《矿物材料基础》课程授课教案（讲稿）第十二讲 第五章 耐火材料 第六节 碳质耐火材料 第七节 含锆质耐火材料 第八节 不定形耐火材料 第九节 特种耐火材料

第_12讲次课程名称：《矿物材料学基础》第五章耐火材料第六节碳质耐火材料本讲课程内容第七节含锆质耐火材料（或教材章节题目）第八节不定形耐火材料第九节特种耐火材料【目的要求】使同学们了解碳质耐火材料、含锆质耐火材料各本讲课程目的自的性能，了解各种不定型耐火材料及碳化硅的性能特点[重要求及重点、难点：点】碳质耐火材料、含锆质耐火材料性能及应用[难点】浇注料用的结合剂的结合机理教学内容【本讲课程的引入】上节课我们讲了硅质、硅酸铝质、碱性耐火材料，这节课我们讲一下碳质耐火材料、含质耐火材料的生产及性能。第六节碳质耐火材料以无定形碳或结晶石墨为主要组成的耐火材料。炭素耐火材料石墨耐火制品一、炭素耐火材料主要品种：炭砖（炭块/炭素糊）1、炭砖的一般生产过程A、原料低灰分（<8%）的无烟煤灰分少、强度高、挥发份少而无水的煤焦、煤沥青焦、石油沥青焦一

1 课程名称：《矿物材料学基础》 第 12 讲次 本讲课程内容 （或教材章节题目） 第五章 耐火材料 第六节 碳质耐火材料 第七节 含锆质耐火材料 第八节 不定形耐火材料 第九节 特种耐火材料 本讲课程目的 要求及重点、难点： 【目的要求】使同学们了解碳质耐火材料、含锆质耐火材料各 自的性能，了解各种不定型耐火材料及碳化硅的性能特点。 【重 点】碳质耐火材料、含锆质耐火材料性能及应用 【难 点】浇注料用的结合剂的结合机理 教 学 内 容 【本讲课程的引入】上节课我们讲了硅质、硅酸铝质、碱性耐火材料，这节课我们讲一下碳质 耐火材料、含锆质耐火材料的生产及性能。 第六节 碳质耐火材料 一、炭素耐火材料 主要品种：炭砖（炭块/炭素糊） 1、炭砖的一般生产过程 A、原料 低灰分（<8%）的无烟煤 灰分少、强度高、挥发份少而无水的煤焦、煤沥青焦、石油沥青焦

B、配料遵循粒度合理级配的原则，极限粒度由制品大小及形状而定。结合剂宜采用含碳高的有机物结合剂的加入量依成型方法和坏料密实性与粒度而定，一般为15-20%。C、混练坏料在比结合剂软化点高50-70℃的加热条件下混练，混练时间要充分，以保证各级颗粒均匀分布，并使结合剂将颗粒粘结。D、成型砖坏在热态下进行，然后冷却定型E、焙烧必须在隔绝空气的条件下进行。坏体在焙烧时，在200-500℃之间逸出，450℃开始焦化，800℃焦化基本完成，最高烧结温度一般在1000-1300℃之间。2、炭砖的性质与应用A、性质气孔率很高15-25%，但常温耐压强度仍达30-60MPa只要在高温下不接触氧，它就具有很高的高温强度，抵抗高温热负荷的能力也很强。具低的热膨胀性，耐热震性非常好。不溶任何酸碱盐有机物的熔液中，抗渣性非常优越B、缺点：在空气中从350℃开始氧化，与C02在600C以上可反应。C、应用：砌筑炼铁高炉的炉底、炉腹、炉身等处内衬。2

2 B、配料 遵循粒度合理级配的原则，极限粒度由制品大小及形状而定。 结合剂宜采用含碳高的有机物 结合剂的加入量依成型方法和坯料密实性与粒度而定，一般为15-20%。 C、混练 坯料在比结合剂软化点高50-70℃的加热条件下混练，混练时间要充分，以保证各 级颗粒均匀分布，并使结合剂将颗粒粘结。 D、成型 砖坯在热态下进行，然后冷却定型。 E、焙烧 必须在隔绝空气的条件下进行。 坯体在焙烧时，在200-500℃之间逸出，450℃开始焦化，800℃焦化基本完成，最 高烧结温度一般在1000-1300℃之间。 2、炭砖的性质与应用 A、性质 气孔率很高15-25%，但常温耐压强度仍达30-60MPa. 只要在高温下不接触氧，它就具有很高的高温强度，抵抗高温热负荷的能力也很强。 具低的热膨胀性，耐热震性非常好。 不溶任何酸碱盐有机物的熔液中，抗渣性非常优越。 B、缺点：在空气中从350 ℃开始氧化，与CO2在600 ℃以上可反应。 C、应用：砌筑炼铁高炉的炉底、炉腹、炉身等处内衬

3、炭糊A、生产工艺石油焦、沥青焦破粉碎和分级、配料—+结合剂混合料或无烟煤、冶金焦炭糊—混练B、应用：砌筑炭块和构筑整体内衬二、石墨耐火制品以石墨为主要原料和主要组成的耐火制品。主要品种：石墨粘土制品、石墨碳化砖等其他品种1、石墨粘土制品石墨粘土、蒸馏罐、铸钢用塞头砖、水口砖、盛刚桶砖等。原料：石墨35-60%、耐火粘土熟料0-40%、可塑性耐火粘土30-60%有时加入，SiC一提高制品的导热性和荷重软化温度混合料→+水→泥料一→混练→成型一烧成性质：具较高的强度相当高的耐金属液和熔渣侵蚀能力热膨胀性较低，导热性较高，耐热震性也较强可作为直接接触熔融金属的耐火材料2、其他石墨制品A、石墨SiC制品n

3 3、炭糊 A、生产工艺 B、应用：砌筑炭块和构筑整体内衬。 二、石墨耐火制品 以石墨为主要原料和主要组成的耐火制品。 主要品种：石墨粘土制品、石墨碳化砖等其他品种。 1、石墨粘土制品 石墨粘土坩埚、蒸馏罐、铸钢用塞头砖、水口砖、盛刚桶砖等。 原料：石墨35-60%、耐火粘土熟料0-40%、可塑性耐火粘土30-60% 有时加入，SiC→提高制品的导热性和荷重软化温度 混合料→+水→泥料→混练→成型→烧成 性质：具较高的强度 相当高的耐金属液和熔渣侵蚀能力 热膨胀性较低，导热性较高，耐热震性也较强 可作为直接接触熔融金属的耐火材料 2、其他石墨制品 A、石墨SiC制品

以SiC代替熟料，以提高石墨制品的耐高温性能。B、加入其他耐高温材料如刚玉、Zr02等C、石墨复合制品适当降低石墨含量，提高制品的密度、强度、耐磨损等性能。如：AlO3-C系制品等。第七节含锆质耐火材料一、概述锆英石质耐火材料属于酸性耐火材料，其抗渣性强，热膨胀率较小，热导率随温度升高而降低，荷重软化点高，耐磨强度大，热震稳定性好，已成为各种工业领域中的重要材料。纯ZrSiO4耐火度在2000以上，随杂质含量增加，耐火度亦相应降低。二、纯锆英石耐火制品以锆英石为主晶相的耐火制品。1、纯锆英石耐火制品的生产A、原料的处理原料：精选的锆英石矿砂（含锆英石约90%）原料经破碎和磨细后，用重选法分选。通常对精矿砂预先烧成锆英石熟料团块。4

4 以SiC代替熟料，以提高石墨制品的耐高温性能。 B、加入其他耐高温材料 如刚玉、ZrO2等 C、石墨复合制品 适当降低石墨含量， 提高制品的密度、强度、耐磨损等性能。 如：Al2O3-C系制品等。 第七节 含锆质耐火材料 一、概述 锆英石质耐火材料属于酸性耐火材料，其抗渣性强，热膨胀率较 小．热导率随温度升高而降低，荷重软化点高，耐磨强度大，热震稳定 性好，已成为各种工业领域中的重要材料。 纯 ZrSiO4 耐火度在 2000℃以上，随杂质含量增加，耐火度亦相 应降低。 二、纯锆英石耐火制品 以锆英石为主晶相的耐火制品。 1、纯锆英石耐火制品的生产 A、原料的处理 原料：精选的锆英石矿砂（含锆英石约 90%） 原料经破碎和磨细后，用重选法分选。 通常对精矿砂预先煅烧成锆英石熟料团块

+磨成细砂精矿砂+有机结合剂一粒球或荒坏·另一部分搬烧成密实的团块B、制品的生产★宜采用暂时性的结合剂，如：亚硫酸盐纸浆废液、糊精、乙基硅酸盐、磷酸、水玻璃等。★若用可塑耐火粘土作结合剂，则制品便于成型和烧结，但往往会引起制品耐火度、体积稳定性的降低。★为了促进制品的烧结，在配料中常加入少量矿化剂，如少量CaO、Mgo等。在高温下，会促使ZrO2·SiO2分解，并与ZrO2形成ZrO2固溶体进入玻璃相中，从而促进烧结。★对含有各级粗颗粒的制品，需多级颗粒配料；若坏体完全由细颗粒组成，细粉的最大粒度通常在44um以上★成型，普通制品：挤泥法、平压法；致密者：泥浆浇注法；高致密者：泥浆浇注和等静压法。★烧成：纯锆英石制品必须在较高的温度下烧成，高致密的制品需要更高的温度。根据坏体中细粉的性质、含量和矿化剂的种类和数量，最高烧结温度一般在1700℃。2、纯锆英石制品的性质和应用5

5 B、制品的生产 ☆宜采用暂时性的结合剂，如：亚硫酸盐纸浆废液、糊精、乙基硅酸 盐、磷酸、水玻璃等。 ☆若用可塑耐火粘土作结合剂，则制品便于成型和烧结，但往往会引 起制品耐火度、体积稳定性的降低。 ☆为了促进制品的烧结，在配料中常加入少量矿化剂，如少量 CaO、 MgO 等。 在高温下，会促使 ZrO2·SiO2分解，并与 ZrO2形成 ZrO2固溶体 进入玻璃相中，从而促进烧结。 ☆对含有各级粗颗粒的制品，需多级颗粒配料；若坯体完全由细颗粒组 成，细粉的最大粒度通常在 44um 以上。 ☆成型，普通制品：挤泥法、平压法； 致密者：泥浆浇注法； 高致密者：泥浆浇注和等静压法。 ☆烧成：纯锆英石制品必须在较高的温度下烧成，高致密的制品需要 更高的温度。 根据坯体中细粉的性质、含量和矿化剂的种类和数量，最高烧 结温度一般在 1700℃。 2、纯锆英石制品的性质和应用

A、性质★真密度4.55g/cm3，最高达4.62g/cm3。★高温下粘度也很高，耐火度很高，>1825℃。★高温下，抵抗热重负荷优良，耐磨性较好。★热膨胀性较低，体积稳定性较高。★无粗颗粒时，耐热震性较差；由多级颗粒构成，耐热震性会显著提高。★具有良好的耐熔渣、金属液、玻璃液侵蚀的性能B、应用★连续铸钢用盛钢桶的内衬及其它受氧化性熔渣侵蚀极严重的部位，★也可用作铜、铝治炼炉的铸口等。★还可用作玻璃熔窑与玻璃液直接接触之处和上部结构及电熔锆刚玉与硅砖之间的隔离砖。三、含锆英石的其他烧结耐火材料锆铝砖：ZrO2SiO2+Ah03★与致密的纯锆英石制品相比，体积密度较小、气孔率略高、强度稍低。★主要用于盛钢桶衬砖和连续铸钢中间盛钢桶内衬。锆铝铬砖：ZrO2SiO2+A03+Cr203★性质与锆铝砖相似，但抗渣性较好锆铝铬砖：ZrO2SiO2+SiC★提高制品的抗渣性、耐磨性★在锰钢盛钢桶中使用，寿命较长6

6 A、性质 ☆真密度 4.55g/cm3，最高达 4.62g/cm3。 ☆高温下粘度也很高，耐火度很高，>1825℃。 ☆高温下，抵抗热重负荷优良，耐磨性较好。 ☆热膨胀性较低，体积稳定性较高。 ☆无粗颗粒时，耐热震性较差；由多级颗粒构成，耐热震性会显著提 高。 ☆具有良好的耐熔渣、金属液、玻璃液侵蚀的性能。 B、应用 ★连续铸钢用盛钢桶的内衬及其它受氧化性熔渣侵蚀极严重的部位， ★也可用作铜、铝冶炼炉的铸口等。 ★还可用作玻璃熔窑与玻璃液直接接触之处和上部结构及电熔锆刚玉 与硅砖之间的隔离砖。 三、含锆英石的其他烧结耐火材料 锆铝砖： ZrO2·SiO2 +Al2O3 ★与致密的纯锆英石制品相比，体积密度较小、气孔率略高、强度稍低。 ★主要用于盛钢桶衬砖和连续铸钢中间盛钢桶内衬。 锆铝铬砖： ZrO2·SiO2 +Al2O3+Cr2O3 ★性质与锆铝砖相似，但抗渣性较好 锆铝铬砖： ZrO2·SiO2 +SiC ★提高制品的抗渣性、耐磨性。 ★在锰钢盛钢桶中使用，寿命较长

第八节不定形耐火材料一、概述A、定义：由合理级配的粒状和粉状料与结合剂共同组成的，不经成型和烧成而直接供使用的耐火材料B、分类根据其工艺特性分类：浇注料、灌注料可塑料捣打料喷射料投射料（耐火泥C、化学和矿物组成取决于所用的粒状、粉状耐火材料，也与结合剂的品种和数量有关D、密度主要与组成材料及其配比有关，同时也与施工方法和技术有关二、浇注耐火材料1、浇注料用的脊性耐火原料（1）粒状料A、硅酸铝质原料B、硅质材料C、镁质材料D、铬质材料E、锆质材料F、Sic硅酸铝质原料

7 第八节 不定形耐火材料 一、概述 A、定义：由合理级配的粒状和粉状料与结合剂共同组成的，不经成型 和烧成而直接供使用的耐火材料。 B、分类 根据其工艺特性分类： C、化学和矿物组成 取决于所用的粒状、粉状耐火材料，也与结合剂的品种和数量有关 D、密度 主要与组成材料及其配比有关，同时也与施工方法和技术有关。 二、浇注耐火材料 1、浇注料用的脊性耐火原料 （1）粒状料 A、硅酸铝质原料 B、硅质材料 C、镁质材料 D、铬质材料 E、锆质材料 F、SiC 硅酸铝质原料

硅线石类矿物可不经搬烧直接使用蜡石粘土熟料蓝晶石不能直接作粒状材料高铝矾土熟料因其在1200-1400℃范围内形成莫来石时，可急剧发生体积膨胀。红柱石的膨胀性介于二者之间，直接使用效果不及硅线石硅质材料硅石：中温体积膨胀较大高温下与碱性结合剂反应强烈故，很少用之。体积稳定性、耐热震性都很低熔融石英：热膨胀系数极小耐热震性很好故，可作中温下使用的原料。耐酸性介质侵蚀镁质材料制造耐碱性熔渣侵蚀的镁碳浇注料和铺加热炉炉底的浇注料的主要原料。采用此种材料配制浇注料时，不应使用含水的结合剂锆质材料如锆英石，可作为配制锆英石浇注料的主要原料。铬质材料：用于加热炉中气氛变化不大的部位。在制造碱性铜酸性材料间隔层的浇注料中，应用此种原料较适宜。Sid :

8 硅质材料 镁质材料： 制造耐碱性熔渣侵蚀的镁碳浇注料和铺加热炉炉底的浇注料的主要原 料。 采用此种材料配制浇注料时，不应使用含水的结合剂 锆质材料： 如锆英石，可作为配制锆英石浇注料的主要原料。 铬质材料： 用于加热炉中气氛变化不大的部位。 在制造碱性铜酸性材料间隔层的浇注料中，应用此种原料较适宜。 SiC：

很适宜于用作耐高温、耐磨或高导热之处的浇注料原料（2）粉状料A、质量必须保证B、常加入结合剂，助熔C、粒度必须合理D、基质部分高温下收缩，粒状料受热膨胀。2、浇注料用的结合剂A、铝酸钙水泥主要成分：铝酸钙化学组成：Al2O3·CaO矿物组成：CA、CA2、C12A7、C2AS、C4AFCA具有很高的水硬活性CA+H,O20-22°℃CaO-Al,O,-10H,0≥25℃→2CaO-A1,0,-8H,O+ Al,O,3H,0水泥产物在加热中的变化CAH1o10℃→C,AH, + AH,C,AH + AH,22-25%C24, +Ca(OH) +AH + Al,0Ciz2A, +Ca(OH), + AH + Al,O, →CizA, +CaO+ Al,O)C24,+CaO+Al0,00CC,4,+CA+Al0C24 +CA+ Al,O,1000CC24,+CA+CA +CAB、水玻璃Na20·nSi02模数不同，成分不同；模数越高，粘结能力越强

9 很适宜于用作耐高温、耐磨或高导热之处的浇注料原料。 （2）粉状料 A、质量必须保证 B、常加入结合剂，助熔 C、粒度必须合理 D、基质部分高温下收缩，粒状料受热膨胀。 2、浇注料用的结合剂 A、铝酸钙水泥 主要成分：铝酸钙 化学组成：Al2O3·CaO 矿物组成：CA、CA2、C12A7、C2AS、C4AF CA具有很高的水硬活性 水泥产物在加热中的变化 B、水玻璃 Na2O·nSiO2 模数不同，成分不同；模数越高，粘结能力越强

加热到50PC以上→开始脱水>10℃>硅氧凝胶中的大部分水分即可排除300℃>水分基本排尽300-50°℃>水玻璃硬化体的结构无明显变化500-00℃>体积略膨胀，结构略疏松，强度稍有下降700-00℃C>局部地点逐渐出现液相，强度又有降低C、磷酸盐磷酸铝的凝结与硬化2Al(H,PO)20.300Al,(H,PO,) +3H,A,(H,P,)00AI(H,PO)H,个22Al(H,PO10)500℃→Al(PO,), +H,O 个nAI(PO,), —≥800[AI(PO,), 1,磷酸铝硬化体在高温下的变化500-900℃，硬化体的冷态强度随逐渐下降，但热态强度却持续增长1000-1500℃,硬化体中的各种磷酸铝都先后分解成AIP04和P205。3、浇注料的配制与施工10

10 C、磷酸盐 磷酸铝的凝结与硬化 磷酸铝硬化体在高温下的变化 500-900℃，硬化体的冷态强度随逐渐下降，但热态强度却持续增 长 1000-1500℃，硬化体中的各种磷酸铝都先后分解成AlPO4和P2O5。 3、浇注料的配制与施工