《耐火材料工藝學》複習提綱
第一章1.耐火材料的概念：耐火材料是指耐火度不低於1580℃的無機非金屬材料。
2.按化學礦物組成分類：矽質製品、矽酸鋁製品、鎂質製品、白雲石製品、鉻質製品、特殊製品。
第二章1.三種化學礦物組成：
①主成分。耐火製品中構成耐火基體的成分。它的性質和數量直接決定製品的性質。
氧化物、元素或非氧化物的化合物。分酸性、中性和鹼性三類。②雜質成分。
由原料及加工過程中帶入的非主要成分的化學物質（氧化物、化合物等）。這些雜質的存在往往能與主成分在高溫下發生反應，生成低熔性或大量的液相，從而降低耐火基體的耐火效能，也稱之為溶劑。
③新增成分。為促進其高溫變化和降低燒結溫度。分為礦化劑、穩定劑和燒結劑等。
兩種礦物組成：
①結晶相（主晶相和次晶相）：主晶相是耐火製品結構的主體而且熔點較高的結晶相。其性質、數量、結合狀態直接決定著耐火材料的性質。
次晶相又稱第二固相，也是熔點較高的晶體，提高耐火製品中固相間的直接結合，改善製品的某些效能。
②玻璃相：基質是指填充於主晶相之間的不同成分的結晶礦物（次晶相）和玻璃相，也稱為結合相。
矽磚的主晶相：磷石英、方石英
粘土磚的主晶相：莫來石、方石英
2. 三種氣孔率表示方法及關係：
①總氣孔率（真氣孔率）pt，總氣孔體積與製品總體積之比；②開口氣孔率（顯氣孔率）pa，開口氣孔體積與製品總體積之比；
③閉口氣孔率pc，閉口氣孔體積與製品總體積之比。 三者的關係為：pt＝pa +pc
氣孔率大小影響耐火製品哪些效能？
氣孔率是耐火材料的基本技術指標。其大小影響耐火製品的所有效能，如強度、熱導率、抗熱震性等。
3.高溫蠕變性的概念：製品在高溫下受應力作用隨著時間變化而發生的等溫形變。分為高溫壓縮蠕變、高溫拉伸蠕變、高溫彎曲蠕變和高溫扭轉蠕變等。
高溫蠕變曲線的三階段①oa-起始段：加外力後發生瞬時彈性變形，外力超過試驗溫度下的彈性極限時會有部分塑性形變；②ab-第一階段：緊接上階段的蠕變為一次蠕變，初期蠕變，應變速率de/dt隨時間增加而愈來愈小，曲線平緩，較短暫；
③bc-第二階段：二次蠕變，黏性蠕變、均速蠕變或穩態蠕變。應變速率和時間無關，幾乎不變。
蠕變曲線最小速率；④cd-第三階段：第三次蠕變，加速蠕變。應變速率de/dt隨時間稍微增加而迅速增加，曲線變陡直到斷裂，最終斷裂在d點。
圖1 典型高溫蠕變圖
4.耐火度的概念：耐火材料在高溫下抵抗熔化的能力。
耐火度的測定方法：將材料做成截頭三角錐。在規定的加熱條件下，與標準高溫錐彎倒情況作比較。
直至試錐頂部彎倒接觸底盤，此時與試錐同時彎倒的標準高溫錐可代表的溫度即為該試錐的耐火度。
5.高溫荷重軟化溫度：耐火材料在恆定的荷重下，對高溫和荷重共同作用的抵抗效能。
測定荷重軟化溫度的方法：是固定試樣承受的壓力，不斷公升高溫度，測定試樣在發生一定變形量的坍塌時的溫度，稱為高溫荷重變形溫度。有示差-公升溫法和非示差-公升溫法兩種。
測定一般是加壓0.2mpa，從試樣膨脹的最高點壓縮至它原始高度的0.6％為軟化開始溫度，4％為軟化變形溫度及40％變形溫度。
6.重燒線變化率的概念：體積穩定性又稱重燒收縮或膨脹。耐火材料在高溫長期停留時體積發生的不可逆變化。
7.抗熱震性：即熱穩定性，又稱為耐急冷急熱性。指耐火材料抵抗溫度的急劇變化而不破裂或剝落的效能。
影響抗熱震性的因素：耐火材料的熱物理性質（如導熱性、熱膨脹係數）、組織結構、顆粒組成和形狀尺寸。熱膨脹係數小、彈性模量小、熱導率大的材料抗熱震性好。
8.抗渣性：耐火材料在高溫下抵抗爐渣侵蝕和沖刷作用的能力。
測定抗渣性方法中的三種靜態法：包括熔錐法、坩堝法和浸漬法。①熔錐法：
將耐火材料與爐渣分別磨成細粉，按不同比例混合，製成截頭三角錐，其形狀、大小與標準測溫錐相同，然後按耐火度試驗方法進行測試，以耐火度降低程度來表示耐火材料抗渣性的優劣。
②坩堝法：耐火製品上切取邊長為80mm，高度為65mm的立方體，或鑽取直徑50mm、高50mm的圓柱體試樣，在其頂面中心鑽一直徑30~40mm、深度30~40mm孔，裝入爐渣，在規定溫度下加熱，並保持一定時間。冷卻後，從鑽孔的直徑部位切開，觀察爐渣對耐火材料的侵蝕情況。
③浸漬法。將耐火製品切成圓棒狀，在規定溫度下，浸入熔渣中，浸漬一定時間後，取出觀察侵蝕情況，測定其體積變化，計算侵蝕百分率。
第三章1. 耐火製品的原料需要煅燒的原因
耐火礦物原料含水，以碳酸鹽形式存在，受熱時釋放出水分或排出二氧化碳。原料加熱時結晶形態發生變化，晶體長大，伴有較大體積變化。
為避免製品在燒成或使用過程中受熱發生體積變化導致砌體損毀，製磚前先需加熱煅燒處理。
原料煅燒過程中產生一系列物理化學反應，形成瘠化劑。作為坯料，能改善製品的成分及其組織結構，保證製品的體積穩定及其外形尺寸的準確性，提高製品的效能。
煅燒最終目的達到燒結，有活化燒結、輕燒活化、二步煅燒及死燒。
2. 原料加工主要包括哪些工序？包括原料揀選、破碎、粉碎、細磨和篩分。
①原料揀選：選出夾雜在原料中的雜物、生燒料、未燃盡的燃料以及熔瘤塊等；根據原料的外觀特徵進行分級堆放，便於管理和使用。
②破粉碎、細磨和篩分的目的在於將塊狀原料製備成具有一定顆粒組成的顆粒和細粉，以便使不同組成的粉料配製及混合均勻；增加原料的比表面積，提高其物理化學反應的速度。
破碎，將物料塊度從250~350mm破碎到40~50mm；粉碎，從40~50mm粉碎至4~5mm；細磨，從4~5mm細磨至小於0.088mm。
3. 成型料製備主要包括哪些工序？
成型料製備主要包括配料、混合、困料等工序。
配料、混合、困料的含義
①配料是將各種顆粒組成的物料按規定比例配合，以保證成型後坯體的密實和製品的效能符合要求。配料方法有重量法和容積法兩種。
②混合是使泥料中各組分經混練後達到均勻分布。使兩種以上不均勻物料的成分和顆粒均勻化，促進顆粒接觸和塑化的操作過程稱混練。
③困料就是將混合好的泥料，在一定溫度和濕度條件下貯放一定時間充分反應，以改善泥料的成型效能。
4.成型：是借助於外力和模型將坯料加工成規定尺寸和形狀的坯體的過程。
按坯料含水量的多少可分為半乾法（坯料水分5%左右）、可塑法（15%左右）和注漿法（40%左右）。詳細分析半乾壓成型的動力性過程，以及各階段所發生的變化：
圖2 壓力壓縮曲線
壓制的過程可用壓力—壓縮曲線表示，壓制是按如下三段進行：①第一階段：在壓力作用下，坯料中的顆粒開始移動，重新配置成較緊密的堆積，特點是壓縮明顯。
②第二階段，顆粒發生脆性及彈性變形，壓縮呈階梯式。坯料被壓縮到一定程度後，即阻礙進一步壓縮，當壓力增加到使顆粒再度發生變形時，才引起坯料的壓縮，伴隨坯體致密度增加，短促而頻繁。③第三階段，在極限壓力下，坯料的致密度不再提高。
機壓成型磚坯出現層裂和層密度現象的含義：
層裂是在加壓過程中形成的垂直於加壓方向的層狀裂縫。坯料水分過高、細粉過量、結合劑過少及壓力過高導致層裂。
層密度現象即成型後磚坯的密度沿加壓方向逆變。上方單向加壓是上密下疏，同一水平面上是中密外疏。採用雙面加壓及在模具四壁塗潤滑油可減少。
5. 坯體乾燥的目的
坯體乾燥時磚坯中除去水分的過程。其目的是通過乾燥排除水分，使磚坯增加機械強度，以減少運輸和搬運過程的機械損失並使磚坯在裝窯之後進行燒成時具有必要的強度，承受一定的應力作用，提高燒成成品率；並未燒成提供有益條件。
6.燒成的概念：燒成是對坯體進行加熱處理，使其達到燒結的工藝過程。
公升溫階段指什麼階段？公升溫階段所發生的物理化學變化：
公升溫階段：從開始加熱至最高燒成溫度的階段。溫度變化範圍較大，坯體內產生下列物理化學變化。
①水分排除。室溫至200℃，排出磚坯中殘存自由水和大氣吸附水。磚中留下氣孔，具有透氣性，有利於下一階段反應。
②分解、氧化。200~1000℃。 黏土磚和高鋁磚：結合黏土的雜質礦物及有機物質的分解和氧化，黏土礦物分解脫水並開始產生低熔液相；
矽磚中的ca(oh)2分解，石英發生晶型轉變，β-石英轉變為α石英，cao與sio2的反應亦在此階段進行；
鎂磚是氫氧化物及結構水的排除。磚坯質量減少，氣孔率進一步增大，強度有較大的下降或稍有提高。③形成液相或新的耐火相。
1000℃以上分解作用繼續進行。隨溫度公升高其液相生成量增加，新的耐火相開始形成，並進行溶解、重結晶。
黏土磚和高鋁磚此階段液相量大量增加，坯體劇烈收縮及燒結；矽磚中石英相轉變速度大大增加，坯體密度顯著下降；鎂磚中出現固相反應，製品開始燒結。
擴散、流動和溶解-沉析等傳質進行，顆粒在液相表面張力作用下使坯體緻密、體積縮小、氣孔率降低、強度增大，燒結急劇進行保溫階段指什麼階段？
保溫階段亦稱為燒結階段，這時溫度為最高燒成溫度。在此階段中各種反應趨於完全、充分，液相量繼續增加，結晶相進一步長大而達到緻密化即所謂「燒結」。特種耐火材料的固相反應及燒結亦在此階段完成。
冷卻階段指什麼階段？
冷卻階段是從最高燒成溫度降至室溫的冷卻過程。發生耐火相的析晶、某些晶相的晶型轉變和玻璃相的固化等過程。
黏土製品莫來石緩慢析出，液相固化變成玻璃相並伴有收縮。矽磚有方石英和鱗石英的快速晶型轉變，體積收縮。
坯體的強度、密度和體積有相應的變化，燒成時結構和化學反應產物穩定下來，形成耐材最終效能指標。
6. 隧道窯的逆流傳熱工作原理。
窯體沿長度分預熱帶、燒成帶和冷卻帶。
每隔一定時間推車機將裝有磚坯的窯車，從窯前端推入窯內。磚坯入窯後開始被煙氣預熱，窯車向燒成帶移動加熱至最高溫度並經一定時間保溫，製品即燒成。
燒成製品經冷卻帶冷卻後出窯。冷卻空氣經冷卻帶鼓入窯內冷卻製品,同時被加熱，熱空氣的一部分沿窯體進入燒成帶作為二次空氣，其餘部分從窯內抽出作為一次空氣和乾燥介質或熱源。
燃料和一次空氣經燒成帶的燒嘴混合燃燒，窯內遇二次空氣再次燃燒並直接加熱製品。
煙氣逆窯車運動方向流動，加熱製品時被冷卻，與磚坯排出氣體一起形成廢氣，經排煙機從預熱帶抽出排至大氣。
第四章1. 粘土磚的礦相組成：莫來石(25%～50%)和部分矽氧晶體(以方石英為主、少量鱗石英)，玻璃相(25%～60%)。
耐火材料總結
1 材料的基本概念 材料 是指人類用來製作有用物件的物質 材料是人類生存和發展的物質基礎，是人類社會文明的重要支柱。2 耐火材料的基本概念 1 耐火材料的定義 傳統的定義 耐火度不小於1580 的無機非金屬材料 iso的定義 耐火度不小於1500 的非金屬材料及製品 2 存在的問題和今後的發展 鋼鐵...
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