耐火材料的种类简介及性能分析

耐火材料-粘土砖

耐火粘土砖是以水合硅酸铝为主要成分，含有少量其他矿物质的一种耐火材料，其产量占所有耐火材料的75%左右。它们具有成本低、用途广的特点，广泛应用于钢铁、有色金属、玻璃、陶瓷、水泥等行业。 耐火粘土砖的性能因其成分和工艺而异，总体上有较大的差异。根据美国材料与试验协会（ASTM）的标准，耐火粘土砖可分为四个等级：耐超高温粘土砖、耐高温粘土砖、中级耐火粘土砖、低级耐火粘土砖和半硅砖。这些等级的氧化铝含量约为18%～44%，二氧化硅含量约为50%～80%。在一定范围内，这些等级主要取决于耐火度（PCE），而耐火度又与氧化铝-二氧化硅比率有关。例如，超级耐火粘土砖的PCE约为Cone 33，相当于3175°F。但这并不意味着这种砖可以在3175°F 的温度下使用。实际上，在这个温度下，如果环境清洁、无熔渣、中性或轻微氧化，这种砖将无法承受自身的重量。 下表显示了随着杂质含量的增加和氧化铝含量的减少，耐火粘土砖的耐火度降低的趋势。

耐火粘土砖在远低于熔点时就开始软化，并在荷载作用下发生永久变形。变形量与荷载大小有关，一旦开始，除非荷载或温度降低，否则变形是一个缓慢而持续的过程。正因为如此，耐火粘土砖不适合用于高温炉中的拱顶。

高铝耐火材料

氧化铝耐火材料是以氧化铝为主要成分，掺入少量其他材料的一种工程陶瓷。氧化铝是最稳定的氧化物之一，具有高硬度、高强度和抗剥落性。它对水和过热蒸汽不溶，也对大多数无机酸和碱不溶。氧化铝耐火材料不仅具有耐火粘土砖的特性，而且在更高的温度范围内保持稳定，适用于温度高达3350°F的炉衬。它在氧化性和还原性气氛中具有很高的抗侵蚀性，被广泛应用于热加工行业。

高铝耐火材料的耐火度随氧化铝含量的增加而提高。50%、60%、70%和80%氧化铝等级分别含有相应比例的氧化铝，允许误差为正负2.5%。

根据美国材料与试验协会（ASTM）的标准，高铝砖按其氧化铝含量分为以下几类：

莫来石耐火材料：莫来石耐火砖约含72%的氧化铝和28%的二氧化硅。它们在高温下具有优异的体积稳定性和强度。它们非常适用于电炉炉顶、高炉和高炉炉膛以及玻璃罐炉的上部结构。

刚玉耐火材料：刚玉耐火材料是指含有99%以上氧化铝的耐火材料。这类耐火材料包括单晶、多晶和α-氧化铝。 高铝砖通常用于水泥窑、石灰窑和陶瓷窑、玻璃储罐、熔化各种金属的坩埚、高炉的炉膛和竖 炉以及铅渣炉。

这些材料在钢铁行业浸池的下部使用非常经济，主要是因为它们对铁质渣具有抗侵蚀性。 高铝耐火材料的生产成本和价格随氧化铝含量的增加而上升，因此需要通过实验或试验确定每种用途最适合的氧化铝含量。

耐火制品-硅砖

硅砖是一种含有93%以上SiO2的耐火材料，其产量仅次于粘土砖。硅砖的突出特点是在接近熔点的温度下仍具有很高的机械强度。这与许多其他耐火材料不同，例如硅酸铝材料，在温度远低于熔点时就开始软化和变形。 但是，硅砖也有一个主要缺点。它们在低于1200°F时容易剥落。如果温度波动在1200°F以上，硅砖就有很好的抗剥落性。然而，许多炉子需要经常冷却到接近室温，因此硅砖在这种情况下不太实用。 正如我们所预期的，硅砖在与富含硅的渣接触时能提供良好的服务，并成功地用于转炉炉顶、玻璃储罐以及用于熔化和精炼铜和许多其他金属的反射炉。

耐火制品-镁砖

镁质耐火材料是一种以氧化镁为主要成分，含有85%以上氧化镁的碱性耐火材料。它们由天然菱镁矿（MgCO3）和二氧化硅（SiO2）制成。优质的镁质砖通常由低CaO-SiO2比率的铁素体和最少量的铁素体组成，特别是当炉衬在氧化和还原条件下运行时。 这类砖的物理性能一般较差，但它们对碱性渣有很强的抗侵蚀性，特别是对石灰渣和富铁渣。这类耐火砖是炼钢过程中最重要的耐火材料。除冶金炉外，镁质砖现在还成功地用于玻璃槽检查器、石灰窑和水泥窑。 生菱镁矿（MgCO3）通常以轻烧或重烧的形式使用。轻烧菱镁矿用于污水处理、复合肥料和化工原料。重烧菱镁矿是耐火材料工业广泛使用的原料。最近，为了进一步提高抗腐蚀性，人们开始使用电熔镁砂、结晶度较高的菱镁烧结矿和纯度很高的菱镁烧结矿。 电熔镁砂是通过在电弧炉中电熔耐火级菱镁或其他菱镁前驱体来生产的。电熔物从电弧炉中取出，冷却并粉碎。该材料用于耐火材料的生产。

耐火制品-白云石砖

白云石耐火材料是一种以氧化钙和氧化镁为主要成分的碱性耐火材料。它们由天然白云石（CaCO3-MgCO3）经高温煅烧转化而成。高纯度白云石的CaO+MgO含量大于97%。 白云石耐火材料被认为是与水泥窑熟料最相容的材料，因为它具有优异的涂层稳定性，在不同的窑炉操作条件下具有非常好的抗热震性和抗碱侵蚀性。这些富含氧化锆的耐火材料可用于防裂。

耐火制品-铬铁矿耐火材料

铬镁质耐火材料和镁铬质耐火材料是两种不同的耐火材料。

铬镁质材料通常含有15-35%的Cr2O3和42-50%的MgO；铬镁质耐火材料用于建造高温炉的关键部位。这些材料能抵抗腐蚀性熔渣和气体，并具有很高的耐火度。

镁铬质耐火材料至少含有60%的MgO和8-18%的Cr2O3；镁铬质耐火材料适用于最高温度下，并能与钢铁熔炼中使用的最碱性炉渣接触。

镁铬质材料的抗剥落性能通常优于铬镁质材料。

耐火制品-氧化锆耐火材料

氧化锆耐火材料是一种多晶体材料。它作为耐火材料在使用和制造过程中存在一些困难。在用作耐火材料之前，必须使其稳定。这可以通过加入少量的钙、镁和氧化铈等稳定剂来实现。其性能主要取决于稳定程度、稳定剂的数量以及原始原料的质量。氧化锆耐火材料具有极高的耐火性能。它们在室温下的强度可保持到2700°F的高温。因此，它们可用作熔炉和窑炉的高温建筑材料。 氧化锆耐火材料的导热性能远远低于大多数其他耐火材料，因此被用作高温隔热耐火材料。 由于氧化锆的热损耗极低，且不易与液态金属发生反应，因此特别适用于制造冶金用耐火坩埚和其他容器。氧化锆是玻璃窑炉的有用耐火材料，主要是因为它不易被玻璃熔液浸湿，而且与玻璃熔液的反应较低。

耐火材料制品-不定形耐火材料

不定形耐火材料是一种以某种悬浮形式施工的材料，最终固化成固体块的无定形耐火产品的总称。大多数不定形耐火材料配方由大颗粒耐火材料（骨料）、细颗粒耐火材料（填充颗粒间空隙）和粘结剂（使颗粒在未烧结状态下凝结在一起）组成。 不定形耐火材料在包括工业炉在内的许多应用领域正以更快的速度取代传统的烧结耐火材料。

不定形耐火材料的施工方法多种多样，如捣打法、喷射法、喷涂法、喷浆法等。捣打法主要用于冷态应用，材料的适当固结非常重要。空气凝固和热凝固材料均可采用相同的方法。需要选择适当的夯实工具。

不定形耐火材料的类型

不定形耐火材料的种类很多，可以按照原料材质、结合剂种类和施工方法等进行分类。下面介绍一些常见的不定形耐火材料的类型：

浇注料：浇注料是一种含有水泥结合剂的水硬性材料，通常使用铝酸盐水泥

隔热浇注料：隔热浇注料是一种专用的不定形耐火材料，主要用于冷面隔热。它们由轻质骨料制成，如蛭石、珍珠岩、膨胀球、气泡氧化铝和膨胀粘土。它们的密度和导热性都较低，但机械强度也较差。

可塑料：可塑料是一种在硬质塑性状态下制备的混合物，用聚乙烯包裹成块交付。使用时，将块状可塑料切成片状，无需进一步处理，用气动夯实机或风镐夯实到位。可塑料具有良好的可塑性和适应性，可以夯实成任何形状或轮廓。

捣打料：捣打料与可塑料类似，但硬度更高。颗粒大小经过仔细分级，最终产品通常为干料，在使用前加入少量水进行混合。也有以湿料形式交付的捣打料，打开后即可立即使用。捣打料需要用气动打夯机或人工捣打进行施工。

修补料：修补料是一种用于修补窑炉或熔炉内衬的不定形耐火材料，与可塑料类似，但具有非常柔软的可塑性，可以手工捣打到位。

涂层：涂层是一种用于保护耐火衬免受化学侵蚀或提高表面质量的不定形耐火材料。涂层通常仅用于覆盖内衬的工作表面。涂层通常较薄，可以用手工或机械涂抹或喷涂施工。

砂浆：砂浆是一种细粉末状的耐火材料，与水混合后具有可塑性。它们主要用于将耐火砖或预制件粘结成坚固的整体，在接缝处提供缓冲和密封作用。砂浆可以用瓦刀或类似工具进行砌筑。

喷射料：喷射料是一种颗粒状耐火材料，使用各种空气喷枪喷洒在应用区域。它们具有热固性，用于窑炉和熔炉的修补和维护工作。

压注料：压注料也是颗粒状耐火材料，其功能与喷射料类似，但压注料是用泥浆泵或其他压力设备将料压入需要修补的窑炉中。

隔热耐火材料

隔热耐火材料是指气孔率高、体积密度低、热导率低、热容小的耐火材料，它们可以有效地减少炉窑的散热损失，节约能源，降低炉窑的蓄热量和重量。隔热耐火材料主要用于工业炉窑的隔热保温层，有些也可以用于工作层。隔热耐火材料与一般致密耐火材料相比，其抗渣侵蚀性、机械强度和耐磨性都较差，不宜用于承重结构和直接接触熔渣、炉料、熔融金属等部位。隔热耐火材料的种类很多，可以按照原料材质、使用温度、使用方式、体积密度、材料形态、组织结构等进行分类

隔热耐火材料特点

粉粒或片状材料：这种隔热耐火材料由粉末或颗粒无机材料以所需形式粘合而成，如硅藻土板、珍珠岩板、氧化铝空心球板等。它们具有低密度和低导热性，使用温度可高达 2000°F。

隔热耐火材料的主要特征是气孔率高、体积密度低、热导率低、热容小，这些特征使得它们可以有效地减少炉窑的散热损失，节约能源，降低炉窑的蓄热量和重量。隔热耐火材料的气孔率一般在 40% 到 90% 之间，体积密度一般在 0.4 到 1.2 g/cm3 之间，热导率一般在 0.1 到 0.6 W/(m·K) 之间。

隔热耐火材料特点

隔热耐火材料的气孔率高主要是通过在制造过程中添加不同类型的造孔剂而实现的。造孔剂可以分为以下几种：

（1）燃烧造孔剂：这种造孔剂是指在烧制过程中会完全燃烧殆尽的有机物或无机物，如锯末、木屑、稻壳、萘、硫化铝等。它们可以产生均匀分布的圆形或椭圆形气孔。

（2）膨胀造孔剂：这种造孔剂是指在加热时会膨胀和张开的材料，如蛭石、珍珠岩、膨胀球、氧化铝空心球等。它们可以产生多孔或空心的骨料。

（3）挥发性造孔剂：这种造孔剂是指在加热时会挥发或分解成气体的化合物，如铝粉、硅粉、硫酸铵等。它们可以产生不规则形状的气孔。

（4）发泡造孔剂：这种造孔剂是指在混合时会产生大量气泡的物质，如发泡剂、曝气剂等。它们可以产生细小而连通的气孔。

隔热耐火材料的导热率低主要是由于其内部含有大量静止空气而决定的。空气是一种很好的绝缘材料，其导热系数非常低。隔热耐火材料中的固体颗粒却能传导热量，因此为了使材料具有所需的隔热性能，必须在固体颗粒和空气空间的比例之间取得平衡。一般来说，空气空间的体积越大，导热率就越低。但是，如果空气空间过大或过小，都会影响导热率。因此，最佳导热率是在一定范围内随着空气空间大小而变化的。

隔热耐火材料的导热率还受到其内部结构和使用温度等因素的影响。一般来说，气孔的形状、大小、分布和连通性都会影响导热率。理想的气孔结构是在隔热耐火材料的整个体积中均匀分布大小一致的小孔。此外，隔热耐火材料的导热率随着温度的升高而显著增加，这是由于空气的热对流和辐射传热的增加所致。

隔热耐火材料的热容小主要是由于其体积密度低而决定的。热容是指单位质量或单位体积的材料在温度变化时吸收或释放的热量。隔热耐火材料的单位体积热容一般在 0.2 到 0.8 MJ/(m3·K) 之间，远低于一般致密耐火材料。这意味着隔热耐火材料在加热或冷却时需要消耗或放出的能量较少，从而降低了炉窑的蓄热量和启动时间。

隔热耐火材料的类型

绝缘材料可根据应用温度进行分类：

（1）应用温度高达2000°F的耐热隔热材料：硅酸钙材料；硅土、珍珠岩或蛭石产品；硅基微孔隔热材料；硅酸铝纤维；

（2）应用温度高达2500°F的耐火隔热材料：包括轻质高岭土和高岭土砖；轻质浇注料；混合纤维和氧化铝纤维；

（3）应用温度高达3100°F的高耐火隔热材料：轻质莫来石和氧化铝砖；轻质空心球刚玉浇注料和砖；特殊高耐火纤维；

（4）应用温度高达3600°F的超高耐火隔热材料：氧化锆轻质砖和纤维；非氧化物化合物；

其他几种类型的隔热耐火材料包括浇注料、颗粒隔热材料和陶瓷纤维隔热材料，后者重量轻。极轻质材料的孔隙率为75%至85%，超轻质高温隔热材料的总孔隙率大于85%。

应用和优势

广泛用于玻璃窑炉和隧道窑的炉冠。它们还可用作窑炉的内衬，在这种情况下，侵蚀性熔渣和熔融金属造成的磨损并不是问题。它们具有几个明显的优点：

炉衬的热损失减少，耐火材料的热损失减少，从而节省了燃料成本；

隔热效果会使内衬升温更快，并降低隔热耐火材料的热容量；

较薄的炉壁结构可获得理想的热曲线；

由于隔热耐火材料的质量较小，因此窑具有较小的质量。

保温砖的一些缺点

保温砖是一种隔热耐火材料，它的气孔率很高，导致了大量的比表面积。气孔率虽然降低了保温砖的导热系数和体积密度，但也使得保温砖的机械强度远低于致密耐火材料。因此，保温砖在结构设计上可能存在问题。 保温砖的另一个缺点是耐化学侵蚀性差。高温下的气体、烟雾、液体（如炉渣、熔融玻璃等）容易渗透到保温砖的多孔结构中，造成保温砖的损坏。所以，保温砖不适合直接接触这些液体或气体。 保温砖还容易出现热剥落现象，特别是在温度变化快的情况下。由于保温砖具有良好的隔热性能，每块保温砖的热面和冷面之间会产生很大的温度差。这样，热面的膨胀就会大于冷面的膨胀。因此，温度差会在保温砖内部产生机械应力。

陶瓷纤维

陶瓷纤维是一种轻质隔热耐火材料，它呈白色棉絮状，可以制成纺织品、毛毯、毡、板、块等形式。陶瓷纤维具有导热系数低、比热容小、质量轻、抗热震性好、化学稳定性强等特点。由于结构轻巧，陶瓷纤维可以使高温设备更快地达到所需温度，因为只有很少一部分释放到加工容器/窑中的热量用于加热墙壁。 陶瓷纤维的组成不同，其使用温度也不同。以 52% Al O23 和 48% SiO2 组成的陶瓷纤维可以作为高达 ~2600°F 的高温绝缘材料，而以 62% Al O23 和 38% SiO2 组成的陶瓷纤维则具有更高的耐火度。含有 42% Al O23 , 52% SiO2 和 6% ZrO2 的陶瓷纤维可以制成超长纤维，用于制造陶瓷纤维纺织品和绳索。锆纤维（通常是玻璃纤维粘合锆英）也可以用于制造陶瓷纤维纺织品和绳索。 轻质陶瓷纤维有以下优点：

燃油经济性更高（某些间歇式窑可以节省高达60%的能源消耗）；

由于比热容小，窑的生产能力提高；

由于耐火材料寿命更长，窑的使用寿命更长，维护成本更低；

安装方便。 陶瓷纤维在金属处理窑、陶瓷窑和许多其他定期作业中都取得了巨大的成功，这些作业的大气环境并不影响它们优异的隔热和轻质特性。陶瓷纤维毡还可以用于伸缩缝和门密封，以及隧道窑和其他裸露的砖结构，作为外表面或冷面的原始或改造层。

限制条件

陶瓷纤维的主要局限性在于高温收缩。额定在2400°F下连续使用的高质量陶瓷纤维毯在2400°F下暴露24小时后会有5%的收缩。在正常操作条件下，收缩率不会超过这一水平，但在设计窑衬时必须仔细考虑这一收缩率。

陶瓷纤维的机械强度较低。它们并非真正的结构材料。必须为所有耐火纤维产品提供适当的支撑。

如果支撑不当，在高温下会因纤维软化而下垂。

不适用于恶劣环境。这些设备容易积累粉尘、烟雾和可燃烟气，更不用说受到炉渣和金属等工艺液体的侵蚀了。

价格往往高于传统耐火材料；但安装时节省的劳动力和能源可以抵消高昂的初始成本。

应用温度高达1475°F的耐温陶瓷材料有时被视为隔热材料，而非耐火产品。实际上，没有任何一种耐火材料可以适应所有的工作条件。通常情况下，人们希望耐火材料的导热系数较低，这样可以更有效地将热量控制在窑内。但有时也需要导热系数高的耐火材料；例如，某些陶瓷窑中的保护性马弗炉就是为了防止燃烧气体进入陶瓷器而设计的。它必须将尽可能多的热量传递给陶瓷器，因此碳化硅等导电陶瓷材料经常被用于制作马弗炉。 您必须考虑到您将加工的特定金属、您将达到的温度、加工时间、您将在窑中保持金属的时间、将进行多少感应搅拌、您将使用的添加剂或合金剂以及您的窑换衬方法。因此，耐火材料的选择应基于最关键因素，如磨损模式和操作参数等，以实现最佳的技术经济性。正确的选择不仅可以延长耐火材料的使用寿命，而且有助于减少停机时间，从而提高生产率。

囯磨质检——专业第三方检测机构

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耐火材料是一种广泛应用于冶金、建筑、化工等行业的高温材料，它具有良好的耐火性、抗热震性、抗化学腐蚀性等特点。耐火材料的性能检测是保证其质量和使用寿命的重要环节，需要采用专业的检测设备和标准方法进行。国磨质检，拥有先进的检测设备和资深的技术人员，能够为客户提供全面、准确、快速的检测服务。国磨质检耐火材料检测中心能够对耐火材料进行以下方面的检测：

耐火砖：包括常规耐火砖、特种耐火砖等，能够检测其物理性能（如体积密度、吸水率、抗压强度等）、化学性能（如氧化铝含量、碱金属氧化物含量等）、热性能（如荷重软化温度、线膨胀系数等）等指标。

不定形耐火材料：包括喷涂料、涂层料、堵口料、胶泥等，能够检测其物理性能（如含水量、可塑性指数、透气度等）、化学性能（如碱金属氧化物含量、残碳含量等）、热性能（如耐火度、导热系数、抗热震性等）等指标。

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