耐火材料的生產(chǎn)過(guò)程1

1、3/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院1 耐火原料的選擇從耐火原料的選擇從進(jìn)行考慮：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；）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。）礦物觀點(diǎn)：選擇具有高耐火度的礦物。 門捷列夫元素周期表上，從門捷列夫元素周期表上，從H到到V78個(gè)元素個(gè)元素中（稀土元素除外）熔點(diǎn)高于中（稀土元素除外）熔點(diǎn)高于2000的有的有10個(gè)，個(gè)，（熔點(diǎn)（熔點(diǎn)3500，有的書中為，有的書中為3700100）具有耐火材料生產(chǎn)的實(shí)際意義，其它元素的數(shù)量具有耐火材料生產(chǎn)的實(shí)際意義，其它元素的數(shù)量不大。不大。第一節(jié)第一節(jié) 耐火材料的選擇與加工耐

2、火材料的選擇與加工3/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院2 約有約有9200種二元化合物，約有種二元化合物，約有種化合物是耐火的。種化合物是耐火的。 氧化物中：氧化物中： 酸性氧化物熔點(diǎn)最低：如酸性氧化物熔點(diǎn)最低：如SiO21713，TiO21825； 中性氧化物次之：中性氧化物次之： 如如Al2O3 2050，Cr2O32275； 堿性氧化物熔點(diǎn)高：如堿性氧化物熔點(diǎn)高：如MgO2800，CaO2570， BeO2550，SrO2430. 約有約有148000種（除固熔體外），可用作耐火原料的約種（除固熔體外），可用作耐火原料的約有有種。如莫來(lái)石（種。如莫來(lái)石（ 3Al2O3 2SiO2）熔點(diǎn)為）

3、熔點(diǎn)為1870；鎂；鎂鋁尖晶石（鋁尖晶石（Al2O3MgO）熔點(diǎn)為）熔點(diǎn)為2105；鎂鉻尖晶石；鎂鉻尖晶石（Cr2O3MgO）熔點(diǎn)為）熔點(diǎn)為2350。3/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院3 估計(jì)可用作耐火原料的有估計(jì)可用作耐火原料的有種，如：堇種，如：堇青石（青石（2MgO2 Al2O35 SiO2）。）。 合計(jì)可用作耐火原料總數(shù)為合計(jì)可用作耐火原料總數(shù)為4000余種，其中余種，其中常用于工業(yè)生產(chǎn)的耐火原料只有常用于工業(yè)生產(chǎn)的耐火原料只有100種。種。 why? 除了考慮熔點(diǎn)外，還要看它在自然界中存在的除了考慮熔點(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)該具有數(shù)量及分布情況

4、，即作為耐火原料還應(yīng)該具有。在地球巖石層中，硅酸鹽。在地球巖石層中，硅酸鹽+ +鋁酸鹽鋁酸鹽數(shù)量最大占數(shù)量最大占86.5%86.5%。金屬。金屬PtPt的熔點(diǎn)為的熔點(diǎn)為17721772，可以，可以用作耐火原料，但是太昂貴了。用作耐火原料，但是太昂貴了。3/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院4 儲(chǔ)量豐富，可穩(wěn)定的供應(yīng)原礦，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)含量符合技質(zhì)量波動(dòng)不大，雜質(zhì)含量符合技 術(shù)要求。術(shù)要求。 綜合利用（具有開采價(jià)綜合利用（具有開采價(jià) 值的要素：品位）值的要素：品位） 機(jī)械、物理、化學(xué)等方法將所選機(jī)械、物理、化學(xué)等方法將所選 目標(biāo)礦物富集，并按礦物中各種礦目標(biāo)礦物富集

5、，并按礦物中各種礦 物的物理性質(zhì)選用合適的選礦方法。物的物理性質(zhì)選用合適的選礦方法。3/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院5利用礦物的密度差，在重液中進(jìn)行分離；利用礦物的密度差，在重液中進(jìn)行分離；利用不同礦物具有不同的磁導(dǎo)系數(shù)；利用不同礦物具有不同的磁導(dǎo)系數(shù)；利用礦物被液體所潤(rùn)濕程度的差別來(lái)進(jìn)行利用礦物被液體所潤(rùn)濕程度的差別來(lái)進(jìn)行 （工業(yè)脂肪酸的混合物）（工業(yè)脂肪酸的混合物）利用一系列物理化學(xué)反應(yīng)使礦物分離；利用一系列物理化學(xué)反應(yīng)使礦物分離；利用懸浮液的質(zhì)點(diǎn)利用懸浮液的質(zhì)點(diǎn)(如黏土、如黏土、高嶺土高嶺土)帶有電荷帶有電荷,電流通過(guò)懸浮液時(shí)電流通過(guò)懸浮液時(shí),帶電的微粒向帶帶電的微粒向帶有相反電荷的電

6、極移動(dòng)有相反電荷的電極移動(dòng),并沉積在其表面上。并沉積在其表面上。3/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院6 菱鎂礦，破碎菱鎂礦，破碎0120mm（篩去（篩去08mm）分級(jí)分級(jí)60120和和860重液選礦懸浮液中重液選礦懸浮液中（MgO4546%）有有15%的廢礦原料不能回收處理。的廢礦原料不能回收處理。 浮選劑（工業(yè)脂肪酸混合物）浮選劑（工業(yè)脂肪酸混合物） 利用雜物和礦物對(duì)浮選劑的附著性與潤(rùn)濕利用雜物和礦物對(duì)浮選劑的附著性與潤(rùn)濕性的差別性的差別 礦石中礦石中MgO 3741% 浮選浮選45.546.5%3/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院7 通過(guò)化學(xué)作用將礦物中有關(guān)成分提取出來(lái)的選礦方法，通過(guò)化學(xué)作用

7、將礦物中有關(guān)成分提取出來(lái)的選礦方法，分離出來(lái)的原料的純度較高。分離出來(lái)的原料的純度較高。 獲得原料獲得原料: 水解獲得水解獲得OHNHMgClClNHOHMgO42424223MgCOMgO經(jīng)輕燒經(jīng)輕燒2MgClMgO22232COOHMgClHClMgCO(水解水解)%7 . 0%,4 .98CaOMgOHClMgOOHMgCl21000900223/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院8 小結(jié)：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(guò)程、共沉淀一些物質(zhì)）。%9998MgOOHHCOMgOHCOMgO223222)(OHOHCOMgOHCOMg222235434)(O

8、HCOMgOOHCOMgO222244343MgCOMgO經(jīng)輕燒經(jīng)輕燒3/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院9 提高制品的性能提高制品的性能 獲得性能穩(wěn)定的坯料；獲得性能穩(wěn)定的坯料； 改善制品成分，組織結(jié)構(gòu)；改善制品成分，組織結(jié)構(gòu)； 保證制品的體積穩(wěn)定性；保證制品的體積穩(wěn)定性； 保證外形尺寸的準(zhǔn)確性保證外形尺寸的準(zhǔn)確性 死燒死燒 制品性能穩(wěn)定制品性能穩(wěn)定 制品燒成困難制品燒成困難 輕燒輕燒 活性活性 穩(wěn)定性差穩(wěn)定性差 將物料充分細(xì)磨（采用高效粉磨技將物料充分細(xì)磨（采用高效粉磨技 術(shù)），在較低溫度下燒結(jié)熟料（輕燒）；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，活性高輕燒目

9、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。輕燒溫度選擇具有非常重要性。3/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院10 物料達(dá)到完全燒結(jié)稱為死燒。物料達(dá)到完全燒結(jié)稱為死燒。 T=0.7 Ts（Ts為主晶相氧化物的熔點(diǎn)）為主晶相氧化物的熔點(diǎn)）輕燒輕燒 壓球（壓坯）壓球（壓坯） 死燒（亦稱兩步煅燒）死燒（亦稱兩步煅燒） 獲得高純、高密度的氧化物制品。獲得高純、高密度的氧化物制品。 工藝復(fù)雜、燃料消耗大。工藝復(fù)雜、燃料消耗大。對(duì)于雜質(zhì)含量大于對(duì)于雜質(zhì)含量大于4%的可不采用二步煅燒的可不采用二步煅燒 工藝。工藝。多層爐、沸騰爐、回轉(zhuǎn)爐、豎爐等。多層爐、沸騰爐、回轉(zhuǎn)爐、豎爐等。3/1/2

10、022材料科學(xué)與工程學(xué)院11 a、選礦時(shí)需要；、選礦時(shí)需要； b、成型時(shí)獲得較高的堆積密度；、成型時(shí)獲得較高的堆積密度； c、燒結(jié)活性。、燒結(jié)活性。 粗碎：顎式破碎機(jī)；粗碎：顎式破碎機(jī)； 中碎：圓錐式破機(jī)中碎：圓錐式破機(jī) 細(xì)碎：球磨機(jī)細(xì)碎：球磨機(jī) 使用上述機(jī)械應(yīng)使用上述機(jī)械應(yīng)生產(chǎn)能力由大變??；生產(chǎn)能力由大變??； 注意防塵；注意防塵； 注意隔音注意隔音3/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院12 a、 高效能研磨促進(jìn)相變和固相反應(yīng)發(fā)生；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、表面活性提高，增大固相反應(yīng)程度，降低 燒結(jié)溫度；燒結(jié)溫度； c、注意職業(yè)病，矽肺（主要由可

11、溶性、注意職業(yè)病，矽肺（主要由可溶性SiO2粉塵引粉塵引 起）；起）； d、高效能研磨手段：振動(dòng)磨、氣動(dòng)磨、攪拌磨、高效能研磨手段：振動(dòng)磨、氣動(dòng)磨、攪拌磨、 爆炸方法等。爆炸方法等。3/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院13 表面活性劑表面活性劑a、使物料顆粒表面自由能和晶格畸變程度、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；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、吸附作用平衡顆粒表面的不飽和鍵，防 止顆粒重新聚合；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。上述作用都是為了防止重新聚合成大顆粒。 胺、醇、酯、醚、無(wú)機(jī)鹽類（水）胺、醇、酯、醚、無(wú)機(jī)鹽

12、類（水）3/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院14準(zhǔn)備成型的物料準(zhǔn)備成型的物料 粉體顆粒的構(gòu)造：一次顆粒、二次顆粒）粉體顆粒的構(gòu)造：一次顆粒、二次顆粒） 粉體的粒度：粒徑、粒度分布粉體的粒度：粒徑、粒度分布 顆粒的形狀：顆粒的形狀： 1） 設(shè)一顆粒粒徑為設(shè)一顆粒粒徑為dp，體積為，體積為v，表面積為，表面積為s， 則則v= dp3 s=dp2 第二節(jié)第二節(jié) 坯料的制備坯料的制備3/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院15 顆粒形狀影響粉體的流動(dòng)性。顆粒形狀影響粉體的流動(dòng)性。 a、休止角：、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

13、不計(jì)的，則料堆與水平面的交角。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：、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。粉料呈不均勻的現(xiàn)象稱偏析。 粉料進(jìn)入料倉(cāng)時(shí)，因有一定落差，使粗細(xì)粉分開。粉料進(jìn)入料倉(cāng)時(shí)，因有一定落差，使粗細(xì)粉分開。 ：料倉(cāng)加料時(shí)，粗粒料層起篩分作用，細(xì)粉可穿過(guò)：料倉(cāng)加料時(shí)，粗粒料層起篩分作用，細(xì)粉可穿過(guò) 其間進(jìn)入下面的靜止層；其間進(jìn)入下面的靜止層； 粗顆粒質(zhì)量大，摩擦系數(shù)小，使得粗顆粒滾落快而粗顆粒質(zhì)量大，摩擦系數(shù)小，使得粗顆粒滾落快而 流向倉(cāng)壁。流向倉(cāng)壁。3/1/2022

14、材料科學(xué)與工程學(xué)院163/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院173/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院18兩級(jí)配料：粗：細(xì)兩級(jí)配料：粗：細(xì)三級(jí)配料：粗：中：細(xì)三級(jí)配料：粗：中：細(xì)3:72:1:7 粗顆粒粗顆粒:從從.5mm到到34mm; 中顆粒中顆粒:從從.2(或或0.1)mm到到0.5mm左右左右; 細(xì)顆粒細(xì)顆粒:從從0到到0.2(或或0.1)mm.3/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院193/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院20采用單一的顆粒不能達(dá)到緊密堆積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尺寸相差越大越好;較細(xì)顆

15、粒數(shù)量應(yīng)足夠填充于緊密排列的顆粒較細(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)增加顆粒組分雖可以提高堆積密度，但當(dāng)3時(shí)，無(wú)實(shí)際意義時(shí)，無(wú)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尺寸相差大些;3/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院21 配料包括按規(guī)定比例的各種原料、和同一原料的配料包括按規(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；各不同顆粒組成配合的粉料； a、配料的化學(xué)組成必須能滿足制品的要求，并且、配料的化學(xué)組成必須能滿足制品的要求，并且應(yīng)比控制應(yīng)比控制 指標(biāo)高些（純度高、雜質(zhì)成分少）；指標(biāo)高些（純度高、雜質(zhì)成分少）； b、結(jié)合劑的選擇對(duì)制