耐火材料的生產(chǎn)過程1

1、3/23/2022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行考慮：進行考慮：（1）化學(xué)觀點：選擇具有高熔點的單質(zhì)或化合物；）化學(xué)觀點：選擇具有高熔點的單質(zhì)或化合物；（2）礦物觀點：選擇具有高耐火度的礦物。）礦物觀點：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個元素個元素中（稀土元素除外）熔點高于中（稀土元素除外）熔點高于2000的有的有10個，個，（熔點（熔點3500，有的書中為，有的書中為3700100）具有耐火材料生產(chǎn)的實際意義，其它元素的數(shù)量具有耐火材料生產(chǎn)的實際意義，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

2、耐火材料的選擇與加工3/23/2022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： 酸性氧化物熔點最低：如酸性氧化物熔點最低：如SiO21713，TiO21825； 中性氧化物次之：中性氧化物次之： 如如Al2O3 2050，Cr2O32275； 堿性氧化物熔點高：如堿性氧化物熔點高：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。如莫來石（種。如莫來石（ 3Al2O3 2SiO2）熔點

3、為）熔點為1870；鎂；鎂鋁尖晶石（鋁尖晶石（Al2O3MgO）熔點為）熔點為2105；鎂鉻尖晶石；鎂鉻尖晶石（Cr2O3MgO）熔點為）熔點為2350。3/23/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院3 估計可用作耐火原料的有估計可用作耐火原料的有種，如：堇種，如：堇青石（青石（2MgO2 Al2O35 SiO2）。）。 合計可用作耐火原料總數(shù)為合計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? 除了考慮熔點外，還要看它在自然界中存在的除了考慮熔點外，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

4、布情況，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的熔點為的熔點為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。3/23/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院4 儲量豐富，可穩(wěn)定的供應(yīng)原礦，儲量豐富，可穩(wěn)定的供應(yīng)原礦， 質(zhì)量波動不大，雜質(zhì)含量符合技質(zhì)量波動不大，雜質(zhì)含量符合技 術(shù)要求。術(shù)要求。 綜合利用（具有開采價綜合利用（具有開采價 值的要素：品位）值的要素：品位） 機械、物理、化學(xué)等方法將所選機械、物理、化學(xué)等方法將所選 目標礦物富集，并按礦物中各種礦目標

5、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。物的物理性質(zhì)選用合適的選礦方法。3/23/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院5利用礦物的密度差，在重液中進行分離；利用礦物的密度差，在重液中進行分離；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濕程度的差別來進行利用礦物被液體所潤濕程度的差別來進行 （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)點利用懸浮液的質(zhì)點(如黏土、如黏土、高嶺土高嶺土)帶有電荷帶有電荷,電流通過懸浮液時電流通過懸浮液時,帶電的微粒向帶帶電的微粒向帶有相

6、反電荷的電極移動有相反電荷的電極移動,并沉積在其表面上。并沉積在其表面上。3/23/2022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）分級分級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） 利用雜物和礦物對浮選劑的附著性與潤濕利用雜物和礦物對浮選劑的附著性與潤濕性的差別性的差別 礦石中礦石中MgO 3741% 浮選浮選45.546.5%3/23/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院7 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

7、，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。分離出來的原料的純度較高。 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 .98CaOMgOHClMgOOHMgCl21000900223/23/2022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 （ 在沉淀過程、共沉淀一些物質(zhì)）。%9998MgOOHHCOMgOHCOMgO223222)(OHOHCOMgOHCOMg2222

8、35434)(OHCOMgOOHCOMgO222244343MgCOMgO經(jīng)輕燒經(jīng)輕燒3/23/2022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； 保證外形尺寸的準確性保證外形尺寸的準確性 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 將物料充分細磨（采用高效粉磨技將物料充分細磨（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

9、陷多，活性高輕燒目的：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。輕燒溫度選擇具有非常重要性。3/23/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院10 物料達到完全燒結(jié)稱為死燒。物料達到完全燒結(jié)稱為死燒。 T=0.7 Ts（Ts為主晶相氧化物的熔點）為主晶相氧化物的熔點）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。對于雜質(zhì)含量大于對于雜質(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

10、、豎爐等。3/23/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院11 a、選礦時需要；、選礦時需要； b、成型時獲得較高的堆積密度；、成型時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；粗碎：顎式破碎機； 中碎：圓錐式破機中碎：圓錐式破機 細碎：球磨機細碎：球磨機 使用上述機械應(yīng)使用上述機械應(yīng)生產(chǎn)能力由大變??；生產(chǎn)能力由大變小； 注意防塵；注意防塵； 注意隔音注意隔音3/23/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院12 a、 高效能研磨促進相變和固相反應(yīng)發(fā)生；高效能研磨促進相變和固相反應(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

11、意職業(yè)病，矽肺（主要由可溶性、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：振動磨、氣動磨、攪拌磨、高效能研磨手段：振動磨、氣動磨、攪拌磨、 爆炸方法等。爆炸方法等。3/23/2022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，促進顆粒軟化；減小，促進顆粒軟化； 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、無機鹽類（

12、水）胺、醇、酯、醚、無機鹽類（水）3/23/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院14準備成型的物料準備成型的物料 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3/23/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院15 顆粒形狀影響粉體的流動性。顆粒形狀影響粉體的流動性。 a、休止角：、休止角：未加負載的粉料堆積在水平面上，假設(shè)落在料堆未加負載的粉料堆積在水平面上，假設(shè)落

13、在料堆頂上的粉料速度是可以忽略不計的，則料堆與水平面的交角。頂上的粉料速度是可以忽略不計的，則料堆與水平面的交角。b、偏析：、偏析：粉料流動時，顆粒密度、形狀、表面性狀等的差異，粉料流動時，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。 粉料進入料倉時，因有一定落差，使粗細粉分開。粉料進入料倉時，因有一定落差，使粗細粉分開。 ：料倉加料時，粗粒料層起篩分作用，細粉可穿過：料倉加料時，粗粒料層起篩分作用，細粉可穿過 其間進入下面的靜止層；其間進入下面的靜止層； 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

14、壁。流向倉壁。3/23/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院163/23/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院173/23/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院18兩級配料：粗：細兩級配料：粗：細三級配料：粗：中：細三級配料：粗：中：細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; 細顆粒細顆粒:從從0到到0.2(或或0.1)mm.3/23/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院193/23/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院20采用單一的顆粒不能達到緊密堆積采用單一的顆粒不能達到緊密堆積;采用多組分可達到緊密堆積，而且組分顆粒采用多組分可達到緊密堆積，而且組分顆粒

15、尺寸相差越大越好尺寸相差越大越好;較細顆粒數(shù)量應(yīng)足夠填充于緊密排列的顆粒較細顆粒數(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，無實際意義時，無實際意義;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;3/23/2022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 指標高些（純度高、雜質(zhì)成分少）；指標高些（純度高、雜質(zhì)成分少）； b、結(jié)合劑的選擇對制