耐火材料性质分类及其应用

冯启超

摘 要：耐火材料在各行业当中的应用非常广泛，无论是传统工业生产中的冶金工业或建材生产，还是在现代化工业中的航天技术当中，很多工作环节都需要在高温条件下来完成，而耐火材料的应用，正是工业生产的重要组成部分。本文围绕耐火材料进行分析，耐火材料的性质分类，并探讨耐火材料的具体应用，希望能够加强耐火材料应用的科学性及合理性。

关键词：耐火材料 性质分类 应用

中图分类号：TQ175 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（c）-0108-02

1 耐火材料的性质

1.1 物理性质

1.1.1 结构性质

（1）吸水率：材料上所有的开口气孔吸收水的质量与材料干燥时的质量比即为材料本身的吸水率，通常情况下，会使用吸水率对原材料的煅烧质量进行判断，可以说，原材料的吸水率会随着煅烧质量的提升而降低，简单地说就是，原材料经过煅烧以后，质量越好，吸水率就会越低。

（2）气孔率：对于耐火材料而言，它的气孔一共可以分为三种，第一，开口气孔，其中一端处于封闭的状态，另一端与外界保持连通的状态，在遇到流体时，可以被填充；第二，贯通气孔，与材料的两侧是连通的，流体可以直接从气孔当中流过；第三，闭口气孔，这种气孔是处在封闭状态的，与外界没有接触，但对于原材料来说，其中存在的大部分气孔都是贯通气孔或开口气孔，这两种气孔会严重影响材料的使用性能，所以，一般原材料的气孔率指标一般会根据这两种气孔在材料体积当中占据的比重来判断的。

（3）真密度：多孔材料质量和材料本身的真体积之比即为材料的真密度，能够将材质成分纯度很好地反映出来，可以以此为根据对材料使用中的变化加以预测和判断。测定方法为，第一，将试样进行研磨，使之成为粉末状，称量比重瓶质量，并在其中加入试样继续称量其质量，两者的差值m1即为干燥试样质量；第二，对试样及液体比重瓶m2进行称量，在比重瓶当中装满液体，获得质量m3，得出真密度计算公式，其中PL为试样温度下的液体密度，P为试样的真密度。

（4）体积密度：材料本身的干燥质量及其总体积比即为体积密度，该比值是对质量水平进行衡量的重要依据。

（5）透气度：制品在压差情况下允许气体通过的性能即为透气度，而制品透气度通常会受到气孔的结构、数量以及状态等性质的影响，通常透气度过高会导致热工炉窖自身的热损失被增加，所以说，制品透气度越低它的质量就越好。

1.1.2 力学性质

（1）耐压强度：在一定温度下，材料单位面积不损坏情况下所能承受的最大负荷，具体可以将其分为高温耐压强度和常温耐压强度。（2）抗折强度：所谓抗折强度，主要是指，试样在长、宽、高一定时所能承受的极限弯曲应力，与耐压强度相同，抗折强度同样分为常温和高温两种抗折强度。（3）耐磨性：耐磨强度通常是指材料对气流或坚硬物体冲刷、摩擦和磨碎的抵抗能力，而材料的耐磨性则会受到自身构成、密度、强度和颗粒组合程度等因素的影响。（4）高温蠕变性：在高温恒定的情况下，制品受到施加作用随着时间的变化而产生的等温变化即为高温蠕变性。

1.1.3 热学性质

（1）热膨胀：在对材料进行加热的过程中，随着温度的增高材料体积会随之变大即为热膨胀。热膨胀情况能够将材料吸收热量以后自身热应力的大小和分布、抗热震稳定性、进行变化反应出来。

（2）热容：热容即是材料所处环境每升高1K所吸收的热量，而材料在单位质量下，温度每升高1K时吸收的热量，对于炉体温度上升的设计、控制、冷却以及蓄热能力的计算而言，热容指标具有非常重要的作用。

（3）热导率：单位温度梯度在材料单位面积中的热流速率即为热导率，可以对材料导热特性加以表示。

（4）温度传导性：在对材料进行加热或冷却时，热量由高变低导致各部分温度呈现一致性的能力即为温度传导性。

1.2 使用性质

（1）耐火度：不受荷载因素影响，在高温情况下不产生软化或熔融即为材料的耐火度，而构成材料的化学矿物以及矿物分布的情况会对材料的耐火度造成一定的影响，如果材料当中的杂质过多或构成成分缺乏均匀性，同样会降低材料的耐火度。（2）高温体积稳定性：在温度上升且承受恒定压负的情况下发生变形的温度，是材料同时面对荷载和高温的抵抗能力。

1.3 高温蠕变及荷重软化温度

长期在高温条件下进行使用，材料尺寸和性能仍然可以保持稳定状态即为材料的高温体积稳定性，一般会使用重烧线进行表示。

2 耐火材料分类

2.1 化学性质分类

根据化学性质可以将耐火材料分成三类：第一，酸性耐火材料，主要成分为二氧化硅的耐火材料，受到高温影响，容易与高铝耐火材料、碱性耐火材料、含碱化合物以及碱性渣产生化学反应；第二，碱性耐火材料，该耐火材料主要是由氧化镁及氧化钙组成，受到高温作用，会与酸性溶液、酸性渣以及氧化铝等物质产生化学反应；第三，中性耐火材料，在高温条件下，不容易与碱性物质或酸性物质产生化学反应。

2.2 生产方式分类

按照生产方式，可以将耐火材料分为机压成型、手工成型、熔铸成型或浇筑成型等生产类型。

2.3 供货形态分类

根据供给形态，可以将材料分为定形耐火材料和非定形耐火材料，前者是指存有有特定的形状，且不会发生改变的保温或耐火制品，按照总体的气孔率，可以将其分为保温定性制品和致密定性制品。而后者是经过粗骨料、细粉以及一些添加剂制成的混合材料，在特定的情况下，还可以将少量的有机、无机金属或纤维材料加入其中。

3 耐火材料的具体应用

3.1 使用中的损坏机理

第一，剧烈的温度变化作用，受到温度波动影响而形成巨大的内应力，导致砖砌体产生变形、剥落、开裂或倾倒；第二，单纯的熔融作用，操作不当导致温度过高，会造成局部软化或熔融，从而产生熔滴，使砌体发生倒塌；第三，气相沉积作用，在进行生产时，铅、锌和CO的分解以及碱金属的氧化经过挥发在材料的砌缝或气孔当中沉积，从而产生变形、龟裂或化学侵蚀；第四，磨损或机械冲击作用，炉窖当中的物料在运动和使用时形成物理变化或化学变化，从而对炉衬造成磨损或机械冲击，将对炉窖造成严重的破壞。

3.2 耐火材料的应用原则

（1）对炉窖的特点加以掌握。结合炉窖的结构特征以及工作特点，对耐火材料加以选用，对材料各部位产生的温度变化加以了解，同时还要对材料进行仔细的观察，避免破坏作用的产生。（2）对材料的特点加以掌握。对材料的化学构成加以了解，明确掌握材料的工作及物料性能，确保材料特性的有效发挥。（3）经济合理化。在确保上述原则的基础上，对资源和成本进行合理的控制，可以对单价以及运输成本较低的材料加以选择。

3.3 耐火材料的运用

（1）在钢铁冶金方面的应用。耐火材料具有抗侵蚀、耐磨损等优点，而且能够使炉衬系统得到改善，使其在高炉炼铁、铁水预处理、路外精炼以及转炉炼钢等工作中被广泛地应用，不但降低了生产风险，还有效提升了钢铁冶金的产量和质量。（2）有色金属方面的应用。在对有色金属进行冶炼的过程中，耐火材料也比较常用，主要应用在铝、铜、铅、锌等冶炼当中。（3）其他炉窖中的应用。当然冶金只是耐火材料应用的一个方面，其在炉窖当中的作用也是不容忽视的，例如，焦炉、加热炉以及水泥工业等方面的应用都十分广泛。

参考文献

[1] 刘根胜.探讨耐火材料性质分类及其应用[J].魅力中国，2016，4（48）：214.

[2] 陈津，赵晶，冯秀梅，等.微波冶金耐火材料研究[J].工业加热，2012，35（3）：56-60.