耐火材料实际应用的工艺性质
- 作者： 来源：江苏江能新材料科技有限公司 时间：2014/9/1 点击：1948
耐火材料的性质对于从事耐火行业的同仁来说几乎众所周知，但介于市场对于耐火材料的期望越来越高，所以我公司还是结合理论实践做了一个小小的归纳。
1.力学性质。
特种耐火材料的弹性模量都大。大多数具有较高的机械强度，但与金属材料相比，由于脆性，抗冲击强度甚低。绝大多数的特种耐火材料具有较高的硬度，因此耐磨，耐气流或尘粒冲刷性比较好。大多数特种耐火材料的高温蠕变都比较小，只有二硅化钼比较大。蠕变值的大小与结晶尺寸，晶界物质，气孔率等有关系。
2.热学性质。
(1)热膨胀性：热膨胀性指材料的线度和体积温度升降发生可逆性增减的性能。常以线膨胀数或体积膨胀系数表示。大多数特种耐火材料的线膨胀系数都比较大，仅有熔融石英，氧化硼，氧化硅的线膨胀系数比较小。热膨胀性是耐火材料使用时应考虑的重要性能之一。炉窑在常温下砌筑，而在高温下使用时炉体要膨胀，为抵消热膨胀造成的应用，需预留膨胀缝。此外，也是工业窑炉和高温设备进行结构设计的重要参数，其重要性还表现在直接影响耐火材料的抗热震性和受热后的应用分布和大小等。
3.使用性质。
(1)耐火性：特种耐火材料的熔点几乎都在2000℃以上，碳化铪(HfC)和碳化钽(TaC)为3887℃和3877℃。耐火度也很高，在氧化气氛中，氧化物的使用温度甚至接近熔点。氮化物，硼化物，碳化物在中性或还原性气氛中比氧化物有更高的使用温度，例如TaC在N2气氛中可使用到3000℃，BN在Ar气氛中可使用到2800℃。耐高温性能依次为：碳化物＞硼化物＞氮化物＞氧化物。而它们的高温抗氧化性为：氧化物＞硼化物＞氮化物＞碳化物。
(2)抗热震性：在特种耐火材料中，由于氧化铍的热导率低，大多数硼化物的热导率也不高，熔融石英的线膨胀系数特别小，所以抗热震性很好。某些纤维制品及纤维增强复合制品有较高的气孔率及抗张强度，这些材料的抗热震性比较好。碳化硅，氮化硅，氮化硼，二硅化钼等也有较好的抗热震性。
耐火材料的抗热震性之所以重要的原因是因为耐火材料在使用过程中，经常会受到环境温度的急剧变化作用，例如，铸钢用钢包衬砖在教主过程中，转炉、电炉等炼钢时的加料、出钢或操作中炉温变化等，限制了窑炉操作的变化，也是制品、窑炉损坏较快的主要原因之一。
（3）抗渣性：熔渣侵蚀是耐火材料在使用过程中常见的一种损坏形式，如各种炼钢炉炉衬，钢包的工作衬，炼铁高炉从炉身下部到炉缸的炉衬，回转窑内衬等的损坏，多是由此种作用引起的。在实际使用中，约有50%是由于熔渣侵蚀而损坏，因此，研究耐火材料的抗渣性具有非常重要的意义。
（4）耐真空性：一般而言，在常温下耐火材料的蒸气压都很低，可以认为是及稳定且不易挥发的。但在高温减压下工作其挥发性将成为不可忽视的问题，会因为其挥发减量而造成损耗，加速其损坏。研究表明，耐火材料的挥发速度与耐材的蒸气压成正比，气相的相对分子质量越大，挥发量也越大。实验表明作为真空用耐火材料，碱性氧化物比酸性氧化物更有利。
4.电学性质。
大多数高熔点氧化物属绝缘体，其中氧化钍(ThO2)和稳定氧化锆(ZrO2)等在高温时具有导电性，碳化物、硼化物的电阻都很小；有些氮化物是电的良导体，而有些则是典型的绝缘体。例如TiN具有金属的电导率(ρ为30×10-6Ω•㎝)，BN则为绝缘体(ρ为1018Ω•㎝)。所有的硅化物都是电的良导体。
以上几个性质是从大方向探讨得出的，但经过技术人员长年的工作经验，形状的准确性和尺寸的准确性对窑炉砌筑体的严密性由直接影响，而砌筑体的严密性在很大程度上决定着其使用寿命。例如在厚的砖缝中，粘结材料在使用升温过程中能因收缩而脱离它所粘结的砖，而且其本身会碎裂成片掉落下来，这样就扩大了熔渣和气体同制品的接触面积，从而会削弱整个内衬的抗渣性和抗热震性，影响窑体的使用年限。
当然，耐火材料在实际应用中想达到较好的性能与多方面的因素有关，碱性氧化物的配比、水分配比、空气湿度、搅拌溶解度都有着关联影响，所以今后对于如何提高耐火材料的应用性能会继续成为耐火行业一直要研究的课题。
