgO28.3％，A12O371.7％，熔點2135℃。鎂鋁尖晶石與鎂鉻磚相比，主要優點是對還原氣氛、游離CO2，游離SO2／SO3及游離K2O／Na2O的抗侵蝕性強，以及具有較好的熱震穩定性與耐磨性。尖晶石質耐火材料可分為三類：(1)方鎂石一尖晶石耐火材料，Al2O3含量＜30wt％；(2)尖晶石一方鎂石耐火材料，Al2O3含量30～68wt％；(3)尖晶石耐火材料，Al2O3含量68～73wt％。

第二節鎂鋁尖晶石質耐火材料一、生產方法1、已知尖晶石耐火制品的常用生產方法有：(1)在鎂砂(燒結或電熔的)中配以含Al2O3的原料(礬土原料，工業氧化鋁)，坯體在燒成過程中直接生成尖晶石。(2)在鎂砂(燒結或電熔的)中加入預先合成的尖晶石粉。2、合成尖晶石有以下幾種：(1)電熔尖晶石。其產品晶粒發育良好，質地均勻，結構致密，強度大，抗侵蝕能力強，以工業氧化鋁(或高鋁礬土原料)和鎂砂(或菱鎂礦，苦土粉)配比，混合后在電爐中熔化、冷卻固化經破碎得到電熔尖晶石產品。

(2)燒結尖晶石砂。該產品比電熔尖晶石更經濟，在很多用途可代替電熔尖晶石。它是以輕燒A12O3和輕燒MgO配料、成球、高溫燒結得到的。（強化燒結在1800℃或1900℃）(3)輕燒尖晶石。是在較低的溫度(1200～1300℃)煅燒配料而得到的活性尖晶石粉，作為耐火制品配料中的細粉活性組分，利于坯體在高溫下燒結。二、化學組成對性能的影響目前尖晶石磚的Al2O3含量一般在8～20％范圍內，組分對磚性能的影響不可忽視。尖晶石較適宜的化學成分Al2O38～20％，CaO0.5～1.0％，Fe2O30.2～0.8％，SiO2＜0.4％，B2O3及堿等雜質成分＜0.3％，其余為MgO。當Al2O3＜8％，尖晶石晶體含量少，晶間結合以方鎂石與方鎂石結合為主體，呈現出鎂磚的缺點，即抗剝落性差。然而，當

Al2O3的含量超過20%，磚的抗侵蝕性能就下降。當CaO＜0.5％，Fe2O3＜0.2％時，尖晶石礦物晶體小于5微米，當晶體尺寸小于5微米或更小時，晶體間幾乎為方鎂石與方鎂石之間結合，呈現鎂磚的缺點，抗剝落性差。當SiO2＞0.4%，B2O3及堿等雜質成分＞0.3％，生成較多的低熔物，也使磚的熱態強度下降。當Al2O3含量8～20％范圍內，從顯微結構上可以觀察到尖晶石礦物均勻地分布在方鎂石中，尖晶石礦物晶體的尺寸約為5～20微米，磚的性能較好。為生產直接結合尖晶石質磚，需使用純度高的原料高壓成型(約150MPa)，高溫燒成(1700～1800℃，最好1800℃以上)。三、尖晶石質磚的技術指標采用電熔或燒結預合成尖晶石原料制得的磚，稱為電熔(或燒結)合成再結合尖晶石磚。根據其用途和性能要求，可以用鎂砂(電熔或燒結的)和合成尖晶石的原料(電熔、燒結或輕燒的)進行配料制磚。

除高溫燒成尖晶石磚外，還研究開發了熔鑄尖晶石耐火材料及磷酸鹽結合的尖晶石不燒磚。用途：尖晶石質耐火材料作為高級耐火材料已成功的用于大型水泥回轉窯，平板玻璃蓄熱室、電爐爐頂、爐外精煉、鋼包、大功率電弧煉鋼爐、轉爐及其它強化操作的熱工設備。它的優良性能及使用效果，預示著它更廣闊的前景。第一節鋯英石質耐火材料定義：鋯英石質耐火材料是以天然鋯英石砂(ZrSiO4）為原料制得的耐火制品。特性：它屬于酸性耐火材料，其抗渣性強，熱膨脹率較小，熱導率隨溫度升高而降低，荷重軟化點高，耐磨強度大，熱震穩定性好，已成為各種工業領域中的重要材料。鋯英石質耐火材料有以單一鋯英石燒結制成的鋯英石磚，還有以鋯英石為主要原料，加入適當的燒結劑(耐火粘土)制成的鋯質磚；為了改善鋯英石磚的性能，還有加入其它成分(如高鋁礬土、電熔剛玉或氧化鉻等)的特殊鋯英石磚。第七章含鋯耐火材料指含有氧化鋯或硅酸鋯的耐火材料。

1．原料：天然鋯英石（ZrSiO4）礦砂，含量大于90%。在1500～1700℃（低于鋯英石分解溫度）煅燒出塊，若加入堿金屬氧化物可在1050～1300℃煅燒，之后急冷，然后細磨。

2．生產：用有機結合劑黏結，用黏土可引起制品的耐火度和體積穩定性降低。可加入少量氧化鈣等礦化劑以促進燒結。最高燒結溫度為1700℃。3．組成：幾乎全部由ZrSiO4晶體組成，含少量玻璃質和氧化鋯。一、純鋯英石耐火材料

4.性質：比重大（4.55），高溫下黏度高，耐火度大（大于1825℃），荷重軟化溫度大于1650℃，耐磨，熱膨脹低。抗熱震性差，抗渣性差，抗堿腐蝕性差。5.

應用：用于連續鑄鋼的盛鋼桶內襯，有色冶煉爐的鑄口，還可用于玻璃窯等。包括：Zr-Al磚可提高抗熱震性；Zr-Cr-Al磚可提高強化基質的耐高溫性和抗腐性；Zr-SiC磚可提高抗渣性和耐磨性。二、含鋯英石的其它耐火材料一、鋯英石原料的性質鋯英石(ZrSiO4)的理論組成為ZrO267.2％，SiO232.8％。經常含有0.5～3.0％HfO、0～2％TiO2和微量稀土氧化物，因而帶有微量的放射性。鋯英石屬正方晶系，密度變動范圍很廣，由3.9～4.9g／cm3。硬度7～8。顏色不一，有完全無色的，亦有淡黃、淺灰、淡黃綠、棕黃和淡紅褐色。二、鋯英石質耐火材料的生產工藝生產鋯英石質耐火材料可以采用半干法，泥漿澆注法或擠壓法等。由于鋯英石原料本身無塑性并在高溫下分解，在生產中對結合劑、粒度配合和燒成條件等方面必須采取與其相適應的工藝。通常，工業用的鋯英石原料為砂粒狀，必須將其粉碎后使用。鋯英石團塊應在低于鋯英石的分解溫度下煅燒。生產鋯英石磚時，為了使磚坯達到足夠的密度，必須選擇適宜的顆粒組成。

為使磚坯有足夠的強度，需加入有機結合劑，采用半干壓成型。鋯英石本身燒結性能差，過高溫度燒成，會引起顯著分解。通常以1550～1600℃溫度燒成。鋯英石磚的耐火度和荷重軟化點均較高，熱膨脹率小，使用時抗侵蝕性能，抗侵透性(抗浸潤性)差。為了提高鋯英石磚的使用效果，必須降低熔渣的侵透性。改進方法：1）通過調整顆粒組成和改變成型方法來制取氣孔率和透氣性低的制品。不過用此方法制成的制品，難免會使其熱震穩定性降低。2)向磚內加入某些加入物，提高磚與熔渣作用生成物的粘性。在實際生產中采取降低制品氣孔率的同時，可向鋯英石料內加入高鋁礬土或電熔氧化鋁制成鋯鋁磚，以提高制品的抗侵透性。向鋯英石料內加入氧化鋁時，耐火度要稍有降低。試驗結果證明加入電熔氧化鋁可明顯提高制品的高溫強度(抗折強度)，而且顆粒愈細，提高的效果愈大。鋯鋁磚在抗渣侵透性方面雖有改進，但抗渣侵蝕性仍較差。可向磚中加入氧化鉻(Cr2O3)以強化基質的抗侵蝕性。

以鋯英石作為抗侵蝕的瘠化料，用粘土作結合劑燒結而制得鋯質磚。向鋯英石磚料中加入少量粘土，可以大大改善成型過程，提高干燥和燒成后制品的密度，以及降低燒成溫度。鋯質磚的制造方法和普通磚的制造方法完全相同，其工藝特點：為了適當調整坯料的顆粒組成，可將鋯英石砂預先制成燒塊，同時在粘土用量很少時，為使粘土在配料中均勻分布，將粘土細粉碎。燒成溫度根據所用粘土的性質和數量而定，通常為1410～1430℃。一、原料的制取和穩定氧化鋯在地殼中的含量約占0.026％，分布極為分散。在自然界中主要有兩種含鋯礦石。斜鋯石：其中含ZrO280～90％，最高含量可達90～99％，極為稀少。鋯英石：ZrO2在67％左右，主要雜質是SiO2。氧化鋯就是從含鋯礦石中提煉出來的，工業常用鋯英石(ZrO2·SiO2)精礦提取二氧化鋯，ZrO2粉呈白色或略帶黃、灰色。二氧化鋯的晶型有三種：單斜型，四方型，立方型。第二節氧化鋯制品

氧化鋯顆粒

主要用途：用于精密陶瓷、壓電元件、電子材料、陶瓷材料、無線電元件、光學透鏡、玻璃添加劑、電熔鋯磚、陶瓷顏料、瓷釉、光學玻璃、傳感器、人造寶石、耐火材料、研磨拋光等行業。

氧化鋯磨介特性：·低磨耗，高化學穩定性，不會污染所研磨的物料。·高密度，能提高研磨效率，縮短循環次數和研磨時間。·較好的韌性，耐沖擊，在高速運轉中不碎裂。·較長的使用壽命，綜合運行成本低。應用范圍：·陶瓷：電子陶瓷、耐火陶瓷、結構陶瓷。·耐磨損、耐腐蝕產品：涂料、紡織、顏料、印染。·防止污染：醫藥、食品、化妝品。·高強度、高韌性產品：磁性材料、壓電陶瓷、絕緣材料。三、生產工藝

純氧化鋯制品可以用制純氧化物制品的一般工藝方法制得。突出問題是必須使ZrO2穩定下來。廣泛采用的穩定劑有CaO和MgO及其混合物，多以Ca(OH)2、CaCO3、CaF2、CaCl2、合成CaZrO3及MgO、MgCO3、Mg(OH)2、MgF2等形式加入。制品中單斜ZrO2的適宜含量為30％。即由30％單斜相和70％立方相組成的ZrO2的熱震穩定性最好。穩定劑加入量少一些，或配料由單斜ZrO2和預先穩定的ZrO2組成，均可獲得符合上述組成的穩定的ZrO2。

四、性質與用途在氧化物制品系統中ZrO2具有許多優良特性，如熔點高(2700℃)，高溫結構強度大（2000℃荷重200kPa，能保持0.5～1h才能產生變形），化學穩定性良好，無論對酸和堿或玻璃熔體都有很高的化學惰性，不易被液態金屬潤濕，因此也具有高的金屬穩定性，高溫蒸氣壓和分解壓均較低，具有比Al2O3和MgO低的揮發性。氧化鋯質耐火材料在冶金、熱工及其它工業的高溫技術發展領域中是不容忽視的重要材料。

鋁硅鋯質制品一般是采用工業氧化鋁和鋯英石精礦作原料制造的制品，包括熔鑄制品和燒結制品。由于純ZrO2原料稀缺，價格昂貴，在工業生產中常用鋯英石(ZrO2·SiO2)來增加配料中的ZrO2含量，這就使配料中增加ZrO2含量的同時，也增加了SiO2的含量。配料組成相當于該三元系統中的三元最低共熔點的組成。第三節鋁硅鋯質制品

配料組成在熔融澆注析晶時，莫來石、剛玉和斜鋯石三個晶相可同時析出，形成交錯排列結構，抗化學侵蝕性能比每個組分形成單獨晶體時要好得多。低鋯質莫來石制品采用高鋁礬土作原料，并配入鋯英石，使制品中ZrO2含量達7～9％。對高鋁礬土的要求為A12O3＞60％，SiO2＜25％，雜質總量＜8％。鋁氧系數Al2O3／SiO2為2.8～2.9％。

以鋯英石精礦和煅燒工業氧化鋁各50％配料(ZrO2含量在30％左右)，按全粉料工藝可以制得燒結良好、質地致密、晶粒細小、結構均勻的鋁硅鋯材料，材料的性能十分優良：抗玻璃液侵蝕的能力強，比相應的ZrO2含量的鋁硅鋯電熔材料要好，耐熱震性非常好，1100℃水熱交換達45次，高溫強度非常高，1500℃下的抗折強度仍高達35MPa以上。應該強調指出，雜質對鋁硅鋯燒結材料的抗侵蝕性能往往會造成嚴重的危害，因此，生產鋁硅鋯燒結材料必須嚴格控制原料的純度，并保證在整個備料過程中混入盡可能少的雜質。綜上所述，鋁硅鋯材料顯示了極為優良的抗侵蝕性，耐熱震穩定性和高溫結構強度。定義：含碳耐火材料是指由碳與碳的化合物制成的，以含不同形態的碳為主要組分的耐火制品。分類：根據所用含碳原料的成分及制品的礦物組成，含碳耐火材料可分為碳質制品、石墨粘土制品和碳化硅制品三類。性能特點：中性耐火材料，耐火度高，導熱性和導電性均好，荷重變形溫度和高溫強度優異，抗渣性和熱震穩定性好。但這類制品都有易氧化的缺點。第八章含碳耐火材料

碳質制品:主要或全部由碳(包括石墨)制成的制品。包括炭磚、人造石墨和半石墨質炭磚。一、炭磚的生產工藝1、碳素原料無煙煤、焦炭及石墨等。無煙煤作骨料，焦炭（氣孔率高）作細粉。2、粘結劑煤瀝青、煤焦油和蒽油等。主要為瀝青。3、工藝要點焦炭干燥、無煙煤煅燒；原料及配合；顆粒組成及臨界粒度；瀝青焦油結合；100℃左右混練；焙燒（還原氛）；機械加工。第一節碳質制品

以天然石墨為原料，以粘土作結合劑制得的耐火材料。性能：良好的導熱性，耐高溫、不與金屬熔體作用，熱膨脹小。制品：坩堝、蒸餾罐、塞頭磚、水口磚及盛鋼桶襯磚。生產特點：仔細混練，長時間困料，比較緩和的干燥制度，1000～1150℃燒成。第二節石墨粘土制品

一、原料晶質石墨和土狀石墨（各向異性，氧化性）；粘土熟料，蠟石熟料，硅石熟料；粘土結合劑。二、生產工藝配料：粘土30～40%，石墨35～50%，熟料或硅石10～30%；石墨多金屬中增碳，石墨少會降低傳熱性。困料15～20天，鱗片排列方向影響使用性能。定義：碳化硅質制品是以碳化硅(SiC)為原料生產的高級耐火材料。特點：其耐磨性和耐腐蝕性好，高溫強度大，熱導率高，熱膨脹系數小，熱震穩定性好，其需用量正在迅速增加，應用領域不斷擴大。分類：碳化硅質制品可按SiC的含量，結合劑的種類和加入量來分類，但制品的質量在很大程度上取決于結合劑的狀況，故按結合劑分類為：第三節碳化硅質制品

氧化物結合——以硅酸鋁、二氧化硅為結合劑的；氮化物結合——以氮化硅(Si3N4)、氧氮化硅(Si2ON2)或賽隆(Si6-xAlXON8-X）為結合劑的；再結晶——碳化硅顆粒之間通過再結晶的方法而直接結合；自結晶——按碳化硅的當量比加入石墨和金屬硅，在高溫下反應生成次生碳化硅結合。半碳化硅制品又可分為多種，如熟料碳化硅制品、高鋁碳化硅制品、鋯英石碳化硅制品、碳化硅石墨制品、莫來石碳化硅制品和剛玉碳化硅制品等。一、碳化硅的制備、性質及其用途1、制備碳化硅（SiC），又稱金剛砂。制取碳化硅的方法很多：二氧化硅被碳還原；直接由元素合成，使溶體—熔融物結晶；由氣體化合物制取；用“蒸氣一液體一固相”制取等。其中在電爐中用碳來還原Si02是主要方法。原料：天然硅石、碳、木屑、工業鹽作基本合成原料。其中木屑是為了使塊狀混合物在高溫下形成多孔，便于反應產生的大量氣體及揮發物從中排除，避免發生爆炸，因為合成1t碳化硅，將會生產約1.4t的一氧化碳(CO)。工業鹽(NaCl)的作用是除去料中存在的氧化鋁、氧化鐵等雜質。2、性質純凈的碳化硅是無色透明的，但工業生產的碳化硅由于其中存在游離碳、鐵、硅等雜質，產品有黃、黑、墨綠、淺綠等不同色澤，常見的為淺綠和黑色。熔點(升華)2600℃。晶型有低溫形態的β-SiC，呈立方結構；高溫形態的α-SiC，呈六方結構。碳化硅是一種硬質材料，莫氏硬度達9.0～9.5。在低溫下，碳化硅的化學性質比較穩定，耐腐蝕性能優良，在煮沸的鹽酸、硫酸和氫氟酸中也不受侵蝕。

3、用途主要用途有三個方面：用于制造磨料磨具；用于制造電阻發熱元件—硅碳棒、硅碳管等；用于制造耐火材料制品。作為特種耐火材料，它在鋼鐵冶煉中用作高爐、化鐵爐等沖壓、腐蝕、磨損厲害部位的耐火制品；在有色金屬(鋅、鋁、銅)冶煉中作冶煉爐爐襯、熔融金屬的輸送管道、過濾器、坩堝等；在空間技術上用作火箭發動機尾噴管、高溫燃氣透平葉片；在硅酸鹽工業中，大量用作各種窯爐的棚板、馬弗爐爐襯、匣缽；在化學工業中，用作油氣發生、石油氣化器、脫硫爐爐襯等。二、碳化硅制品的生產工藝

1、氧化物結合的碳化硅制品2、氮化物結合的碳化硅制品3、再結晶碳化硅制品

4、自結合(反應燒結)碳化硅制品5、半碳化硅質制品SiC含量在50％以下的耐火制品。三、碳化硅質制品的用途

碳化硅制品屬于高級耐火材料。在鋼鐵冶煉方面，它可用于盛鋼桶內襯、水口、塞頭、高爐爐底和爐腹、出鐵槽、轉爐和電爐出鋼口、加熱爐無水冷滑軌等方面。在有色金屬(鋅、銅、鋁等)冶煉中，大量用于蒸餾器、精餾塔托盤、電解槽側墻、熔融金屬管道、吸送泵和熔煉金屬坩堝等。硅酸鹽工業中它大量用作各種窯爐的棚板和隔焰材料，如馬弗爐內襯和匣缽等。化學工業中多用于油汽發生器，有機廢料煅燒爐、石油汽化器和脫硫爐等方面。此外在空間技術上可用作火箭噴管和高溫燃氣透平葉片等。一、定義：由耐火骨料、粉料、結合劑或外加劑以一定比例組成的混合料，不經煅燒能直接使用或加適當的液體調配后使用。

耐火骨料一般是指粒徑大于0.088mm的顆粒料。是不定形耐火材料組織中的主體材料，起骨架作用，決定其物理力學和高溫使用性質。一般來說，耐火骨料的品種和臨界粒徑，應根據爐襯厚度、施工方法和使用條件的要求選擇。第九章不定形耐火材料

耐火粉料：也稱細粉，指粒徑等于或小于0.088mm的顆粒料，它是基質材料，一般在高溫作用下起聯結或膠結耐火骨料的作用，使之獲得高溫物理力學性能和使用性能。細粉能填充耐火骨料的孔隙，也能賦予或改善拌和物的作業性和提高材料的致密度。結合劑：能使耐火骨料和粉料膠結起來顯示一定強度的材料。可用無機、有機及其復合物等材料。它在一定條件下，通過化學、聚合和凝聚等作用，使拌和物硬化獲得強度。但其中含有較多的低熔點物質，應盡量減少其用量。

外加劑：強化結合劑作用和提高基質相性能的材料。它是耐火骨料、耐火粉料和結合劑構成的基本組分以外的材料，故稱為外加劑。可分為促凝劑、分散劑、減水劑、抑制劑、早強劑、緩凝劑、快干劑、燒結劑、膨脹劑等。

二、不定形耐火材料的分類

按結合劑種類、耐火骨料品種和施工方法進行分類。

（一）按結合劑種類

分為無機結合劑和有機結合劑兩大類。

（二）按耐火骨料品種

三、發展和應用：該材料能做成無接縫的襯體和構筑物，又稱為整體耐火材料。不定形耐火材料與燒成耐火磚相比具有很多優點：1、不需要龐大的壓磚機和燒成熱工設備，工廠占地面積小，設備費用和基建投資比較低；2、能源消耗少，僅為耐火磚的1/15~1/20；3、勞動強度低，生產效率比耐火磚的高3～8倍；4、成品便于貯存和運輸，能實現機械化筑爐，施工效率比砌磚高5～15倍。

5、能任意造型，制成整體襯體，可提高壽命30％~150%，有的高達幾倍；同時無接縫，氣密性好，散熱損失少，可節約能源；6、能修補窯爐，延長其使用壽命，提高窯爐作業率。不定形耐火材料發展的特點：1、品種多樣化、適用化；2、材料高純化、致密化；3、顆粒級配合理化；4、不定形耐火材料定型化、功能化。

四、不定形耐火材料的工藝特點：不定形耐火材料的化學和礦物組成主要取決于所用粒狀和粉狀耐火材料。另外，還與結合劑的品種和數量有密切關系。生產只經過粒狀、粉狀料的制備和混合料的混練過程，過程簡便，成品率高，供應較快，熱能消耗較低。可制成任何形狀的構筑物、適應性強，在不宜用磚塊砌筑之處更為適宜。可制成堅固的整體構筑物，避免因接縫而造成的薄弱點。當耐火磚的砌體或整體構筑物局部損壞時，可用此種材料置換，即利用噴射、拋投設備進行冷態或熱態修補，既迅速又經濟。用作砌筑體或輕質耐火材料的保護層和接縫材料尤為必需。用以制造大型耐火制品也較方便。根據其化學組成，可分為無機結合劑和有機結合劑。根據其硬化特點，可分為氣硬性結合劑、水硬性結合劑、熱硬性結合劑和陶瓷結合劑。依其在常溫和高溫下所起結合作用的特點，分為暫時性結合劑和永久性結合劑。一、有機結合劑

1、水溶性結合劑

2、非水溶性結合劑

3、碳素結合劑

第一節不定形耐火材料用的結合劑和外加劑

二、無機結合劑

無機結合劑由無機物組成，在常溫下可起結合作用的永久性結合劑。常用的有水泥結合劑、硅酸鹽結合劑、磷酸鹽結合劑、氯化鹽結合劑和硫酸鹽結合劑。1、鋁酸鹽水泥通稱高鋁水泥，常指以鋁酸鈣為主要成分的水泥。鋁酸鈣水泥的化學組成主要是Al2O3和CaO，有的還有相當多的Fe2O3和SiO2。(1)鋁酸鹽水泥的水化和硬化。(2)鋁酸鹽水泥石在加熱過程中強度的變化。(3)鋁酸鹽水泥的耐火性能。鋁酸鹽水泥是一種永久性結合劑。其耐火性能的優劣對不定形耐火材料的影響極為重要。(4)鋁酸鹽水泥的應用。此種水泥是制造澆注料用的主要結合劑，也可用以配制噴射料和投射料以及耐火泥。除不宜同易水化的堿性瘠性料配合外，可將其他各種粒、粉狀材料結為堅固的整體。

2、硅酸鹽結合劑作為不定形耐火材料結合劑的主要品種為含堿金屬硅酸鹽，即通稱水玻璃。另外，有機硅酸鹽硅酸乙酯也是一種良好的結合劑。（1)水玻璃為許多鈉硅酸鹽的混合物。在耐火材料中所用者多為模數2～3的非晶質。其密度和熔點不固定，依模數的不同而有相應的變化，在模數為4以內的范圍，其密度隨SiO2含量的提高而增加。在不定形耐火材料中多使用粘稠狀水玻璃，密度為1.30～1.40g／cm3。(2)硅酸乙酯。硅酸乙酯[Si(OCH3CH2)4]是一種在耐火材料生產中已使用多年的有機硅酸鹽。

3、磷酸及磷酸鹽結合劑磷酸有正磷酸(H3P04)、焦磷酸(H4P2O7）和偏磷酸(HPO3)等數種。(1)磷酸鋁。磷酸鋁是在耐火材料中涉及最廣的一種磷酸鹽結合劑。除了直接使用者外，以磷酸為結合劑制備含氧化鋁的不定形耐火材料時，實際上起結合作用者也是磷酸鋁。

(2)磷酸鈉。磷酸鈉和聚磷酸鈉也是在耐火材料生產中經常使用的一種結合劑。

4、氯化鹽和硫酸鹽結合劑許多氯化鹽和硫酸鹽的溶液或溶液與耐火材料反應的產物具有膠凝作用。(1)氯化鎂。作為結合劑，氯化鎂(MgCl2·6H20)主要用于生產鎂質、鎂鉻質和鉻鎂質耐火材料。(2)硫酸鋁。硫酸鋁在不定形耐火材料中的應用范圍與磷酸鋁相似。特別是常與其他結合劑配合組成復合結合劑使用。三、外加劑外加劑是指不定型耐火材料中除耐火的瘠性料(粒狀和粉狀料)和耐火粘土等塑性料以及結合劑等主要原料以外，在配制過程中摻入的用以改善不定形耐火材料性能的物質。外加劑的用量均不大，一般不超過結合劑用量的5％。不定形耐火材料中常用的外加劑有減水劑、調凝劑(促凝劑、早強劑和緩凝劑)、加氣劑、膨脹劑、緩蝕劑等。1、減水劑

2、調凝劑調凝劑是調節不定形耐火材料凝結及硬化速度的外加劑。3、緩蝕劑緩蝕劑是減緩金屬銹蝕的外加劑。4、其他外加劑膨脹劑、助熔劑、加氣劑、泡沫劑等等。澆注料是一種由耐火物料制成的粒狀和粉狀材料，并加入一定量結合劑和水分共同組成。它具有較高的流動性，適宜用澆注方法施工。一、澆注料用的瘠性耐火材料1、粒狀料粒狀料可由各種材質的耐火原料制成。以硅酸鋁質熟料和剛玉質材料用之最多2、粉狀料澆注料中的細粉，對實現瘠性料的緊密堆積，避免粒度偏析，保證混合料的流動性，提高澆注料的致密性與結合強度，保證其體積穩定性，促進其在服役中的燒結和提高其耐侵蝕性都是極重要的。第二節澆注耐火材料

二、澆注料用的結合劑結合劑是澆注料中不可缺少的重要組分。在澆注料中用的結合劑多為具有自硬性或加少量促硬劑即可硬化的無機結合劑。最廣泛使用的為鋁酸鈣水泥、水玻璃和磷酸鹽。另外，制造含碳澆注料或由易水化的堿性原料制造澆注料，也常用含殘碳較高的有機結合劑。三、澆注料的配制與施工澆注料的各種原料確定以后，首先要經過合理的配合，再經攪拌制成混合料，有的混合料還需困料。根據混合料的性質采取適當方法澆注成型并養護。最后將已硬化的構筑物，經正確烘烤處理后投入使用。四、澆注料的性質1、強度澆注料的常溫強度實際上取決于結合劑硬化體的強度。

2、耐高溫性能若所選用的粒狀和粉狀料具有良好的耐火性，而結合劑的熔點既高又不致與耐火物料發生反應形成低熔物，則澆注料必具有相當高的耐火性。可塑耐火材料是由粒狀和粉狀物料與可塑粘土等結合劑和增塑劑配合，加少量水分，經充分混練，所組成的一種呈硬泥膏狀并在較長時間內保持較高可塑性的不定型耐火材料。粒狀和粉狀料是可塑料的主要組分，一般占總量的70～85％。它可由各種材質的耐火原料制成，并常依材質對可塑料進行分類并命名。一般多采用粘土熟料和高鋁質熟料。制輕質可塑料可采用輕質粒狀料。

第三節可塑耐火材料一、可塑料的性質1、可塑料的工作性一般要求可塑料應具有較高的可塑性，而經長時間儲存后，仍具有一定的可塑性。

2、可塑料的硬化與強度為了改進以軟質粘土作結合劑的可塑料在施工后硬化緩慢和常溫強度很低等缺點，往往另外加入適量的氣硬性和熱硬性結合劑。3、可塑料在加熱過程中的收縮可塑料中含有較多粘土和水分，在干燥和高溫加熱過程中，往往產生很大的收縮。4、可塑料的耐熱震性與相同材質的燒結耐火制品和其他不定形耐火材料相比，可塑料的耐熱震性較好。

除上述澆注料和可塑料以外，廣泛使用的其他品種還有搗打料、噴射料和投射料以及耐火泥。

1、搗打料的組成搗打料中粒狀和粉狀料所占的比例很高，而結合劑和其他組分所占的比例很低，甚至全部由粒、粉料組成。

2、搗打料的性質與同類材質的其他不定形耐火材料相比，搗打料呈干或半干的松散狀，多數在成型之前無粘結性，因而只有以強力搗打才可獲得密實的結構。3、搗打料的施工和使用搗打料可在常溫下施工，但當采用熱塑性有機材料作結合劑時，采取熱拌和熱搗施工。成型后，針對混合