耐火材料的生產(chǎn)過程課件

8/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院1

(1)原料制備:采選礦、煅燒、破粉碎成粉體，各種粒度的顆粒料等;(2)坯料制備（具備加工能力的粉料、顆粒料性質(zhì)）;(3)配料（混料）;(4)成型（不定形耐火材料不需要成型）;(5)干燥;(6)燒成（不燒磚的燒成在使用時(shí)完成）.耐火材料的生產(chǎn)過程基本與陶瓷生產(chǎn)工藝相同,包括：8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院1(1)原料制備:采18/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院2一、耐火原料的選擇耐火原料的選擇從兩個(gè)方面進(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；（2）礦物觀點(diǎn)：選擇具有高耐火度的礦物。a)元素角度選擇門捷列夫元素周期表上，從H到V78個(gè)元素中（稀土元素除外）熔點(diǎn)高于2000℃的有10個(gè)，只有碳（熔點(diǎn)3500℃，有的書中為3700±100℃）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。第一節(jié)耐火材料的選擇與加工8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院2一、耐火原料的選擇第一節(jié)28/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院3

b)二元化合物約有9200種二元化合物，約有1010種化合物是耐火的。氧化物中：酸性氧化物熔點(diǎn)最低：如SiO21713℃，TiO21825℃；中性氧化物次之：如Al2O32050℃，Cr2O32275℃；堿性氧化物熔點(diǎn)高：如MgO2800℃，CaO2570℃，BeO2550℃，SrO2430℃.c)三元化合物約有148000種（除固熔體外），可用作耐火原料的約有2780種。如莫來石（3Al2O3·2SiO2）熔點(diǎn)為1870℃；鎂鋁尖晶石（Al2O3·MgO）熔點(diǎn)為2105℃；鎂鉻尖晶石（Cr2O3·MgO）熔點(diǎn)為2350℃。8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院3b)二元化合物38/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院4d)四元化合物估計(jì)可用作耐火原料的有400～600種，如：堇青石（2MgO·2Al2O3·5SiO2）。合計(jì)可用作耐火原料總數(shù)為4000余種，其中常用于工業(yè)生產(chǎn)的耐火原料只有100種。

why?

除了考慮熔點(diǎn)外，還要看它在自然界中存在的數(shù)量及分布情況，即作為耐火原料還應(yīng)該具有來源廣，成本低廉。在地球巖石層中，硅酸鹽+鋁酸鹽數(shù)量最大占86.5%。金屬Pt的熔點(diǎn)為1772℃，可以用作耐火原料，但是太昂貴了。8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院4d)四元化合物48/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院5（一）采礦和選礦

1、采礦考慮：儲(chǔ)量豐富，可穩(wěn)定的供應(yīng)原礦，質(zhì)量波動(dòng)不大，雜質(zhì)含量符合技術(shù)要求。綜合利用（具有開采價(jià)值的要素：品位）

2、選礦：機(jī)械、物理、化學(xué)等方法將所選目標(biāo)礦物富集，并按礦物中各種礦物的物理性質(zhì)選用合適的選礦方法。二、耐火原料的加工8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院5（一）采礦和選礦二、耐火58/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院63、主要方法：

重液法：利用礦物的密度差，在重液中進(jìn)行分離；磁力法：利用不同礦物具有不同的磁導(dǎo)系數(shù)；浮選法：利用礦物被液體所潤濕程度的差別來進(jìn)行（工業(yè)脂肪酸的混合物）化學(xué)法：利用一系列物理化學(xué)反應(yīng)使礦物分離；電泳法(電滲選礦法)：利用懸浮液的質(zhì)點(diǎn)(如黏土、高嶺土)帶有電荷,電流通過懸浮液時(shí),帶電的微粒向帶有相反電荷的電極移動(dòng),并沉積在其表面上。8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院63、主要方法：68/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院7例：菱鎂礦選礦方法的介紹（1）重液選礦菱鎂礦，破碎0～120mm（篩去0～8mm）分級60～120和8～60重液選礦懸浮液中（MgO45～46%）問題:有15%的廢礦原料不能回收處理。（2）浮選浮選劑（工業(yè)脂肪酸混合物）利用雜物和礦物對浮選劑的附著性與潤濕性的差別礦石中MgO37～41%浮選45.5～46.5%8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院7例：菱鎂礦選礦方法的介紹78/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院8

（3）化學(xué)選礦

通過化學(xué)作用將礦物中有關(guān)成分提取出來的選礦方法，分離出來的原料的純度較高。

a、氯化鎂法：獲得原料:

b、氨化法：

水解獲得經(jīng)輕燒(水解)8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院8

（3）化學(xué)選礦

88/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院9c、碳酸氫鹽法：

小結(jié)：(1)化學(xué)法制備高純;

（2）可以調(diào)節(jié)組分間比例（在沉淀過程、共沉淀一些物質(zhì)）。；

獲得原料：經(jīng)輕燒8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院9c、碳酸氫鹽法：小結(jié)：98/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院10

1．目的：提高制品的性能①獲得性能穩(wěn)定的坯料；②改善制品成分，組織結(jié)構(gòu)；③保證制品的體積穩(wěn)定性；④保證外形尺寸的準(zhǔn)確性2．矛盾區(qū)死燒制品性能穩(wěn)定制品燒成困難輕燒活性穩(wěn)定性差3．基本概念

①活化輕燒：將物料充分細(xì)磨（采用高效粉磨技術(shù)），在較低溫度下燒結(jié)熟料（輕燒）；輕燒目的：獲得易燒的原料（缺陷多，活性高),輕燒溫度選擇具有非常重要性。（二）原料煅燒8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院101．目的：提高制品108/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院11

②死燒：物料達(dá)到完全燒結(jié)稱為死燒。T=0.7Ts（Ts為主晶相氧化物的熔點(diǎn)）③輕燒活化工藝：

輕燒壓球（壓坯）死燒（亦稱兩步煅燒）二步煅燒的特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：獲得高純、高密度的氧化物制品。

缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜、燃料消耗大。注意：對于雜質(zhì)含量大于4%的可不采用二步煅燒工藝。④需熱工設(shè)備：多層爐、沸騰爐、回轉(zhuǎn)爐、豎爐等。8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院11118/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院12三、原料的破粉碎1.目的：a、選礦時(shí)需要；b、成型時(shí)獲得較高的堆積密度；c、燒結(jié)活性。2、常用機(jī)械粗碎：顎式破碎機(jī)；中碎：圓錐式破機(jī)細(xì)碎：球磨機(jī)使用上述機(jī)械應(yīng)注意事項(xiàng)：生產(chǎn)能力由大變??；注意防塵；注意隔音8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院12三、原料的破粉碎128/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院13３．采用超細(xì)磨技術(shù)（獲得超細(xì)粉）

a、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，降低燒結(jié)溫度；c、注意職業(yè)病，矽肺（主要由可溶性SiO2粉塵引起）；d、高效能研磨手段：振動(dòng)磨、氣動(dòng)磨、攪拌磨、爆炸方法等。8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院13３．采用超細(xì)磨技術(shù)（獲138/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院144、助磨劑（加速物料的粉碎）

實(shí)質(zhì)：表面活性劑作用：a、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；b、吸附作用平衡顆粒表面的不飽和鍵，防止顆粒重新聚合；上述作用都是為了防止重新聚合成大顆粒。

助磨劑范圍：胺、醇、酯、醚、無機(jī)鹽類（水）

小顆粒為什么會(huì)聚合？

a、弱結(jié)合：范德華引力。b、強(qiáng)結(jié)合：新表面的剩余化學(xué)鍵或游離基的作用。8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院144、助磨劑（加速物料的148/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院15準(zhǔn)備成型的物料

一、顆粒的幾何學(xué)性質(zhì)（密堆積原理）粉體顆粒的構(gòu)造：一次顆粒、二次顆粒）粉體的粒度：粒徑、粒度分布顆粒的形狀：

1）體積形狀系數(shù):av、表面積形狀系數(shù):as

設(shè)一顆粒粒徑為dp，體積為v，表面積為s，則v=avdp3s=asdp2

球：av=П/6

as=

П；立方體：av=1

as=

6第二節(jié)坯料的制備8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院15準(zhǔn)備成型的物料第二節(jié)158/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院162）粉體的流動(dòng)性顆粒形狀影響粉體的流動(dòng)性。

a、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：粉料流動(dòng)時(shí)，顆粒密度、形狀、表面性狀等的差異，粉料呈不均勻的現(xiàn)象稱偏析。偏析分類及原因：

附著偏析：粉料進(jìn)入料倉時(shí)，因有一定落差，使粗細(xì)粉分開。

填充偏析：料倉加料時(shí)，粗粒料層起篩分作用，細(xì)粉可穿過其間進(jìn)入下面的靜止層；

滾落偏析：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壁。8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院162）粉體的流動(dòng)性168/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院17二、顆粒堆積研究的結(jié)論8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院17二、顆粒堆積研究的結(jié)論178/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院188/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院18188/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院19＊一般情況配料情況兩級配料：粗：細(xì)＝三級配料：粗：中：細(xì)＝其中：

粗顆粒:從０.5mm到3~4mm;中顆粒:從０.2(或0.1)mm到0.5mm左右;細(xì)顆粒:從0到0.2(或0.1)mm.8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院19＊一般情況配料情況其中198/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院208/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院20208/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院21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)﹥3時(shí)，無實(shí)際意義;應(yīng)適當(dāng)增大臨界顆粒尺寸，以使各組分顆粒尺寸相差大些;8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院21218/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院22四、配料配料包括按規(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；（1）要求：a、配料的化學(xué)組成必須能滿足制品的要求，并且應(yīng)比控制指標(biāo)高些（純度高、雜質(zhì)成分少）；b、結(jié)合劑的選擇對制品的最終性能不產(chǎn)生影響，對結(jié)合劑變?yōu)橹破返囊徊糠謶?yīng)慎重，作為配料組成配料；c、原料中含水分和灼減成分時(shí)，使得原料、配料和制品的化學(xué)組成之間出現(xiàn)換算關(guān)系。8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院22四、配料228/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院23（2）配料方法：重量法：比較準(zhǔn)確，誤差一般≤0.2%容積法：按體積比來配料。常用、簡單8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院23（2）配料方法：238/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院24五、混料(1)定義：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程稱為混練。

注：

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、排氣過程在內(nèi)。

8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院24五、混料(1)定248/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院25(2)混合程度的表示方法不均勻系數(shù)：

混合的均勻程度與物料的質(zhì)量體積有關(guān)，物料體積越小、質(zhì)量小則混合均勻程度越高（采用濕法球磨）8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院25(2)混合程度的表示方258/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院26(3)混合過程：快速混合階段擴(kuò)散混合階段后期混合階段（逆混合階段）(4)混練中的加料順序和注意事項(xiàng)：

②結(jié)合劑③細(xì)粉

①粗顆粒（中顆粒物料）8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院26(3)混合268/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院27

(5)坯料的塑化處理

a、困料：將混練后或經(jīng)過擠泥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。水分均勻化；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。b、排除空氣（真空排除氣泡）真空練泥機(jī)強(qiáng)化塑化c、加入表面活性劑和塑化劑

注：

有機(jī)粘接劑需均勻加入，在軟化點(diǎn)以上操作，含碳量高有機(jī)物/石蠟、瀝青，但不能溫度太高，否則輕餾分揮發(fā)）8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院27

(5)坯料的塑化處理278/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院28

簡介

半干壓成型

注漿成型

熱壓成型（熱塑性、晶界蠕動(dòng)）熱壓注成型電熔鑄等靜壓成型振動(dòng)成型難點(diǎn):層密度、層裂、彈性后效、泥漿觸變、泥漿凍結(jié)第三節(jié)耐火材料的成型工藝8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院28簡介難288/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院29成型方法簡介：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程。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。成型方法：半干法——坯料水分5%左右可塑法——坯料水分15%左右注漿法——坯料水分40%左右其他：振動(dòng)成型、熱壓成型、等靜壓成型8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院29成型方法298/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院30一、半干壓成型

1、定義：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，成為有一定尺寸和形狀強(qiáng)度的制品。

注：形狀復(fù)雜的顆粒，機(jī)械結(jié)合力起主要作用；形狀簡單的顆粒，摩擦力及靜電引力起主要作用；8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院30一、半干壓成型1、308/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院31第1階段：顆粒移動(dòng)，重新配置成較致密的堆積（壓縮明顯）；第2階段：顆粒發(fā)生脆性及彈性變形，壓縮呈階梯狀，短促而頻繁；第3階段：在極限壓力下，坯料致密度不再提高。

2、壓制過程三階段ⅢⅡⅠ8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院31第1階段：顆粒移動(dòng)，重318/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院32

3、壓制壓力的構(gòu)成

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構(gòu)成

（1）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（2）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（3）過剩壓力（坯料水分、顆粒組成及在模內(nèi)填充的不均勻性）措施：粉料混合均勻（壓力通常由實(shí)驗(yàn)方法確定總壓力）8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院32

3、壓制壓力的328/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院33

4、坯體氣孔率和壓力關(guān)系：可看作坯體相對密度

：壓制壓力；：壓縮坯料常數(shù)：真氣孔率；8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院334、坯體氣孔率和壓力關(guān)338/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院348/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院34348/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院358/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院35358/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院368/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院36368/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院37研究結(jié)論：（1）常數(shù)a、b取決于自然堆積坯料的氣孔率及物料硬度，（）；（2）物料的硬度增大，則坯體的氣孔率及a／b的比值也大；（3）物料的相對密度與為反比關(guān)系；所以比值可用來表示坯料趨向致密的能力8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院37研究結(jié)論：378/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院38壓強(qiáng)隨坯體厚度改變的關(guān)系fh：距受壓面h處壓強(qiáng)系數(shù)；f：受壓表面上壓強(qiáng)；h：距受壓面的距離；R：坯體截面的水力半徑。五、壓制時(shí)壓力分層與層密度現(xiàn)象注：沿壓制方向，壓強(qiáng)落差決定了坯體的均勻程度，即可用fh/f來估算，即坯體均勻程度系數(shù)：，

β=1為理想狀態(tài)8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院38壓強(qiáng)隨坯體厚度改變的關(guān)388/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院39②層密度現(xiàn)象

層密度現(xiàn)象：距受壓面近的地方密度大，而隨著離受壓面距離的增加，氣孔率逐漸增大，密度下降，坯體的這種現(xiàn)象稱“層密度”．（壓制時(shí)，壓強(qiáng)不遵守帕斯卡定律所致）（εＨ—距離受壓面Ｈ處的氣孔率；

γＨ—距離受壓面Ｈ處的體積密度；Ｃ—常數(shù)，取決于坯料性質(zhì)和常數(shù)；Ｒ—坯體的水力半徑）

8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院39②層密度現(xiàn)象（εＨ—距398/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院408/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院40408/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院41③影響坯體均勻程度的因素及解決方法坯體內(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（=0.74）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（液膜的潤濕作用）8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院41③影響坯體均勻程度的因418/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院42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，引起坯體膨脹。（成型時(shí)產(chǎn)生廢品的主要原因）六、彈性后效8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院42坯體壓制時(shí)，外部428/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院43七、層裂因素和防止方法①氣體的影響（重要原因）排除（壓縮氣體的壓力較大，會(huì)超過磚坯的斷裂強(qiáng)度）；②水分的影響水分大小和分布不均勻（水分小時(shí)，彈性后效引起層裂；水分大時(shí)，水分引起層裂）；③加壓次數(shù)：多次加壓；④壓制時(shí)間及壓力的影響緩慢加壓，增大塑性變形程度。

8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院43七、層裂因素和防止方法438/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院448/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院44448/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院45二、注漿成型1、定義：（粉狀原料+解膠劑/反絮凝劑+懸浮液）泥漿，澆注到有吸水性的模型中，吸去水分，按模型形狀形成坯體，稱注漿成型。注：采用石膏和高分子模型；懸浮液：水（35~45%）和酒精。2、兩種澆注方式空心：薄壁中空制品，如坩堝（要求泥漿有較好的流動(dòng)性）實(shí)心：厚壁大件制品，（容易中間開裂）泥漿稠度要大8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院45二、注漿成型1、定義：458/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院46

③泥漿調(diào)制：稠度是主要控制指標(biāo)：稠度包含兩個(gè)因素：流動(dòng)性和固含量臨界稠度；泥漿比重干燥時(shí)體積收縮率可表示固含量8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院46③泥漿調(diào)制：468/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院47＊要求：

泥漿濃稠，容易流動(dòng)，有粘性、脫模時(shí)間短，脫模后強(qiáng)度大，泥漿穩(wěn)定＊三種泥漿不穩(wěn)定現(xiàn)象：泥漿凍結(jié)：固含量高，顆粒配比近似于密堆泥漿觸變：細(xì)粉含量太多，包含過量的水泥漿沉降容：泥漿不穩(wěn)定（沉降物所占的容積）8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院47＊要求：478/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院488/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院48488/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院49三、其它成型方法熱壓成型（熱塑性、晶界蠕動(dòng)）致密金剛石、炭化硅、賽隆（）、二氧化鋯、氧化鋁，控制晶粒生長熱壓注成型埋粉排塑電熔鑄等靜壓成型振動(dòng)成型3000次/分鐘振動(dòng)，使顆粒重排設(shè)備：振動(dòng)錘、振動(dòng)臺(tái)、振動(dòng)器（耐火混凝土常用）8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院49三、其它成型方法498/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院508/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院50508/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院518/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院51518/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院52

干燥的重要性

干燥階段

干燥速度與干燥條件的關(guān)系

干燥過程氣孔形成和應(yīng)力產(chǎn)生第四節(jié)耐火材料的干燥8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院52干528/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院53為什么要進(jìn)行干燥?*重要工序使坯體獲得一定機(jī)械強(qiáng)度，有利于裝窯和保證燒成初期能夠順利進(jìn)行;經(jīng)過干燥的半成品得到初步定型,可能暴露成型過程中造成的缺陷,提高成品率.

舉例：

干壓成型水分多，炸窯塑性成型水分多，沒有強(qiáng)度8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院53為什么要進(jìn)行干燥?538/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院54一、干燥階段8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院54一、干燥階段548/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院558/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院55558/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院56

①預(yù)備階段（加熱階段）②第一階段（等速階段）:

排出大量的水分，等速干燥、水分蒸發(fā)發(fā)生在坯體表面。（僅與干燥介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)）——屬于表面蒸發(fā)率速過程

③第二階段(降速階段):干燥速度降低，干燥介質(zhì)影響較小，（與坯體含水量和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)）——擴(kuò)散率速過程④第三階段（零速階段）:

平衡水分保留在坯體內(nèi)，大小取決于物料性質(zhì)、顆粒大小、干燥介質(zhì)的溫度與相對濕度

8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院56①預(yù)備階段（568/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院57其中，可塑成型三階段明顯，不能快速干燥;半干法成型的三階段不明顯，可以提高干燥速度.概念：

平衡水分：

干球溫度以上水分:小于100℃時(shí)保留在坯體中的水分.當(dāng)坯體的含水量與外界條件(周圍空氣)達(dá)到平衡時(shí)所含的水分;8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院57其中，當(dāng)坯體的含水量與578/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院58二、干燥速度與干燥條件的關(guān)系溫度濕度流動(dòng)速度（干燥介質(zhì)）（等速干燥影響較為明顯（表面過程）8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院58二、干燥速度與干燥條件588/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院598/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院59598/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院60三、干燥過程氣孔形成和應(yīng)力產(chǎn)生對坯體水分認(rèn)識(shí)：可塑水：產(chǎn)生最大塑性所需水分，形成潤滑水膜收縮水：濕坯干燥達(dá)最大收縮所排出水分氣孔水：收縮水排出后連續(xù)蒸發(fā)時(shí)排出水分（剛性體不發(fā)生收縮）8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院60三、干燥過程氣孔形成和608/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院611、氣孔形成（粘土磚為例）曲線為粘土的收縮曲線；曲線為水分的排出曲線；點(diǎn)：收縮與排出水分體積相等；點(diǎn)以后：排出水分大于收縮體積，所以產(chǎn)生氣孔。8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院611、氣孔形成（粘土磚為618/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院62

干燥時(shí)，內(nèi)部水分不等，存在水分梯度，導(dǎo)致坯體干燥不均勻，使得坯體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力；等速干燥階段：干燥曲線平行（5%以上）某一點(diǎn)時(shí)，曲線急劇彎曲使表面含水量和中心處不等，表面含水了量等于零，產(chǎn)生不均勻收縮，導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力2、內(nèi)部應(yīng)力的產(chǎn)生8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院62干燥時(shí)，內(nèi)部水628/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院63

①應(yīng)力產(chǎn)生表現(xiàn)：干燥變形干燥裂紋

②應(yīng)力克服措施：減速干燥階段，采取溫度梯度干燥；控制干燥速度8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院63①應(yīng)力產(chǎn)生表現(xiàn)638/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院64四、干燥制度

磚坯進(jìn)行干燥時(shí)，控制條件的總和，包括：干燥時(shí)間，進(jìn)入和排出干燥劑的溫度，相對濕度，坯體干燥前后的水分；干燥時(shí)間關(guān)系到正確選擇干燥設(shè)備，保證正常生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)性，是重要參數(shù)。8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院64四、干燥制度648/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院651、影響干燥時(shí)間因素（干燥速度）物料性質(zhì)與結(jié)構(gòu)（結(jié)合粘土量、熟料顆粒組成：粗細(xì)）坯體的形狀和大小磚坯最初含水量與干燥后的殘余水分干燥介質(zhì)的溫度、濕度和流速干燥介質(zhì)在干燥器中的溫度降干燥器的密封情況。8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院651、影響干燥時(shí)間658/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院662、干燥后殘余水分的確定足夠的機(jī)械強(qiáng)度（裝窯，太低水分磚坯脆）燒成期間能快速升溫（降低不必要的熱工消耗）磚坯厚度大小決定殘余水分量不同窯型/不同磚種也決定殘余水分含量（舉例）8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院662、干燥后殘余水分668/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院67

回轉(zhuǎn)窯：含水量低（推車制度決定）；其他窯：水分可以提高。粘土磚：2~3%硅磚：1~2%鎂磚：0.6~1.0%（防止水化）8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院67回轉(zhuǎn)窯678/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院684、干燥設(shè)備隧道干燥器、室式干燥器、其它（利用隧道窯的熱煙氣）

3、具體干燥制度8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院684、干燥設(shè)備3、具體688/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院69

定義：對坯體進(jìn)行加熱處理，使其達(dá)到燒結(jié)的過程。目的：耐火制品（陶瓷）制品的一種熱處理過程，伴隨著一系列物理化學(xué)變化，使坯體氣孔率降低（多孔制品例外），體積密度增大，變?yōu)橐环N具有一定尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度制品，它是耐火材料制品生產(chǎn)中最后一道工序。第五節(jié)耐火材料的燒成8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院69定義：對坯體進(jìn)行加熱698/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院70（一）燒成過程中的物理、化學(xué)變化1、坯體排出水分過程（室溫~200℃）為殘余水分排出，該過程完成較快

8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院70（一）燒成過程中的物理708/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院71

排出結(jié)晶水，分解，有機(jī)物氧化；同時(shí)有少量晶型轉(zhuǎn)變和低熔液相產(chǎn)生（粘土制品中的玻璃相）；（氣體體積增大，一般為氧化氣氛）。特征：該階段坯體減輕，氣孔率增大，強(qiáng)度有所下降（原因：氫鍵消失；由于晶型轉(zhuǎn)變，密堆結(jié)構(gòu)被改變。2、分解氧化階段（200~1000℃）8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院712、分解氧化階段（2718/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院723、液相與耐火相合成（1000℃以上）

特征：致密化、強(qiáng)度增大、體積縮小、氣孔率降低。將發(fā)生質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散、粘滯流動(dòng)、溶解沉淀傳質(zhì)，液體的表面張力使顆粒之間緊密接觸8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院723、液相與耐火相合成728/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院734、燒結(jié)液相、固相、反應(yīng)燒結(jié)，氣孔進(jìn)一步消失或變小，是致密化的最重要的物理化學(xué)過程。5、冷卻耐火相析晶、晶型轉(zhuǎn)變、玻璃相固化使坯體強(qiáng)度、密度、體積依品種不同都有相應(yīng)變化舉例：質(zhì)耐火材料將發(fā)生：（粉化）陶瓷將發(fā)生立方向四方和單斜晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化。8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院734、燒結(jié)738/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院74二、燒結(jié)1、定義：物料經(jīng)高溫作用，變成具有一定強(qiáng)度和氣孔率很低（或無氣孔）的致密石狀物的工藝過程。燒結(jié)模型燒結(jié)傳質(zhì)的動(dòng)力遷移機(jī)制8/2/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院74二、燒結(jié)1、定義：物料748/7/2023材料科學(xué)與工程學(xué)院75燒結(jié)系數(shù)：式中，為燒結(jié)前后的氣孔率；燒結(jié)前后的強(qiáng)度；系