耐火材料制備工藝

1、耐火材料制備原理及工藝09材料1班 胡晨宇，學(xué)號(hào)：0900501111摘要耐火材料是一種耐火度不低于1580C，有較好的抗熱沖擊和化學(xué)侵蝕的 能力、導(dǎo)熱系數(shù)低和膨脹系數(shù)低的無機(jī)非金屬材料。其主要是以鋁磯土、硅石、 菱鎂礦、白云石等天然礦石為原料經(jīng)加工后制造而成的。其應(yīng)用是用作高溫窯、 爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料，以及工業(yè)用高溫容器和部件的材料，并能承受相應(yīng)的 物理化學(xué)變化及機(jī)械作用。主要是廣泛用于冶金、化工、石油、機(jī)械制造、硅酸 鹽、動(dòng)力等工業(yè)領(lǐng)域，在冶金工業(yè)中用量最大，占總產(chǎn)量的50%60%。耐火 材料的發(fā)展在國民工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用中有著舉足輕重的地位。關(guān)鍵詞耐火材料分類，原理工藝，前景前言 耐火材

2、料是耐火度不低于1580C的材料。一般是指主要由無機(jī)非金屬材 料構(gòu)成的材料和制品，耐火度是指材料在高溫作用下達(dá)到特定軟化程度時(shí)的溫 度，它標(biāo)志材料抵抗高溫作用的性能，是高溫技術(shù)的基礎(chǔ)材料。沒有耐火材料就 沒有辦法接受燃料或發(fā)熱體散發(fā)的大量熱，沒有耐火材料制成的容器也沒有辦法 使高溫狀態(tài)的物質(zhì)保持一定時(shí)間。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，不但對(duì)耐火材料質(zhì) 量要求越來越高，對(duì)耐火材料有特殊要求的品種越來越多，形狀越來越復(fù)雜。其 成產(chǎn)流程大多如圖1-1。圖1-1耐火材料的生產(chǎn)流程11耐火材料的分類和性能要求1.1分類1.1.1按組成來分耐火材料可分為硅質(zhì)制品、硅酸鋁質(zhì)制品、鎂質(zhì)制品、白云石制品、銘質(zhì)制 品、

3、鋯質(zhì)制品、純氧化制品及非純氧化物制品等。1.1.2按工藝方法來劃分可分為泥漿澆注制品、可塑成形制品、半干壓成形的制品、由粉末非可塑料 搗固成形制品、由熔融料澆注的制品、經(jīng)噴吹或拉絲成形的制品及由巖石鋸成的 天然制品等。1.1.3根據(jù)耐火度來分可分為普通耐火材料制品，其耐火度為1580C1770C ；高級(jí)耐火材料制 品，其耐火度為1770C2000C；特級(jí)耐火材料制品。其耐火度為2000CC以上。 1.1.4根據(jù)耐火材料制品的外形來分可分為定形耐火材料制品，如燒成磚、電熔磚、耐火隔熱磚以及實(shí)驗(yàn)和工業(yè) 用坩蝸、器皿等特殊制品；不定形耐火材料制品，簡(jiǎn)稱散裝料，在使用地點(diǎn)才制 成所需要的形狀和進(jìn)行熱處

4、理，如澆注料、搗打料、投射料、耐火泥等；耐火纖 維，如鋁纖維、硅酸鋁纖維等，使用時(shí)一般經(jīng)過加工成毯、氈、板、繩、組合鍵 和纖維塊制品。1.2基本性能要求耐火材料的性能表現(xiàn)在諸多方面，其中它的物理性能包括結(jié)構(gòu)性能、熱學(xué)性 能、力學(xué)性能、使用性能和作業(yè)性能。結(jié)構(gòu)性能包括氣孔率、體積密度、吸水率、 透氣度、氣孔孔徑分布等。熱學(xué)性能包括熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、比熱、熱容、 導(dǎo)溫系數(shù)、熱發(fā)射率等。力學(xué)性能包括耐壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗扭強(qiáng) 度、剪切強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、耐磨性、蠕變性、粘結(jié)強(qiáng)度、彈性模量等。使用性能 包括耐火度、荷重軟化溫度、重?zé)€變化、抗熱震性、抗渣性、抗酸性、抗堿性、 抗水化性、抗CO侵

5、蝕性、導(dǎo)電性、抗氧化性等。作業(yè)性包括稠度、塌落度、流 動(dòng)度、可塑性、粘結(jié)性、回彈性、凝結(jié)性、硬化性等。其中耐火度是耐火材料的 最主要的性能技術(shù)指標(biāo)，耐火度越高，其質(zhì)量也好2。耐火材料的重要性體現(xiàn)在：影響爐子生產(chǎn)率，影響產(chǎn)品質(zhì)量，影響爐子壽命， 以及影響產(chǎn)品成本。2傳統(tǒng)耐火材料的生產(chǎn)工藝2.1原料的加工原料的加工主要包括原料的精選提純.均化或合成；原料的干燥和煅燒；原 料的粉碎和分級(jí)。2.1.1耐火原料的選礦方法包括手選、沖洗、重選、浮選、磁選、電選、機(jī)械揀 選和化學(xué)選礦等幾種。手選，可以說所有的耐火原料都經(jīng)過于選，從采礦分級(jí)堆放中就開始手 選，揀出雜質(zhì)含量高的廢石，不同品級(jí)分別堆放。一般適用于

6、大塊物料。沖洗，原料加工前用水沖洗礦石，洗掉粘附在礦石表面的泥土及雜質(zhì)， 一般適用于大于100mm的塊狀物料。重選，在介質(zhì)流中，利用礦物原料密度不同進(jìn)行選別。重選適用粒度范 圍寬，從幾百mm至到 1mm以下，選礦成本低，對(duì)環(huán)境污染小。浮選，利用各種礦物原料顆粒表面對(duì)水的濕潤(rùn)性的差異進(jìn)行選別。浮選 通常能處理小于0.3mm的物料，原則上能選能選別各種礦物原料，是一種用途最 廣泛的方法。磁選，利用礦物顆粒磁性不同，在不均勻磁場(chǎng)中進(jìn)行選別。耐火原料磁 選大多用于除去鐵、鈦等雜質(zhì)。電選，利用礦物顆粒電性的差別，在高壓電場(chǎng)中進(jìn)行選別。主要用于分 選導(dǎo)體，半導(dǎo)體和非導(dǎo)體礦物。電選機(jī)處理顆粒范圍窄，處理能力

7、低，原料需要 干燥，因此受到限制，但成本不高，分選效果好，污染小，主要用于粗精礦的精 選。32.1.2原料粉碎方式壓碎，緩慢地施加壓力于物料，主要用在粗碎、中碎的硬質(zhì)料，如顎 式破碎機(jī)。擊碎，瞬息間加力于物料。主要用在中碎、細(xì)碎的脆性料。如反擊式粉 碎機(jī)，自磨機(jī)。剪碎，在一定的壓力下，借剪切力進(jìn)行研磨，主要用于細(xì)碎或韌性料。如球磨機(jī)，輥磨機(jī)。劈碎，在支點(diǎn)間施力。主要用在粗碎、中碎或脆性料。如崔氏粉碎機(jī)。42.2配料與混練配料組成：（1）化學(xué)組成：主成分，易熔雜質(zhì)總量和有害雜質(zhì)量的規(guī)定。（2） 顆粒配比。（3）常溫結(jié)合劑。（4）原料中水分和灼減的換算。配料方法：重量：磅秤、自動(dòng)稱量稱、稱量車、電

8、子稱、光電數(shù)字顯示稱。 容積：帶式、板式、槽式、圓盤式、螺旋式、振動(dòng)給料機(jī)?；炀殻菏共煌M分和粒度的物料同的物料同適量的結(jié)合劑經(jīng)混合和擠壓作用 達(dá)到分布均勻和充分潤(rùn)濕的泥料制備過程。其中混練設(shè)備：?jiǎn)屋S和雙軸攪拌機(jī)、 混砂機(jī)（混合、攪拌）濕碾機(jī)（混合、攪拌和擠壓，更均勻）混練機(jī)混合原理：對(duì)流混合，顆粒從物料中的一處大批地移動(dòng)到另一處，類 似于流體中的騷動(dòng)。擴(kuò)散混合，分離的顆粒散布在不斷展現(xiàn)的新生料面上， 如同一般的擴(kuò)散作用那樣。剪切混合，在物料集合體內(nèi)部，顆粒之間相對(duì)緩 慢移動(dòng)，在物料中形成若干滑移面，就像薄層流體運(yùn)動(dòng)。三種混合機(jī)理在混合機(jī) 中不是絕對(duì)分隔的。各類混合機(jī)的混合機(jī)理如下表：混合機(jī)類

9、型移動(dòng)混合擴(kuò)散混合剪切混合重力氏（容器旋轉(zhuǎn)）大中小強(qiáng)制式（容器固定）大中中氣流式大小大52.3磚坯的成型耐火坯料借助于外力和模型，成為具有一定尺寸、形狀和強(qiáng)度的坯體或制品 的過程。方法：1.半十法2.可塑法3.注漿法4.振動(dòng)成型5.熱壓注成型6熱壓 成7.電熔注法8.等靜壓成型壓力機(jī)2.4磚坯干燥用蒸發(fā)的方法從磚坯中排除水分的過程叫磚坯干燥。有利于提高坯體的機(jī)械 強(qiáng)度，有利于裝窯操作并保證燒成初期能夠順利進(jìn)行，是耐火材料工藝必不可少 的過程。其過程分為三個(gè)階段:1.等速干燥階段 2.降速干燥階段 3.低速及平衡干燥階段如圖平衡干燥階段如圖干燥方式分為常溫干燥和加熱干燥： 常溫干燥:一般堆放在空

10、氣通的廠房?jī)?nèi)風(fēng)干或陰干。一般可塑法和手工 成型或壓機(jī)成型水分含量大的轉(zhuǎn)坯先風(fēng)干，有一定強(qiáng)度后再進(jìn)入其他干燥器內(nèi)繼 續(xù)干燥。加熱干燥：常用以下幾種類型的干燥設(shè)備及方法：a. 干燥坑：由磚砌的火坑。把磚坯碼放在鋪有砂子的坑上，用火箱加熱，煙 氣經(jīng)坑下的煙道加熱砂子，使其干燥。接近火箱處溫度較高，離火箱越遠(yuǎn)溫度越 低，干燥不均勻，耗熱量大。b.室式干燥：干燥熱源一般采用空氣預(yù)熱，被干燥的磚坯碼在干燥車上進(jìn)行 干燥。干燥器載熱體溫度和濕度可調(diào)，氣流分布較均勻，一般適用于干燥大型和 特異型制品。此外還有隧道干燥，電熱干燥，紅外干燥，超聲波干燥等。2.5制品燒成耐火材料的燒成是一個(gè)復(fù)雜的工藝過程。通過燒成

11、，使坯體中各種反應(yīng)趨于 完全、充分、液相數(shù)量繼續(xù)增加，結(jié)品相進(jìn)一步成長(zhǎng)而達(dá)到致密化。常用以下設(shè) 備：3現(xiàn)代耐火材料的生產(chǎn)工藝傳統(tǒng)耐火材料的生產(chǎn)工藝是將原料制成細(xì)粉再成型。但是由于特種耐火 材料化學(xué)的高純度，超級(jí)耐火性能，各種特殊性能，復(fù)雜的制品形狀，特別 的使用要求，還有隔熱耐火材料，由于它的特殊結(jié)構(gòu)，氣孔不小于45%，幾 乎所有的耐火材料都追求高致密度，唯有它追求有一定強(qiáng)度的低密度。所以 在生產(chǎn)工藝方面，除了按耐火材料的傳統(tǒng)工藝外，還要有降低制品體積密度， 增加氣孔率的方法。熔鑄法是物料經(jīng)高溫熔化后，直接澆鑄成制品的方法。一般是配料混 勻和細(xì)磨等工序，在電弧爐內(nèi)溶化，然后澆注入耐高溫的鑄型中

12、，再經(jīng)冷 卻結(jié)品、退火或切割制成制品。如熔鑄莫來石磚、剛玉磚和鎂磚等。它們 的坯體致密，機(jī)械強(qiáng)度高、高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，抗渣性好，使用范圍不斷 在擴(kuò)大。生產(chǎn)中主要通過控制熔化的氣氛、熔融溫度和冷卻條件，以保證高 的生產(chǎn)效率、析晶符合要求和形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但在冷卻析品過程中，往往由 于析品溫度不一致，產(chǎn)生晶粒偏析而使制品內(nèi)部形成集中的空洞縮孔。熔融噴吹法是將物料放在電弧爐中熔融成熔體，在熔體流出的瞬間， 以高壓空氣或過熱蒸汽進(jìn)行噴吹，使熔融物料分散成纖維或形成空心球的方 法。這是生產(chǎn)耐火纖維和空心球（氧化鋁空心球或氧化鋯空心球）的主要方 法。制品主要用作輕質(zhì)耐火、隔熱材料。此外，還可制成粉狀或粒狀不

13、定形耐火材料，臨用時(shí)以焦油、瀝青、水泥、磷酸鹽、硫酸鹽或氯化鹽第7頁無機(jī)材料工藝學(xué)課程作業(yè) 等結(jié)合劑膠結(jié)，不經(jīng)成型和燒結(jié)而直接使用。4耐火材料的發(fā)展展望4.1發(fā)展不定型耐火材料不定型耐火材料被喻為第二代耐火材料，同燒成定型耐火材料有以 下優(yōu)點(diǎn)： 不定型耐火材料不需要壓磚機(jī)和燒成熱工設(shè)備，工廠占地小， 基本建設(shè)投資低。節(jié)約能源，耗能僅為燒成品的二：勞動(dòng)強(qiáng)度低， 可完全機(jī)械作業(yè)，生產(chǎn)效率高?？扇我庠煨?，制成整體襯體，強(qiáng)度高， 抗熱震性好，無接縫，氣密性好，散熱損失小。4.2用電熔法生產(chǎn)原料和制品熔鑄磚與陶瓷結(jié)合磚相比主要優(yōu)點(diǎn)是晶間結(jié)合，品體發(fā)育好，排列 緊密，氣孔少，蠕變率小，盡管材料中存在低熔相

14、，但它填充在晶體骨架空 隙中，并不起主導(dǎo)作用。通過電熔還能起到除雜質(zhì)，如高鋁磯土中的Si J，F(xiàn)=：；，MgO，：土0, *二等的提純作用。因此電熔材料的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)致密，氣孔率低，如采 用氧化法的電熔Zr J大型塊體顯氣孔率為0.5%1%；材料純度高，如我國 用J二大于85%的高磯土熟料電熔成J二不小于98.5%的亞白剛玉；荷重 軟化溫度?。粰C(jī)械強(qiáng)度高；電熔材料的缺點(diǎn)是熱導(dǎo)率偏高，抗熱震性較差。 4.3發(fā)展?fàn)t體冷卻技術(shù)，加強(qiáng)耐火材料保護(hù)采用水冷代替耐火材料在高溫設(shè)備上屢見不鮮。煉鋼電爐采用水冷爐蓋 和水冷爐壁技術(shù)，使電爐使用壽命顯著提高。超高功率電爐爐蓋和爐壁熱流 增大，采用水冷技術(shù)可使熔損

15、部分被噴濺上的爐渣冷卻而補(bǔ)充。泡沫渣埋孤 技術(shù)是在不斷增加渣量的前提下，使渣厚度增加。主要原理是渣中FeO與C 反應(yīng)生成C0氣體，慢慢從渣中溢出，使渣保持泡沫化狀態(tài)，從而減小孤光對(duì) 稱的熔損，降低耐火材料的損耗。水冷使電能消耗增大，1t鋼約增加5%10%，但使用壽命延長(zhǎng)，檢修停爐時(shí)間縮短，特別是耐火材料消耗降低55%90%,總得經(jīng)濟(jì)效益是好的。采用水冷與合適的耐火材料相配合應(yīng)該是未來爐窯等熱工設(shè)備的發(fā)展方向。65結(jié)束語作為中國工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)步中不可或缺的生產(chǎn)因素，耐火材料在中國的發(fā)展是有 著長(zhǎng)久的歷史的，當(dāng)今的發(fā)展已經(jīng)研究開發(fā)了高鋁磚、鎂鋁磚、焦?fàn)t硅磚、 碳磚、碳化硅磚、電熔莫來石磚、耐火混凝土和不燒磚等廣泛應(yīng)用在國民工 業(yè)生產(chǎn)中的較好的耐火材料。而今后的發(fā)展前景是朝著原料優(yōu)質(zhì)化、向質(zhì)量 型轉(zhuǎn)變、開拓新品種、新工藝、耐火材料綜合消耗等方向發(fā)展，繼續(xù)研發(fā)科 學(xué)高效