耐火材料與燃燒概論1

1、123 耐火粘土耐火粘土 硅磚硅磚熔鑄制品熔鑄制品鎂鉻磚鎂鉻磚白云石磚白云石磚含碳耐火材料含碳耐火材料復(fù)合材料復(fù)合材料 進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，耐火材料生產(chǎn)能力嚴(yán)重過(guò)剩的局面愈顯突出。近進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，耐火材料生產(chǎn)能力嚴(yán)重過(guò)剩的局面愈顯突出。近3 3年來(lái)，中國(guó)耐火材料的年總產(chǎn)量逾年來(lái)，中國(guó)耐火材料的年總產(chǎn)量逾10001000萬(wàn)噸，且穩(wěn)中有升，約占世界總?cè)f噸，且穩(wěn)中有升，約占世界總量的一半。與日、美、歐洲等國(guó)相比，可謂量的一半。與日、美、歐洲等國(guó)相比，可謂“風(fēng)景這邊獨(dú)好風(fēng)景這邊獨(dú)好”。主要是。主要是我國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)、勞動(dòng)力優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)強(qiáng)勁的內(nèi)需我國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)、勞動(dòng)力優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)強(qiáng)勁的內(nèi)需( (如西部開(kāi)

2、發(fā)、西氣如西部開(kāi)發(fā)、西氣東輸、西電東輸、南水北調(diào)等東輸、西電東輸、南水北調(diào)等) )拉動(dòng)所致。例如我國(guó)鋼產(chǎn)量從拉動(dòng)所致。例如我國(guó)鋼產(chǎn)量從19961996年首次年首次突破突破1 1億噸以來(lái)，穩(wěn)居世界第一且一直攀升，億噸以來(lái)，穩(wěn)居世界第一且一直攀升，20032003年將超過(guò)年將超過(guò)2 2億噸，并且億噸，并且可望在今后幾年仍會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。水泥、有色、玻璃、陶瓷、石化等工業(yè)可望在今后幾年仍會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。水泥、有色、玻璃、陶瓷、石化等工業(yè)也都在以前所未有的速度發(fā)展。也都在以前所未有的速度發(fā)展。 其次是近年來(lái)我國(guó)耐火材料的出口也在加大步伐。其次是近年來(lái)我國(guó)耐火材料的出口也在加大步伐。20022002年耐火制品年

3、耐火制品出口達(dá)出口達(dá)6464萬(wàn)噸，而耐火原料出口每年保持在萬(wàn)噸，而耐火原料出口每年保持在300-400300-400萬(wàn)噸。萬(wàn)噸。1.1.生產(chǎn)概況生產(chǎn)概況2.2.目前全球耐火材料工業(yè)總體形勢(shì)目前全球耐火材料工業(yè)總體形勢(shì) (1) (1) 總體供大于求，局部供不應(yīng)求總體供大于求，局部供不應(yīng)求 (2) (2) 全球化的理念增強(qiáng)全球化的理念增強(qiáng) (3) (3) 兼并重組形成新的格局兼并重組形成新的格局 (4) (4) 技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新的步伐加快，能力增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新的步伐加快，能力增強(qiáng) 越來(lái)越多的新型的、高性能的人工合成原料被開(kāi)發(fā)出來(lái)，為高性能越來(lái)越多的新型的、高性能的人工合成原料被開(kāi)發(fā)出來(lái)，為高性能耐

4、材的研制和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。耐材的研制和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 不定形耐火材料在整個(gè)耐火材料中所占的比例增加。以日本為最盛，不定形耐火材料在整個(gè)耐火材料中所占的比例增加。以日本為最盛，其不定形耐材產(chǎn)量占整個(gè)耐材的比例目前超過(guò)其不定形耐材產(chǎn)量占整個(gè)耐材的比例目前超過(guò)60%60%，在鋼鐵工業(yè)用耐材，在鋼鐵工業(yè)用耐材中不定形耐材占中不定形耐材占70%70%以上。以上。 氧化物和非氧化物復(fù)合的耐火材料增多。繼氧化物和非氧化物復(fù)合的耐火材料增多。繼2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代將石墨年代將石墨引入耐材而刮起一股引入耐材而刮起一股“黑旋風(fēng)黑旋風(fēng)”以來(lái)，近年又出現(xiàn)了含塞隆以來(lái)，近年又出現(xiàn)了含塞?。⊿ialonSial

5、on）、阿隆（）、阿隆（AlonAlon）、金屬相的復(fù)合型耐材。）、金屬相的復(fù)合型耐材。 新的成型和燒成工藝。如用澆注料制成各種預(yù)制件，氮化反應(yīng)燒新的成型和燒成工藝。如用澆注料制成各種預(yù)制件，氮化反應(yīng)燒成等。成等。 簡(jiǎn)單化、機(jī)械化、高效化的新型筑襯施工方法。如自流澆注、噴簡(jiǎn)單化、機(jī)械化、高效化的新型筑襯施工方法。如自流澆注、噴涂、濕式噴射、預(yù)制件的采用等。涂、濕式噴射、預(yù)制件的采用等。 功能型、環(huán)保型耐火材料增多。不少耐材不但能耐高溫，還具有功能型、環(huán)保型耐火材料增多。不少耐材不但能耐高溫，還具有諸如透氣、防堵塞、凈化鋼水等功能。含鉻、瀝青或其它有害揮發(fā)分諸如透氣、防堵塞、凈化鋼水等功能。含鉻

6、、瀝青或其它有害揮發(fā)分的耐材正在被取代。的耐材正在被取代。先進(jìn)的生產(chǎn)和施工設(shè)備。如高噸位等靜壓機(jī)、造粒設(shè)備、高溫窯、先進(jìn)的生產(chǎn)和施工設(shè)備。如高噸位等靜壓機(jī)、造粒設(shè)備、高溫窯、高效攪拌機(jī)、泵送和噴射設(shè)備等。高效攪拌機(jī)、泵送和噴射設(shè)備等。1.1.1 1.1.1 按化學(xué)礦物組成分類按化學(xué)礦物組成分類 (1) (1) 氧化硅質(zhì)耐火材料氧化硅質(zhì)耐火材料 這是以這是以SiOSiO2 2為主要成分的耐火材料，主要的品種有各種硅磚和石為主要成分的耐火材料，主要的品種有各種硅磚和石英玻璃制品。英玻璃制品。 (2) (2) 硅酸鋁質(zhì)耐火材料硅酸鋁質(zhì)耐火材料 這是以這是以AlAl2 2O O3 3和和SiOSiO2

7、 2為基本化學(xué)組成的耐火材料。根據(jù)制品中為基本化學(xué)組成的耐火材料。根據(jù)制品中AlAl2 2O O3 3和和SiOSiO2 2含量分為三類：半硅質(zhì)耐火材料、粘土質(zhì)耐火材料和高鋁質(zhì)耐含量分為三類：半硅質(zhì)耐火材料、粘土質(zhì)耐火材料和高鋁質(zhì)耐火材料?；鸩牧?。 (3) (3) 鎂質(zhì)耐火材料鎂質(zhì)耐火材料 這是以這是以MgOMgO為主要成分和以方鎂石為主要礦物構(gòu)成的耐火材料，為主要成分和以方鎂石為主要礦物構(gòu)成的耐火材料，依其次要的化學(xué)和礦物組成的不同有以下品種：鎂磚、鎂鋁磚、鎂硅依其次要的化學(xué)和礦物組成的不同有以下品種：鎂磚、鎂鋁磚、鎂硅磚、鎂鈣磚、鎂鉻磚、鎂碳磚和鎂白云石磚。此外，還有冶金鎂砂。磚、鎂鈣磚、

8、鎂鉻磚、鎂碳磚和鎂白云石磚。此外，還有冶金鎂砂。 (4) (4) 白云石質(zhì)耐火材料白云石質(zhì)耐火材料 這是一類以氧化鈣這是一類以氧化鈣(40-60%)(40-60%)和氧化鎂和氧化鎂(30-42%)(30-42%)為主要成分的耐火為主要成分的耐火材料。其主要品種有：焦油白云石磚、燒成油浸白云石磚、燒成油浸材料。其主要品種有：焦油白云石磚、燒成油浸白云石磚、燒成油浸半穩(wěn)定性白云石磚、燒成穩(wěn)定性白云石磚、輕燒油浸白云石磚和冶金半穩(wěn)定性白云石磚、燒成穩(wěn)定性白云石磚、輕燒油浸白云石磚和冶金白云石砂。白云石砂。 (5) (5) 橄欖石質(zhì)耐火材料橄欖石質(zhì)耐火材料 這是一種含這是一種含MgO35-62%MgO

9、35-62%， MgO/SiOMgO/SiO2 2重量比波動(dòng)于重量比波動(dòng)于0.95-2.000.95-2.00，由鎂，由鎂橄欖石為主要礦物組成的耐火材料。橄欖石為主要礦物組成的耐火材料。 (6) (6) 尖晶石質(zhì)耐火材料尖晶石質(zhì)耐火材料 這是一類主要由尖晶石組成的耐火材料。主要品種有由鉻尖晶石這是一類主要由尖晶石組成的耐火材料。主要品種有由鉻尖晶石構(gòu)成的鉻質(zhì)制品構(gòu)成的鉻質(zhì)制品(Cr(Cr2 2O O3 330%)30%)，由鉻尖晶石、方鎂石構(gòu)成的鉻鎂質(zhì)制，由鉻尖晶石、方鎂石構(gòu)成的鉻鎂質(zhì)制品品( (含含CrCr2 2O O3 318-30%18-30%，MgO25-55%)MgO25-55%)和

10、由鎂鋁尖晶石構(gòu)成的制品。和由鎂鋁尖晶石構(gòu)成的制品。 (7) (7) 含碳質(zhì)耐火材料含碳質(zhì)耐火材料 這類材料中均含有一定數(shù)量的碳或碳化物。主要品種有由無(wú)定形這類材料中均含有一定數(shù)量的碳或碳化物。主要品種有由無(wú)定形碳構(gòu)成的炭磚或炭塊；由石墨構(gòu)成的石墨制品；由碳化硅構(gòu)成的碳化碳構(gòu)成的炭磚或炭塊；由石墨構(gòu)成的石墨制品；由碳化硅構(gòu)成的碳化硅制品；由碳纖維及碳纖維與樹(shù)脂或其他碳素材料復(fù)合為整體構(gòu)成的硅制品；由碳纖維及碳纖維與樹(shù)脂或其他碳素材料復(fù)合為整體構(gòu)成的材料。材料。 (8) (8) 含鋯質(zhì)耐火材料含鋯質(zhì)耐火材料 這類材料中均含有一定數(shù)量的氧化鋯。常用的品種有以鋯英石為這類材料中均含有一定數(shù)量的氧化鋯。

11、常用的品種有以鋯英石為主要成分的鋯英石質(zhì)制品；以氧化鋯和剛玉或莫來(lái)石構(gòu)成的鋯剛玉和主要成分的鋯英石質(zhì)制品；以氧化鋯和剛玉或莫來(lái)石構(gòu)成的鋯剛玉和鋯莫來(lái)石制品，以及以氧化鋯為主要組成的純氧化鋯制品。鋯莫來(lái)石制品，以及以氧化鋯為主要組成的純氧化鋯制品。 (9) (9) 特殊耐火材料特殊耐火材料 這是一類由較純的難熔的氧化物、碳化物、硅化物和硼化物以及這是一類由較純的難熔的氧化物、碳化物、硅化物和硼化物以及金屬陶瓷構(gòu)成的耐火材料。金屬陶瓷構(gòu)成的耐火材料。1.1.2 1.1.2 按耐火材料的制造方法分類按耐火材料的制造方法分類 (1)(1) 根據(jù)其成型特點(diǎn)分為根據(jù)其成型特點(diǎn)分為塊狀制品塊狀制品和和不定形

12、材料不定形材料。 (2) (2) 依熱處理方式不同分為依熱處理方式不同分為不燒制品、燒成制品不燒制品、燒成制品和和熔鑄制品熔鑄制品。(1) (1) 依其耐火度的高低分類依其耐火度的高低分類 普通耐火制品普通耐火制品，耐火度，耐火度1580-1770C1580-1770C； 高級(jí)耐火制品高級(jí)耐火制品，耐火度，耐火度1770-2000C1770-2000C； 特級(jí)耐火制品特級(jí)耐火制品，耐火度，耐火度2000C2000C以上。以上。(2) (2) 依其化學(xué)性質(zhì)可分類依其化學(xué)性質(zhì)可分類 酸性耐火材料酸性耐火材料、中性耐火材料中性耐火材料和和堿性耐火材料堿性耐火材料。(3) (3) 依其密度或?qū)嵝苑诸?/p>

13、依其密度或?qū)嵝苑诸?重質(zhì)耐火材料重質(zhì)耐火材料、輕質(zhì)耐火材料輕質(zhì)耐火材料或或隔熱耐火材料隔熱耐火材料1.1.3 1.1.3 按制品性質(zhì)分類按制品性質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)磚、異型磚、特異型磚、管、耐火器皿等標(biāo)準(zhǔn)磚、異型磚、特異型磚、管、耐火器皿等1.1.4 1.1.4 按制品形狀和尺寸分按制品形狀和尺寸分類類1.1.5 1.1.5 按應(yīng)用分類按應(yīng)用分類 焦?fàn)t用耐火材料、高爐用耐火材料、煉鋼爐用耐火材料、焦?fàn)t用耐火材料、高爐用耐火材料、煉鋼爐用耐火材料、連鑄用耐火材料、有色金屬冶煉用耐火材料、水泥窯用耐連鑄用耐火材料、有色金屬冶煉用耐火材料、水泥窯用耐火材科、玻璃窯用耐火材料等火材科、玻璃窯用耐火材料等 耐火

14、材料的品種和質(zhì)量取決于耐火材料的原料和其耐火材料的品種和質(zhì)量取決于耐火材料的原料和其生產(chǎn)工藝。在原料確定的情況下，耐火材料的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝。在原料確定的情況下，耐火材料的生產(chǎn)工藝方法與制度是否正確與合理，所得耐火制品的質(zhì)量差別方法與制度是否正確與合理，所得耐火制品的質(zhì)量差別可能極大。耐火材料的特定性能的控制，必須通過(guò)特定可能極大。耐火材料的特定性能的控制，必須通過(guò)特定的工藝手段來(lái)實(shí)現(xiàn)的工藝手段來(lái)實(shí)現(xiàn) 。圖圖1-1 1-1 耐火材料生產(chǎn)過(guò)程示意圖耐火材料生產(chǎn)過(guò)程示意圖 原料的質(zhì)量是耐火材料質(zhì)量的基本保證。要發(fā)展優(yōu)質(zhì)高效的耐火制原料的質(zhì)量是耐火材料質(zhì)量的基本保證。要發(fā)展優(yōu)質(zhì)高效的耐火制品，必須有

15、純凈的質(zhì)量均一和性質(zhì)穩(wěn)定的原料。因此，選取適宜作為耐品，必須有純凈的質(zhì)量均一和性質(zhì)穩(wěn)定的原料。因此，選取適宜作為耐火材料原料的天然礦石、開(kāi)采后必須再經(jīng)過(guò)加工。火材料原料的天然礦石、開(kāi)采后必須再經(jīng)過(guò)加工。 原料的加工主要包括原料的精選提純?cè)系募庸ぶ饕ㄔ系木x提純( (或均化、合成或均化、合成) )；原料的干燥；原料的干燥和煅燒；原料的破粉碎和分級(jí)。和煅燒；原料的破粉碎和分級(jí)。 (1) (1) 原料的精選提純和均化原料的精選提純和均化 為了提高原料純度，一般需經(jīng)揀選或沖洗，剔除雜質(zhì)。有的還需采為了提高原料純度，一般需經(jīng)揀選或沖洗，剔除雜質(zhì)。有的還需采用適當(dāng)選礦方法進(jìn)行精選提純。有的原料中成

16、分不均，需要均化。有的用適當(dāng)選礦方法進(jìn)行精選提純。有的原料中成分不均，需要均化。有的在精選后還可引入適量有益加入物。高性能的復(fù)合原料需采用人工合成在精選后還可引入適量有益加入物。高性能的復(fù)合原料需采用人工合成方法。方法。1.2.1 1.2.1 原料的加工原料的加工 (2) (2) 原料的煅燒原料的煅燒 為了保證原料的高溫體積穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和高強(qiáng)度，多數(shù)天然為了保證原料的高溫體積穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和高強(qiáng)度，多數(shù)天然原料和合成原料需經(jīng)高溫煅燒制成熟料或經(jīng)熔融制成熔塊。熟料煅燒溫原料和合成原料需經(jīng)高溫煅燒制成熟料或經(jīng)熔融制成熔塊。熟料煅燒溫度一般多控制在使其達(dá)到燒結(jié)致密化的范圍內(nèi)。對(duì)主晶相為氧化

17、物的原度一般多控制在使其達(dá)到燒結(jié)致密化的范圍內(nèi)。對(duì)主晶相為氧化物的原料，燒結(jié)溫度料，燒結(jié)溫度T Ts s約為其熔點(diǎn)約為其熔點(diǎn)T Tm m的的0.7-0.90.7-0.9倍，即倍，即T Ts s（0.7-0.90.7-0.9）T Tm m，多高，多高于制品的燒成溫度。更高于制品的使用溫度。熟料煅燒一般在豎窯或回于制品的燒成溫度。更高于制品的使用溫度。熟料煅燒一般在豎窯或回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行。轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行。 有的原料，如軟質(zhì)耐火粘土作為粘合劑，雖不經(jīng)煅燒但若含水過(guò)多，有的原料，如軟質(zhì)耐火粘土作為粘合劑，雖不經(jīng)煅燒但若含水過(guò)多，應(yīng)經(jīng)干操，以便破碎和分級(jí)。應(yīng)經(jīng)干操，以便破碎和分級(jí)。 (3) (3) 原料的破粉碎

18、和分級(jí)原料的破粉碎和分級(jí) 原料破粉碎的目的是制成不同位級(jí)的顆粒及細(xì)粉，以便于調(diào)整成分，原料破粉碎的目的是制成不同位級(jí)的顆粒及細(xì)粉，以便于調(diào)整成分，進(jìn)行級(jí)配，使多組分間混合均勻，便于相互反應(yīng)，并獲得致密的或具有進(jìn)行級(jí)配，使多組分間混合均勻，便于相互反應(yīng)，并獲得致密的或具有一定粒狀結(jié)構(gòu)的制品坯體。一般先將顆粒破碎到極限粒徑一定粒狀結(jié)構(gòu)的制品坯體。一般先將顆粒破碎到極限粒徑40-50mm(40-50mm(粗粗碎碎) )；再將顆粒破碎到極限粒徑；再將顆粒破碎到極限粒徑4-5mm(4-5mm(中碎中碎) )，然后細(xì)碎。細(xì)磨是將顆粒，然后細(xì)碎。細(xì)磨是將顆粒破碎到小于破碎到小于0.088mm0.088mm以

19、下的細(xì)粉。生產(chǎn)普通耐火制品所用的顆粒料皆為以下的細(xì)粉。生產(chǎn)普通耐火制品所用的顆粒料皆為中碎以后所獲得的產(chǎn)品。中碎以后所獲得的產(chǎn)品。 經(jīng)破粉碎后的顆粒狀產(chǎn)品，需依粒度粗細(xì)分級(jí)，以便合理配料。通經(jīng)破粉碎后的顆粒狀產(chǎn)品，需依粒度粗細(xì)分級(jí)，以便合理配料。通常多以篩分方法將顆粒分級(jí)。對(duì)粉狀料常以風(fēng)選法分級(jí)。常多以篩分方法將顆粒分級(jí)。對(duì)粉狀料常以風(fēng)選法分級(jí)。1.2.2 1.2.2 配配 料料 耐火材料的配料是將各種不同品種、組分和性質(zhì)的原料以及將各級(jí)耐火材料的配料是將各種不同品種、組分和性質(zhì)的原料以及將各級(jí)粒度的熟料顆粒按一定比例進(jìn)行配合的工藝。粒度的熟料顆粒按一定比例進(jìn)行配合的工藝。 各種原料的配合是為

20、了獲得一定性質(zhì)的制品。粒度的配合是為了獲各種原料的配合是為了獲得一定性質(zhì)的制品。粒度的配合是為了獲得最緊密堆集的或特定粒狀結(jié)構(gòu)的坯體。得最緊密堆集的或特定粒狀結(jié)構(gòu)的坯體。 （1 1）各種原料的配合）各種原料的配合 各種原料的配合依材料的品種和性質(zhì)的要求而定，不同制品各有特各種原料的配合依材料的品種和性質(zhì)的要求而定，不同制品各有特點(diǎn)。對(duì)燒結(jié)制品、不燒制品和不定形耐火材料，各種顆粒的熟料或其他點(diǎn)。對(duì)燒結(jié)制品、不燒制品和不定形耐火材料，各種顆粒的熟料或其他瘠性料與各種結(jié)合劑的配合是配料中的重要一環(huán)。任何結(jié)合劑的選用及瘠性料與各種結(jié)合劑的配合是配料中的重要一環(huán)。任何結(jié)合劑的選用及其加入量皆應(yīng)嚴(yán)格控制，

21、應(yīng)保證其既有利于制品的生產(chǎn)，又不會(huì)對(duì)制品其加入量皆應(yīng)嚴(yán)格控制，應(yīng)保證其既有利于制品的生產(chǎn)，又不會(huì)對(duì)制品的性質(zhì)帶來(lái)危害。的性質(zhì)帶來(lái)危害。 (2) (2) 粒度的配合粒度的配合 各級(jí)粒度的顆粒配合對(duì)磚坯的致密度影響極大。只有使各級(jí)粒度顆粒各級(jí)粒度的顆粒配合對(duì)磚坯的致密度影響極大。只有使各級(jí)粒度顆粒的堆積體達(dá)到最緊密的程度，才能得到致密的制品。的堆積體達(dá)到最緊密的程度，才能得到致密的制品。 欲使多級(jí)不同粒度的顆粒組成的堆積體密度得到提高，必須使粗顆粒欲使多級(jí)不同粒度的顆粒組成的堆積體密度得到提高，必須使粗顆粒級(jí)中的空隙全部由細(xì)顆粒級(jí)填充，而細(xì)顆粒級(jí)中的空隙由更細(xì)的顆粒級(jí)填級(jí)中的空隙全部由細(xì)顆粒級(jí)填充

22、，而細(xì)顆粒級(jí)中的空隙由更細(xì)的顆粒級(jí)填充，如此逐級(jí)填充即可獲得最緊密堆集。充，如此逐級(jí)填充即可獲得最緊密堆集。 各級(jí)顆粒的粒徑比各級(jí)顆粒的粒徑比 以緊密堆積的同徑球的間隙而論，若使小球填于其中，小球的粒徑必以緊密堆積的同徑球的間隙而論，若使小球填于其中，小球的粒徑必須小于大球堆積體的空隙尺寸。因此，兩種球球徑之比必須恰當(dāng)。若兩級(jí)須小于大球堆積體的空隙尺寸。因此，兩種球球徑之比必須恰當(dāng)。若兩級(jí)顆粒配合成堆積體時(shí)，粒徑比在顆粒配合成堆積體時(shí)，粒徑比在6.56.5以上，對(duì)實(shí)現(xiàn)緊密的堆集是有利的。以上，對(duì)實(shí)現(xiàn)緊密的堆集是有利的。如此多級(jí)顆粒配合，更可實(shí)現(xiàn)致密化。采用此種粒徑比很大的各級(jí)顆粒的如此多級(jí)顆粒

23、配合，更可實(shí)現(xiàn)致密化。采用此種粒徑比很大的各級(jí)顆粒的配合常稱為配合常稱為間斷級(jí)配間斷級(jí)配。但在實(shí)際生產(chǎn)中為避免顆粒產(chǎn)生嚴(yán)重偏析，并使各。但在實(shí)際生產(chǎn)中為避免顆粒產(chǎn)生嚴(yán)重偏析，并使各級(jí)顆粒充分利用，常采用粒級(jí)連續(xù)的顆粒，并以平均粒徑劃分為若干級(jí)別級(jí)顆粒充分利用，常采用粒級(jí)連續(xù)的顆粒，并以平均粒徑劃分為若干級(jí)別進(jìn)行配合。進(jìn)行配合。 各級(jí)顆粒配合的比例各級(jí)顆粒配合的比例 在保證粗細(xì)顆粒位徑比恰當(dāng)?shù)臈l件下，由各級(jí)顆粒組成的堆積體中，在保證粗細(xì)顆粒位徑比恰當(dāng)?shù)臈l件下，由各級(jí)顆粒組成的堆積體中，每級(jí)顆粒配合的數(shù)量，應(yīng)以細(xì)者填滿粗者的空隙為宜。每級(jí)顆粒配合的數(shù)量，應(yīng)以細(xì)者填滿粗者的空隙為宜。 以密度相同的同

24、粒徑的圓球堆集體為例，其空隙率以密度相同的同粒徑的圓球堆集體為例，其空隙率(P)(P)約為約為38%38%。二。二級(jí)配合時(shí)，粗與細(xì)的數(shù)量比應(yīng)為級(jí)配合時(shí)，粗與細(xì)的數(shù)量比應(yīng)為1:0.381:0.38。采取多級(jí)顆粒配合時(shí)，堆積體。采取多級(jí)顆粒配合時(shí)，堆積體的空隙率變化如表的空隙率變化如表1-11-1所示。所示。表表1-1 1-1 各級(jí)粒度堆積體的空隙率變化各級(jí)粒度堆積體的空隙率變化粒度基粒度基數(shù)數(shù)球體實(shí)體積，球體實(shí)體積，% %堆集體空隙度，堆集體空隙度，% %空隙下降率，空隙下降率，% %一級(jí)一級(jí)(1(1P P1 1) )， 62.062.0P P1 1， 38.038.0二級(jí)二級(jí)(1(1P P1

25、1P P2 2) )， 85.685.6P P1 1P P2 2， 14.414.423.623.6三級(jí)三級(jí)(1(1P P1 1P P2 2P P3 3) )， 94.694.6P P1 1P P2 2P P3 3， 5.45.49.09.0四級(jí)四級(jí)(1(1P P1 1P P2 2P P3 3P P4 4) )， 98.098.0P P1 1P P2 2P P3 3P P4 4， 2.02.03.43.4五級(jí)五級(jí)(1(1P P1 1P P2 2P P3 3P P4 4P P5 5) )， 99.299.2P P1 1P P2 2P P3 3P P4 4P P5 5， 0.80.81.21.2一

26、級(jí)一級(jí) 二級(jí)二級(jí) 三級(jí)三級(jí) 四級(jí)四級(jí)粗徑顆粒粗徑顆粒4.5mm, 100%4.5mm, 100%細(xì)徑顆粒細(xì)徑顆粒0.09mm, 100%0.09mm, 100%中徑顆粒中徑顆粒0.7mm, 100%0.7mm, 100%圖圖1-2 1-2 堆積體空隙率變化堆積體空隙率變化 同粒徑的粒狀顆粒堆集體的空隙率約為同粒徑的粒狀顆粒堆集體的空隙率約為4545。由于當(dāng)多級(jí)配合超過(guò)。由于當(dāng)多級(jí)配合超過(guò)4 4級(jí)時(shí)，空隙率變化不顯著，而且為了簡(jiǎn)化工藝，普通燒結(jié)制品的粒度級(jí)時(shí)，空隙率變化不顯著，而且為了簡(jiǎn)化工藝，普通燒結(jié)制品的粒度組成，一般為組成，一般為3-43-4級(jí)。以粒度粗、中、細(xì)三級(jí)配合為例，堆集體空隙率級(jí)

27、。以粒度粗、中、細(xì)三級(jí)配合為例，堆集體空隙率變化如圖變化如圖1-21-2所示。即以粗顆粒為所示。即以粗顆粒為55-65%55-65%，中顆粒，中顆粒10-30%10-30%，細(xì)顆粒，細(xì)顆粒15-15-30%30%較宜。通常為獲得高密度的制品，并避免由這種級(jí)配組成的泥料易較宜。通常為獲得高密度的制品，并避免由這種級(jí)配組成的泥料易于產(chǎn)生顆粒偏析和便于制品的燒結(jié)，常采取細(xì)粉量較多的配合，如采取于產(chǎn)生顆粒偏析和便于制品的燒結(jié)，常采取細(xì)粉量較多的配合，如采取粗粗: :中中: :細(xì)細(xì)=(4-6) : (2-1) : (4-3)=(4-6) : (2-1) : (4-3)。 極限顆粒的確定極限顆粒的確定 耐

28、火制品中顆粒的極限粒徑，根據(jù)制品形狀的復(fù)雜程度、斷面尺寸耐火制品中顆粒的極限粒徑，根據(jù)制品形狀的復(fù)雜程度、斷面尺寸大小或成型的方法以及對(duì)其組織結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的要求而定。一般而論，形大小或成型的方法以及對(duì)其組織結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的要求而定。一般而論，形狀復(fù)雜、斷面小者，極限粒度應(yīng)??；適當(dāng)提高極限粒徑，對(duì)制品的耐熱狀復(fù)雜、斷面小者，極限粒度應(yīng)??；適當(dāng)提高極限粒徑，對(duì)制品的耐熱震性可能有利。近于標(biāo)準(zhǔn)形狀的普通燒結(jié)制品，極限粒徑一般控制在震性可能有利。近于標(biāo)準(zhǔn)形狀的普通燒結(jié)制品，極限粒徑一般控制在2-2-3.5mm3.5mm。大型塊狀制品可相應(yīng)增大。大型塊狀制品可相應(yīng)增大。 混練是將合理配合的各種物料準(zhǔn)確稱量后，

29、制成各組分、各種顆?；炀毷菍⒑侠砼浜系母鞣N物料準(zhǔn)確稱量后，制成各組分、各種顆粒均勻分布的泥料，并使泥料中各種物料實(shí)現(xiàn)結(jié)合良好的加工過(guò)程。均勻分布的泥料，并使泥料中各種物料實(shí)現(xiàn)結(jié)合良好的加工過(guò)程。 根據(jù)物料的組分和性質(zhì)，采取適當(dāng)?shù)幕炀氃O(shè)備與方法使名種物料根據(jù)物料的組分和性質(zhì)，采取適當(dāng)?shù)幕炀氃O(shè)備與方法使名種物料通過(guò)對(duì)流、擴(kuò)散和剪切等作用達(dá)到泥料均勻化和顆粒料與結(jié)合劑等的互通過(guò)對(duì)流、擴(kuò)散和剪切等作用達(dá)到泥料均勻化和顆粒料與結(jié)合劑等的互相結(jié)合，既使泥料獲得良好的成型性能，又避免泥料中顆粒的再破碎和相結(jié)合，既使泥料獲得良好的成型性能，又避免泥料中顆粒的再破碎和某些物料的散失或在混練過(guò)程中發(fā)生顯著反應(yīng)變質(zhì)

30、。某些物料的散失或在混練過(guò)程中發(fā)生顯著反應(yīng)變質(zhì)。 某些耐火制品在泥料混練過(guò)程中，還需進(jìn)行某些耐火制品在泥料混練過(guò)程中，還需進(jìn)行“困料困料”，即將經(jīng)初混，即將經(jīng)初混的泥料在一定溫度、濕度的條件下貯放一定時(shí)間，然后再經(jīng)二次混練，的泥料在一定溫度、濕度的條件下貯放一定時(shí)間，然后再經(jīng)二次混練，以改善泥料的質(zhì)量。以改善泥料的質(zhì)量。1.2.3 1.2.3 泥料的混練泥料的混練 (1) (1) 成型的目的成型的目的 是使泥料制成具有一定形狀和適當(dāng)密度與強(qiáng)度的磚坯。對(duì)燒結(jié)制品是使泥料制成具有一定形狀和適當(dāng)密度與強(qiáng)度的磚坯。對(duì)燒結(jié)制品和不燒磚，磚坯的致密度決定著制品的致密度，從而影響制品的許多物和不燒磚，磚坯的

31、致密度決定著制品的致密度，從而影響制品的許多物理化學(xué)性質(zhì)和使用性質(zhì)。理化學(xué)性質(zhì)和使用性質(zhì)。 (2) (2) 磚坯成型方法磚坯成型方法 主要依泥料的性質(zhì)、制品形狀和對(duì)制品性質(zhì)的要求而定。如對(duì)有流主要依泥料的性質(zhì)、制品形狀和對(duì)制品性質(zhì)的要求而定。如對(duì)有流動(dòng)性的泥料，采用注漿成型；對(duì)有可塑性的泥料，采用可塑法成型；對(duì)動(dòng)性的泥料，采用注漿成型；對(duì)有可塑性的泥料，采用可塑法成型；對(duì)有觸變性的泥料，經(jīng)振動(dòng)成型；對(duì)含水量較低有觸變性的泥料，經(jīng)振動(dòng)成型；對(duì)含水量較低(3-6%)(3-6%)的半干泥料，采用的半干泥料，采用半干壓成型或搗打成型；干粉料用等靜壓成型等等。經(jīng)成型后的磚坯，半干壓成型或搗打成型；干粉料

32、用等靜壓成型等等。經(jīng)成型后的磚坯，由于其中各種物料間的機(jī)械結(jié)合力、靜電引力及摩擦力，使磚坯的形狀由于其中各種物料間的機(jī)械結(jié)合力、靜電引力及摩擦力，使磚坯的形狀保持下來(lái)，并具有一定的強(qiáng)度。保持下來(lái)，并具有一定的強(qiáng)度。1.2.4 1.2.4 成成 型型 許多成型后的磚坯含水量較高，強(qiáng)度較低，不便堆碼和燒成，必須許多成型后的磚坯含水量較高，強(qiáng)度較低，不便堆碼和燒成，必須經(jīng)干燥后排除其中游離水分，強(qiáng)度得到提高，才可裝車入窯。有些成型經(jīng)干燥后排除其中游離水分，強(qiáng)度得到提高，才可裝車入窯。有些成型后含水量已很低的磚坯，雖可碼放適當(dāng)高度，直接入窯，但入窯后也必后含水量已很低的磚坯，雖可碼放適當(dāng)高度，直接入窯

33、，但入窯后也必須首先經(jīng)過(guò)干燥階段。須首先經(jīng)過(guò)干燥階段。 磚坯的干燥是熱量傳遞過(guò)程，是利用熱空氣或熱廢氣將熱量傳遞給磚坯的干燥是熱量傳遞過(guò)程，是利用熱空氣或熱廢氣將熱量傳遞給磚坯，磚坯受熱溫度升高，使水分由磚坯內(nèi)擴(kuò)散逸出。干燥制度必須控磚坯，磚坯受熱溫度升高，使水分由磚坯內(nèi)擴(kuò)散逸出。干燥制度必須控制適當(dāng)，以使磚坯內(nèi)水分向外擴(kuò)散和表面水分蒸發(fā)的速率相應(yīng)。由于磚制適當(dāng)，以使磚坯內(nèi)水分向外擴(kuò)散和表面水分蒸發(fā)的速率相應(yīng)。由于磚坯在干燥過(guò)程中往往產(chǎn)生收縮，切忌磚坯表面干燥速率不當(dāng)，以免造成坯在干燥過(guò)程中往往產(chǎn)生收縮，切忌磚坯表面干燥速率不當(dāng)，以免造成開(kāi)裂、鼓爆等缺陷。開(kāi)裂、鼓爆等缺陷。1.2.5 1.2.

34、5 干干 燥燥 (1) (1) 燒成的目的燒成的目的 燒成的目的是使磚坯在高溫下發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)達(dá)到燒結(jié)，燒成的目的是使磚坯在高溫下發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)達(dá)到燒結(jié)，即磚坯形成一定高溫穩(wěn)定的物相和結(jié)構(gòu)，定形，并獲得有相當(dāng)高的密度、即磚坯形成一定高溫穩(wěn)定的物相和結(jié)構(gòu)，定形，并獲得有相當(dāng)高的密度、強(qiáng)度和其他各種性能的制品。強(qiáng)度和其他各種性能的制品。 (2) (2) 燒成過(guò)程燒成過(guò)程 一般燒結(jié)制品在燒成過(guò)程中，除可能排除殘余水分外，其中全部或一般燒結(jié)制品在燒成過(guò)程中，除可能排除殘余水分外，其中全部或部分物相可能首先發(fā)生礦物的分解和新礦物的形成，有的晶體可能發(fā)生部分物相可能首先發(fā)生礦物的分解和新礦

35、物的形成，有的晶體可能發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。隨著溫度的提高，可能發(fā)生固相反應(yīng)、液相形成、新晶體形晶型轉(zhuǎn)變。隨著溫度的提高，可能發(fā)生固相反應(yīng)、液相形成、新晶體形成和晶體長(zhǎng)大，達(dá)到固相燒結(jié)和液相燒結(jié)。成和晶體長(zhǎng)大，達(dá)到固相燒結(jié)和液相燒結(jié)。 1.2.6 1.2.6 燒燒 成成 固相燒結(jié)固相燒結(jié) 磚坯中的晶體結(jié)構(gòu)皆存在缺陷。這些晶體在溫度升高到使其中質(zhì)磚坯中的晶體結(jié)構(gòu)皆存在缺陷。這些晶體在溫度升高到使其中質(zhì)點(diǎn)的活動(dòng)能力達(dá)到克服周圍質(zhì)點(diǎn)的作用力時(shí)，就會(huì)發(fā)生擴(kuò)散。由于質(zhì)點(diǎn)的活動(dòng)能力達(dá)到克服周圍質(zhì)點(diǎn)的作用力時(shí)，就會(huì)發(fā)生擴(kuò)散。由于質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散作用而使互相接觸的同晶體或異晶體間進(jìn)行固相反應(yīng)，使晶體點(diǎn)擴(kuò)散作用而使互相接觸的同

36、晶體或異晶體間進(jìn)行固相反應(yīng)，使晶體長(zhǎng)大或形成新的晶體。最后經(jīng)較充分的再結(jié)晶和聚集再結(jié)晶作用，使長(zhǎng)大或形成新的晶體。最后經(jīng)較充分的再結(jié)晶和聚集再結(jié)晶作用，使晶體長(zhǎng)大和結(jié)合而燒結(jié)。晶體長(zhǎng)大和結(jié)合而燒結(jié)。 液相燒結(jié)液相燒結(jié) 當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，原料中的雜質(zhì)或與磚坯中其他組分，當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，原料中的雜質(zhì)或與磚坯中其他組分，可共同作用形成液相。此種液相可將磚坯中的晶體潤(rùn)濕。在晶體之間，可共同作用形成液相。此種液相可將磚坯中的晶體潤(rùn)濕。在晶體之間，由于表面張力的作用，能使其互相靠近，并填充于磚坯的孔隙中，從由于表面張力的作用，能使其互相靠近，并填充于磚坯的孔隙中，從而使其致密度提高。而使其致

37、密度提高。 液相的存在有助于減緩磚坯內(nèi)因受熱不均或新相的形成或晶相轉(zhuǎn)液相的存在有助于減緩磚坯內(nèi)因受熱不均或新相的形成或晶相轉(zhuǎn)化可能產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。此外，液相的存在可使磚坯內(nèi)溶解度較大的、化可能產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。此外，液相的存在可使磚坯內(nèi)溶解度較大的、細(xì)小的和缺陷較多的晶體溶于其中，并使其重結(jié)晶由液相中析出。細(xì)小的和缺陷較多的晶體溶于其中，并使其重結(jié)晶由液相中析出。 總之，液相的存在有助于磚坯的燒結(jié)。此種燒結(jié)作用稱為液相燒總之，液相的存在有助于磚坯的燒結(jié)。此種燒結(jié)作用稱為液相燒結(jié)。液相燒結(jié)作用與液相的性質(zhì)和數(shù)量有關(guān)。一般而論，液相粘度低結(jié)。液相燒結(jié)作用與液相的性質(zhì)和數(shù)量有關(guān)。一般而論，液相粘度低和數(shù)量

38、多有利于液相燒結(jié)。普通耐火材料的燒結(jié)多是由此種燒結(jié)完成和數(shù)量多有利于液相燒結(jié)。普通耐火材料的燒結(jié)多是由此種燒結(jié)完成的。但液相粘度低數(shù)量多對(duì)制品的高溫性能危害很大。因此，優(yōu)質(zhì)耐的。但液相粘度低數(shù)量多對(duì)制品的高溫性能危害很大。因此，優(yōu)質(zhì)耐火制品應(yīng)嚴(yán)格控制。火制品應(yīng)嚴(yán)格控制。圖圖1-2 CaO-ZrO1-2 CaO-ZrO2 2制品顯微結(jié)構(gòu)制品顯微結(jié)構(gòu) (1) (1) 不燒磚的生產(chǎn)不燒磚的生產(chǎn) 不燒磚是不經(jīng)燒成而能直接使用的耐火制品。生產(chǎn)工藝與燒成制品不燒磚是不經(jīng)燒成而能直接使用的耐火制品。生產(chǎn)工藝與燒成制品基本相同，只是不燒磚中各種粒狀和粉狀料的結(jié)合，主要是靠加入的化基本相同，只是不燒磚中各種粒狀

39、和粉狀料的結(jié)合，主要是靠加入的化學(xué)結(jié)合劑的作用而實(shí)現(xiàn)的。也稱為化學(xué)結(jié)合耐火磚。學(xué)結(jié)合劑的作用而實(shí)現(xiàn)的。也稱為化學(xué)結(jié)合耐火磚。 (2) (2) 不定形耐火材料的生產(chǎn)不定形耐火材料的生產(chǎn) 不定形耐火材料是由合理級(jí)配的粒狀和粉狀料同結(jié)合劑或再加少量不定形耐火材料是由合理級(jí)配的粒狀和粉狀料同結(jié)合劑或再加少量增塑劑、促硬劑或緩硬劑及其他外加劑等，按一定比例共同混合的不經(jīng)增塑劑、促硬劑或緩硬劑及其他外加劑等，按一定比例共同混合的不經(jīng)成型和燒成而直接供使用的耐火材料。此種材料的生產(chǎn)工藝，以各種原成型和燒成而直接供使用的耐火材料。此種材料的生產(chǎn)工藝，以各種原料的配制并使其均化為中心環(huán)節(jié)。根據(jù)不定形耐火材料混合

40、料的工藝特料的配制并使其均化為中心環(huán)節(jié)。根據(jù)不定形耐火材料混合料的工藝特性，采用相應(yīng)的施工方法。性，采用相應(yīng)的施工方法。 (3) (3) 熔鑄耐火制品的生產(chǎn)熔鑄耐火制品的生產(chǎn) 將耐火原料在電爐中經(jīng)高溫熔化，并向模型中澆注，再經(jīng)凝固退火將耐火原料在電爐中經(jīng)高溫熔化，并向模型中澆注，再經(jīng)凝固退火而制成熔鑄耐火制品。熔化的方法有還原熔融法和氧化熔融法。而制成熔鑄耐火制品。熔化的方法有還原熔融法和氧化熔融法。1.2.7 1.2.7 非燒結(jié)制品的生產(chǎn)特點(diǎn)非燒結(jié)制品的生產(chǎn)特點(diǎn) 耐火材料是高溫技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)材料，其中應(yīng)用最為普遍的是在耐火材料是高溫技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)材料，其中應(yīng)用最為普遍的是在各種熱工設(shè)備和高溫

41、容器中作為抵抗高溫作用的結(jié)構(gòu)材料和內(nèi)襯。冶金各種熱工設(shè)備和高溫容器中作為抵抗高溫作用的結(jié)構(gòu)材料和內(nèi)襯。冶金工業(yè)、建材工業(yè)及其他生產(chǎn)硅酸鹽制品的高溫作業(yè)部門；化工、動(dòng)力、工業(yè)、建材工業(yè)及其他生產(chǎn)硅酸鹽制品的高溫作業(yè)部門；化工、動(dòng)力、機(jī)械制造等工業(yè)高溫作業(yè)部門中的各種焙燒爐、燒結(jié)爐、加熱爐、鍋爐機(jī)械制造等工業(yè)高溫作業(yè)部門中的各種焙燒爐、燒結(jié)爐、加熱爐、鍋爐以及其附設(shè)的火道、煙囪、保護(hù)層等都需要耐火材料。以及其附設(shè)的火道、煙囪、保護(hù)層等都需要耐火材料。 總之，當(dāng)某種構(gòu)筑物、裝置、設(shè)備或容器在約總之，當(dāng)某種構(gòu)筑物、裝置、設(shè)備或容器在約1000C1000C以上高溫下使以上高溫下使用、操作時(shí)，因可能發(fā)生物

42、理、化學(xué)、機(jī)械等作用，使材料變形、軟化、用、操作時(shí)，因可能發(fā)生物理、化學(xué)、機(jī)械等作用，使材料變形、軟化、熔融，或被侵蝕、沖蝕，或發(fā)生崩裂損壞等現(xiàn)象，不僅可能使操作無(wú)法熔融，或被侵蝕、沖蝕，或發(fā)生崩裂損壞等現(xiàn)象，不僅可能使操作無(wú)法持續(xù)進(jìn)行，使材料的服役期中斷，影響生產(chǎn)，而且污染加工對(duì)象，影響持續(xù)進(jìn)行，使材料的服役期中斷，影響生產(chǎn)，而且污染加工對(duì)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量，故必須采用此種具有抵抗高溫作用的耐火材料。產(chǎn)品質(zhì)量，故必須采用此種具有抵抗高溫作用的耐火材料。1.3.1 1.3.1 耐火材料應(yīng)用的主要領(lǐng)域耐火材料應(yīng)用的主要領(lǐng)域1.3 1.3 耐火材料的主要用途和要求耐火材料的主要用途和要求 高溫作業(yè)部門均要求耐火材料具備抵抗高溫?zé)嶝?fù)荷的性能。由于高溫作業(yè)部門均要求耐火材料具備抵抗高溫?zé)嶝?fù)荷的性能。由于作業(yè)部門不同，甚至在同一