2011耐材期末-A-参考答案

注：1、教师命题时题目之间不留空白；2、考生不得在试题纸上答题，教师只批阅答题册正面部分，若考生须在试题图上作解答，请另附该试题图。3、请在试卷类型、考试方式后打勾注明。（第1页）期末试题__2010__年~__2011__年第2学期课程名称：耐火材料工艺学专业年级：考生学号：考生姓名：试卷类型：A卷■B卷□考试方式：开卷□闭卷■……………………………………………………………………………………………………………………………一、填空题（15分，每题1分）1、耐火材料是由颗粒与基质或细粉构成，基质或细粉通常是耐火材料最薄弱的部位。2、真密度是指不包括气孔在内的单位体积耐火材料的质量，相对密度是指其体积密度与理论密度或真密度之比。3、弹性模量是耐火材料的力学性能，一般耐火材料的弹性模量比金属材料的大。4、与Si3N4材料相比，推测Sialon材料的热膨胀率较小，热导率较小。5、在获得相同热量的条件下，热容小的耐火材料的温升高于热容大的耐火材料的温升，因而，对抗热震性不利。6、熔渣对耐火材料的侵蚀主要取决于耐火材料的组成与显微结构，以及熔渣的形成温度或组成或硅氧比或黏度或表面张力中任何二个等。7、提高硅砖导热性的措施有降低气孔率，促进鳞石英化，适当增加细粉数量或选择引入SiC等外加剂或临界颗粒小的颗粒或合适的矿化剂。8、“三石”中蓝晶石的莫来石生成反应所伴随的膨胀最大，其开始转化温度约为1300或1350℃。9、选择镁砂原料一般应考虑合适的CaO/SiO2比例、体积密度或显气孔率和方镁石的晶粒尺寸。10、酚醛树脂可分为热塑性性和热固性两类，与沥青相比，树脂炭化后呈玻璃状结构，而沥青炭化后一般呈镶嵌或流动或纤维状结构。11、浇注料所用减水剂有无机和有机两类，其作用机理主要为双电层或电保护或静电斥力与空间位阻或空间保护或水化膜。12、为了提高高温性能，早期水泥结合铝硅质浇注料（水泥或CaO含量为15左右或大于3%）向低水泥浇注料（水泥或CaO含量为6左右或2.5-0.2%）、超低水泥浇注料和无水泥浇注料转变。13、特种耐火材料按材质分有高熔点氧化物、难熔化合物或非氧化物、金属陶瓷、高温或无机涂层或高温纤维保温材料等。注：1、教师命题时题目之间不留空白；2、考生不得在试题纸上答题，教师只批阅答题册正面部分，若考生须在试题图上作解答，请另附该试题图。3、请在试卷类型、考试方式后打勾注明。（第2页）14、锆质制品主要包括氧化锆制品和锆英石制品，其氧化锆由低温型的单斜结晶向高温型的四方或立方结晶转变，需要加入适量的稳定剂，如MgO、CaO或Y2O3或CeO2或稀土氧化物等。15、理想金属陶瓷形成必须考虑金属对陶瓷的润湿性、金属相与陶瓷相之间的反应性和热膨胀系数的匹配性。二、连线题（15分，每题5分）（答案只需用题中“数字”表示）1、请找出下列耐火材料的主要晶相和烧成所采取的条件。主要晶相砖类烧成条件1方镁石、尖晶石6优质硅砖11弱氧化2碳化硅7直接结合镁铝砖12还原3刚玉、ZrO28镁硅砖13等离子体4镁橄榄石、方镁石9铝锆炭滑板14弱还原5鳞石英、方石英10高密度SiC制品15氧化1-7-11,2-10-13,3-9-12,4-8-15,5-6-142、请根据下列结合剂及其相应的结合形式进行连线：结合形式结合剂1水合结合6酚醛树脂2化学结合7硼酐3凝聚结合8Al(H2PO4)34缩聚结合9溶胶-凝胶5陶瓷结合10ρ-Al2O31-10，2-8，3-9，4-6，5-73、不同隔热耐火材料对应不同的使用温度，请找出下列常见隔热耐火材料的使用温度。隔热材料使用温度，℃1氧化铝空心球制品61000-13002多晶氧化铝纤维71000-11503硅酸钙绝热板材料81650-18004硅酸铝纤维91400-16005蛭石保温材料10650-10001-8，2-9，3-10，4-6，5-7三、判断、简答题（20分，每题4分）（对：√；错：×）1、耐火材料砌筑时留有膨胀缝是由于材料具有不可逆膨胀性的缘故。（×）答：错。留膨胀缝是因为可逆的热膨胀性和不可逆的体积稳定性或线变化。2、含MgCr2O4的镁铬耐火材料对人体和环境有害主要是因为含有三价铬。（×）答：错。主要因为六价铬。注：1、教师命题时题目之间不留空白；2、考生不得在试题纸上答题，教师只批阅答题册正面部分，若考生须在试题图上作解答，请另附该试题图。3、请在试卷类型、考试方式后打勾注明。（第3页）3、镁白云石制品抗氧化铁渣侵蚀能力比理论白云石和高钙白云石制品差。（×）答：错。因为MgO可以吸收氧化铁形成固溶体，镁白云石制品抗氧化铁渣侵蚀能力比理论白云石和高钙白云石制品强。4、耐火浇注料的流动性主要与添加的减水剂有关。（×）答：错。不但与减水剂有关，还与颗粒外形、颗粒级配、微粉种类及数量等有关。5、中低档原料不能用于生产非氧化物如Sialon等特种耐火材料。（×）答：错。可以生产，比如中档矾土通过碳热还原氮化工艺可制得塞隆结合刚玉材料。四、案例分析题（任选一题，每题10分）1、某厂采用刚玉、SiC和沥青等为原料生产的低水泥结合Al2O3-SiC-C浇注料，在某钢铁厂出铁沟上施工、养护、脱模后，经烘烤生成大量裂纹，部分发生严重爆裂现象。请分析其中可能的主要原因，为什么？答：（略）可能有如下原因（只要说出二种）：1）刚玉为矾土刚玉或亚白刚玉。未煅烧或未酸洗的矾土刚玉或亚白刚玉中含有Al4C3。Al4C3水化放出CH4，CH4与氧反应发生爆裂。2）烘烤过快，浇注料防爆性能差，水汽集中挥发，产生裂纹，发生爆裂。可采用金属铝粉或有机纤维或乳酸铝等措施。3）微粉加入量过大，浇注料体积密度较大，气孔率较少，引起水汽集中挥发，产生裂纹，发生爆裂。2、某厂生产的低蠕变莫来石质烧成砖在某钢铁厂高炉热风炉上应用，经使用不到3年时间，炉衬严重变形，发生垮塌。试分析其可能产生的原因，并说明为什么？答：（略）可能原因如下（只要说出一种）：1）原料中杂质，如氧化铁、氧化钠、氧化钾等含量偏大。因为氧化钠、氧化钾是影响铝硅系耐火材料高温力学性能的最有害成分，氧化铁也是较有害的杂质，特别是在还原气氛下成氧化亚铁，影响更大。2）二次莫来石化作用过大。原料引入或通过反应生成的氧化铝、氧化硅发生反应生成莫来石，伴随不可逆的体积膨胀。长期积累，膨胀过大，引起炉体变形、垮塌。注：1、教师命题时题目之间不留空白；2、考生不得在试题纸上答题，教师只批阅答题册正面部分，若考生须在试题图上作解答，请另附该试题图。3、请在试卷类型、考试方式后打勾注明。（第4页）四、论述题（40分，每题10分）1、刚玉-尖晶石浇注料或预制块或机压砖已成为当今世界钢包内衬材料的主流，其损毁方式主要为剥落。试述钢包内衬耐火材料剥落破坏的主要原因，如何提高其性能。答：热剥落：热震稳定性；结构剥落：渣渗透；机械剥落：机械冲击。主要措施：热剥落：1）热膨胀系数小，2）导热率高，3）弹性模量小，4）微裂纹，5）少量液相，6）晶须，7）合适强度。结构剥落：1）保证荷提高原料的纯度，改善制品的化学矿物组成；2）提高体积密度，降低气孔率；3）引入不润湿外加物，提高直接结合率，增大二面角；4）增大渣的粘度。机械剥落：1）骨料硬度，2）泥料粒度组成，3）气孔率，4）结合性质。或者1）提高密度，2）增大强度，3）制品的矿物组成，如固相、液相比例，等，4）组织结构，降低气孔率，5）提高材料颗粒结合的牢固性。2、节能工程被视为“第五能源”，而节能措施之一就是发展和应用隔热材料。请问耐火材料传热方式有哪几种？如何提高隔热耐火材料的隔热效果？答：（略）热传递方式有传导、对流、辐射等。材料化学组成：纯度愈高，晶格质点的相对原子量愈小，密度愈小，导热系数愈大。晶体结构：对称性愈好，导热系数愈大；晶体结构复杂，形成固溶体，晶粒愈小，晶界愈多，导热系数愈小。晶体取向，平行于取向或沿取向方向，导热系数大。玻璃相愈多，导热系数愈小。气孔：高气孔率，微气孔化，闭口气孔，球形气孔，导热系数愈小。粉末、纤维，导热系数愈小。3、水泥回转窑碱性无铬材料是耐火材料领域所关注的热点之一。试选择水泥回转窑无铬碱性耐火材料中某一体系，说出它的优势和存在的主要问题，并提出解决的思路。答：1）体系及性能特征MgO-CaO质：抗热震性好，挂窑皮性好，但容易水化。MgO-ZrO2质：抗热震性好，挂渣性好，但价格高。MgO-Al2O3质：抗热震性好，但不易挂窑皮。或MgO-Al2O3-FeO质：抗热震性好，挂窑皮性好。2）MgO-CaO质抗水化问题注：1、教师命题时题目之间不留空白；2、考生不得在试题纸上答题，教师只批阅答题册正面部分，若考生须在试题图上作解答，请另附该试题图。3、请在试卷类型、考试方式后打勾注明。（第5页）（1）超高温烧成，或二步煅烧；（2）添加物烧成，如Fe2O3等形成部分液相，或氧化铈等形成固溶体；（3）形成稳定化合物，如C2S、C3S、CaZrO3等；（4）表面处理，如磷酸、碳酸等，或树脂、沥青、硅油等；（5）真空包装。也可从其它体系说明。4、目前转炉或电炉炼钢大多采用不烧MgO-C质耐火材料作为炉衬材料。在制备MgO-C质耐火材料时一般加有金属Al粉和SiC粉，请参考下图并从“氧势”即与氧的亲和力角度，分析在1650℃（1923K）的使用温度下，这两种添加剂能否起到抑制碳氧化的作用？为什么？050010001500200025003000-1200-1000-800-600-400-200050010001500200025003000-1200-1000-800-600-400-200•••(2)(1)2C+O2=2COC+O2=CO24/3Cr+O2=2/3Cr2O3Si+O2=SiO2Ti+O2=TiO2Zr+O2=ZrO22Mg+O2=2MgOΔGo/KJ.mol-1温度/K2Ca+O2=2CaO4/3Al+O2=2/3Al2O32/3SiC+O2=2/3SiO2+2/3CO4/3BN+O2=2/3B2O3+2/3N24/3AlN+O2=2/3Al2O3+2/3N2(3)(3)(1)(2)1923K答：（略）金属Al粉可作为抗氧化剂，SiC粉不能起到抑制碳氧化的作用。从图中△Go进行比较，并从动力学上进行说明。