耐火材料工艺学(大神版).doc

耐火材料工艺学第一章1. 耐火材料的概念；按化学矿物组成分类耐火材料是指耐火度不低于1580的无机非金属材料。化学矿物组成分类（1）硅质制品；（2）硅酸铝制品；（3）镁质制品；（4）白云石制品；（5）铬质制品；（6）特殊制品。第二章1. 三种化学矿物组成，两种矿物组成，硅砖的主晶相，粘土砖的主晶相 耐火材料的化学组成(1)主成分。(2)杂质成分。(3）添加成分。耐火材料的矿物组成分两大类：结晶相与玻璃相,其中结晶相又分为主晶相和次晶相。2. 三种气孔率表示方法及三者之间的关系；气孔率大小影响耐火制品哪些性能？气孔率有3种方法总气孔率（真气孔率）Pt，总气孔体积与制品总体积之比；开口气孔率（显气孔率）Pa，开口气孔体积与制品总体积之比；闭口气孔率Pc，闭口气孔体积与制品总体积之比。三者的关系为：PtPa +Pc气孔率是耐火材料的基本技术指标。其大小影响耐火制品的所有性能，如强度、热导率、抗热震性等。3. 高温蠕变性的概念；高温蠕变曲线的三阶段耐火材料高温蠕变性：制品在高温下受应力作用随着时间变化而发生的等温形变。耐火材料典型的高温蠕变曲线分三个特征阶段：（1）oa-起始段：加外力后发生瞬时弹性变形，外力超过试验温度下的弹性极限时会有部分塑性形变；（2）ab-第一阶段：紧接上阶段的蠕变为一次蠕变，初期蠕变，应变速率de/dt随时间增加而愈来愈小，曲线平缓，较短暂；（3）bc-第二阶段：二次蠕变，黏性蠕变、均速蠕变或稳态蠕变。应变速率和时间无关，几乎不变。蠕变曲线最小速率；（4）cd-第三阶段：第三次蠕变，加速蠕变。应变速率de/dt随时间稍微增加而迅速增加，曲线变陡直到断裂，最终断裂在d点。4. 耐火度的概念和测定方法 耐火度：耐火材料在高温下抵抗熔化的能力。耐火度的测定方法：将材料做成截头三角锥。在规定的加热条件下，与标准高温锥弯倒情况作比较。直至试锥顶部弯倒接触底盘，此时与试锥同时弯倒的标准高温锥可代表的温度即为该试锥的耐火度。试锥在不同熔融阶段的弯倒情况a熔融开始以前；b在相当于耐火度的温度下；c在高于耐火度的温度下5. 高温荷重软化温度的概念和测定方法荷重软化温度：耐火材料在恒定的荷重下，对高温和荷重共同作用的抵抗性能。 又称高温荷重变形温度，耐火制品在持续升温条件下，承受恒定载荷产生变形的温度测定荷重软化温度的方法：示差-升温法和非示差-升温法两种。 测定一般是加压0.2MPa，从试样膨胀的最高点压缩至它原始高度的0.6为软化开始温度，4为软化变形温度及40变形温度。6. 重烧线变化率的概念重烧线变化率 体积稳定性又称重烧收缩或膨胀。耐火材料在高温长期停留时体积发生的不可逆变化。 大多数耐火材料高温下会产生残余收缩，而硅砖却膨胀。 残余收缩或膨胀过大会使炉体强度受到影响，甚至发生倒塌。 选材时要求残余收缩或膨胀小，且不超过其使用温度。7抗热震性的概念和影响因素抗热震性即热稳定性，又称为耐急冷急热性。指耐火材料抵抗温度的急剧变化而不破裂或剥落的性能。对间歇式作业的设备特别重要。影响抗热震性的因素：耐火材料的热物理性质（如导热性、热膨胀系数）、组织结构、颗粒组成和形状尺寸。热膨胀系数小、弹性模量小、热导率大的材料抗热震性好。8. 抗渣性的概念；测定抗渣性方法中的三种静态法抗渣性：耐火材料在高温下抵抗炉渣侵蚀和冲刷作用的能力。静态法包括熔锥法、坩埚法和浸渍法。熔锥法：将耐火材料与炉渣分别磨成细粉，按不同比例混合，制成截头三角锥，其形状、大小与标准测温锥相同，然后按耐火度试验方法进行测试，以耐火度降低程度来表示耐火材料抗渣性的优劣。坩埚法：耐火制品上切取边长为80mm，高度为65mm的立方体，或钻取直径50mm、高50mm的圆柱体试样，在其顶面中心钻一直径3040mm、深度3040mm孔，装入炉渣，在规定温度下加热，并保持一定时间。冷却后，从钻孔的直径部位切开，观察炉渣对耐火材料的侵蚀情况。浸渍法。将耐火制品切成圆棒状，在规定温度下，浸入熔渣中，浸渍一定时间后，取出观察侵蚀情况，测定其体积变化，计算侵蚀百分率。第三章1. 耐火制品的原料需要煅烧的原因耐火矿物原料含水，以碳酸盐形式存在，受热时释放出水分或排出二氧化碳。原料加热时结晶形态发生变化，晶体长大，伴有较大体积变化。 为避免制品在烧成或使用过程中受热发生体积变化导致砌体损毁，制砖前先需加热煅烧处理煅烧最终目的达到烧结，有活化烧结、轻烧活化、二步煅烧及死烧。2. 原料加工主要包括哪些工序？原料加工包括：原料拣选、破碎、粉碎、细磨、筛分3. 成型料制备主要包括哪些工序？配料、混合、困料的含义成型料制备主要包括配料、混合、困料等工序。 配料是将各种颗粒组成的物料按规定比例配合，以保证成型后坯体的密实和制品的性能符合要求。混合是使泥料中各组分经混练后达到均匀分布。 使两种以上不均匀物料的成分和颗粒均匀化，促进颗粒接触和塑化的操作过程称混练。困料就是将混合好的泥料，在一定温度和湿度条件下贮放一定时间充分反应，以改善泥料的成型性能。4. 成型的概念；成型方法（按坯料含水量划分）；详细分析半干压成型的动力性过程，以及各阶段所发生的变化；机压成型砖坯出现层裂和层密度现象的含义。成型是借助于外力和模型将坯料加工成规定尺寸和形状的坯体的过程。按坯料含水量的多少可分为半干法（坯料水分5%左右）、可塑法（15%左右）和注浆法（40%左右）。半干压成型的动力性过程干法动力学过程压力压缩曲线1） 第一阶段：在压力作用下，坯料中的颗粒开始移动，重新配置成较紧密的堆积，特点是压缩明显。2）第二阶段，颗粒发生脆性及弹性变形，压缩呈阶梯式。坯料被压缩到一定程度后，即阻碍进一步压缩，当压力增加到使颗粒再度发生变形时，才引起坯料的压缩，伴随坯体致密度增加，短促而频繁。3）第三阶段，在极限压力下，坯料的致密度不再提高。机压成型砖坯易出现缺陷：层裂和层密度现象。层裂是在加压过程中形成的垂直于加压方向的层状裂缝。坯料水分过高、细粉过量、结合剂过少及压力过高导致层裂。层密度现象即成型后砖坯的密度沿加压方向逆变。上方单向加压是上密下疏，同一水平面上是中密外疏。采用双面加压及在模具四壁涂润滑油可减少。5. 坯体干燥的目的坯体干燥是砖坯中除去水分的过程。 目的：通过干燥排除水分，使砖坯增加机械强度，以减少运输和搬运过程的机械损失，并使砖坯在装窑之后进行烧成时具有必要的强度，承受一定的应力作用，提高烧成成品率；并为烧成提供有益条件6. 烧成的概念；升温阶段指什么阶段？升温阶段所发生的物理化学变化；保温阶段指什么阶段？冷却阶段指什么阶段？烧成是对坯体进行加热处理，使其达到烧结的工艺过程 升温阶段：从开始加热至最高烧成温度的阶段。温度变化范围较大，坯体内产生下列物理化学变化。（1） 水分排除。室温至200，排出砖坯中残存自由水和大气吸附水。砖中留下气孔，具有透气性，有利于下一阶段反应。（2）分解、氧化。2001000。 黏土砖和高铝砖：结合黏土的杂质矿物及有机物质的分解和氧化，黏土矿物分解脱水并开始产生低熔液相； 硅砖中的Ca(OH)2分解，石英发生晶型转变，-石英转变为石英，CaO与SiO2的反应亦在此阶段进行； 镁砖是氢氧化物及结构水的排除。砖坯质量减少，气孔率进一步增大，强度有较大的下降或稍有提高。（3）形成液相或新的耐火相。 1000以上分解作用继续进行。随温度升高其液相生成量增加，新的耐火相开始形成，并进行溶解、重结晶。 黏土砖和高铝砖此阶段液相量大量增加，坯体剧烈收缩及烧结；硅砖中石英相转变速度大大增加，坯体密度显著下降；镁砖中出现固相反应，制品开始烧结。 扩散、流动和溶解-沉析等传质进行，颗粒在液相表面张力作用下使坯体致密、体积缩小、气孔率降低、强度增大，烧结急剧进行。保温阶段:亦称为烧结阶段，这时温度为最高烧成温度。在此阶段中各种反应趋于完全、充分，液相量继续增加，结晶相进一步长大而达到致密化即所谓“烧结”。特种耐火材料的固相反应及烧结亦在此阶段完成。冷却阶段：是从最高烧成温度降至室温的冷却过程。 发生耐火相的析晶、某些晶相的晶型转变和玻璃相的固化等过程。黏土制品莫来石缓慢析出，液相固化变成玻璃相并伴有收缩。硅砖有方石英和鳞石英的快速晶型转变，体积收缩。 坯体的强度、密度和体积有相应的变化，烧成时结构和化学反应产物稳定下来，形成耐材最终性能指标7. 隧道窑的逆流传热工作原理。隧道窑按逆流传热原理工作: 窑体沿长度分预热带、烧成带和冷却带。 每隔一定时间推车机将装有砖坯的窑车，从窑前端推入窑内。砖坯入窑后开始被烟气预热，窑车向烧成带移动加热至最高温度并经一定时间保温，制品即烧成。烧成制品经冷却带冷却后出窑。冷却空气经冷却带鼓入窑内冷却制品,同时被加热，热空气的一部分沿窑体进入烧成带作为二次空气，其余部分从窑内抽出作为一次空气和干燥介质或热源燃料和一次空气经烧成带的烧嘴混合燃烧，窑内遇二次空气再次燃烧并直接加热制品。 烟气逆窑车运动方向流动，加热制品时被冷却，与砖坯排出气体一起形成废气，经排烟机从预热带抽出排至大气第四章1. 粘土砖的矿相组成，能够绘制SiO2-Al2O3系统相图，并能分析各类制品在组成和温度变化时的相变化。粘土砖矿相：莫来石(25%50%)和部分硅氧晶体(以方石英为主、少量鳞石英)，玻璃相(25%60%)。SiO2-Al2O3系统相图当A12O3含量5.5%15%区间，液相曲线向下的趋势很陡，含量变化不大，温度下降却比较大，达将近150。 A12O3低于5%的原料不能用来制造耐火材料。 A12O3小量变动会对耐火度与其它高温作业性质产生比较大的影响。A12O3含量从15%渐增46%，液相曲线较平稳，温度差110变化不大，A 12O3的小量变动对高温性质不致产生显著影响，在生产中重要控制原料中杂质。 1595以上温度中，粘土及半硅质耐材中主结晶为稳定的莫来石，生成量决定于A12O3含量增多。石英及其转化的结晶相（方石英）只有在1595以上熔融或作为溶剂而成为液相。A12O3含量46%以上属高铝质耐火材料范畴。46%至71.8%间（属等高铝砖）耐材性质与15%至46%的粘土质耐材接近。 当A12O3超过71.8%，从平衡状态图1850 以下没有液相出现，稳定的晶相是莫来石与刚玉。1850以上，则出现液相与高温稳定的刚玉结晶相。有耐火度高，荷重软化温度高等优良高温作业性能。2. 玻璃窑用硅砖具有哪些特性？ 高温体积稳定，不会因温度波动而引起炉体变化。硅砖荷重软化温度高、蠕变率小、玻璃窑1600保持炉体不变形，结构稳定。 对玻璃液无污染。硅砖主成分SiO2，使用时如有掉块或表面熔滴，不影响玻璃液的质量 耐化学侵蚀。上部结构的硅砖受玻璃配料中含R2O的气体侵蚀，表面生成一层光滑的变质层，使侵蚀速度变低，起到保护作用。 体积密度小。可减轻炉体重量3.电熔锆刚玉砖的矿相组成，各矿相的主要作用矿相：斜锆石和刚玉。少量玻璃相和莫来石。斜锆石：熔点高，化学稳定性好，它在AZS中是颗粒状矿物，呈卵状到滴状，常聚为链状、鱼骨状等，极少部分溶于玻璃相。斜锆石是耐玻璃液侵蚀性最强的矿物。 刚玉：熔点较高，Al2O3是稳定相，在AZS中呈菱面体柱状骨架存在，在光片中，则是反射第二位的矿物，呈亮灰色晶粒。刚玉对玻璃液的抗蚀性，在高温下不如斜锆石好。 斜锆石和刚玉共晶：可阻止刚玉过早的为玻璃液所破坏。在AZS41中，除共晶外，还出现熔滴状的单斜锆矿，呈串的或密集的滴状结构，这种结构是高锆AZS的岩相特征，更耐玻璃液侵蚀玻璃相：软化点很低，在加热至高温时，便会出现液相，溢于砖表。留有微孔，窑内玻液渗入，加剧砖材侵蚀，所以玻璃相对AZS性能是不利的。 莫来石：是AZS中所不希望存在的。莫来石含量增加了，则刚玉和玻璃相便会减少。但实际上往往含有3以下。当加热AZS到1300以上时，在玻璃相中会出现次生莫来石，且随着温度的升高而增加。这是因为AZS 中的玻璃相，从中心向表面渗出，使残余玻璃相中的Na2O降低，为莫来石的形成创造了条件。 第五章1. 玻璃窑用耐火材料蚀损的含义，分析蚀损的各种原因 蚀损：窑内料粉、玻璃液和火焰气体高温下侵蚀耐材。（1） 料粉蚀损：配合料中的纯碱、芒硝、硼酸盐、氟化物、氯化物、氧化物与耐材表面作用生成低温共熔物或疏松状物，向砖内渗透、重结晶、耐材逐渐被溶解、剥落、变质量。一些因素：温度、耐材性质、窑压、投料等影响蚀损。T熔上升5060，耐材使用期限下降一年。 耐材化学性质与料粉相同时蚀损小, 相反时则大。 窑压高，非薄层投料，料粉飞扬严重时，料粉蚀损面积和程度较大。 前脸墙、加料口、熔化部前部空间(池壁、小炉、蓄热室上层格子体等部位都会受到料粉的蚀损。 少量料粉使接触面玻璃液粘度增大，形成莫来石层，表面成保护作用。（2）玻璃液蚀损： 粘度小，表面张力小的玻璃液最易浸润耐材,强烈的侵蚀。高碱玻璃、 硼硅酸盐玻璃、含硼酸、磷酸、氟、铝、钡化合物的玻璃液侵蚀性较强 。玻璃液对流大和不稳定的液面会把保护层冲刷掉，蚀损增大 。（3）燃烧产物（SO2、V2O5等气体）及挥发物，也会腐蚀耐材。V2O5在9501150内SO2SO3起催化，硫酸盐形成。如与方镁石反应生成MgSO4，镁砖损坏。其它因素：高温