耐火材料經(jīng)常被用作高溫爐體的內(nèi)襯材料，其損傷行為又通常被分為熱應(yīng)力損傷、機(jī)械應(yīng)力損傷、化學(xué)侵蝕損傷和碎塊損傷等幾個(gè)方面，耐火材料通常用常溫和高溫強(qiáng)度、熱震、抗折強(qiáng)度、彈性模量、內(nèi)應(yīng)力等性能指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)材料自身的損傷程度。但是由于不同行業(yè)窯爐的固有特征導(dǎo)致了內(nèi)村耐火材料要承擔(dān)較大的內(nèi)應(yīng)力和沖擊，因此機(jī)械應(yīng)力損傷是窯爐耐火材料的主要損傷機(jī)理，例如：擠壓應(yīng)力損傷和剪切應(yīng)力損傷。耐火材料基于自身材料的組成和應(yīng)用行業(yè)的不同，其實(shí)損傷機(jī)理亦不相同，常見(jiàn)的耐火材料有高鋁質(zhì)耐火材料、鎂鉻質(zhì)耐火材料及鎂碳質(zhì)耐火材料。本文在簡(jiǎn)單介紹這三種耐火材料組成和應(yīng)用特征。
高鋁質(zhì)耐火材料的主要原料有高鋁礬土、硅線石族礦物、剛玉、合成莫來(lái)石等，結(jié)合劑為黏土，經(jīng)過(guò)壓制成型后高溫?zé)贫伞８咪X耐火材料內(nèi)部容易形成玻璃體和莫來(lái)石，基于玻璃體“近程有序，遠(yuǎn)程無(wú)序”的分子結(jié)構(gòu)特征，其會(huì)影響軟化溫度。高鋁耐火材料的性質(zhì)主要依靠其組成和結(jié)構(gòu)，其抗熱震性能則主要依靠莫來(lái)石相、玻璃相和剛玉的含量。具體來(lái)說(shuō)，莫來(lái)石含量與抗熱震性能具有較好的線性相關(guān)系數(shù)，即莫來(lái)石含量越高，抗熱震性能越好。高鋁質(zhì)耐火材料中 Al2O3 含量一般都在 48 %以上，基于 Al2O3 含量可分為三個(gè)等級(jí)，其中Ⅰ等的含量為 ≥75 %，Ⅱ等的含量為≥65%，Ⅲ等的含量為≥55 %。在Ⅰ等高鋁耐火材料制品內(nèi)部，由于莫來(lái)石含量較少，并且莫來(lái)石自身熱膨脹系數(shù)較低，亦不能形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因而其抗熱震性能較差。在Ⅱ等和Ⅲ等高鋁耐火材料制品內(nèi)部，則因?yàn)槟獊?lái)石含量原因而具有相對(duì)較好的抗熱震性能。高鋁質(zhì)耐火材料主要用于鼓風(fēng)爐、反射爐、水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯，也常用于平爐蓄熱式格子磚和澆注系統(tǒng)用的塞頭等。
鎂鉻質(zhì)耐火材料的主要原料為氧化鎂(MgO) 和氧化鉻(Cr2O3)：其中通過(guò)純度較高的鉻礦和鎂砂經(jīng)過(guò)高溫反應(yīng)生成方鎂石和尖晶石等高溫礦物相直接結(jié)合的鎂鉻轉(zhuǎn)為直接結(jié)合鎂鉻磚，這一類(lèi)型磚體的高溫強(qiáng)度和抗渣性能較好。通過(guò)電熔鎂鉻砂為原料，根據(jù)一定配比經(jīng)過(guò)高壓成型和高溫?zé)Y(jié)而成的為電熔再結(jié)合鎂鉻磚，這一類(lèi)型磚體內(nèi)部方鎂石和尖晶石等高溫礦物相直接結(jié)合程度高，雜質(zhì)含量少，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和體積穩(wěn)定性、耐腐蝕性、抗侵蝕性；而采用部分電熔鎂鉻砂為原料的則為半電熔再結(jié)合鎂鉻質(zhì)耐火材料。然而鎂鉻質(zhì)耐火材料在使用中因其組成會(huì)產(chǎn)生六價(jià)鉻氧化物，對(duì)人體健康具有一定的危害作用，應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)當(dāng)盡力做好防護(hù)措施。
鎂碳質(zhì)耐火材料的主要原料為高純度鎂砂粉、碳材料(例如；石墨)和瀝青及樹(shù)脂等，根據(jù)一定的配比熱混成型后，再經(jīng)過(guò)300℃高溫烘干，使得瀝青或樹(shù)脂可碳化結(jié)合成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。為了防止鎂碳質(zhì)耐火材料內(nèi)部碳的氧化，經(jīng)常添加鋁、硅、鎂、氮化硼等添加劑，添加量低于 5 %(質(zhì)量比)。通常情況下，若石墨添加量過(guò)少(小于10 %)，材料內(nèi)部連續(xù)的碳質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不易形成，故不能充分發(fā)揮其功效；若石墨添加量過(guò)多(大于 20 %)，材料不易成型，且燒結(jié)后容易存在裂紋和氧化，故石墨的添加量才是原料組成的關(guān)鍵因素。鎂碳質(zhì)耐火材料具有良好的抗渣性和抗熱震性能，其被廣泛應(yīng)用于煉鋼行業(yè)的多個(gè)領(lǐng)域，例如：氧化轉(zhuǎn)爐的爐襯、高功率電爐爐墻、出鋼口、鋼包內(nèi)襯等。