耐火材料工藝學(xué)：緒論

1、耐火材料工藝學(xué)本節(jié)內(nèi)容本課程的學(xué)習(xí)對象耐火材料概念/分類/發(fā)展/本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容是什么？學(xué)習(xí)本課程的要求如何？耐火材料工藝-緒論本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容耐火材料的結(jié)構(gòu)、成分、力學(xué)特性和其他性質(zhì)；耐火材料的基本生產(chǎn)工藝；幾類重要耐火材料的性能與制備；耐火材料的設(shè)計和應(yīng)用耐火材料工藝-緒論本課程的學(xué)習(xí)方法和要求基本要求：全面認(rèn)識耐火材料的性能 /制備/應(yīng)用之間的關(guān)系；更高要求：掌握制備與開發(fā)耐火材料 的方法耐火材料工藝-緒論 這門課程要求嚴(yán)格喲！ 平時成績30 出勤、作業(yè)、提問期末考試成績70 綜合題為主 耐火材料工藝-緒論你知道嗎？ Asahi Glass Co. Ltd（日本） $121億 Compa

2、gnie De Saint-Gobain（法國） $48億 Vesuvius Group（比利時） $12億 西洋集團(tuán) （中國遼寧） 36億 青花集團(tuán) （中國山東） 15億 我國耐火原料中優(yōu)質(zhì)鎂礦、高鋁礬土和石墨資源，儲量和產(chǎn)量居全球之首。2008年：中國耐火材料產(chǎn)量占到世界的3/4以上。2011年中國耐火材料制品產(chǎn)量達(dá)7184萬噸 2013年1-8月，全國共生產(chǎn)耐火材料制品5736.01萬噸，同比增長6.88%。 “大而無當(dāng)，大而不強(qiáng)”鐘香崇鋼鐵行業(yè)與耐火材料行業(yè)：“一榮俱榮，一損俱損”1.耐火材料的現(xiàn)狀和發(fā)展 耐火材料高溫技術(shù)的基礎(chǔ)材料 與冶金、水泥、玻璃、陶瓷、化工和能源等基礎(chǔ)工業(yè)的科學(xué)

3、研究和尖端技術(shù)發(fā)展緊密相關(guān)，相互依存，又互為促進(jìn)。 高溫技術(shù)的發(fā)展我國鋼鐵、有色、水泥、玻璃、陶瓷、化工等高溫工業(yè)用耐火材料已基本立足國內(nèi)。 32年前，我國耐火材料工業(yè)只能出口少量初級原料、1978年全年出口鎂砂6.52萬噸，創(chuàng)匯612萬美元。 耐火材料工藝-緒論推動著耐火材料技術(shù)的變革越出氧化物體系的范疇，發(fā)展為含有非氧化物，甚至金屬的多元、多相、多顆粒尺寸級配的無機(jī)復(fù)合材料。 耐火材料工藝-緒論耐火材料工藝-緒論耐火材料工藝-緒論耐火材料工藝-緒論耐火材料工藝-緒論耐火材料工藝-緒論耐火材料工藝-緒論 1998年全國共進(jìn)口耐火材料僅2.38萬噸，約占全國耐火材料年消耗量的0.26。 199

4、9年全國耐火材料原材料出口365.04萬噸, 創(chuàng)匯4.579億美元。 耐火材料制品出口33.82萬噸，創(chuàng)匯1.215億美元 出口各種鎂砂 168.89萬噸，創(chuàng)匯2.085億美元 甚至連鑄用滑板磚、轉(zhuǎn)爐用鎂碳磚等高級耐材制品也進(jìn)入了美、日等發(fā)達(dá)國家市場，受到用戶青睞。 現(xiàn)代化的寶鋼，在耐火材料國產(chǎn)化率已達(dá)98.50以上的條件下耐火材料消耗（按同口徑計算）達(dá)9.9千克噸鋼，步入世界先進(jìn)行列。 耐火材料工藝-緒論耐火材料工藝-緒論耐火材料工藝-緒論耐火材料工藝-緒論2.我國耐火材料工業(yè)當(dāng)前存在的問題1）耐材生產(chǎn)能力過大，供求關(guān)系嚴(yán)重失衡。 近10余年來，國內(nèi)耐材市場迅猛發(fā)展，特別是90年代以來，低水

5、平重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重, 導(dǎo)致耐材生產(chǎn)能力呈嚴(yán)重“結(jié)構(gòu)性過剩”，且繼續(xù)逐年惡性膨脹。 國內(nèi)耐材年生產(chǎn)能力在1400萬噸水平，居世界首位，而國內(nèi)耐材年耗約800900萬噸，國內(nèi)耐材市場呈供大于求的態(tài)勢。 在國際上，隨著發(fā)達(dá)國家工業(yè)的戰(zhàn)略調(diào)整，技術(shù)進(jìn)步加快，耐材消費(fèi)及產(chǎn)量逐年降低。 耐火材料工藝-緒論在全國耐材總量中，普通黏土磚約占60 有節(jié)能和廣泛適用性，號稱“第三代耐材”的不定形耐材僅占約10左右 發(fā)達(dá)國家黏土磚約占15、不定形耐材占 50以上。 我國噸鋼平均耐材消耗約為45千克 日本平均水平小于10千克。2）普通制品多，優(yōu)質(zhì)長壽節(jié)能產(chǎn)品少，耐材消耗高。耐火材料工藝-緒論對中國耐火材料工業(yè)來說，是一個

6、經(jīng)歷結(jié)構(gòu)優(yōu)化，企業(yè)重組和品種結(jié)構(gòu)調(diào)整的時期。 發(fā)展的戰(zhàn)略：中國豐富的自然資源為基礎(chǔ)，開發(fā)高性能的合成原料和更多的高性能和功能性產(chǎn)品，以滿足先進(jìn)的高溫工業(yè)發(fā)展的需要, 重點(diǎn)；連鑄和潔凈鋼生產(chǎn)用。 注重：裝備和管理 目的： 使耐火原料和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性提高。耐火材料工藝-緒論3.我國耐火材料工業(yè)面臨的機(jī)遇 作為耐火材料最大用戶的鋼鐵工業(yè)，日、美、歐洲等發(fā)達(dá)國家的鋼產(chǎn)量停滯不前 中國、印度、巴西、伊朗等發(fā)展中國家的鋼產(chǎn)量卻在增加，全球鋼產(chǎn)量總體仍呈增長趨勢。 其它制造業(yè)如水泥、玻璃、有色金屬、石油化工、陶瓷等也離不開耐火材料。 發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的耐火材料的成本遠(yuǎn)高于發(fā)展中國家的 環(huán)保要求更嚴(yán)格，

7、只生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品或出口技術(shù) 大宗產(chǎn)品、勞動密集型產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到發(fā)展中國家生產(chǎn)。耐火材料工藝-緒論 中國有得天獨(dú)厚的原材料優(yōu)勢和勞動力成本優(yōu)勢，無疑機(jī)會更多一些。 截止2002年底，在中國大陸注冊的外國獨(dú)資、合資、合作企業(yè)達(dá)50家之多。還有許多境外公司在中國開設(shè)了辦事處。 我國已宣布從2004年一月份開始對大多數(shù)耐火原料出口取消退稅，產(chǎn)成品出口也將降低退稅幅度。 這意味著重要原料出口進(jìn)一步受到限制，這將對依賴進(jìn)口我國耐火原料和產(chǎn)品的一些發(fā)達(dá)國家的耐材工業(yè)產(chǎn)生重要影響。為了降低成本，他們勢必把工廠搬到中國來。這對中國耐材工業(yè)的發(fā)展也將是一個重要的機(jī)會。耐火材料工藝-緒論耐火材料目前和今后的研發(fā)及創(chuàng)新

8、面臨新的機(jī)遇：（1）長壽命、低消耗的鋼包系統(tǒng)用耐材；（2）高效連鑄連軋系統(tǒng)用耐火材料；（3）爐外精練系統(tǒng)用耐火材料；（4）高性能不定形耐火材料；（5）適應(yīng)新施工方法的耐火材料；（6）水泥、有色、石化、陶瓷等工業(yè)關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵部位用高性能耐火材料；（7）有利于環(huán)保和生態(tài)的耐火材料。耐火材料工藝-緒論耐火材料的發(fā)展出現(xiàn)了新的動向 1) 大力發(fā)展耐火材料新體系 耐火材料約70用于冶金工業(yè)，耐火材料幾乎是冶金工業(yè)發(fā)展的晴雨表。 100多年來，鋼鐵冶煉技術(shù)的重大演變都有賴于耐火材料新品種的開發(fā)。耐火材料工藝-緒論 堿性空氣轉(zhuǎn)爐成功 白云石耐火材料 平爐成功 高荷重軟化溫度硅磚 全堿性平爐 良好抗侵蝕和急

9、冷急熱性能鎂鉻磚 20世紀(jì)70年代，世界能源危機(jī)促進(jìn)了保溫節(jié)能材料、不定形耐火材料的發(fā)展 轉(zhuǎn)爐煉鋼和連鑄技術(shù)促使功能耐火材料品種迅速增多。 80年代以后，碳結(jié)合制品的發(fā)明使氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的爐齡超過千爐大關(guān)和魚雷罐等壽命的大幅度提高，開創(chuàng)了高效、長壽復(fù)合耐火材料的新紀(jì)元耐火材料工藝-緒論 氮化物(Si3N4、A1N、BN等)、氮氧化物(Sialon、AlON、MgAlON等)-碳化物(SiC)之間的復(fù)合材料 氮化物(Si3N4、A1N、BN等)、氮氧化物(Sialon、AlON、MgAION等)-氧化物之間復(fù)合材料 使高爐壽命超過15年，甚至20年，還在向更高的目標(biāo)發(fā)展 滿足潔凈鋼冶煉和大型水泥回

10、轉(zhuǎn)窯高溫帶耐火材料的無鉻化的要求，含游離CaO的堿性耐火材料已引起關(guān)注。 玻璃工業(yè)的全氧熔制，促進(jìn)了熔鑄高鋯剛玉制品的發(fā)展。耐火材料工藝-緒論 2)加強(qiáng)耐火原料的研究和開發(fā) 耐火材料走出了簡單的原礦物混合燒成，重視了礦物原材料的精選和預(yù)處理，注意均質(zhì)料和改型處理。 自主開發(fā)出采用煤矸石合成sialon或莫來石 鋁礬土和鎂砂合成MgAlON及其與剛玉、尖晶石復(fù)合的制品 利用鋁礬土合成礬土基sialon、礬土基剛玉、礬土基燒成尖晶石等高級耐火材料的原料和工藝。耐火材料工藝-緒論3)重視材料結(jié)構(gòu)和應(yīng)用基礎(chǔ)理論的研究 國內(nèi)外都開始重視耐火材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，逐步改變“炒菜式”和“經(jīng)驗式”的生產(chǎn)模式。

11、對燒結(jié)特征和機(jī)理、高溫力學(xué)性能與顯微結(jié)構(gòu)的關(guān)系、材料結(jié)構(gòu)與斷裂行為的關(guān)系、爐渣侵蝕動力學(xué)和侵蝕機(jī)理、不定形耐火材料的流變行為等進(jìn)行了研究 發(fā)展為含有氧化物和非氧化物甚至金屬的多元、多相、多粒度級配體系進(jìn)行熱力學(xué)、動力學(xué)研究；將侵蝕和損毀過程提高到體系與環(huán)境質(zhì)、能交換的動態(tài)過程進(jìn)行研究 從耐火材料主體受損的研究擴(kuò)展到其對服務(wù)對象質(zhì)量的影響(如與鋼液的夾雜和S、P)、O的關(guān)系)。這些研究結(jié)果對指導(dǎo)耐火材料技術(shù)發(fā)展起了積極作用。耐火材料工藝-緒論4) 提高機(jī)械化和自動化水平 原料加工、成型和燒成的裝備水平均有顯著提高。 從精細(xì)配料、高效混合的要求出發(fā)，采用機(jī)電一體化、智能化的高效篩選、混合設(shè)備，用計

12、算機(jī)控制精確配料、均勻布料的高壓、高效、快速成型機(jī)械等，已在我國一些耐火材料廠推廣。 耐火材料燒成窯爐更是著力研究的重點(diǎn)，一種自動溫控、溫差小、氣氛可控的梭式爐已開始應(yīng)用于一些先進(jìn)的耐火材料企業(yè)。 機(jī)械手也在傳輸、搬運(yùn)過程逐步采用。耐火材料工藝-緒論5) 世界耐火材料研究及生產(chǎn)中心向中國轉(zhuǎn)移 英國的摩根、美國鋁業(yè)、法國拉法基、美國維蘇威、日本品川、挪威的?？系萳0多家著名耐火材料公司都在中國設(shè)立了分公司。 培養(yǎng)了一大批耐火材料學(xué)科的高級科技人才。擁有博士學(xué)位以上的耐火材料科技研究人員數(shù)量已居世界第一位。這支隊伍的科技實力已初步萌發(fā)，一些具有較大影響和自主知識產(chǎn)權(quán)的科研成果已陸續(xù)出現(xiàn)。 國外利用

13、其原有的雄厚基礎(chǔ)和先進(jìn)、完善的工業(yè)體系繼續(xù)在耐火材料領(lǐng)域發(fā)揮作用，但我國在高速發(fā)展的高溫工業(yè)推動下，通過蓬勃發(fā)展的市場對外國技術(shù)的吸引和激發(fā)本國的科技力量，逐步使中國成為世界耐火材料的研究、開發(fā)與生產(chǎn)中心耐火材料工藝-緒論4.耐火材料的定義和分類 1）耐火材料的定義 耐火材料：耐火度不低于1580的無機(jī)非金屬材料。 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)正式出版的國際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定； “耐火材料是耐火度至少為1500的非金屬材料或制品(但不排除那些含有一定比例的金屬)” 耐火度不低于1580的無機(jī)非金屬材料。用作高溫窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料，以及工業(yè)用高溫容器和部件的材料，并能承受相應(yīng)的物理化學(xué)變化及機(jī)械作用。

14、耐火材料工藝-緒論 大部分耐火材料是以天然礦石為原料制造的。 (耐火粘土、硅石、菱鎂礦、白云石等) 采用某些工業(yè)原料和人工合成原料也日益增多。 (工業(yè)氧化鋁、碳化硅、合成莫來石、合成尖晶石等) 用于純金屬或特殊合金的熔煉及高溫技術(shù)方面的耐火材料 各種純氧化物、人工合成的難熔化合物以及金屬陶瓷的復(fù)合材料等。耐火材料工藝-緒論2）耐火材料的分類 a.按耐火材料的化學(xué)礦物組成進(jìn)行的分類，表征各種耐火材料的基本組成和特性，在生產(chǎn)、使用和科學(xué)研究上均有實際意義 分 類 類 別 主要化學(xué)成分 主 要 礦 物 成 分硅質(zhì)制品 硅磚 石英玻璃 SiO2 SiO2 磷石英、方石英 石英玻璃硅酸鋁質(zhì)制品 半硅磚

15、粘土磚 高鋁磚 SiO2、Al2O3 SiO2、Al2O3 SiO2、Al2O3 莫來石、方石英 莫來石、方石英 莫來石、剛玉鎂質(zhì)制品 鎂磚(方鎂石磚) 鎂鋁磚 鎂鉻磚 鎂橄欖石磚 鎂硅磚 鎂鈣磚 鎂白云石磚 鎂碳磚 MgO MgO、Al2O3 MSO、Cr2O3 MgO、SiO2 MgO、SiO2 MgO、CaO MgO、CaO MgO、C 方鎂石、 方鎂石、鎂鋁尖晶石 方鎂石、鉻尖晶石 鎂橄欖石、方鎂石 方鎂石、鎂橄欖石 方鎂石、硅酸二鈣 方鎂石，氧化鈣 方鎂石、無定形碳(或石墨) 白云石質(zhì)制品 白云石磚 CaO、MgO 氧化鈣，方鎂石 鉻質(zhì)制品 鉻磚 鉻鎂磚 Cr2O3、FeO Cr2O

16、3、MgO 鉻鐵礦 鉻尖晶石、方鎂石 碳質(zhì)制品 炭磚 石墨制品 碳化硅制品 C C SiC 無定形碳(石墨) 石墨 碳化硅 鋯質(zhì)制品 鋯英石磚 ZrO2，SiO2 鋯英石耐火材料工藝-緒論 特殊制品 純氧化物制品 Al2O3，ZrO2、 CaO，MgO 剛玉、高溫型ZrO2 氧化鈣、方鎂石 碳化物 氮化物 硅化物 硼化物 金屬陶瓷等耐火材料工藝-緒論b.根據(jù)耐火度：普通耐火制品(15801770)、高級耐火制品(17702000)、特級耐火制品(2000以上)。c.按照形狀和尺寸；標(biāo)準(zhǔn)型磚、異型磚、特異型磚、大異型磚，實驗室和工業(yè)用坩堝、皿、管等特殊制品。d.按制造工藝方法：泥漿澆注制品、可塑

17、成型制品、半干壓型制品、由粉狀非可塑泥料搗固成型制品，由熔融料澆注的制品以及由巖石鋸成的制品。耐火材料工藝-緒論e.按外觀分類； 耐火磚(具有一定形狀)：燒成磚、不燒磚，電熔磚(熔鑄磚)、耐火隔熱磚 不定形耐火材料(簡稱散狀料，無一定形狀，按所要求形狀施工用材料)：澆注料、搗打料，投射料，噴射料，可塑料， 耐火泥按主晶相酸堿性質(zhì)分類酸性材料制品：以石英（SiO2)為主晶相。硅磚（SiO293%）；60SiO280，半酸性材料。(焦?fàn)t、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐)堿性材料制品：以MgO、CaO為主晶相。它們的熔點(diǎn)高，抗堿性渣侵蝕能力很強(qiáng)。鎂鉻磚、白云石磚、橄欖石磚。(堿性煉鋼爐及有色金屬冶煉爐)中性材料制品：以Al2O3、ZrO2為主晶相。黏土磚、高鋁磚、莫來石磚、鋯英石制品。(高溫爐襯材料,石油、化工的高壓釜內(nèi)襯)耐火材料工藝-緒論按主要成分分類耐火材料工藝-緒論按是否定型分類炭塊氧化鎂磚氧化鋯水口滑動水口滑板絕熱磚電鑄磚灰漿噴吹材料澆注料可塑料搗打料耐火纖維耐火材料工藝-緒論15801770 17702000 20003000 按耐火度分類耐火材料工藝-緒論高鋁磚 耐火材料工藝-緒論粘土磚 耐火材料工藝-緒論