耐火材料的生產(chǎn)過(guò)程2

1、7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院1 耐火原料的選擇從耐火原料的選擇從進(jìn)行考慮：進(jìn)行考慮：（1）化學(xué)觀點(diǎn)：選擇具有高熔點(diǎn)的單質(zhì)或化合物；）化學(xué)觀點(diǎn)：選擇具有高熔點(diǎn)的單質(zhì)或化合物；（2）礦物觀點(diǎn)：選擇具有高耐火度的礦物。）礦物觀點(diǎn)：選擇具有高耐火度的礦物。 門捷列夫元素周期表上，從門捷列夫元素周期表上，從H到到V78個(gè)元素個(gè)元素中（稀土元素除外）熔點(diǎn)高于中（稀土元素除外）熔點(diǎn)高于2000的有的有10個(gè)，個(gè)，（熔點(diǎn)（熔點(diǎn)3500，有的書中為，有的書中為3700100）具有耐火材料生產(chǎn)的實(shí)際意義，其它元素的數(shù)量具有耐火材料生產(chǎn)的實(shí)際意義，其它元素的數(shù)量不大。不大。第一節(jié)第一節(jié) 耐火材料的選擇與加工耐

2、火材料的選擇與加工7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院2 約有約有9200種二元化合物，約有種二元化合物，約有種化合物是耐火的。種化合物是耐火的。 氧化物中：氧化物中： 酸性氧化物熔點(diǎn)最低：如酸性氧化物熔點(diǎn)最低：如SiO21713，TiO21825； 中性氧化物次之：中性氧化物次之： 如如Al2O3 2050，Cr2O32275； 堿性氧化物熔點(diǎn)高：如堿性氧化物熔點(diǎn)高：如MgO2800，CaO2570， BeO2550，SrO2430.7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院3 a、選礦時(shí)需要；、選礦時(shí)需要； b、成型時(shí)獲得較高的堆積密度；、成型時(shí)獲得較高的堆積密度； c、燒結(jié)活性。、燒結(jié)活性。 粗碎

3、：顎式破碎機(jī)；粗碎：顎式破碎機(jī)； 中碎：圓錐式破機(jī)中碎：圓錐式破機(jī) 細(xì)碎：球磨機(jī)細(xì)碎：球磨機(jī) 使用上述機(jī)械應(yīng)使用上述機(jī)械應(yīng)生產(chǎn)能力由大變??；生產(chǎn)能力由大變??； 注意防塵；注意防塵； 注意隔音注意隔音7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院4 a、 高效能研磨促進(jìn)相變和固相反應(yīng)發(fā)生；高效能研磨促進(jìn)相變和固相反應(yīng)發(fā)生； b、表面活性提高，增大固相反應(yīng)程度，降低、表面活性提高，增大固相反應(yīng)程度，降低 燒結(jié)溫度；燒結(jié)溫度； c、注意職業(yè)病，矽肺（主要由可溶性、注意職業(yè)病，矽肺（主要由可溶性SiO2粉塵引粉塵引 起）；起）； d、高效能研磨手段：振動(dòng)磨、氣動(dòng)磨、攪拌磨、高效能研磨手段：振動(dòng)磨、氣動(dòng)磨、攪拌磨、

4、 爆炸方法等。爆炸方法等。7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院5 表面活性劑表面活性劑a、使物料顆粒表面自由能和晶格畸變程度、使物料顆粒表面自由能和晶格畸變程度 減小，促進(jìn)顆粒軟化；減小，促進(jìn)顆粒軟化； b、吸附作用平衡顆粒表面的不飽和鍵，防、吸附作用平衡顆粒表面的不飽和鍵，防 止顆粒重新聚合；止顆粒重新聚合； 上述作用都是為了防止重新聚合成大顆粒。上述作用都是為了防止重新聚合成大顆粒。 胺、醇、酯、醚、無(wú)機(jī)鹽類（水）胺、醇、酯、醚、無(wú)機(jī)鹽類（水）7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院6準(zhǔn)備成型的物料準(zhǔn)備成型的物料 粉體顆粒的構(gòu)造：一次顆粒、二次顆粒）粉體顆粒的構(gòu)造：一次顆粒、二次顆粒） 粉體的粒度

5、：粒徑、粒度分布粉體的粒度：粒徑、粒度分布 顆粒的形狀：顆粒的形狀： 1） 設(shè)一顆粒粒徑為設(shè)一顆粒粒徑為dp，體積為，體積為v，表面積為，表面積為s， 則則v= dp3 s=dp2 第二節(jié)第二節(jié) 坯料的制備坯料的制備7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院7 顆粒形狀影響粉體的流動(dòng)性。顆粒形狀影響粉體的流動(dòng)性。 a、休止角：、休止角：未加負(fù)載的粉料堆積在水平面上，假設(shè)落在料堆未加負(fù)載的粉料堆積在水平面上，假設(shè)落在料堆頂上的粉料速度是可以忽略不計(jì)的，則料堆與水平面的交角。頂上的粉料速度是可以忽略不計(jì)的，則料堆與水平面的交角。b、偏析：、偏析：粉料流動(dòng)時(shí)，顆粒密度、形狀、表面性狀等的差異，粉料流動(dòng)時(shí)，顆

6、粒密度、形狀、表面性狀等的差異，粉料呈不均勻的現(xiàn)象稱偏析。粉料呈不均勻的現(xiàn)象稱偏析。 粉料進(jìn)入料倉(cāng)時(shí)，因有一定落差，使粗細(xì)粉分開。粉料進(jìn)入料倉(cāng)時(shí)，因有一定落差，使粗細(xì)粉分開。 ：料倉(cāng)加料時(shí)，粗粒料層起篩分作用，細(xì)粉可穿過(guò)：料倉(cāng)加料時(shí)，粗粒料層起篩分作用，細(xì)粉可穿過(guò) 其間進(jìn)入下面的靜止層；其間進(jìn)入下面的靜止層； 粗顆粒質(zhì)量大，摩擦系數(shù)小，使得粗顆粒滾落快而粗顆粒質(zhì)量大，摩擦系數(shù)小，使得粗顆粒滾落快而 流向倉(cāng)壁。流向倉(cāng)壁。7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院87/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院97/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院10兩級(jí)配料：粗：細(xì)兩級(jí)配料：粗：細(xì)三級(jí)配料：粗：中：細(xì)三級(jí)配料：粗：中

7、：細(xì)3:72:1:7 粗顆粒粗顆粒:從從.5mm到到34mm; 中顆粒中顆粒:從從.2(或或0.1)mm到到0.5mm左右左右; 細(xì)顆粒細(xì)顆粒:從從0到到0.2(或或0.1)mm.7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院117/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院12采用單一的顆粒不能達(dá)到緊密堆積采用單一的顆粒不能達(dá)到緊密堆積;采用多組分可達(dá)到緊密堆積，而且組分顆粒采用多組分可達(dá)到緊密堆積，而且組分顆粒尺寸相差越大越好尺寸相差越大越好;較細(xì)顆粒數(shù)量應(yīng)足夠填充于緊密排列的顆粒較細(xì)顆粒數(shù)量應(yīng)足夠填充于緊密排列的顆粒構(gòu)成的間隙中構(gòu)成的間隙中;增加顆粒組分雖可以提高堆積密度，但當(dāng)增加顆粒組分雖可以提高堆積密度，但

8、當(dāng)3時(shí)，無(wú)實(shí)際意義時(shí)，無(wú)實(shí)際意義;應(yīng)適當(dāng)增大臨界顆粒尺寸，以使各組分顆粒應(yīng)適當(dāng)增大臨界顆粒尺寸，以使各組分顆粒尺寸相差大些尺寸相差大些;7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院13 配料包括按規(guī)定比例的各種原料、和同一原料的配料包括按規(guī)定比例的各種原料、和同一原料的各不同顆粒組成配合的粉料；各不同顆粒組成配合的粉料； a、配料的化學(xué)組成必須能滿足制品的要求，并且、配料的化學(xué)組成必須能滿足制品的要求，并且應(yīng)比控制應(yīng)比控制 指標(biāo)高些（純度高、雜質(zhì)成分少）；指標(biāo)高些（純度高、雜質(zhì)成分少）； b、結(jié)合劑的選擇對(duì)制品的最終性能不產(chǎn)生影響，、結(jié)合劑的選擇對(duì)制品的最終性能不產(chǎn)生影響，對(duì)結(jié)合劑變?yōu)橹破返囊徊糠謶?yīng)慎重

9、，作為配料組對(duì)結(jié)合劑變?yōu)橹破返囊徊糠謶?yīng)慎重，作為配料組 成配料；成配料； c、原料中含水分和灼減成分時(shí)，使得原料、配料、原料中含水分和灼減成分時(shí)，使得原料、配料和制品的和制品的 化學(xué)組成之間出現(xiàn)換算關(guān)系?；瘜W(xué)組成之間出現(xiàn)換算關(guān)系。7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院14：比較準(zhǔn)確，誤差一般：比較準(zhǔn)確，誤差一般0.2%0.2%：按體積比來(lái)配料。常用、簡(jiǎn)單：按體積比來(lái)配料。常用、簡(jiǎn)單7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院15使兩種以上不均勻物料的成分和使兩種以上不均勻物料的成分和顆粒均勻化，促進(jìn)顆粒接觸和塑化的操作過(guò)顆粒均勻化，促進(jìn)顆粒接觸和塑化的操作過(guò)程稱為混練。程稱為混練。 耐火材料的混練是混合的一

10、種，伴隨有一耐火材料的混練是混合的一種，伴隨有一 定程度的擠壓、捏合、排氣過(guò)程在內(nèi)。定程度的擠壓、捏合、排氣過(guò)程在內(nèi)。7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院16 不均勻系數(shù)：不均勻系數(shù)： 混合的均勻程度與物料的質(zhì)量體積有關(guān)，物混合的均勻程度與物料的質(zhì)量體積有關(guān)，物料體積越小、質(zhì)量小則混合均勻程度越高（采用料體積越小、質(zhì)量小則混合均勻程度越高（采用濕法球磨）濕法球磨）7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院17 快速混合階段快速混合階段 擴(kuò)散混合階段擴(kuò)散混合階段 后期混合階段（逆混合階段）后期混合階段（逆混合階段） 7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院18將混練后或經(jīng)過(guò)擠泥處理的坯料在一定將混練后或經(jīng)過(guò)擠泥

11、處理的坯料在一定的溫度和濕度的環(huán)境中儲(chǔ)放一定時(shí)間。的溫度和濕度的環(huán)境中儲(chǔ)放一定時(shí)間。水分均勻化；水分均勻化；膠體物質(zhì)產(chǎn)生；膠體物質(zhì)產(chǎn)生； 細(xì)菌使有機(jī)物變質(zhì)生成有機(jī)酸，使坯料均化。細(xì)菌使有機(jī)物變質(zhì)生成有機(jī)酸，使坯料均化。322)(,)(,)(OHAlOHCaOHMg （真空排除氣泡）真空練泥機(jī)強(qiáng)化塑化（真空排除氣泡）真空練泥機(jī)強(qiáng)化塑化在軟化點(diǎn)以上操作，在軟化點(diǎn)以上操作，含碳量高有機(jī)物含碳量高有機(jī)物/石蠟、瀝青，但不能溫度太高，否石蠟、瀝青，但不能溫度太高，否則輕餾分揮發(fā)）則輕餾分揮發(fā)）7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院19 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 半干壓成型半干壓成型 注漿成型注漿成型 熱壓成型熱壓成型 （熱

12、塑性、晶界蠕動(dòng)）（熱塑性、晶界蠕動(dòng)） 熱壓注成型熱壓注成型 電熔鑄電熔鑄 等靜壓成型等靜壓成型 振動(dòng)成型振動(dòng)成型第三節(jié)耐火材料的成型工藝第三節(jié)耐火材料的成型工藝7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院201.定義：耐火坯料借助于外力和模型，成為具有定義：耐火坯料借助于外力和模型，成為具有一定尺寸和形狀、強(qiáng)度的坯體或制品的過(guò)程。一定尺寸和形狀、強(qiáng)度的坯體或制品的過(guò)程。選擇成型方法取決于坯料性質(zhì)、制品形狀、尺寸選擇成型方法取決于坯料性質(zhì)、制品形狀、尺寸的工藝要求。的工藝要求。2.成型方法：成型方法： 半干法半干法坯料水分坯料水分5%左右左右 可塑法可塑法坯料水分坯料水分15%左右左右 注漿法注漿法坯料水

13、分坯料水分40%左右左右其他：振動(dòng)成型、熱壓成型、等靜壓成型其他：振動(dòng)成型、熱壓成型、等靜壓成型7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院21 借助于壓力的作用，使坯體顆粒借助于壓力的作用，使坯體顆粒重新分布，在機(jī)械結(jié)合力（靜電引力、摩重新分布，在機(jī)械結(jié)合力（靜電引力、摩擦力）作用下，顆粒緊密結(jié)合，發(fā)生彈性擦力）作用下，顆粒緊密結(jié)合，發(fā)生彈性和脆性形變，排出空氣，成為有一定尺寸和脆性形變，排出空氣，成為有一定尺寸和形狀強(qiáng)度的制品。和形狀強(qiáng)度的制品。 ：形狀復(fù)雜的顆粒，機(jī)械結(jié)合力起主要作用；形狀復(fù)雜的顆粒，機(jī)械結(jié)合力起主要作用； 形狀簡(jiǎn)單的顆粒，摩擦力及靜電引力起主要作用；形狀簡(jiǎn)單的顆粒，摩擦力及靜電引

14、力起主要作用；7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院22顆粒移動(dòng)，重新顆粒移動(dòng)，重新配置成較致密的堆積（壓配置成較致密的堆積（壓縮明顯）；縮明顯）；顆粒發(fā)生脆性及顆粒發(fā)生脆性及彈性變形，壓縮呈階梯狀，彈性變形，壓縮呈階梯狀，短促而頻繁；短促而頻繁；在極限壓力下，在極限壓力下，坯料致密度不再提高。坯料致密度不再提高。 7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院23認(rèn)識(shí)壓力的組成有助于成型較為致密完好的樣品認(rèn)識(shí)壓力的組成有助于成型較為致密完好的樣品壓力由三部分壓力由三部分 （1）克服坯料顆粒間內(nèi)摩擦力的壓力（）克服坯料顆粒間內(nèi)摩擦力的壓力（） 措施：顆粒大小相同，等軸措施：顆粒大小相同，等軸 （2）克服坯料顆

15、粒與模壁間的外摩擦力（）克服坯料顆粒與模壁間的外摩擦力（） 措施：增加模壁的光滑性措施：增加模壁的光滑性 （3）過(guò)剩壓力）過(guò)剩壓力（坯料水分、顆粒組成及在模內(nèi)填充的不均勻（坯料水分、顆粒組成及在模內(nèi)填充的不均勻 性）性） 措施：粉料混合均勻措施：粉料混合均勻1P2P3P321PPPP（壓力通常由實(shí)驗(yàn)方法確定總壓力）7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院24 PbalnPabaln1a1P)(MPaba,：可看作坯體相對(duì)密度：可看作坯體相對(duì)密度 ：壓制壓力；：壓制壓力；：壓縮坯料常數(shù)：壓縮坯料常數(shù)：真氣孔率；：真氣孔率；7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院257/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院267/

16、4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院27Pabaln17/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院28 （1）常數(shù)）常數(shù)a、b取決于自然堆積坯料的氣孔取決于自然堆積坯料的氣孔率及物料硬度，（）；率及物料硬度，（）； （2）物料的硬度增大，則坯體的氣孔率及）物料的硬度增大，則坯體的氣孔率及ab的比值也大；的比值也大； （3）物料的相對(duì)密度與為反比關(guān)系；）物料的相對(duì)密度與為反比關(guān)系； 所以比值可用來(lái)表示坯料趨向致密的能力所以比值可用來(lái)表示坯料趨向致密的能力ba,baba7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院29 fh：距受壓面：距受壓面h處壓強(qiáng)系數(shù)；處壓強(qiáng)系數(shù)； f：受壓表面上壓強(qiáng)；：受壓表面上壓強(qiáng)； h：距受壓面的

17、距離；：距受壓面的距離；R：坯體截面的水力半徑。：坯體截面的水力半徑。RhKheffhfh沿壓制方向，壓強(qiáng)落差決定了坯體的均勻程度，沿壓制方向，壓強(qiáng)落差決定了坯體的均勻程度，即可用即可用f fh h /f來(lái)估算，來(lái)估算，即坯體均勻程度系數(shù)：即坯體均勻程度系數(shù)：， = = 1為理想狀態(tài)為理想狀態(tài)RhKheff7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院30壓制時(shí)，壓強(qiáng)不壓制時(shí)，壓強(qiáng)不遵守帕斯卡定律所致）遵守帕斯卡定律所致）RHCH06RH（距離受壓面處的氣孔率；距離受壓面處的體積密度；常數(shù)，取決于坯料性質(zhì)和常數(shù)；坯體的水力半徑） RHCH07/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院31RHCH07/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院32坯體內(nèi)外摩擦系數(shù)降低，將使提高；坯體內(nèi)外摩擦系數(shù)降低，將使提高；坯體受壓面與厚度的比值增大，使提高坯體受壓面與厚度的比值增大，使提高（=0.74）塑化劑、表面活性劑的引入，使提高塑化劑、表面活性劑的引入，使提高坯料顆粒較粗，水分較大，使提高（液坯料顆粒較粗，水分較大，使提高（液膜的潤(rùn)濕作用）膜的潤(rùn)濕作用）7/4/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院33坯體壓制時(shí)，外部壓力被內(nèi)部彈性力所均衡，坯體壓制時(shí)，外部壓力被內(nèi)部彈性力所均衡，當(dāng)外力取消時(shí)，內(nèi)部彈性力被釋放出來(lái)，引起坯體當(dāng)外力取消時(shí)，內(nèi)部彈性力被釋放出來(lái)，引起坯體膨脹。（成