為什麼使用鋼材也需要考慮防火

『壹』 鋼是不燃性物質，為什麼還要對其防火

鋼材是非燃燒的建復築材料，制但它不耐火，在當溫度達到一定程度時鋼材的力學性能、抗拉強度及彈性模量等會受到溫度影響而發生變化；當溫度超過了鋼材的最大限度時，鋼材的強度和鋼度都將迅速降低，從而使得鋼構件就會失去承載能力。因此，無防火保護的鋼構件在火災中極易遭到破壞

『貳』 鋼材不耐火的原因及防火方法

耐火材料是應用於鋼鐵工業中的重要材料，它主要應用在煉鋼爐、煉鐵爐的內襯，承裝和運輸金屬及爐渣的鋼包的內襯，下道工序加熱鋼坯的爐子內襯，以及傳導熱氣的煙道和高爐爐身的內襯。那麼鋼材不耐火的原因及防火方法有哪些的呢?本文是我整理鋼材不耐火的原因及防火方法的資料，僅供參考。

鋼材不耐火的原因及防火方法

一是其在高溫下強度降低快。在建築結構中廣泛使用的普通低碳鋼溫度超過350℃，強度開始大幅度下降，在500℃時約為常溫時的1/2，600℃時為常溫時的1/3。冷加工鋼筋和高強鋼絲在火災高溫下強度下降明顯大於普通低碳鋼筋和低合金鋼筋，因此預應力鋼筋混凝土構件，耐火性能遠低於非預應力鋼筋混凝土構件。

二是剛才熱導率大，易於傳遞熱量，使構件內部升溫很快。

三是高溫下鋼材塑性增大，易於產生變形。四是鋼構件截面面積較小，熱容量小，升溫快。

鋼材的耐火性能差的原因分析

鋼材和岩棉夾芯板同屬無機材料，我們要知道鋼材的耐火性能差的原因，就要先知道無機材料在高溫下存在需解決的問題。無機材料由於在高溫時熱膨脹收縮不一致可能導致導熱、變形、爆裂、強度降低、組織鬆懈等等問題。此外對鋁材、花崗石、大理石、鈉鈣玻璃等建築材料在高溫時還要考慮軟化、熔融等現象的出現。為了保障建築鋼材的質量，在生產時必須在嚴格的技術控制下進行，它具有強度大、塑性好和韌性好、品質均勻、可焊可鉚、製成的鋼結構質量輕等有點。但是它的防火性能卻是比較差的，這一點岩棉夾芯板比它要好很多。

鋼材不耐火的原因：一是其在高溫下強度降低快。在建築結構中廣泛使用的普通低碳鋼溫度超過350℃，強度開始大幅度下降，在500℃時約為常溫時的1/2，600℃時約為常溫時的1/3。冷加工鋼筋和高強鋼絲公火火高溫下強度下降明顯大於普通低碳鋼筋和低合金鋼筋，因此預應力鋼筋混凝土構件，耐火性能遠低於非預應力鋼筋混凝土構件。二是鋼材熱導率大，易於傳遞熱量.使構件內部升溫很快。三是高溫下鋼材塑性增大，易於產生變形。四是鋼構件截回面積較小，熱容量小，升溫快。處於火災高溫下的裸露鋼結構往往在15min左右即喪失承載能力，發生倒塌破壞。

提高鋼結構的防火性能的方法

鋼結構不防火是說在火災高溫作用下，其力學性能如屈服強度、彈性模量等卻會隨溫度升高而降低，通常在450～650℃溫度中就會失去承載能力，發生很大的形變，導致鋼柱、鋼梁彎曲，結果因過大的形變而不能繼續使用。採用以下方法可以有效的提高鋼結構的防火性能：

一、外包層。就是在鋼結構外表添加外包層，可以現澆成型，也可以採用噴塗法。現澆成型的實體混凝土外包層通常用鋼絲網或鋼筋來加強，以限制收縮裂縫，並保證外殼的強度。噴塗法可以在施工現場對鋼結構表面塗抹砂泵以形成保護層，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂漿，也可以摻入珍珠岩或石棉。同時外包層也可以用珍珠岩、石棉、石膏或石棉水泥、輕混凝土做成預制板，採用膠粘劑、釘子、螺栓固定在鋼結構上。

二、充水(水套)。空心型鋼結構內充水是抵禦火災最有效的防護措施。這種方法能使鋼結構在火災中保持較低的溫度，水在鋼結構內循環，吸收材料本身受熱的熱量。受熱的水經冷卻後可以進行再循環，或由管道引入涼水來取代受熱的水。

三、屏蔽。鋼結構設置在耐火材料組成的牆體或頂棚內，或將構件包藏在兩片牆之間的空隙里，只要增加少許耐火材料或不增加即能達到防火的目的。這是一種最為經濟的防火方法。

四、膨脹材料。採用鋼結構防火塗料保護構件，這種方法具有防火隔熱性能好、施工不受鋼結構幾何形體限制等優點，一般不需要添加輔助設施，且塗層質量輕，還有一定的美觀裝飾作用，屬於現代的先進防火技術措施。

鋼廠耐火材料的分類

耐火材料是應用於鋼鐵工業中的重要材料，它主要應用在煉鋼爐、煉鐵爐的內襯，承裝和運輸金屬及爐渣的鋼包的內襯，下道工序加熱鋼坯的爐子內襯，以及傳導熱氣的煙道和高爐爐身的內襯。因此，簡單地說，我們可以把它視作結構材料，它們可以承受的溫度為260-1760℃。

耐火材料價格昂貴，任何耐火材料的事故都將導致浪費大量的生產時間和設備，有時甚至是產品本身。耐火材料類型也將影響能量的消耗和產品質量。因此，選取最適合於各種應用的耐火材料是至關重要的。而經濟效益對此有很大的影響，最適合某種用途的耐火材料不必是用得最久的材料，而是能在安裝成本與使用性能之間取得平衡的材料，這種平衡不是固定不變的，而是隨著新工藝或新耐火材料的引入而不斷變化的。歷史證明，堅持不懈地尋求和開發更合理的冶金工藝，極大地推動了耐火材料的發展，這些耐火材料問題的迅速解決又成為近代鋼鐵工藝不斷發展的重要素。本文的內容是討論包括這些問題的許多因素，以及提供解決這些問題的信息。

耐火材料可以有許多分類方法，其中沒有一種是令人十分滿意的。從化學觀點來看，耐火材料和一般物質一樣分為三類：酸性、鹼性和中性。理論上，酸性耐火材料不能應用於鹼性爐渣，鹼性氣體或煙氣，而在上述鹼性介質中，最好應用鹼性耐火材料。實際上，由於各種原因，這些規則不斷地被打破。因而，長期以來化學分類只是學術上的，對於指導實際應用沒有多少價值。而且真正意義上的中性耐火材料是否存在也值得懷疑。通過用途來分類是相當廣泛採用的方法，如高爐耐火材料或氧氣煉鋼耐火材料，而且這些分類在不斷地被修正。

因此，我們根據所准備的原料和加工後的主要礦物質對耐火材料進行分類。我們確信這種分類方法為清楚理解鋼廠耐火材料的本質提供了最大的可能性。

A.氧化鎂或氧化鎂-氧化鈣類

這一類包括所有由天然或合成的菱鎂礦、水鎂礦、白雲石得來的耐火材料。它們組成了最重要的一類用於煉鋼過程的鹼性耐火材料。所有這些材料被用作氧化鎂的來源。

合成氧化鎂由海水或鹵水中合成得來的氧化鎂(方鎂石)代表了最重要的一種用於現代煉鋼設備的耐火材料原料。生產緻密的合成氧化鎂需要很多步驟，簡單概括如下：

(1)Mgcl2+Ca,Mg(OH)2 =Mg(OH)2+CaCl2

海水或鹵水熟白雲石氫氧化鎂殘留鹽

(2) Mg(OH)2 ℃Mg0(低密度的)

(3) MgO ℃ Mgo(緻密的)

所產生的緻密氧化鎂一般純度可達95%-99%，這取決於生產過程和最終應用要求。如上所示，氧化鎂可以由海水和熟石灰得到。最終產品的緻密度是通過在豎爐中高溫焙燒以及大面積的鍛燒，再經機械壓實而得到的。通過預燒耐火材料原料來從根本上消除其永久的收縮量或延伸量極其重要，這一點是顯而易見的，因為我們不可能指望在使用中會過度收縮或延伸的材料能夠用於儲存適當程度的金屬液或渣子。世界各地均有生產合成氧鎂(方鎂石)的大工廠，在美國密執安州由鹵水井生產，而由海水中生產氧化鎂的工廠位於佛羅里達州、得克薩斯州、加里福尼亞州和馬里蘭州。

B.鉻鎂類

天然存在的鉻礦由耐火材料尖晶石構成，其中尖晶石是由不同比例的MgO,FeO,Al2O3,Cr2O3及Fe2O3和少量硅酸鹽組成的混合物。成分變化較大的鉻礦適合於做耐火材料用，大多數合適的格礦耐火材料產於菲律賓和南非，有些鉻礦在使用前必須經過精選以減少脈石(主要是二氧化硅)的含量。在耐火材料產品中，鉻礦主要與氧化鎂結合使用，這樣可以將兩種材料的最佳特點結合起來。鉻礦在應用前不需要焙燒。

C.硅質耐火材料

石英砂石英砂或硅石是純度最高、應用最廣泛的含硅原料。產於賓夕法尼亞州，威斯康辛州、亞拉巴馬州、猶他州和加里佛尼亞州的大量岩石中含有超過98%的SiO2，長期以來它們用於硅磚生產。目前大量用於焦爐的硅磚仍然由石英砂生產。通過沖洗石英卵石和卵石團塊可以生產高純度的二氧化硅。

砂石砂石或火石基本上是由粘著的砂粒構成的一種沉積岩，通常含有90%～96%的SiO2,3% - 5%的Al2O3及一些氧化鐵和石灰。砂石相對柔軟，且有條紋，這樣易於切割成塊狀或其他形狀。

熔融石英高純度二氧化硅用電熔融後可以用來生產非晶或隱晶的熔融石英、這種具有特殊性能的團塊，用於低溫耐火材料。

鋯石和二氧化鋯鋯石耐火材料(ZrO2·SiO2)是由產於澳大利亞和佛羅里達的特殊鋯砂，經過浮選和磁精選生產出的。穩定的二氧化鋯是由同種鋯砂通過電熔融並除去二氧化硅和其他雜質生產出來的。

D耐火粘土類.

半硅質耐火粘土半硅質耐火粘土這一術語是指SiO2含量有一個較大范圍的粘土這里所說的系指含SiO2至少達75%用於半硅磚生產的粘土，它們具有很少的雜質如鹼金屬，鹼土金屬氧化物和鐵氧化物。 塑性耐火粘土是一種具有充分的天然塑性的耐火材料，用以粘接非塑性材料。

燧石耐火粘土它是一種硬的或像燧石狀的耐火粘土，以非層狀岩石存在，幾乎沒有天然的塑性，具有貝殼狀斷口。

球狀耐火粘土也叫伯雷耐火土或伯雷硬質粘土，球狀耐火粘土以岩石形式存在，有含鋁或含鐵的球狀物，或兩者均有，靠粘土粘接。 高嶺土盡管不是耐火粘土，但某些高嶺土是高級耐火材料，且越來越多地用於製作耐火磚。高嶺土可沉積和殘留，並且相當純，一般非常接近理論粘土成分，用AI2O3·2SiO2·2H2O表示。

正像後面將要介紹的那樣，耐火粘土一般通過預燒粘土和生粘土或未燒粘土相結合的方法生產。

E.高鋁類

這類包括用於生產耐火粘土所達不到的、含AI2O2高達44% 以的那些耐火材料，有很多種含不同礬土量的此類耐火材料，介紹如下： 含鋁高嶺土通過選礦和精選，可以從沉積在喬治亞州和阿拉巴馬州的高嶺土中生產出含AI2O3達50%-70%的原材料來，這些產品含有害雜質(如鹼金屬和鐵氧化物)量很低，廣泛應用於耐火材料。近年來，先進的焙燒設備已經被用來將這此含鋁高嶺土製成緻密、穩定的材料。

硅線石、紅柱石和藍晶石這些礦石化學式均為Al2O3·SiO2,理論上含62.9%的Al2O3和37.1%的SiO3。加熱時，全部形成莫來石(2Al2O3·2SiO2)和硅質玻璃體，只是分解的難易程度不同。藍晶石最易轉化，轉化溫度為1, 325℃，而硅線石的轉化最困難，轉化溫度為1, 530℃。近年來產於佛吉尼亞州和北卡羅米納州的藍晶石已經廣泛地用於國內作為原料或鍛燒形式的耐火材料的生產。

高純礬土本質上，由用拜耳法從鋁礬土中得到的硝酸鋁生產出的鍛燒鋁礬土，通過燒結或熔解，可得到緻密而純的Al2O3。盡管氧化

鋁材料昂貴，但當其在純態或與前述粘土、鋁礬土或其他耐火材料一起使用時，可為耐火材料添加特殊性能。

礬土可以和純二氧化硅預反應以生產莫來石填料，或在加工過程中就地生產磚。

F.碳類

這一類包括天然或人造石墨，各種類型的煤、焦炭、碳化硅和氮化硅。石墨在國內外均分布廣泛。由於石墨常與石灰岩或硅酸岩混合存在，所以它的提純非常昂貴。在塞隆和馬達加斯加發現的片狀石墨適合於生產坩堝和塞棒頭，塞棒頭上石墨由大塊粘土粘接。在與其他耐火材料混合使用時無定形的和片狀的石墨可以增加許多耐火材料的抗渣性。

碳磚或碳塊作為耐火材料應用非常廣泛，並且可以由鑄造焦炭、石油焦炭或煅燒無煙煤生產。瀝青也能作為粘和劑應用於此類耐火材料中。碳化硅是在高溫電爐中利用熔融石油焦和石英砂來生產的，純碳化硅可以直接使用，或作為添加料與耐火粘土、高純礬土或碳質耐火材料一起給耐火材料賦予一些特殊性能。耐火原材料

耐火原材料已經在前面介紹過，鍛燒材料經焙燒，去除揮發成份及水分，使材料緻密，

在以後的使用中收縮量和反應最小。鍛燒的溫度范圍為1093℃一1925℃生的或未鍛燒的材料使用時要比焙燒過的材料便宜，並且用於給某些耐火材料賦予某些可取的性能，諸如塑性，或體積膨脹。在生產或使用中，用粘合劑以增加耐火材料的強度，粘合劑包括： (a)臨時粘合劑，例如紙的副產品、糖或某些粘土，以增加生產中的輸送強度。

(b)化學粘合劑，它們能在生產中、生產後或整體材料安裝時增加其強度。例如，硅酸鈉、磷酸、磷酸玻璃、鉻酸、硼酸和硫酸鎂。

(c) 水泥粘合劑，這種粘合劑與水混合時靠液壓粘合。用於耐火材料的此類粘合劑主要是鈣一礬水泥，它能迅速粘合，並能維持粘合強度到中溫。

(d) 有機粘合劑，諸如用於還原氣氛的焦油，瀝青，樹脂，在這種氣氛下碳殘留物保證粘接強度，或起防止變化作用。

在耐火材料生產前，生料處理過程對最終產品的成分和性能有重要影響。

高爐和附屬設備中的耐火材料:

這部分涉及到大量有關高爐耐火材料的設計和應用的信息，有關討論將補充這些信息。為方便起見，高爐耐火材料按其使用部位分為三部分：出鐵場用耐火材料，爐體用耐火材料，熱風爐及附屬設備用耐火材料。

小型高爐的出鐵口材料通常是將粘土、焦炭和瀝清混合，並且加水擠壓成形、而對於條件苛刻的大高爐，則需要使用無水出鐵口材料，並且要用焦油和其他能提高耐腐蝕性的骨料壓實(包括高鋁團塊，二氧化硅，硅鎳合金等等)，這種無水材料的性質要求當它最初較軟時，堵鐵口泥炮在它的位置上保留一小段時間，當它流到位後由於受熱而變硬，在每一次出鐵後，這種無水材料的消耗小於水處理的材料，而且其熱強度也比水處理材料高得多。

出鐵溝耐火材料的設計也依賴於高爐的體積，對於小的且只有一個出鐵口的高爐，出鐵溝被設計成定期作業，然後排空，經常用一些低價的材料噴補爐襯或填塞加以維護，而對於大的有多個出鐵口的高爐，出鐵溝經常長期工作，不斷地與熱鐵水接觸，需要用昂貴的高鋁塑性材料和含有碳、硅的材料定期重新砌襯，大高爐出鐵溝更換前的壽命可達40萬到2000萬公噸。

高爐爐體高爐內條件變化很大，它的耐火材料損耗可以有幾種機理，在新的爐體內，一般傾向於用高鋁產品(氧化鋁的含量在6o%一99%)，或具有高熱導率的碳材料，或特殊的Sic耐火材料。好的高爐爐襯主要依賴於所使用的冷卻系統，以及在高爐超齡條件下提供待續有效冷卻的能力。對於現代高爐，盡管使用昂貴的耐火材料延長了耐火材料的壽命，但壽命延長毫無疑問主要是由於更有效的冷卻(例如二倍的煙道冷卻板)和由於理想的高爐負荷而帶來的穩定操作條件。高導熱型磚帶有外部冷卻，而低導熱材料使用冷卻板提供穩定的爐襯厚度。爐腹區的耐火磚除了高導熱率外還必須抵抗前述各種損耗因素，這類耐火材料中只有最高級的才能做到這一點。

在爐缸，由於鋼水凝固線在穩定的位置可以保持很多年，帶有或不帶下冷卻的厚碳磚設計使爐齡日益延長。

高爐內襯的壽命非常依賴於原始設計和操作條件，以至於不同規格的爐子，在不同的實踐中，很難比較不同耐火材料的性能。爐襯的

壽命一般為3-10年，或者300萬噸到2000萬噸的產量。通過用特殊的水泥粘接澆注塊噴補高爐而經常進行的中間補爐可以短期延長高爐的使用，用這種噴補工序後可以使需要大修的高爐延長1-3年使用。最近，特殊的無水漿材料已經被用來修復爐腹和低爐體區域，方法是在施加壓力的情況下，噴漿到需要修補的地方。

『叄』 為何鋼材也需要考慮防火

雖然鋼材不會燃來燒，但鋼材遇到高溫源會發生變形，導致結構坍塌。

鋼材作為建築材料在防火方面又存在一些難以避免的缺陷。一般不加保護的鋼結構的耐火極限為15分鍾左右。通常在450～650℃溫度中就會失去承載能力，發生很大的形變，導致鋼柱、鋼梁彎曲甚至於結構坍塌。

要使鋼結構材料在實際應用中克服防火方面的不足，必須進行防火處理，其目的就是將鋼結構的耐火極限提高到設計規范規定的極限范圍。

(3)為什麼使用鋼材也需要考慮防火擴展閱讀：

防止鋼結構在火災中迅速升溫發生形變塌落，其措施是多種多樣的，關鍵是要根據不同情況採取不同方法，如採用絕熱、耐火材料阻隔火焰直接灼燒鋼結構，降低熱量傳遞的速度推遲鋼結構溫升、強度變弱的時間等。

但無論採取何種方法，其原理是一致的。

空心型鋼結構內充水是抵禦火災最有效的防護措施，這種方法能使鋼結構在火災中保持較低的溫度、水在鋼結構內循環、吸收材料本身受熱的熱量。受熱的水經冷卻後可以進行再循環、或由管道引入涼水來取代受熱的水。

『肆』 鋼結構為什麼要進行防腐和防火處理

室內火災燃燒的三個階段：轟燒前階段、全面大戰階段、冷卻階段，在轟燒前階專段和全面發展階段之間屬有一個快速發展階段被稱為轟然。在燃燒和通風充足的條件下，當所有可燃物都被引燃時，火災將發展到最大規模，同時也很會蔓延，因當溫度達到550℃時，鋼材的強度將只有常溫中的40%，沒採取任何防火保護措施的鋼結構建築，當撲救不及時時，鋼梁、鋼柱就會失去承載力 ，結構極易倒塌。

所以，室內鋼結構建築必須要做防火塗料的防火處理，這樣才能避免大范圍的災難以及損失。

『伍』 鋼鐵不燃燒，為什麼要塗防火塗料

鋼結抄構本來不易燃燒的，鋼襲結構建築的優點是:節能，環保，抗震性能優良，施工速度快，自重輕是現代建築物的首選材料，但是鋼結構建築有兩大缺點:
1.鋼結構易腐蝕，不施工防銹漆是達不到建築的設計使用年限的，所以鋼結構建築必須施塗防銹漆加以保護。
2.鋼結構的耐火性能很差，一般在建築物著火後15分鍾內會造成鋼結構建築失去承載能力，建築物會很快坍塌，造成極大的人員傷亡和財產損失。所以必須通過施工防火塗料或來提高鋼結構建築的耐火時間，使建築達到規范的防火要求，在發生火災時給人員逃生，搶救貴重物品，消防人員滅火贏得寶貴的時間，這就是鋼結構建築施工防火塗料的原因。

『陸』 為什麼要防範鋼結構火災

鋼結構本身具有抄一定的耐熱性，沮度在250℃以內，鋼的性質變化很小，這也是其被廣泛應用的原因。但溫度達到450-650℃時，鋼的強度幾乎為零，因此鋼結構防火性能較鋼筋混凝土差。
輕鋼結構建築耐火等級較低，防火性能較差，在高溫作用下其力學性能包括彈性模量、屈服強度都會大幅度降低，容易發生垮塌，造成人員傷亡和較大火災損失火災。鋼結構應按照國家的防火規范來進行設計，鋼結構防火塗料分為薄塗型和厚塗型兩類。對室內裸露鋼結構、輕型屋蓋鋼結構及裝飾耍求的鋼結構。當規定其耐火極限在1.5 h以下時.應選用薄塗型鋼結構防火塗料。
鋼結構構件的防火構造可分為外包混凝土材料、外包鋼絲網水泥砂漿、外包防火板材、外噴防火塗料等幾種構造形式。對室內隱蔽鋼結構、高層鋼結構及多層工程鋼結構.當規定耐火極限在1.5h以上時.應選用厚塗型鋼結構防火塗料。
火災的發生和發展具有隨機性和確定性的雙重特點。
鋼結構雖然為城市建設帶來了許多益處，但在面對火災來臨時，卻一點也不能含糊。任何事物都有其兩面性，因此，對於鋼結構，只有合理利用，才能為城市建設做出更大的貢獻。

『柒』 為什麼需要鋼結構防火塗料

鋼結構建築擁有很多優勢，鋼材是一種不會燃燒的建築材料，它具有版抗震，抗彎等特權性。在實際應用中，鋼材既可以相對增加建築物的荷載能力，也可以滿足建築設計美感造型的需要；還避免了混凝土等建築材料不能彎曲，拉伸的缺陷。因此鋼材受到了建築行業的青睞，單層，多層，摩天大樓，廠房，庫房，候車室，候機廳等採用鋼材都很普遍。

但是，鋼結構建築有兩個缺點：

1. 鋼材不做防腐塗裝的情況下特別容易腐蝕。

2. 鋼結構建築的耐火性能很差，不做防火措施，在發生火災後，一般在15分鍾內會造成大量坍塌，造成很大的人員和財產損失。
   

鋼材作為建築材料在防火方面又存在一些難以避免的缺陷，它的機械性能，如屈服點，抗拉及彈性模量等均會因溫度的升高而急劇下降。