耐火材料的種類、性質以及礦物組成有哪些？

耐火材料種類及特性 

根據(jù)化學礦物組成，耐火材料可分為四種，即硅質耐火材料(SiO2≥93%)，硅酸鋁質耐火材料；鎂質耐火材料(MgO為主)，其他耐火材料。

根據(jù)化學性質，耐火材料可分為三種，即酸性耐火材料；堿性耐火材料；中性耐火材料。

硅質耐火材料：常用的硅磚含SiO2≥93%，它是由天然的石英或石英砂加工而制成，SiO2呈酸性，因此，硅磚是強酸性耐火材料。 硅酸鋁質耐火材料：以Al2O3和Si02為主要成分。它一般分為三種，即半硅磚(主要成分為Si02，A1203僅占15~30％)；粘土耐火磚(Si02為45—65％，A1203為35—48％)；高鋁耐火磚(Al2O3大于48％)。其中粘土耐火磚足鑄造化鐵爐常用的一種耐火材料，這種耐火磚的原料范藏量大，制作簡單，成本低，它的耐火度在1600℃以上，抗急冷急熱性能比其嚴耐火磚都好。

鎂質耐火材料：以MgO為主要成分，這種材料呈堿性，故用于堿性化鐵爐，它的耐火度較高，在2000℃以上。

其他耐火材料：鉻鐵礦質耐火材料、碳質耐火材料等，均屬中性材料。       

常用耐火材料的主要性質有以下幾個方面：耐火度，顯氣孔率、抗折強度、重燒線變化率等。

耐火度

耐火度是耐火材料在不加載荷時的軟化溫度。制品的耐火度主要取決于它的礦物組成、易熔雜質的數(shù)量、礦物相互結合情況和各組分的擴散程度。碳磚的耐火度可達2000℃以上。鎂磚中高熔點方鎂石數(shù)量達87%以上，其耐火度可超過2000℃。

耐火材料在使用過程中經常處于載荷壓力下。碳磚在高溫下工作不會發(fā)生變形。黏土磚的荷重軟化點較低，高鋁磚的荷重軟化溫度高于黏土磚。

顯氣孔率

耐火材料的氣孔分布在粗顆粒、結合劑中及粗顆粒與結合劑之間，它的存在提高了耐火材料的隔熱性能而降低了耐火材料的抗侵蝕性。鎂磚的顯氣孔率在140/～20%范圍內，高鋁磚可達18%～23%，黏土磚的氣孔率較高，在18%～26%范圍內。增加成型壓力和增加燒結溫度都可以減少制品的氣孔率。(4)常溫耐壓強度

在室溫下，用壓力試驗機以規(guī)定的速率對規(guī)定尺寸的耐火制品試樣加載荷，直至試樣破碎，并根據(jù)所記錄的大載荷和試樣承受載荷的面積計算常溫耐壓強度。耐火制品的常溫耐壓強度一般都大于30MPa。

耐火制品的耐壓強度主要取決于原料顆粒本身的強度、顆粒相互黏結的牢固性、氣孔的數(shù)量和存在形式、加入結合劑結合能力的大小。

耐火制品的抗折強度、抗拉強度和耐壓強度之間的關系如下：

戶折一(O-2-0.3)戶壓戶拉一(0.12-0.16)戶壓隨耐火制品氣孔尺寸及氣孔率的增加抗折強度降低。強度隨溫度的升高而變化。加熱至1200℃，鎂質耐火材料的強度變化不大，進一步提高溫度，強度下降。在1200～1300℃，硅質耐火材料的強度約是常溫強度的85%。

重燒線變化

重燒線變化是耐火材料體積穩(wěn)定性的指標。是指耐火制品在規(guī)定溫度下保溫一定時間后，冷卻到室溫所產生的殘存膨脹或收縮。

在一定條件下，殘余膨脹危害較小。適當?shù)臍堄嗯蛎浛墒蛊隹p彌合，提高砌體壽命，但過大的膨脹將使砌體形狀破壞，砌體崩塌。過大的殘余收縮會使砌體的磚縫增大，影響砌體的整體性，甚至使砌體倒塌。

各種耐火制品允許的重燒體積變化一般不超過0.5%～1.O%。(6)熱震穩(wěn)定性

燒成耐火制品抵抗溫度急劇變化的能力，稱為熱震穩(wěn)定性，以耐火制品經受1100℃至室溫的急冷急熱次數(shù)作為量度。耐火制品的熱震穩(wěn)定性與制品的熱膨脹性、導熱性、彈性模量、結構強度有關。

耐火材料的礦物種類和組成

一、耐火材料中礦物的種類

礦物是指由相對固定的化學組分構成的有確定的內部結構和一定物理性質的單質或化合物。它們在一定物理化學條件下穩(wěn)定。耐火材料是礦物的組成體。這些礦物皆為固態(tài)晶體，且多為由氧化物或其復合鹽類構成。其中，除部分礦物是前述高熔點單一氧化物或其他化合物呈穩(wěn)定結晶體構成的以外，還有由復合氧化物構成的高熔點礦物。其中主要有由鋁酸鹽、鉻酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、鈦酸鹽和鋯酸鹽構成的礦物。另外，許多耐火材料中還有少量非晶質的玻璃相。僅有少數(shù)耐火材料是完全由非晶質的玻璃構成的。

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二、耐火材料中礦物的聚集狀態(tài)

耐火材料在常溫下除少數(shù)外，都是由單相或多相多晶體，或多晶體同玻璃相共同構成的集合體。許多耐火材料中還含有氣孔。若耐火材料的化學組成相同，而其中存在的晶體和玻璃相等物相種類、性質、數(shù)量、晶粒形狀和大小、分布和結合狀態(tài)等不同，則這些耐火材料性質的劣可能差別很大。

根據(jù)耐火材料中構成相的性質、所占比重和對材料技術性質的影響，分為主晶相、次晶相和基質。

1、主晶相

主晶相是指構成材料結構的主體，熔點較高，對材料的性質起支配作用的一種晶相。耐火材料主晶相的性質、數(shù)量、其分布和結合狀態(tài)直接決定制品的性質。許多耐火制品，如莫來石磚、剛玉磚、方鎂石磚、尖晶石磚、碳化硅耐火制品，等等，皆以其主晶相命名。

2、次晶相

次晶相又稱第二晶相或第二固相，是指耐火材料中在高溫下與主晶相和液相并存的，一般其數(shù)量較少和對材料高溫性能的影響較主晶相為小的第二種晶相。如以方鎂石為主晶相的鎂鉻磚、鎂鋁磚、鎂硅磚和鎂鈣磚等分別含有的鉻尖晶石、鎂鋁尖晶石、鎂橄欖石和硅酸二鈣等皆為次晶相。耐火材料中次晶相的存在對耐火材料的結構，特別是對高熔點晶相間的直接結合，從而對其抵抗高溫作用也往往有所裨益。與普通鎂磚相比，上述耐火制品中這些次晶相的存在，使制品的荷重軟化溫度都有所提高。許多依礦物組成命名的耐火材料，如莫來石剛玉磚、剛玉莫來石磚，就是以其主晶相和次晶相復合命名的。前者為主晶相，后者為次晶相。

3、基質

基質是指在耐火材料大晶體間隙中存在的，或由大晶體嵌入其中的那部分物質，也可認為是大晶體之間的填充物或膠結物。對由一些骨料組成的耐火材料而言，其間的填充物也稱為基質。

基質既可由細微結晶體構成，也可由玻璃相構成，或由兩者的復合物構成。如鎂磚、鎂鉻磚、鎂鋁磚等堿性耐火材料中的基質是由結晶體構成；硅磚、硅酸鋁質耐火材料中的基質多是由玻璃相構成。

基質是主晶相或主晶相和次晶相以外的物相，往往含有主成分以外的全部或大部分雜質在內。因此，這些物相在高溫下易形成液相，從而使制品易于燒結，但有損于主晶相間的結合，危害耐火材料的高溫性質。當基質在高溫下形成液相的溫度低、液相的粘度低和數(shù)量較多時，耐火制品的生產和其性質，實質上受基質所控制。欲提高耐火材料的質量，須提高耐火材料基質的質量，減少基質的數(shù)量，改善基質的分布，使其在耐火材料中由連續(xù)相孤立為非連續(xù)相。

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