耐火材料生产过程 1

1、5/3/2022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耐

2、火材料的选择与加工5/3/2022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. 约有约有148000种（除固熔体外），可用作耐火原料的约种（除固熔体外），可用作耐火原料的约有有种。如莫来石（种。如莫来石（ 3Al2O3 2SiO2）熔点为）

3、熔点为1870；镁；镁铝尖晶石（铝尖晶石（Al2O3MgO）熔点为）熔点为2105；镁铬尖晶石；镁铬尖晶石（Cr2O3MgO）熔点为）熔点为2350。5/3/2022材料科学与工程学院3 估计可用作耐火原料的有估计可用作耐火原料的有种，如：堇种，如：堇青石（青石（2MgO2 Al2O35 SiO2）。）。 合计可用作耐火原料总数为合计可用作耐火原料总数为4000余种，其中余种，其中常用于工业生产的耐火原料只有常用于工业生产的耐火原料只有100种。种。 why? 除了考虑熔点外，还要看它在自然界中存在的除了考虑熔点外，还要看它在自然界中存在的数量及分布情况，即作为耐火原料还应该具有数量及分布情况

4、，即作为耐火原料还应该具有。在地球岩石层中，硅酸盐。在地球岩石层中，硅酸盐+ +铝酸盐铝酸盐数量最大占数量最大占86.5%86.5%。金属。金属PtPt的熔点为的熔点为17721772，可以，可以用作耐火原料，但是太昂贵了。用作耐火原料，但是太昂贵了。5/3/2022材料科学与工程学院4 储量丰富，可稳定的供应原矿，储量丰富，可稳定的供应原矿， 质量波动不大，杂质含量符合技质量波动不大，杂质含量符合技 术要求。术要求。 综合利用（具有开采价综合利用（具有开采价 值的要素：品位）值的要素：品位） 机械、物理、化学等方法将所选机械、物理、化学等方法将所选 目标矿物富集，并按矿物中各种矿目标矿物富集

5、，并按矿物中各种矿 物的物理性质选用合适的选矿方法。物的物理性质选用合适的选矿方法。5/3/2022材料科学与工程学院5利用矿物的密度差，在重液中进行分离；利用矿物的密度差，在重液中进行分离；利用不同矿物具有不同的磁导系数；利用不同矿物具有不同的磁导系数；利用矿物被液体所润湿程度的差别来进行利用矿物被液体所润湿程度的差别来进行 （工业脂肪酸的混合物）（工业脂肪酸的混合物）利用一系列物理化学反应使矿物分离；利用一系列物理化学反应使矿物分离；利用悬浮液的质点利用悬浮液的质点(如黏土、如黏土、高岭土高岭土)带有电荷带有电荷,电流通过悬浮液时电流通过悬浮液时,带电的微粒向带带电的微粒向带有相反电荷的电

6、极移动有相反电荷的电极移动,并沉积在其表面上。并沉积在其表面上。5/3/2022材料科学与工程学院6 菱镁矿，破碎菱镁矿，破碎0120mm（筛去（筛去08mm）分级分级60120和和860重液选矿悬浮液中重液选矿悬浮液中（MgO4546%）有有15%的废矿原料不能回收处理。的废矿原料不能回收处理。 浮选剂（工业脂肪酸混合物）浮选剂（工业脂肪酸混合物） 利用杂物和矿物对浮选剂的附着性与润湿利用杂物和矿物对浮选剂的附着性与润湿性的差别性的差别 矿石中矿石中MgO 3741% 浮选浮选45.546.5%5/3/2022材料科学与工程学院7 通过化学作用将矿物中有关成分提取出来的选矿方法，通过化学作用

7、将矿物中有关成分提取出来的选矿方法，分离出来的原料的纯度较高。分离出来的原料的纯度较高。 获得原料获得原料: 水解获得水解获得OHNHMgClClNHOHMgO42424223MgCOMgO经轻烧经轻烧2MgClMgO22232COOHMgClHClMgCO(水解水解)%7 . 0%,4 .98CaOMgOHClMgOOHMgCl21000900225/3/2022材料科学与工程学院8 小结：小结： (1)化学法制备高纯; （2）可以调节组分间比例 （ 在沉淀过程、共沉淀一些物质）。%9998MgOOHHCOMgOHCOMgO223222)(OHOHCOMgOHCOMg222235434)(O

8、HCOMgOOHCOMgO222244343MgCOMgO经轻烧经轻烧5/3/2022材料科学与工程学院9 提高制品的性能提高制品的性能 获得性能稳定的坯料；获得性能稳定的坯料； 改善制品成分，组织结构；改善制品成分，组织结构； 保证制品的体积稳定性；保证制品的体积稳定性； 保证外形尺寸的准确性保证外形尺寸的准确性 死烧死烧 制品性能稳定制品性能稳定 制品烧成困难制品烧成困难 轻烧轻烧 活性活性 稳定性差稳定性差 将物料充分细磨（采用高效粉磨技将物料充分细磨（采用高效粉磨技 术），在较低温度下烧结熟料（轻烧）；术），在较低温度下烧结熟料（轻烧）； 轻烧目的：获得易烧的原料（缺陷多，活性高轻烧目

9、的：获得易烧的原料（缺陷多，活性高), 轻烧温度选择具有非常重要性。轻烧温度选择具有非常重要性。5/3/2022材料科学与工程学院10 物料达到完全烧结称为死烧。物料达到完全烧结称为死烧。 T=0.7 Ts（Ts为主晶相氧化物的熔点）为主晶相氧化物的熔点）轻烧轻烧 压球（压坯）压球（压坯） 死烧（亦称两步煅烧）死烧（亦称两步煅烧） 获得高纯、高密度的氧化物制品。获得高纯、高密度的氧化物制品。 工艺复杂、燃料消耗大。工艺复杂、燃料消耗大。对于杂质含量大于对于杂质含量大于4%的可不采用二步煅烧的可不采用二步煅烧 工艺。工艺。多层炉、沸腾炉、回转炉、竖炉等。多层炉、沸腾炉、回转炉、竖炉等。5/3/2

10、022材料科学与工程学院11 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。 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5/3/2022材料科学与工程学院12 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

11、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、搅拌磨、 爆炸方法等。爆炸方法等。5/3/2022材料科学与工程学院13 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

12、类（水）5/3/2022材料科学与工程学院14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） 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5/3/2022材料科学与工程学院15 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

13、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，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。5/3/2022

14、材料科学与工程学院165/3/2022材料科学与工程学院175/3/2022材料科学与工程学院18两级配料：粗：细两级配料：粗：细三级配料：粗：中：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.5/3/2022材料科学与工程学院195/3/2022材料科学与工程学院20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

15、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;5/3/2022材料科学与工程学院21 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