耐火材料學(xué)

前言

無(wú)論在傳統(tǒng)工業(yè)，如冶金與建材工業(yè)中，或者在現(xiàn)代技術(shù)，如航空與航天技術(shù)中，許多過(guò)程都是在高溫下進(jìn)行的。只要有高溫就離不開(kāi)耐火材料。耐火材料是制造爐襯與高溫下使用的器、部件不可或缺的基礎(chǔ)材料。隨著低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的來(lái)臨，作為爐襯的耐火材料對(duì)于工業(yè)爐的節(jié)能減排起著非常重要的作用。長(zhǎng)期以來(lái)，耐火材料的研發(fā)者、生產(chǎn)者以及使用者是以延長(zhǎng)耐火材料的使用壽命、降低消耗作為追求目標(biāo)。隨著人類社會(huì)的發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步，對(duì)耐火材料的要求越來(lái)越高，耐火材料的功能也在不斷擴(kuò)展。近年來(lái)，由于對(duì)高品質(zhì)鋼等材料的需求增加，耐火材料對(duì)鋼等金屬的污染及凈化作用受到重視?，F(xiàn)在，隨著人們對(duì)氣候變化的重視，耐火材料工業(yè)的節(jié)能減排，特別是它對(duì)工業(yè)爐節(jié)能減排的貢獻(xiàn)可能成為耐火材料研發(fā)者、生產(chǎn)者與使用者下一個(gè)關(guān)注的重點(diǎn)。耐火材料屬于陶瓷材料范疇，它是在高溫下使用的結(jié)構(gòu)陶瓷材料。人類使用陶瓷材料已有數(shù)千年歷史，但陶瓷學(xué)的形成與發(fā)展卻只有數(shù)十年時(shí)間。從20世紀(jì)40年代以來(lái)，一些化學(xué)與物理學(xué)的方法與原理被用來(lái)研究陶瓷的制作，在此基礎(chǔ)上逐漸形成了以研究陶瓷材料組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)以及它們之間關(guān)系為主要內(nèi)容的陶瓷材料學(xué)。耐火材料雖屬于廣義的陶瓷材料，但也具有不同于一般陶瓷材料的特性。首先，耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)不像陶瓷那樣均勻，它是多組成、多粒徑的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)；其次，耐火材料是在高溫下使用的，在高溫下發(fā)生一系列的物理與化學(xué)過(guò)程導(dǎo)致耐火材料的損毀，這些過(guò)程又與冶金過(guò)程等許多耐火材料用戶的生產(chǎn)過(guò)程密切相關(guān)。在耐火材料的發(fā)展過(guò)程中逐漸形成了以物理學(xué)、化學(xué)與材料學(xué)為基礎(chǔ)的，與冶金學(xué)、陶瓷材料學(xué)等密切相關(guān)的耐火材料學(xué)。耐火材料學(xué)主要研究?jī)?nèi)容包括三部分：耐火材料制備過(guò)程中的物理、化學(xué)以及工程學(xué)問(wèn)題；耐火材料的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)以及它們之間的關(guān)系；耐火材料使用過(guò)程中的物理與化學(xué)過(guò)程以及其損毀機(jī)理。本書(shū)主要包括兩部分內(nèi)容：一部分闡述有關(guān)耐火材料的通用知識(shí)，包括耐火材料的性質(zhì)、顯微結(jié)構(gòu)、制造過(guò)程的工程學(xué)基礎(chǔ)以及使用過(guò)程中的物理與化學(xué)變化：另一部分按類別介紹不同品種耐火材料的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)工藝。本書(shū)的目的是讓那些具備材料科學(xué)與有關(guān)工程學(xué)基礎(chǔ)或者物理學(xué)與化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的科技人員通過(guò)閱讀本書(shū)學(xué)到有關(guān)耐火材料的基礎(chǔ)知識(shí)；本書(shū)也可以供本科學(xué)生、碩士與博士學(xué)位研究生學(xué)習(xí)耐火材料用；還可以供從事耐火材料研發(fā)、生產(chǎn)與使用的科技人員參考。

內(nèi)容概要

　　《耐火材料學(xué)》包括兩部分內(nèi)容。一部分闡述有關(guān)耐火材料的通用知識(shí)，包括耐火材料的性質(zhì)、顯微結(jié)構(gòu)、制造過(guò)程的工程學(xué)基礎(chǔ)以及使用過(guò)程中的物理與化學(xué)變化；另一部分按類別介紹不同品種耐火材料的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)工藝?！　　赌突鸩牧蠈W(xué)》可供具備材料科學(xué)與有關(guān)工程學(xué)基礎(chǔ)或者物理學(xué)與化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的科技人員閱讀，也可以供大學(xué)本科學(xué)生、碩士與博士學(xué)位研究生學(xué)習(xí)耐火材料用，還可以供從事耐火材料研發(fā)、生產(chǎn)與使用的科技人員參考。

書(shū)籍目錄

1 緒論1.1 耐火材料的定義及對(duì)耐火材料的要求1.1.1 耐火材料的定義1.1 2對(duì)耐火材料的要求1.2 耐火材料分類1.2.1 按化學(xué)性質(zhì)分類1.2.2 按耐火材料供貨形態(tài)分類1.2.3 按結(jié)合形式分類1.2.4 按燒成與否分類1.2.5 按化學(xué)成分分類1.2.6 按生產(chǎn)方式分類2 耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)與性質(zhì)2.1 耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)2.1.1 顯微結(jié)構(gòu)定義2.1.2 耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)2.1.3 顯微結(jié)構(gòu)的控制與檢測(cè)2.2 耐火材料的物理性質(zhì)2.2.1 耐火材料的密度、氣孔率與透氣性2.2.2 耐火材料的力學(xué)性質(zhì)2.2.3 耐火材料的熱學(xué)性質(zhì)2.3 耐火材料的使用性質(zhì)2.3.1 耐火度2.3.2 荷重軟化溫度與高溫蠕變2.3.3 耐火材料的高溫體積穩(wěn)定性2.4 耐火材料的熱震損毀與抗熱震性2.4.1 耐火材料的熱應(yīng)力及熱應(yīng)力損傷2.4.2 耐火材料抗熱震性的測(cè)定方法2.4.3 抗熱震性的評(píng)價(jià)參數(shù)2.4.4 影響耐火材料抗熱震性的因素2.5 渣對(duì)耐火材料的侵蝕與耐火材料的抗渣性2.5.1 渣對(duì)耐火材料的侵蝕過(guò)程-2.5.2 高溫下耐火材料向渣中的溶解2.5.3 渣向耐火材料中的滲透2.5.4 耐火材料的抗渣性及其測(cè)定方法2.6 耐火材料與熔融鋼鐵的反應(yīng)及對(duì)鋼質(zhì)量的影響2.6.1 耐火材料對(duì)鋼中氧含量的影響2.6.2 碳復(fù)合耐火材料中碳向鋼中的溶解及對(duì)鋼水的增碳作用2.6.3 堿性耐火材料與鋼水中硫、磷的反應(yīng)及其脫硫、脫磷作用參考文獻(xiàn)3 耐火材料生產(chǎn)過(guò)程基礎(chǔ)3.1 耐火材料配方設(shè)計(jì)3.1.1 泥料的顆粒形狀、尺寸及其分布3.1.2 粉料的性質(zhì)3.1.3 耐火材料泥料顆粒組成設(shè)計(jì)原則3.2 耐火材料泥料制備3.2.1 混合與造粒3.2.2 困料3.3 成型3.3.1 壓制成型與設(shè)備3.3.2 其他成型方法3.4 坯體的干燥3.4.1 干燥過(guò)程3.4.2 干燥制度3.4.3 干燥設(shè)備3.5 坯體的燒成過(guò)程與設(shè)備3.5.1 溫度制度3.5.2 煅燒設(shè)備參考文獻(xiàn)4 硅石耐火材料4.1 硅磚的組成、顯微結(jié)構(gòu)與性質(zhì)4.1.1 硅磚的組成、結(jié)構(gòu)及對(duì)性質(zhì)的影響4.1.2 硅磚的性質(zhì)4.2 硅磚生產(chǎn)的物理化學(xué)原理4.2.1 SiO2的同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變4.2.2 礦化劑的作用4.2.3 外加物的引入和作用4.3 硅磚的生產(chǎn)工藝要點(diǎn)4.3.1 原料4.3.2 顆粒組成的選擇4.3.3 燒成曲線的制定參考文獻(xiàn)5 A1203-SiO2系耐火材料5.1 Al203-SiO4耐火材料的相組成與性質(zhì)5.1.1 A12O3-SiO2耐火材料的組成5.1.2 莫來(lái)石5.1.3 Al2O3-SiO2-雜質(zhì)氧化物相平衡分析及對(duì)鋁硅系材料組成與性能的影響5.1.4 莫來(lái)石一高硅氧玻璃復(fù)合材料5.2 黏土質(zhì)耐火材料5.2.1 黏土原料5.2.2 黏土磚的生產(chǎn)工藝要點(diǎn)5.2.3 黏土磚的性質(zhì)5.3 半硅質(zhì)耐火材料5.3.1 蠟石原料5.3.2 半硅質(zhì)磚的生產(chǎn)工藝要點(diǎn)5.3.3 半硅質(zhì)磚的性能特點(diǎn)與應(yīng)用5.4 高鋁質(zhì)耐火材料5.4.1 高鋁礬土原料5.4.2 高鋁質(zhì)耐火制品的生產(chǎn)工藝5.4.3 高鋁質(zhì)耐火制品的顯微結(jié)構(gòu)與性質(zhì)5.5 硅線石族礦物及其應(yīng)用5.5.1 硅線石族礦物的特性5.5.2 硅線石族礦物的應(yīng)用5.6 莫來(lái)石及莫來(lái)石質(zhì)復(fù)合耐火制品5.6.1 莫來(lái)石的制備5.6.2 莫來(lái)石制品及相關(guān)復(fù)合材料的生產(chǎn)與性質(zhì)參考文獻(xiàn)6 堿性耐火材料6.1 鎂質(zhì)耐火材料61.1 與鎂質(zhì)耐火材料有關(guān)的物系61.2 鎂質(zhì)耐火材料的化學(xué)組成對(duì)性能的影響6.1.3 鎂質(zhì)耐火材料的結(jié)合相及其顯微結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響6.1.4 鎂質(zhì)原料6.1.5 鎂磚生產(chǎn)工藝6.1.6 鎂磚顯微結(jié)構(gòu)與性能6.2 鎂鉻質(zhì)耐火材料6.2.1 鎂鉻質(zhì)耐火材料的化學(xué)礦物組成及對(duì)性能的影響6.2.2 鎂鉻質(zhì)耐火原料6.2.3 鎂鉻質(zhì)耐火制品6.2.4 鎂鉻磚的六價(jià)鉻污染及對(duì)策6.3鎂鋁尖晶石質(zhì)耐火材料6.3.1 方鎂石-尖晶石耐火材料6.3.2 剛玉-尖晶石耐火材料6.3.3 鎂鋁尖晶石的性能與制造6.4 白云石質(zhì)耐火材料6.4.1 與鎂鈣質(zhì)耐火材料有關(guān)物系的相平衡6.4.2 鎂鈣質(zhì)耐火材料的抗水化措施6.4.3 白云石耐火原料6.4.4 鎂鈣質(zhì)耐火制品-6.4.5 鎂鈣質(zhì)耐火制品的性能6.5 鎂橄欖石質(zhì)耐火材料6.5.1 原料及其性質(zhì)6.5.2 鎂橄欖石質(zhì)制品的生產(chǎn)工藝要點(diǎn)6.5.3 改性鎂橄欖石質(zhì)制品參考文獻(xiàn)7 氧化物-碳復(fù)合耐火材料7.1 概述7.2 碳-氧化物復(fù)合耐火材料相關(guān)物系熱力學(xué)7.2.1 碳-氧系化學(xué)反應(yīng)7.2.2 碳-耐火氧化物反應(yīng)7.2.3 非氧化物-氧的反應(yīng)7.3 炭材料7.3.1 碳的同素異形體與相圖7.3.2 炭素材料的結(jié)構(gòu)及性能7.4 結(jié)合劑7.4.1 瀝青7.4.2 樹(shù)脂7.4.3 其他有機(jī)結(jié)合劑7.5 碳復(fù)合耐火材料添加劑7.5.1 添加劑與碳的親和力(碳勢(shì))7.5.2 添加劑與氧的親和力(氧勢(shì))7.5.3 降低碳損失與降低氣孔率……8 不定形耐火材料9 特種耐火材料10 隔熱耐火材料11 熔鑄耐火材料12 用后耐火材料再生利用參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：（4）不污染承載產(chǎn)品。耐火材料作為在高溫下承載某些熔融或燒結(jié)產(chǎn)品的容器、工業(yè)爐襯或在高溫下使用的陶瓷承載體的制作材料，如鋼鐵工業(yè)中的鋼包與中間包、玻璃池窯的襯材以及燒制陶瓷與電子材料的承燒板（棚板）與匣缽等。耐火材料如與鋼水及玻璃熔液反應(yīng)就會(huì)增加鋼水中的雜質(zhì)元素及夾雜的含量，在玻璃中形成結(jié)石或條紋。燒制電子材料的承燒板如與被燒結(jié)的電子材料反應(yīng)就會(huì)造成黏結(jié)現(xiàn)象，影響電子材料的表面粗糙度等性能。近年來(lái)，由于優(yōu)質(zhì)鋼材的迅速發(fā)展，耐火材料對(duì)鋼水的污染受到重視。研究耐火材料對(duì)鋼水的污染及可能的凈化作用是值得注意的方向。（5）不污染環(huán)境。耐火材料在生產(chǎn)與使用過(guò)程中不應(yīng)對(duì)人類生存環(huán)境產(chǎn)生危害，不產(chǎn)生污染大氣、水源的有害物質(zhì)，盡量有利于材料的循環(huán)再生利用。近年來(lái)人們對(duì)鎂鉻質(zhì)耐火材料替代產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研究就是一個(gè)很好的飼子。鎂鉻耐火材料是一種廣泛使用的優(yōu)質(zhì)耐火材料，但由于六價(jià)鉻對(duì)人體的危害，特別是對(duì)水源的污染，鎂鉻耐火材料已被列入應(yīng)該淘汰的品種之一，新的替代產(chǎn)品正在積極開(kāi)發(fā)中。在討論耐火材料生產(chǎn)對(duì)環(huán)境影響的時(shí)候還必須提到能源的消耗以及C02對(duì)氣候的影響。大量使用不燒或不定形耐火材料，利用在使用條件下的高溫來(lái)完成其必要的物理化學(xué)過(guò)程，達(dá)到使用的要求，即所謂的“自適應(yīng)”，對(duì)降低耐火材料生產(chǎn)能耗有重要意義。目前，雖然不定形耐火材料及不燒耐火制品在耐火材料中的份額也不小，但對(duì)耐火材料自適應(yīng)過(guò)程應(yīng)用理論研究仍較薄弱，阻礙不定形耐火材料及不燒制品的發(fā)展。另外，耐火材料是在高溫窯爐上使用的，耐火材料對(duì)工業(yè)爐的節(jié)能減排應(yīng)發(fā)揮一定的作用。具有高絕熱性能的保溫耐火材料以及可以直接用于熱面或可以直接與熔體接觸的保溫耐火材料對(duì)于各種窯爐及高溫容器的節(jié)能尤為重要。在討論了耐火材料的定義與要求之后，也許我們對(duì)耐火材料有了一個(gè)較全面與確切的了解。耐火材料是一種能在高溫下使用的材料。除了耐高溫外，還希望它對(duì)熔體等各種介質(zhì)有較強(qiáng)的抗侵蝕能力、有較好的耐溫度急變的能力。同時(shí)，應(yīng)對(duì)它服務(wù)的產(chǎn)品及環(huán)境無(wú)污染或少污染。事實(shí)上，很好地全面滿足上述要求是困難的。實(shí)際工作中可根據(jù)具體使用條件，選擇主要性能以滿足使用要求。

編輯推薦

《耐火材料學(xué)》是由冶金工業(yè)出版社出版的。

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