耐火材料与燃烧概论模拟测试2

模拟试卷二一、名词解释(每小题3分，共15分)1.耐火材料；2.蠕变；3.金属陶瓷；4.标准煤；5.燃料二、单项选择(每小题2分，共10分)1.耐火度是指材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度，它标志着材料作用的性能。A．抵抗高温；B．抵抗热震；C．抵抗过热；D．抵抗变形2.硅砖的荷重软化温度较高，一般为1620~1670°C，与其接近。A.熔化温度；B.烧结温度；C.耐火度；D.烧成温度3.平焰燃烧器的最突出优点是。A.燃烧比较完全；B.对工件的加热比较均匀；C.火焰温度高，火焰短，火力强；D.热负荷调解范围较宽4.的高低是评价煤质优劣的主要依据。A.煤灰分；B.煤水分；C.煤中碳含量;D.煤中硫含量5.高温条件下，碳氧共存时，C-O体系内的气相组成主要是。A.O2；B.CO；C.CO2；D.N2三、多项选择(每小题3分，共15分)1.硅砖烧成的目的，是使，从而获得所要求的足够强度。A.石英充分转化，B.晶粒长大；C.充分地烧结；提高抗热震性2.是含游离CaO白云石耐火制品的重要缺点。A.抗热震性能很差；B.抗碱性渣的性能好；C.高温强度比较高；D.抗水化性能很差3.碳复合耐火材料，按结合方式来分，主要有。A.陶瓷结合；B.水结合；C.碳结合；D.水泥结合4.不定形耐火材料的化学和矿物组成取决于所用的。A.粉状耐火物料；B.粒状耐火物料；C.结合剂的品种；D.结合剂的数量5.绝热材料的主要特征为。A.气孔率高；B.体积密度小；C.导热系数小；D.重烧收缩大四、简答题(每小题10分，共50分)1.按化学矿物组成耐火材料分为哪几种？2.试描述高铝矾土在煅烧过程中发生的主要变化？3.简述耐火材料与熔渣接触时发生结构崩裂的机理。4.简述镁铬质耐火材料具有良好抗渣蚀性能的主要原因。5.叙述碳复合耐火材料有哪些优缺点？为克服其缺点，通常采取何种措施及其作用机理。五、计算题(共10分)某液体燃料中含碳量80%，含氢20%。试计算10kg这种燃料完全燃烧时所需实际空气量和产生实际烟气量。设空气过剩系数为1.2，且空气中不含水分。（10分）模拟试题二答案一、名词解释1.耐火材料：耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机非金属材料和制品。2.蠕变：当耐火材料承受低于极限强度的一定应力时会产生塑性变形，变形量随负荷时间延长而增加，甚至导致材料破坏。这种受外力作用产生的变形随时间而增加的现象称为蠕变。3.金属陶瓷：金属陶瓷为用物理或化学方法将陶瓷相与粘结金属(或合金)相相互合成为整体的非均质复合材料。4.标准煤：以进入燃烧装置的燃料为准(例如对煤基为应用基)每放出29300kJ(即7000kcal)热量(按低位发热量计算)折算为1kg标准煤。5.燃料：凡是在燃烧时能够放出大量的热，并且此热量能够经济地利用在工业和其他方面的物质统称为燃料。二、单项选择1.A；2.C；3.B；4.A；5.B三、多项选择1.AC；2.AD；3.AC；4.ABCD；5.ABC四、简答题1.试述按化学组成分类耐火材料有哪几种？（10分）答：按化学矿物组成的不同，耐火材料主要有以下几类：(1)氧化硅质耐火材料。这是以SiO2为主要成分的耐火材料，主要的品种有各种硅砖和石英玻璃制品。(2)硅酸铝质耐火材料。这是以Al2O3和SiO2为基本化学组成的耐火材料。(3)镁质耐火材料。这是以MgO为主要成分和以方镁石为主要矿物构成的耐火材料。(4)白云石质。耐火材料这是一类以氧化钙(40~60%)和氧化镁(30~42%)为主要成分的耐火材料。(5)橄榄石质耐火材料。这是一种含MgO35~62%，MgO/SiO2重量比波动于0.95~2.00，由镁橄榄石为主要矿物组成的耐火材料。(6)尖晶石质耐火材料。这是一类主要由尖晶石组成的耐火材料。主要品种有由铬尖晶石构成的铬质制品(Cr2O3≥30%)，由铬尖晶石、方镁石构成的铬镁质制品(含Cr2O318~30%，MgO25~55%)和由镁铝尖晶石构成的制品。(7)含碳耐火材料。这类材料中均含有一定数量的碳或碳化物。主要品种有由无定形碳构成的炭砖或炭块；由石墨构成的石墨制品；由碳化硅构成的碳化硅制品；由碳纤维及碳纤维与树脂或其他碳素材料复合为整体构成的材料(8)含锆质耐火材料。这类材料中均含有一定数量的氧化锆。常用的品种有以锆英石为主要成分的锆英石质制品；以氧化锆和刚玉或莫来石构成的锆刚玉和锆莫来石制品，以及以氧化锆为主要组成的纯氧化锆制品。(9)特殊耐火材料。这是一类由较纯的难熔的氧化物、碳化物、硅化物和硼化物以及金属陶瓷构成的耐火材料。2.试描述高铝矾土在煅烧过程中发生的主要变化？答：高铝矾土在煅烧过程中发生一系列物理化学变化，由水铝石和高岭石为主要矿物的高铝矾土在煅烧时，大致分为三个阶段，即分解脱水和莫来石化阶段、二次莫来石化阶段和重结晶烧结阶段。(1)分解脱水和莫来石化阶段α-Al2O3·H2O400~600Cα-Al2O3+H2O↑(3-7)Al2O3·2SiO2·H2O400~600CAl2O3·2SiO2+2H2O↑(3-8)3(Al2O3·2SiO2)950C3Al2O3·2SiO2+4SiO2(3-9)高铝矾土的脱水反应一般开始于400˚C，至400~600˚C反应激烈，700~800˚C反应完成。水铝石脱水后，在较高温度下，逐步转变为游离刚玉。高岭石脱水后，形成无水高岭石。在950˚C以上，无水高岭石转变为莫来石和非晶质二氧化硅，后者在高温下转变为方石英。(2)二次莫来石化阶段二次莫来石化也称次生莫来石化，是指高铝矾土中所含高岭石分解并形成莫来石后，析出的无定形SiO2与水铝石分解后形成的游离刚玉发生反应再次生成莫来石的过程。其反应式如下：3Al2O3+2SiO21200~1500C3Al2O3·2SiO2(3-10)二次莫来石化反应始于1200˚C，随着温度的升高，该反应加剧，同时伴随着约10%的体积膨胀。二次莫来石化反应的完成依Al2O3/SiO2比值的不同而不同。Al2O3/SiO2比值越接近2.55，其反应各完成温度越高(1500˚C左右)。Al2O3/SiO2比值较大者，反应完成温度偏低，一般为1400~1500˚C。在二次莫来石化反应完成的同时，高铝矾土中的Fe2O3、TiO2和其他杂质与Al2O3、SiO2形成液相。该液相的存在，有助于二次莫来石化的进行，同时也为重结晶烧结准备了条件。(3)重结晶烧结阶段在二次莫来石化阶段，由于液相的形成，已经发生某种程度的烧结作用，但是这时的烧结进程非常缓慢。只有随着二次莫来石化阶段的完成，重结晶烧结作用才开始迅速进行。在1400˚C或1500˚C以上，在液相的作用下，刚玉和莫来石晶体长大，同时气孔迅速缩小，气孔率降低，物料逐渐趋于致密。一等矾土熟料主晶相为刚玉，仅有少量的莫来石，有时还有少量的钛酸铝；二等矾土主晶相为发育完好的莫来石结晶，还有刚玉集合体；三等矾土熟料主晶相为莫来石，还有较多的玻璃相。在这个阶段，矾土的烧结速度明显加快。平均每提高10˚C，吸水率降低1~1.5%。达到烧结温度之后再提高温度时，由于膨胀，吸水率反而上升。3.简述耐火材料与熔渣接触时发生结构崩裂的机理。水铝石游离刚玉高岭石偏高岭石莫来石无定形石英游离刚玉无定形石英二次莫来石答：结构崩裂是指耐火材料受到侵蚀时，当其物相和结构变化到一定程度时，导致耐火材料的崩坏现象。由渣蚀引起的结构崩裂，一般认为是由于形成变质层和形成比容差别较大的产物引起的。①变质层的形成。变质层的形成，是由于熔渣的渗入所致。在渗入过程中，由于材料内温度梯度和熔渣粘度的影响，熔渣侵入到一定深度后，就不再继续渗透。因此，从耐火材料热面到其内部一定的深度，就形成了组成与结构有别于原材料的变质层。而且熔渣在渗透时还发生“化学过滤”，沿熔渣的渗透方向，其化学组成和物相组成都可能发生不断的改变。故变质层内随其厚度的变化，其组成与结构也有一定差别。②结构的崩裂。在变质层形成过程中，由于形成的产物间和同原材料间的比容和热膨胀性等有差别，在变质层与原材料之间或变质层内各层因各种物相摩尔体积变化而产生结构应力，并破坏其间的结合，形成裂纹，甚至产生剥落和崩裂。4.简述镁铬质耐火材料具有良好抗渣蚀性能的主要原因。答：镁铬砖的耐蚀性有以下特点：(1)随Cr2O3量的相对提高，出现液相温度提高，在一定温度下液相量降低。(2)当系统中有硅酸盐相共存时，随Cr2O3含量的增加，尖晶石相在硅酸盐中的溶解度也逐渐降低。(3)随着Cr2O3含量的增加，液相黏度增大。所以，镁铬制品具有良好的抗渣侵蚀性能。5.叙述碳复合耐火材料有哪些优缺点？为克服其缺点，通常采取何种措施及其作用机理。答：MgO-C系耐火材料具有如下特点。(1)耐火度高。由于碳复合耐火材料是由高熔点的氧化物(或碳化物)与碳组成，且氧化物与碳之间一般没有共熔关系，因此碳复合耐火材料的耐火度普遍较高。(2)高温强度好。由于碳复合耐火材料的耐火度高且颗粒间存在着牢固的碳结合网络。因此碳复合耐火材料的高温强度很高。(3)抗渣蚀性能好。由于耐火制品中碳对熔渣的润湿较大，不易被熔渣所浸润，因此碳复合耐火材料具有良好的抗渣性。(4)抗热震性好。由于石墨具有导热系数小(1000ºC时为229W/m·ºC),低热膨胀系数(0~1000ºC时为1.4~1.5×10-6/ºC)以及较小的弹性模量(E=8.82×1010Pa)，碳复合耐火材料具有良好的抗热震性能。(5)抗蠕变性能好。由于耐火材料颗粒间以及颗粒与石墨间存在着牢固的碳结合网络，不易产生滑移，因此碳复合耐火材料具有良好的高温抗蠕变性能。镁碳质耐火材料具有在高温条件下与氧接触时容易发生氧化反应而损失，即抗氧化性差的缺点。为提高其抗氧化性，常加入Al,Si,Mg及其合金、碳化物或氮化物等各种添加剂，这些抗氧化剂通过如下两方面改善耐火材料的性能。在热力学方面，因抗氧化剂与氧的亲和能力大于碳与氧的亲和力，抗氧化剂通过将CO还原为C，部分补偿了耐火材料中C的氧化损失。如：SiC+3CO=SiO2+3C。在动力学方面，抗氧化剂被氧化成其氧化物以后，伴有明显的体积膨胀效应，可以堵塞因C氧化而产生的气孔，提高耐火材料的致密性，减小氧向耐火材料内部扩散的速率，进而抑制氧化反应，提高耐火材料的抗氧化性。特别是在适当的热力学条件下，在耐火材料表面形成致密的氧化物保护层以后，耐火材料的抗氧化性将得到显著提高。五、计算题解：1kg燃料完全燃烧时所需氧气为1007.01007.010055.5100866.102yyyyOOSHCV(Nm3/kg)=1.866×0.8+5.55×0.2=1.4928+1.11=2.6028所需空气21.0002OVV=2.6028/0.21=12.3910kg这种燃料完全燃烧时所需理论空气量为15.9×10=123.9Nm3所需实际空气量为0VV=123.9×1.2=148.68Nm31kg这种燃料完全燃烧时所产生烟气量为：(1)CO2的体积2COV100C866.1100C1214.22VyyCO2=1.866×0.8=1.4928Nm3(2)燃料中所含氢燃烧后生成的水蒸气：yyOHHHV112.0100224.2222=0.111×20=2.22Nm3(3)理论氮气的体积0N2V理论空气量0V中所含氮，即0079.02VVN=0.79×12.39=9.7881Nm3故理论烟气量0yV为0N0OHRO0y222VVVV=1.4928+2.22+9.7881=13.5Nm310kg这种燃料完全燃烧时所产生理论烟气量为13.5×10=135Nm310kg这种燃料完全燃烧时所产生实际烟气量为00)1(VVVyy=135+（1.2-1）×123.9=159.78Nm3答：略