耐火材料的生产过程2

1、3/21/2022材料科学与工程学院1 耐火原料的选择从耐火原料的选择从进行考虑：进行考虑：（1）化学观点：选择具有高熔点的单质或化合物；）化学观点：选择具有高熔点的单质或化合物；（2）矿物观点：选择具有高耐火度的矿物。）矿物观点：选择具有高耐火度的矿物。 门捷列夫元素周期表上，从门捷列夫元素周期表上，从H到到V78个元素个元素中（稀土元素除外）熔点高于中（稀土元素除外）熔点高于2000的有的有10个，个，（熔点（熔点3500，有的书中为，有的书中为3700100）具有耐火材料生产的实际意义，其它元素的数量具有耐火材料生产的实际意义，其它元素的数量不大。不大。第一节第一节 耐火材料的选择与加工

2、耐火材料的选择与加工3/21/2022材料科学与工程学院2 约有约有9200种二元化合物，约有种二元化合物，约有种化合物是耐火的。种化合物是耐火的。 氧化物中：氧化物中： 酸性氧化物熔点最低：如酸性氧化物熔点最低：如SiO21713，TiO21825； 中性氧化物次之：中性氧化物次之： 如如Al2O3 2050，Cr2O32275； 碱性氧化物熔点高：如碱性氧化物熔点高：如MgO2800，CaO2570， BeO2550，SrO2430.3/21/2022材料科学与工程学院3 a、选矿时需要；、选矿时需要； b、成型时获得较高的堆积密度；、成型时获得较高的堆积密度； c、烧结活性。、烧结活性。

3、 粗碎：颚式破碎机；粗碎：颚式破碎机； 中碎：圆锥式破机中碎：圆锥式破机 细碎：球磨机细碎：球磨机 使用上述机械应使用上述机械应生产能力由大变小；生产能力由大变小； 注意防尘；注意防尘； 注意隔音注意隔音3/21/2022材料科学与工程学院4 a、 高效能研磨促进相变和固相反应发生；高效能研磨促进相变和固相反应发生； b、表面活性提高，增大固相反应程度，降低、表面活性提高，增大固相反应程度，降低 烧结温度；烧结温度； c、注意职业病，矽肺（主要由可溶性、注意职业病，矽肺（主要由可溶性SiO2粉尘引粉尘引 起）；起）； d、高效能研磨手段：振动磨、气动磨、搅拌磨、高效能研磨手段：振动磨、气动磨、

4、搅拌磨、 爆炸方法等。爆炸方法等。3/21/2022材料科学与工程学院5 表面活性剂表面活性剂a、使物料颗粒表面自由能和晶格畸变程度、使物料颗粒表面自由能和晶格畸变程度 减小，促进颗粒软化；减小，促进颗粒软化； b、吸附作用平衡颗粒表面的不饱和键，防、吸附作用平衡颗粒表面的不饱和键，防 止颗粒重新聚合；止颗粒重新聚合； 上述作用都是为了防止重新聚合成大颗粒。上述作用都是为了防止重新聚合成大颗粒。 胺、醇、酯、醚、无机盐类（水）胺、醇、酯、醚、无机盐类（水）3/21/2022材料科学与工程学院6准备成型的物料准备成型的物料 粉体颗粒的构造：一次颗粒、二次颗粒）粉体颗粒的构造：一次颗粒、二次颗粒）

5、 粉体的粒度：粒径、粒度分布粉体的粒度：粒径、粒度分布 颗粒的形状：颗粒的形状： 1） 设一颗粒粒径为设一颗粒粒径为dp，体积为，体积为v，表面积为，表面积为s， 则则v= dp3 s=dp2 第二节第二节 坯料的制备坯料的制备3/21/2022材料科学与工程学院7 颗粒形状影响粉体的流动性。颗粒形状影响粉体的流动性。 a、休止角：、休止角：未加负载的粉料堆积在水平面上，假设落在料堆未加负载的粉料堆积在水平面上，假设落在料堆顶上的粉料速度是可以忽略不计的，则料堆与水平面的交角。顶上的粉料速度是可以忽略不计的，则料堆与水平面的交角。b、偏析：、偏析：粉料流动时，颗粒密度、形状、表面性状等的差异，

6、粉料流动时，颗粒密度、形状、表面性状等的差异，粉料呈不均匀的现象称偏析。粉料呈不均匀的现象称偏析。 粉料进入料仓时，因有一定落差，使粗细粉分开。粉料进入料仓时，因有一定落差，使粗细粉分开。 ：料仓加料时，粗粒料层起筛分作用，细粉可穿过：料仓加料时，粗粒料层起筛分作用，细粉可穿过 其间进入下面的静止层；其间进入下面的静止层； 粗颗粒质量大，摩擦系数小，使得粗颗粒滚落快而粗颗粒质量大，摩擦系数小，使得粗颗粒滚落快而 流向仓壁。流向仓壁。3/21/2022材料科学与工程学院83/21/2022材料科学与工程学院93/21/2022材料科学与工程学院10两级配料：粗：细两级配料：粗：细三级配料：粗：中

7、：细三级配料：粗：中：细3:72:1:7 粗颗粒粗颗粒:从从.5mm到到34mm; 中颗粒中颗粒:从从.2(或或0.1)mm到到0.5mm左右左右; 细颗粒细颗粒:从从0到到0.2(或或0.1)mm.3/21/2022材料科学与工程学院113/21/2022材料科学与工程学院12采用单一的颗粒不能达到紧密堆积采用单一的颗粒不能达到紧密堆积;采用多组分可达到紧密堆积，而且组分颗粒采用多组分可达到紧密堆积，而且组分颗粒尺寸相差越大越好尺寸相差越大越好;较细颗粒数量应足够填充于紧密排列的颗粒较细颗粒数量应足够填充于紧密排列的颗粒构成的间隙中构成的间隙中;增加颗粒组分虽可以提高堆积密度，但当增加颗粒组

8、分虽可以提高堆积密度，但当3时，无实际意义时，无实际意义;应适当增大临界颗粒尺寸，以使各组分颗粒应适当增大临界颗粒尺寸，以使各组分颗粒尺寸相差大些尺寸相差大些;3/21/2022材料科学与工程学院13 配料包括按规定比例的各种原料、和同一原料的配料包括按规定比例的各种原料、和同一原料的各不同颗粒组成配合的粉料；各不同颗粒组成配合的粉料； a、配料的化学组成必须能满足制品的要求，并且、配料的化学组成必须能满足制品的要求，并且应比控制应比控制 指标高些（纯度高、杂质成分少）；指标高些（纯度高、杂质成分少）； b、结合剂的选择对制品的最终性能不产生影响，、结合剂的选择对制品的最终性能不产生影响，对结

9、合剂变为制品的一部分应慎重，作为配料组对结合剂变为制品的一部分应慎重，作为配料组 成配料；成配料； c、原料中含水分和灼减成分时，使得原料、配料、原料中含水分和灼减成分时，使得原料、配料和制品的和制品的 化学组成之间出现换算关系。化学组成之间出现换算关系。3/21/2022材料科学与工程学院14：比较准确，误差一般：比较准确，误差一般0.2%0.2%：按体积比来配料。常用、简单：按体积比来配料。常用、简单3/21/2022材料科学与工程学院15使两种以上不均匀物料的成分和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颗粒均匀化，促进颗粒接触和塑化的操作过程称为混练。程称为混

10、练。 耐火材料的混练是混合的一种，伴随有一耐火材料的混练是混合的一种，伴随有一 定程度的挤压、捏合、排气过程在内。定程度的挤压、捏合、排气过程在内。3/21/2022材料科学与工程学院16 不均匀系数：不均匀系数： 混合的均匀程度与物料的质量体积有关，物混合的均匀程度与物料的质量体积有关，物料体积越小、质量小则混合均匀程度越高（采用料体积越小、质量小则混合均匀程度越高（采用湿法球磨）湿法球磨）3/21/2022材料科学与工程学院17 快速混合阶段快速混合阶段 扩散混合阶段扩散混合阶段 后期混合阶段（逆混合阶段）后期混合阶段（逆混合阶段） 3/21/2022材料科学与工程学院18将混练后或经过挤

11、泥处理的坯料在一定将混练后或经过挤泥处理的坯料在一定的温度和湿度的环境中储放一定时间。的温度和湿度的环境中储放一定时间。水分均匀化；水分均匀化；胶体物质产生；胶体物质产生； 细菌使有机物变质生成有机酸，使坯料均化。细菌使有机物变质生成有机酸，使坯料均化。322)(,)(,)(OHAlOHCaOHMg （真空排除气泡）真空练泥机强化塑化（真空排除气泡）真空练泥机强化塑化在软化点以上操作，在软化点以上操作，含碳量高有机物含碳量高有机物/石蜡、沥青，但不能温度太高，否石蜡、沥青，但不能温度太高，否则轻馏分挥发）则轻馏分挥发）3/21/2022材料科学与工程学院19 简介简介 半干压成型半干压成型 注

12、浆成型注浆成型 热压成型热压成型 （热塑性、晶界蠕动）（热塑性、晶界蠕动） 热压注成型热压注成型 电熔铸电熔铸 等静压成型等静压成型 振动成型振动成型第三节耐火材料的成型工艺第三节耐火材料的成型工艺3/21/2022材料科学与工程学院20 定义：耐火坯料借助于外力和模型，成为具有定义：耐火坯料借助于外力和模型，成为具有一定尺寸和形状、强度的坯体或制品的过程。一定尺寸和形状、强度的坯体或制品的过程。选择成型方法取决于坯料性质、制品形状、尺寸选择成型方法取决于坯料性质、制品形状、尺寸的工艺要求。的工艺要求。 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

13、分15%左右左右 注浆法注浆法坯料水分坯料水分40%左右左右其他：振动成型、热压成型、等静压成型其他：振动成型、热压成型、等静压成型3/21/2022材料科学与工程学院21 借助于压力的作用，使坯体颗粒借助于压力的作用，使坯体颗粒重新分布，在机械结合力（静电引力、摩重新分布，在机械结合力（静电引力、摩擦力）作用下，颗粒紧密结合，发生弹性擦力）作用下，颗粒紧密结合，发生弹性和脆性形变，排出空气，成为有一定尺寸和脆性形变，排出空气，成为有一定尺寸和形状强度的制品。和形状强度的制品。 ：形状复杂的颗粒，机械结合力起主要作用；形状复杂的颗粒，机械结合力起主要作用； 形状简单的颗粒，摩擦力及静电引力起主

14、要作用；形状简单的颗粒，摩擦力及静电引力起主要作用；3/21/2022材料科学与工程学院22颗粒移动，重新颗粒移动，重新配置成较致密的堆积（压配置成较致密的堆积（压缩明显）；缩明显）；颗粒发生脆性及颗粒发生脆性及弹性变形，压缩呈阶梯状，弹性变形，压缩呈阶梯状，短促而频繁；短促而频繁；在极限压力下，在极限压力下，坯料致密度不再提高。坯料致密度不再提高。 3/21/2022材料科学与工程学院23认识压力的组成有助于成型较为致密完好的样品认识压力的组成有助于成型较为致密完好的样品压力由三部分压力由三部分 （1）克服坯料颗粒间内摩擦力的压力（）克服坯料颗粒间内摩擦力的压力（） 措施：颗粒大小相同，等轴

15、措施：颗粒大小相同，等轴 （2）克服坯料颗粒与模壁间的外摩擦力（）克服坯料颗粒与模壁间的外摩擦力（） 措施：增加模壁的光滑性措施：增加模壁的光滑性 （3）过剩压力）过剩压力（坯料水分、颗粒组成及在模内填充的不均匀（坯料水分、颗粒组成及在模内填充的不均匀 性）性） 措施：粉料混合均匀措施：粉料混合均匀1P2P3P321PPPP（压力通常由实验方法确定总压力）3/21/2022材料科学与工程学院24 PbalnPabaln1a1P)(MPaba,：可看作坯体相对密度：可看作坯体相对密度 ：压制压力；：压制压力；：压缩坯料常数：压缩坯料常数：真气孔率；：真气孔率；3/21/2022材料科学与工程学院

16、253/21/2022材料科学与工程学院263/21/2022材料科学与工程学院27Pabaln13/21/2022材料科学与工程学院28 （1）常数）常数a、b取决于自然堆积坯料的气孔取决于自然堆积坯料的气孔率及物料硬度，（）；率及物料硬度，（）； （2）物料的硬度增大，则坯体的气孔率及）物料的硬度增大，则坯体的气孔率及ab的比值也大；的比值也大； （3）物料的相对密度与为反比关系；）物料的相对密度与为反比关系； 所以比值可用来表示坯料趋向致密的能力所以比值可用来表示坯料趋向致密的能力ba,baba3/21/2022材料科学与工程学院29 fh：距受压面：距受压面h处压强系数；处压强系数；

17、f：受压表面上压强；：受压表面上压强； h：距受压面的距离；：距受压面的距离；R：坯体截面的水力半径。：坯体截面的水力半径。RhKheffhfh沿压制方向，压强落差决定了坯体的均匀程度，沿压制方向，压强落差决定了坯体的均匀程度，即可用即可用f fh h /f来估算，来估算，即坯体均匀程度系数：即坯体均匀程度系数：， = = 1为理想状态为理想状态RhKheff3/21/2022材料科学与工程学院30压制时，压强不压制时，压强不遵守帕斯卡定律所致）遵守帕斯卡定律所致）RHCH06RH（距离受压面处的气孔率；距离受压面处的体积密度；常数，取决于坯料性质和常数；坯体的水力半径） RHCH03/21/

18、2022材料科学与工程学院31RHCH03/21/2022材料科学与工程学院32坯体内外摩擦系数降低，将使提高；坯体内外摩擦系数降低，将使提高；坯体受压面与厚度的比值增大，使提高坯体受压面与厚度的比值增大，使提高（=0.74）塑化剂、表面活性剂的引入，使提高塑化剂、表面活性剂的引入，使提高坯料颗粒较粗，水分较大，使提高（液坯料颗粒较粗，水分较大，使提高（液膜的润湿作用）膜的润湿作用）3/21/2022材料科学与工程学院33坯体压制时，外部压力被内部弹性力所均衡，坯体压制时，外部压力被内部弹性力所均衡，当外力取消时，内部弹性力被释放出来，引起坯体当外力取消时，内部弹性力被释放出来，引起坯体膨胀。（成