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耐火砖的组成、耐磨及硬度介绍

发布时间:2020/9/10 11:25:42 点击率:



耐火砖的矿物组成
耐火砖是矿物组成体。耐火砖的性质是其组成矿物和微观结构的综合反映。耐火砖的矿物组成取决于它的化学组成和工艺条件。化学组成相同的耐火砖,由于工艺条件的不同,所形成矿物相的种类、数量、晶粒大小和结合情况的差异,使其性能可能有较大差异。例如SiO2含量相同的硅砖,因SiO2在不同工艺条件下可能形成结构和性质不同的两类矿物-磷石英和方石英,使耐火砖的某些性质会有差异。即使耐火砖的矿物组成一定,但随矿相的晶粒大小、形状和分布情况的不同,亦会对耐火砖性质有显著的影响(如熔融耐火砖)。 耐火砖一般是多项组成体,其中的矿物相可分为两类,即结晶相和玻璃相。主晶相是指构成耐火砖结构的主体且熔点较高的晶相。主晶相的性质、数量和其间结合状态直接决定着耐火砖的性质。基质是指耐火砖中大晶体或骨料间隙中存在的物质。基质对耐火砖的性质(如高温特性和耐侵饰性)起着决定性的影响。在使用时耐火砖往往首先从基质部分开始损坏,采用调整和改变耐火砖的成分是改善耐火砖性能的有效工艺措施。绝大多数耐火砖(除少数特高耐火砖外),按其主晶相和基质的成分可以分为两类:一类是含有晶相和玻璃相的多成分耐火砖,如粘土砖、硅砖等;另一类耐火砖的成分仅含晶相,基质多为细微的结晶体,如镁质耐火砖、铬镁耐火砖等碱性耐火砖。这些耐火砖在高温烧成时,产生一定数量的液相,但是液相在冷却时并不形成玻璃,而是形成结晶性基质,将主晶相胶结在一起,基质晶体的成分不同于主晶相。 耐火砖的显微组织结构有两种类型。一种是由硅酸盐(硅酸盐晶体矿物或玻璃体)结合物胶结晶体颗粒的结构类型,另一种是由晶体颗粒直接交错结合成结晶网,例如高纯镁耐火砖,这种直接结合结构类型的耐火砖的高温性能(高温力学强度、抗渣性或热震稳定性等)较前一种优越得多;因此具有广阔得发展前景。
耐火砖的精密化与致密化
一、耐火砖的精密化连铸比占粗钢生产的比例在不断上升。现在,日本的连铸比已达到 以上。在钢种高级化的进程中,以各种连铸用耐火砖为中心,具有精密功能性的制品增加了。为了研制出复杂和高精度形状的加工技术,要保证全部制品的质量水平,无缺陷的检查技术等功能性耐火砖的诸技术被广泛采用。
二、耐火砖的致密化在精密化和微细化方面,耐火砖的大型化,长尺寸化(长度达700mm,800mm甚至1000mm)乃至致密化,都对高强度的制品提出了更高的要求;在生产技术方面充实了高压成型、高温烧成的设备和技术。装备了附有真空装置的具有几千万牛压力的油压或摩擦压砖机,具有1800℃~1850℃高烧成温度的高温隧道窑等。但是,致密化的技术与其他技术不同,它是在传统技术的延伸上发展起来的。
耐火砖的硬度、耐磨性
一、耐火砖的硬度硬度材料的硬度是指材料抵抗外力刻划、压入、研磨的能力。它是衡量耐火砖耐磨性及抗气流与粉尘冲刷的一个重要指标。一般情况下,材料的硬度越高,其耐磨性及抗冲刷能力会越强。衡量与测定材料的硬度可以用刻划、压入或研磨等方法。所谓刻划是用手指、刀,或者标准矿物在一种材料上划痕,观察刻痕的状况,判断其硬度。压入是指采用小球、小尖锥或者小圆柱在材料上施以集中的压力,观察压痕的状况,判断硬度。研磨是指通过材料的摩擦损耗来判断其硬度。表征材料的硬度常用的有莫氏硬度(HM)、布氏硬度(HB)与维氏硬度三种。莫氏硬度是由德国矿物学家莫斯(Fredevich Mchs)提出的。用来表示材料的相对硬度,以硬的天然金刚石的硬度为标准,定为10级,其他材料的硬度在1~10级之问,依次递减,如碳化硼的硬度为9.3,刚玉的硬度为9等。布氏硬度是用一定的载荷把大小一定(直径一般为10 mm)的淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间后去载荷,以负荷与压痕面积之比值(单位面积上承受的压力)表示材料的硬度,即布氏硬度。维氏硬度是以120 kg以内的载荷施加于一个顶角为136度的金刚石方形锥压人器上,压人材料表面获得压痕凹坑,载荷与压人凹坑表面积之比即为维氏硬度。测定各硬度都有严格的规定与仪器,例如显微维氏硬度计等,测定时应按标准进行。耐火砖的硬度取决于其晶体结构、化学结合强度、材料的密度以及处理工艺等许多因素。耐火砖是一个多相体,它由骨料及基质构成,常含有不同的物相。因此,用显微硬度计测得的硬度并不能代表耐火砖的硬度。实际上,测定耐火砖硬度的意义并不大。耐火砖的耐磨性可能更有实际意义。二、耐火砖的耐磨性耐磨性材料的耐磨性是指材料抵抗磨损的能力。摩擦学将磨损定义为:“物体相对运动时,相对运动表面的物质不断损失或产生残余变形称为磨损。”就耐火砖而言,常见的是煅烧物料或含固体粒子的气流对材料的磨损。前者如水泥回转窑、高炉上部内衬以及焦炉焦化室等;后者如流化床锅炉内壁、旋风分离器内壁等。耐火砖的耐磨性是抵抗这些物料磨损的能力。
我国规定耐火砖耐磨性的测定方法采用美国标准方法(ASTM)。其原理是:将规定形状与尺寸的试样垂直面对喷砂管,用压缩空气将磨损介质通过喷砂管吹到试样上,测得磨损前后质量的变化。按下式计算耐火砖的磨损量:A=(M1-M2)/B=M/B式中A——耐火砖的磨损量,cm3。M1——检验以前的试样质量,g;M2——检验以后的试样质量,g;B——试样的体积密度,g/cm3;M——试样的损失质量,g。影响耐火砖耐磨性的因素很多,主要包括下列几个方面。1、硬度。通常认为硬度是衡量材料耐磨性的重要指标。材料越硬其耐磨性也越好,但在冲击磨损很大的情况下,硬度影响并不一定非常大。前面提到耐火砖为非均质体,各部分的硬度可能不同。对于包含有刚玉砖、碳化硅砖,如果结合强度足够,当硬度小的易磨损材料磨损后,这些高硬度的材料仍能抵抗对耐火砖的磨损。2、晶体结构与晶体的互溶性。具有某种特定晶体结构的材料有较好的耐磨性,如具有密排六方结构的钴的摩擦系数小,耐磨损。冶金上互溶性差的金属之间的耐磨性也好。3、强度。耐火砖的使用过程中会碰到大量的冲击磨损,因此,高强度的耐火砖抗磨损的能力强。4、体积密度。体积密度大,显气孑L率低的耐火砖抗磨损能力高。5、温度。温度对材料的硬度、互溶性及反应性等有影响,因而间接影响耐火砖的耐磨性。通常,随温度的升高,硬度下降,互溶性及反应性提高,材料的耐磨性下降。耐火砖是在高温下使用的,高温下的耐磨性很重要。可将试样放入炉子中按常温测定办法测定耐火砖在高温下的耐磨性。6、气氛。与温度的影响相似,气氛影响材料之间的互溶性与反应性,从而影响其耐磨性。严格地讲,耐火砖的耐磨性不属于物理性质,而应归人使用性能中,但它与硬度有密切关系。
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