材料耐火,耐火材料有哪几种

镁质、镁钙质、铝镁质、镁硅质、碳复合耐火材料、锆质耐火材料、特种耐火材料。 耐火度不低于1580℃的一类无机非金属材料。耐火度是指耐火材料锥形体试样在没有荷重情况下，抵抗高温作用而不软化熔倒的摄氏温度。 .但仅以耐火度来定义已不能全面描述耐火材料了，1580℃并不是绝对的。现定义为凡物理化学性质允许其在高温环境下使用的材料称为耐火材料。耐火材料广泛用于冶金、化工、石油、机械制造、硅酸盐、动力等工业领域，在冶金工业中用量最大，占总产量的50%～60%。 耐火材料应用于钢铁、有色金属、玻璃、水泥、陶瓷、石化、机械、锅炉、轻工、电力、军工等国民经济的各个领域，是保证上述产业生产运行和技术发展必不可少的基本材料，在高温工业生产发展中起着不可替代的重要作用。 自2001年以来，在钢铁、有色、石化、建材等高温工业高速发展的强力拉动下，耐火材料行业保持着良好的增长态势，已成为世界耐火材料的生产和出口大国。2011年中国耐火材料产量约占全球的65%，产销量稳居世界耐火材料第一。

耐火材料的常用分类方法主要有下面六种。
一、按普通与特种分类
分为普通和特种耐火材料两大类。
(1) 普通耐火材料是指用于冶金炉、水泥窑、玻璃窑等热工窑炉炉衬的常规制品，多半由天然原料加工而成。普通耐火材料按化学特性分为酸性、中性和碱性。
(2) 特种耐火材料是在传统的陶瓷和一般耐火材料的基础上发展起来的新型无机非金属材料。特种耐火材料用料纯度高，多为氧化物、化合物和高温复合材料，用于特殊的窑炉、冶炼高炉等高温没备的特殊部位。
特种氧化物耐火制品有氧化铝、氧化镧、氧化铍、氧化钙、氧化锆、氧化铀、氧化镁、氧化铈和氧化钍等，熔点在2050~3050℃。
特种化合物耐火制品有碳化物(碳化硅、碳化钛、碳化钽等)、氮化物(氮化硼、氮化硅等)、硼化物(硼化锆、硼化钛、硼化铪等)、硅化物(二硅化钼等)和硫化物(硫化钍、硫化铈等)。它们的熔点为2000~3887℃，其中最难熔的是碳化物。
特种高温复合耐火产品主要有金属陶瓷、高温无机涂层和纤维增强陶瓷等。
二、按是否定型分类
按产品出厂前交货形状分为定型产品和不定型产品。凡称为砖者均为定型产品。各种浇注料、补炉料、捣打料、火泥等均为不定型产品。
(1) 定型产品可分为致密型和隔热型。
耐火砖属于致密型制品，混凝土虽是定型交货产品，但它属于不定型产品。
定型产品按照制品的外形又可分为块状(标准砖、异形砖等)、特种形状(坩埚、匣钵、管子等)、纤维状(硅酸铝质、氧化锆质和碳化硼质等)。
(2) 不定形耐火材料是一种不经煅烧的新型耐火材料，其耐火度不低于1580℃。
不定形耐火材料由耐火骨料和粉料、结合剂或另掺外加剂一定比例组成的混合料，能直接使用或加适当的液体调配后使用。如耐火泥、浇灌料和捣打料等。
三、按耐火度高低分类
耐火材料由多种矿物组成，各种矿物自有熔点，在高温下它们或者共存，或者生成第三者矿物，出现低共熔融温度。耐火度是低共熔融状态下的温度，但要高于低共熔融温度。耐火度指标越高。表明抵抗高温能力越好，用耐火度指标高低将耐火材料分成“普通”、“高级”和““特级”三档。
(1) 普通耐火度制品:耐火度1580~1770℃，耐火度1580~1770℃相当于SiO2-Al2O3二元系中Al2O315%~45%耐火制品，组成原料的主要矿物是高岭石。
(2) 高级耐火度制品:耐火度1770~2000℃，高铝砖、莫来石砖、普通镁质制品、镁铝砖、普通镁铬砖、橄榄石砖属于这个档次。
(3) 特级耐火度制品:耐火度大于2000℃，纯氧化物制品、熔铸制品、高纯直接结合镁铬砖、尖晶石砖、非氧化物制品等属于这个档次。但有些产品(用合成料)虽然耐火度并不是太高，但技术含量却非常高，是名符其实的特级耐火材料。
目前，耐火材料界很少使用这个分类方法，它过于简单的表述了耐火材料的技术性能。
四、按主晶相、酸碱性质分类
(1) 酸性制品:这类产品中以石英氧化硅(SiO2)为主要成分(第一相)，SiO2属酸性氧化物，因而得名。
硅砖是含氧化硅93%以上的硅质制品，是酸性材料的常用代表产品。硅砖使用的原料有硅石、废硅砖等。它的主要特点是抗酸性炉渣侵蚀能力强、荷重软化温度高、重复煅烧后体积不收缩甚至略有膨胀，但易受碱性渣的侵蚀，抗热振性差。硅砖主要用于焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉等热工设备。
半硅砖、耐碱砖、耐酸砖中SiO2含量60%到80%，是半酸性材料。
粘土砖以耐火粘土为主要原料，含有30%~46%的氧化铝，属弱酸性耐火材料。耐火度1580~1770℃，抗热振性好，对酸性炉渣有抗蚀性，应用广泛，是目前生产量最大的一类耐火材料。
(2) 碱性制品:以MgO、CaO为主晶相，因MgO、CaO是碱土氧化物，故而称为碱性耐火材料。
碱性耐火制品的熔点(耐火度)高，抗碱性渣(C/S＞2)和铁渣侵蚀能力很强，属于高级耐火材料，但它们易于水化。镁铬砖、白云石砖、橄榄石砖等产品，主要化学成份也是MgO和CaO，也属于碱性材料。
碱性耐火材料主要用于平炉、吹氧转炉、电炉、有色金属冶炼以及一些高温热工设备上。
镁砖是碱性耐火材料的代表，它含氧化镁80%~85%以上，以方镁石为主晶相。生产镁砖的主要原料有菱镁矿、海水镁砂(由海水中提取的氢氧化镁经高温煅烧而成)等。纯氧化镁的熔点高达2800℃，因此，镁砖的耐火度较粘土砖和硅砖都高。
20世纪50年代中期以来，由于采用了吹氧转炉炼钢和采用碱性平炉炉顶，碱性耐火材料的产量逐渐增加，粘土砖和硅砖的生产则逐渐减少。
(3) 中性制品:以莫来石、刚玉或碳(Al2O3、ZrO2、CrO3、SiC)为主晶相，在高温下能较好地抵抗酸性炉渣、碱性炉渣、熔剂和其他耐火材料化学侵蚀的耐火材料。
严格地说，中性耐火材料仅指碳质耐火材料，包括炭砖、石墨碳化硅制品等。也有将高铝质耐火材料归于这一类的Al2O3含量较高的高铝质耐火材料，如硅线石砖、莫来石砖、刚玉砖等是偏酸性而趋于中性的耐火材料。近年发展起来的铝碳砖、锆碳砖、氧化铝-碳化硅-碳砖、氮化硅结合碳化硅砖等碳化硅质品种，也属于中性耐火材料。
中性耐火制品可用作高炉的炉底、炉缸和炉腹的衬里，铝电解槽、电石炉和铁合金炉、盛钢桶、电镀槽、反应槽、高压釜等的内衬。
含氧化铝95%以上的刚玉制品是一种用途较广的优质耐火材料。
铬砖以氧化铬为主要成分，主要以铬矿为原料制成的，主晶相是铬铁矿。它对钢渣的耐蚀性好，但抗热振性较差，高温荷重变形温度较低。用铬矿和镁砂按不同比例制成的铬镁砖抗热震性好，主要用作碱性平炉顶砖。
碳质耐火材料是另一类中性耐火材料，根据含碳原料的成分和制品的矿物组成，分碳砖、石墨制品和碳化硅质制品三类。碳砖是用高品位的石油焦为原料，加焦油、沥青作粘合剂，在1300℃隔绝空气条件下烧成。石墨制品(除天然石墨外)用碳质材料在电炉中经2500~2800℃石墨化处理制得。碳化硅制品则以碳化硅为原料，加粘土、氧化硅等粘结剂在1350~1400℃烧成，也可以将碳化硅加硅粉在电炉中氮气氛下制成氮化硅-碳化硅制品。
碳质制品的热膨胀系数很低，导热性高，耐热振性能好，高温强度高，在高温下长期使用也不软化，不受任何酸碱的侵蚀，有良好的抗盐性能，也不受金属和熔渣的润湿，质轻，是优质的耐高温材料。缺点是在高温下易氧化，不宜在氧化气氛中使用。碳质制品广泛用于高温炉炉衬(炉底、炉缸、炉身下部等)、熔炼有色金属炉的衬里。石墨制品可以做反应槽和石油化工的高压釜内衬。碳化硅与石墨制品还可以制成熔炼铜同金和轻合金用的坩埚。
五、按耐火材料的主要晶相分类
所谓主要成份是指第一相和第二相成份，含量大约占化学成份总量的90%左右。现代耐火材料技术发展越来越多项材料配料，故出现第二相、第三相成份，调节第二相、第三相成份即可产生新的技术，在化学组成上超出了第一相分类局限性，是应用最普遍的一种分类方法。
(1) 硅铝系列品:要硅铝系列材质中，主要成分是SiO2、Al2O3，它包括黏土砖、高铝砖、硅线石、蓝晶石、红柱石、莫来石砖等制品。按其Al2O3含量的多少可以分为半硅质(15~30% Al2O3)、粘土质(30~48%Al2O3)和高铝质(Al2O3大于48%)三类。
(2) 镁铬系列制品:镁铬系列中主要成分是MgO、Cr2O3，方镁石为第一相，镁铬尖晶石为第二相，属于这个系列的产品有镁铬砖和铬镁砖。
(3) 镁铝系列品:主要成分是MgO、Al2O3，由于它们生成MgO.Al2O3，镁铬系列制品中都含有镁质材料。
(4) 镁钙系列产品:主要成分是以MgO、CaO为主。它们都有极高的熔点，是重要的镁质材料。
(5) 镁硅系列制品:镁砂系的主要成分是SiO2，当C/S＜5时，SiO2和MgO生成MgO.Al2O3(镁橄榄石)，从显微矿物组成角度说，纯铝系列的主要产品有镁铝砖、方镁石尖晶石砖、刚玉尖晶石砖，不定型材料中的铝-尖晶石浇注料也属于镁铝系列产品。
六、按矿物化学主要组成分类
这种分类与上述晶相分类比较相似，依此方法可将耐火材料主要分为六类。
(1) 硅质制品，如硅砖、熔融石英制品;
(2) 硅铝质制品，如粘土砖、半硅砖、高铝砖等;以氧化铝和氧化硅为基本化学组成的耐火材料中，通常可以根据制品中氧化铝和氧化硅含量多少分为:硅质制品(氧化硅大于93%)、半硅质制品(氧化铝占15~30%)、粘土质制品(氧化铝占30~48%)、高铝质制品(氧化铝占48~90%)和刚玉质制品(氧化铝大于90%)。
(3) 镁质、镁铬质和白云石质制品，如镁砖、镁铝砖、镁铬砖、白云石砖等;
(4) 碳质制品，如碳砖、石墨粘土制品等;
(5) 锆质制品，如锆英石砖、锆莫来石砖、锆刚玉砖等;
(6) 特殊耐火制品，如纯氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等制品。

耐火原料是指生产耐火制品所必需的材料。它是耐火材料生产的基础。耐火原料多为天然矿物(如耐火粘土、铝矾土、硅石、铬铁矿、菱镁矿、白云石、镁橄榄石、锆石、蓝晶石、硅线石、红柱石等。).随着耐火材料综合性能要求的不断提高，工业原料和合成原料(如工业氧化铝、合成莫来石、人造耐火纤维、人造耐火空心球等。)越来越多地用于生产耐火材料。耐火材料产品的质量和成本在很大程度上取决于原材料的正确选择和合理使用。 耐火材料按化学性质可分为酸性耐火材料、碱性耐火材料和中性耐火材料；按来源可分为天然矿物原料和合成原料；人们通常把生产耐火材料的原料分为主原料和辅助原料。 用于生产耐火制品的原料，无论是天然矿物原料还是合成原料，从矿物学的角度来看，都必须具有产品足够高的耐火性能；从技术角度看，应能满足技术的基本要求；从性能上看，用它制成的产品应该能够满足产品性能的要求，尤其是高温性能。 一般耐火材料分为铝硅耐火材料(二氧化硅、粘土、高铝等。)、碱性耐火材料、隔热耐火材料和其他耐火材料。 1.硅质原料 由于应时变体的体积效应，硅砖也是直接由硅石制成，硅石是脉状应时、石英岩、燧石和砂岩的总称。二氧化硅的主要成分是二氧化硅，其余为杂质。用于耐火材料的硅石原料包括结晶碎石和胶结硅石。 表1耐火材料用二氧化硅的分类和特性 二、粘土原料 耐火粘土是生产硅铝酸盐耐火材料的主要原料。耐火温度高于1580℃的各种硬粘土、软(半软)粘土、粘土质页岩统称为耐火粘土。 天然耐火粘土通常是粘土矿物的混合物，主要以高岭石(Al2O32SiO22H2O)为主要成分，即以水合硅酸盐为主要成分，混有游离应时、黄铁矿、金红石和有机质。这种非单一矿物大部分是由直径小于1.2μm的颗粒组成的分散体。 根据粘土形成条件的不同，可分为原生粘土和次生粘土。原生粘土是指母岩(如长石)风化形成的粘土，至今仍留在原地。次生粘土又称残积粘土，是在自然动力条件下，由原生粘土转移到其他地方，然后沉积下来的粘土。它的粒度细，分散度大，可塑性高。 用于耐火材料工业的耐火粘土主要分为以下两类。 ①硬粘土的特点是结构致密，硬度高，颗粒极细，在水中不易分散，可塑性低。这种粘土的外观通常是浅灰色、灰白色或灰色。贝壳状骨折，有的表面有滑腻感，容易风化破碎。 ②软(半软)粘土常为土块状，组织柔软，可塑性好。由于杂质的种类和含量不同，这种粘土的颜色差异很大。从灰色、深灰色到黑色；有些是紫色、红色或白色。 三。高铝原料 (1)铝土矿 铝矾土是生产棕刚玉的主要原料，Al2O3含量为88%~90%的高铝熟料是生产亚白刚玉的主要原料。氧化铝是生产白刚玉和致密刚玉的原料。铝土矿又称铝土矿或铝土矿，主要矿物为一水硬铝石(al2o3·H2O)和三水铝石(al2o3·3H2O)。 中国的铝土矿储量极其丰富:产地从山西、河北、山东到黄河以北，中间经过河南、广西，西南到贵州、云南。目前铝土矿熟料的主要产地有山西、河南、贵州。湖南还有一些正在开发的小煤矿。我国铝土矿的主要矿物为勃姆石、勃姆石、高岭石和叶蜡石，按其矿物组成可分为三种类型:勃姆石-高岭石型(DK)；勃姆石-高岭石型(BK)；一水硬铝石-叶蜡石型(DP)。目前应用最广泛的是DK型铝土矿，DK型铝土矿熟料按其Al2O3含量分为S、_、_A、_B、_等。 (2)烧结刚玉和电熔刚玉 人造刚玉是以工业氧化铝或高铝矾土为主要原料，在电弧炉中熔融而成。此外，刚玉板状氧化铝可以通过烧结制备。这种方法仍然是以工业氧化铝粉为主要原料，经过煅烧、细磨、造球、烧制而成。这种方法生产技术难度大，但产品强度高，耐腐蚀性强，热震稳定性好。所谓“亚白刚玉”，其实是以高铝为主的致密电熔刚玉，Al2O3含量大于98%，显气孔率小于4%。它由高铝矾土在还原气氛和受控条件下通过电熔制成。刚玉晶体呈颗粒状，一般为1～15mm；主要杂质为金红石、钛酸铝及其固溶体。 (3)莫来石 莫来石是以3al2o3·2SiO2晶相为主要成分的耐火原料。莫来石分为天然莫来石和合成莫来石。天然莫来石很少，一般都是人工合成的。莫来石化学性质稳定，不溶于氢氟酸。它在高温下具有良好的机械和热性能。因此，合成莫来石及其制品具有致密度高、纯度高、高温结构强度高、高温蠕变率低、热膨胀系数小、抗化学腐蚀和抗热震性强等优点。 (4)硅线石矿物 硅线石矿物有蓝晶石、红柱石和硅线石，俗称“三石”。三种石头化学成分相同，但晶体结构不同，属于类质同晶。当加热到高温时，它们都转化为莫来石，形成少量的熔融SiO2，并伴有体积膨胀。 由于三种石材的热膨胀不同，它们的直接利用程度也不同。由于红柱石体积变化小，无论是用来制砖还是作为添加剂，都是直接使用原料。硅线石和蓝晶石常以膨胀剂的形式加入配料中，尤其是不定型耐火材料。用来制砖，就要煅烧熟料，尤其是蓝晶石。 四。碱性耐火原料 4.1镁原料 (1)菱镁矿 中国的菱镁矿主要有两种:结晶菱镁矿和无定形菱镁矿。中国的菱镁矿主要分布在辽宁和山东省。菱镁矿的主要杂质是滑石，部分菱镁矿CaO含量高，其次是白云石。我国菱镁矿按化学成分可分为S、_、_、_、_五个等级，只有S级和I级用于煅烧砖用镁砂。 采用两步浮选和两步煅烧法制备高纯氧化镁。以该方法制备的高纯氧化镁为原料，可开发多种高性能耐火制品。 (2)其他含镁矿物 镁质耐火材料中镁橄榄石制品的主要矿物成分是镁橄榄石(2MgOSiO2)和方镁石(MgO)。该产品的特点是抗熔融氧化铁能力强，热震稳定性优于普通镁砖。生产该产品的主要原料是橄榄岩和蛇纹石。 4.2白云石原料 白云石是一种耐火原料，主要成分为碳酸镁(MgCO3)和碳酸钙(CaCO3)。其化学式为CaMg(CO3)2或MgCO3CaCO3，理论组成为CaO30.41%，MgO21.87%，CO247。72%.CaO/MgO=1.39，硬度3.54。 中国的白云石原料丰富，分布广泛，纯度相对较高。辽宁大石桥地区储量丰富。山东、湖北、陕西、广西、甘肃、江西、安徽、四川、云南、湖南等省矿产资源丰富。该矿体常与石灰岩和菱镁矿共生。 5.锆产品的原材料 (1)锆石 锆英石(ZrO2SiO2或ZrSiO4)是生产锆制品和锆英石制品的主要原料。中国锆石的产地是海南省。广东省、广西壮族自治区、山东省、福建省和台湾省均有分布。 锆石的理论成分是ZrO267。01%和二氧化硅32。99%.常含有TiCfe等微量稀土氧化物，由于这些元素的存在，具有不同程度的放射性。因此，使用这种原料生产产品时，应采取必要的防护措施。 锆石的热导率较低，在201000℃时为3.72W/(m.K)。与其他晶相相比，锆石的膨胀系数也较低，1000℃时为4.6×10-6℃。其单晶在垂直和平行主轴(C轴)两个方向上的膨胀系数差别很大。锆英石是化学惰性的，难以与酸反应。它与玻璃熔体反应程度很小，在冶金和玻璃工业中常用作耐火材料。 (2)斜锆石 天然斜锆石(ZrO2)通常不规则，呈黑色、棕色、黄色或无色。我国天然斜锆石矿体很少。工业上使用的ZrO2是一种化工原料，是由锆石(ZrO2SiO2)经化学方法制成的白色或微黄色粉末。 常压下纯ZrO2从低温到高温有三种晶型:单斜相、四方相和立方相。 根据稳定的程度，稳定的ZrO2可分为部分稳定的ZrO2和完全稳定的ZrO2。由于热膨胀系数大，完全稳定的ZrO2在热震稳定性方面不如部分稳定的ZrO2，所以后者常用作陶瓷和耐火材料的增韧材料。 (3)脱硅锆 在国外，除锆英石精矿外，在电熔锆刚玉(AZS)耐火材料的生产中，大多加入一定量的“脱硅锆”原料。目的是调整和稳定配方；二是提高和优化产品性能。 (4)锆刚玉莫来石 原料为工业氧化铝、高岭土和锆英石，经细磨混合均匀，用半干法压制成球，在3001700℃煅烧得到该材料。结果表明，增加锆英石含量会提高烧结温度，降低总收缩率，增加闭孔。这些反应使烧结的锆刚玉莫来石具有更高的密度、强度和更好的抗热震性。 不及物动词铬产品的原材料 铬铁矿或铬铁矿是生产铬(铬砖、铬镁砖、镁铬砖)耐火材料的主要原料之一。铬铁矿是多种矿物的混合物，因为其矿物成分波动很大，化学成分和物理性质差异很大。通常由含铬粒的脉石矿物组成。这些脉石矿物通常是硅酸镁，如蛇纹石、镁橄榄石和橄榄石。铬铁矿中除Cr2O3外，还有Al2O3、Fe2O3和MgO。通常，由于镁和铁的存在，亚铬酸盐通常表示为(Mg，Fe)Cr2O3。