耐火材料教學課件第一章

耐火材料教學課件主講人：朱寶忠（老師）耐火材料教學課件主講人：朱寶忠（老師）6.耐火材料的加工過程4.耐火材料的發(fā)展趨勢3.耐火材料的國內(nèi)外發(fā)展2.耐火材料的概念1.關(guān)于材料的常識7.耐火材料在冶金中的應(yīng)用5.耐火材料的分類

主要講述內(nèi)容

6.耐火材料的加工過程4.耐火材料的發(fā)展趨勢3.耐火材材料-----是指人類用來制作有用物件的物質(zhì)；材料是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類社會文明的重要支柱。歷史分期：以人類使用工具的材料劃分：石器時代陶器時代青銅器時代鐵器時代硅時代一、材料的基本概念材料-----是指人類用來制作有用物件的物質(zhì)；材料是人類生存材料的分類若按用途分類，可將材料分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類若按材料的成分和特性分類，可分為金屬材料、陶瓷材料、高分子材料和復(fù)合材料材料分為傳統(tǒng)材料和新型材料材料的分類

耐火材料是冶金、建材、化工、機械等工業(yè)高溫窯爐及物件的重要基礎(chǔ)材料。了解它們的性能及選用合適的耐火材料對于生產(chǎn)控制及降低成本有重要的意義。本課程介紹常用耐火材料的基本性能，應(yīng)用范圍以及易懂的生產(chǎn)工藝與原料知識。

耐火材料是冶金、建材、化工、機械等工業(yè)高溫窯爐及物件的教材：徐維忠主編，耐火材料，冶金工業(yè)出版社，2002.1重印參考書：1）王維邦主編，耐火材料工藝學，冶金工業(yè)出版社，北京：1999年。2）湯長根編，耐火材料生產(chǎn)工藝，冶金工業(yè)出版社，北京：1982年；3）韓行祿,劉景林編著，耐火材料應(yīng)用，冶金工業(yè)出版社，北京：1986；4）徐平坤，魏國釗編著，耐火材料新工藝技術(shù)，冶金工業(yè)出版社，北京：2005；5）譚丙煜編著，耐火材料工藝原理，科學出版社，北京：1963

教材與參考書籍教材與參考書籍

2.1、耐火材料的定義傳統(tǒng)的定義：耐火度不小于1580℃的無機非金屬材料；ISO的定義：耐火度不小于1500℃的非金屬材料及制品；二、耐火材料的基本概念二、耐火材料的基本概念金屬冶煉（pyrometallurgy)

---Fireandtheartofmetals古埃及金屬冶煉木炭和礦石分層排布加火燃燒3-4天產(chǎn)量1kg/次爐襯為粘土2.2耐火材料的歷史金屬冶煉（pyrometallurgy)

---Firea中國的耐火材料的發(fā)展歷史5000年前出現(xiàn)了陶器；3000年前有了瓷器；后來，天然的原料開始使用，如硅線石磚；1637年，石墨粘土坩鍋投入使用。我國，解放前僅有少量的耐火材料工廠，生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量較低，嚴重依賴進口。

1、歷史悠久

中國的耐火材料的發(fā)展歷史5000年前出現(xiàn)了陶器；1、歷史悠耐火材料在國民經(jīng)濟發(fā)展中的作用耐火材料可用作高溫窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料、工業(yè)用的高溫容器和部件（在冶金，硅酸鹽，化工，動力，石油，機械制造等工業(yè)部門中得到廣泛應(yīng)用）。在我國鋼鐵冶金及有色金屬行業(yè)占66.7%；日本鋼鐵工業(yè)消耗70%的耐火材料。耐火材料是為高溫技術(shù)服務(wù)的基礎(chǔ)材料。耐火材料在國民經(jīng)濟發(fā)展中的作用耐火材料可用作高溫窯爐等熱工設(shè)耐火材料生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀世界范圍內(nèi)耐火材料概況歐洲引領(lǐng)耐火材料的發(fā)展：奧鎂公司（RHI年銷售額約130億人民幣）、LWB全球白云石耐火材料技術(shù)和年產(chǎn)量第一、圣哥班、威蘇威、雷法均為總部在歐洲的跨國公司。美洲（北美和南美）：美國耐火材料產(chǎn)業(yè)受制于環(huán)境、發(fā)展前景不被看好、南美主要是巴西發(fā)展勢頭很好。非洲：耐火材料未進入真正的發(fā)展時期亞洲主要是中國和日本：日本是一個島國、耐火材料產(chǎn)業(yè)受制于資源、其基本理念是低端產(chǎn)品放棄、只保留高端產(chǎn)品。耐火材料生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀世界范圍內(nèi)耐火材料概況世界范圍內(nèi)耐火材料概況歐洲：奧地利奧鎂公司總部德國雷法公司法國圣哥班

LWB

威斯維公司英國摩根公司歐洲耐火材料中心在老歐洲、不在新歐洲（東歐、前蘇聯(lián)均不占優(yōu)勢。）世界范圍內(nèi)耐火材料概況歐洲：奧地利奧鎂公司總部RHI經(jīng)營業(yè)績銷售收入：2005年119940萬歐元

2006年133580萬歐元（增11.4%）總利潤：2005年9730萬歐元

2006年15790萬歐元2010年:銷售收入：20億歐元RHI經(jīng)營業(yè)績銷售收入：2005年119940萬歐元LWBLWB耐火材料公司已經(jīng)售給RhoneCapital有限公司。RhoneCapital是一家在倫敦、巴黎和紐約都有辦事處的合資公司，同時，它還擁有Almatis特種氧化鋁廠。LWB耐火材料公司成立于2000年，它是由Lhoist集團、Wulfrath耐火材料公司、Baker耐火材料組成。公司年營業(yè)額4億歐元。LWB在歐洲的白云石生產(chǎn)能力為26-28萬噸，其白云石原料主要來自位于比利時的Lhoist生產(chǎn)廠和德國的生產(chǎn)廠。LWBLWB耐火材料公司已經(jīng)售給RhoneCapital有南美洲：巴西實力最強、其堿性耐火材料尤其是鎂鋁尖晶石磚特點鮮明，其它國家不是很強巴西、阿根廷鋼鐵冶金、智利銅冶金南美洲：巴西實力最強、其堿性耐火材料尤其是鎂鋁尖晶石磚特亞洲：日本耐火材料曾經(jīng)是亞洲最強大、中國寶鋼建設(shè)所用耐火材料均從日本進口。日本品川、黑崎、播磨、東京窯業(yè)、東芝陶瓷、川崎爐材印度：

ORISASCEMENT、ORINAND亞洲：日本耐火材料曾經(jīng)是亞洲最強大、中國寶鋼建設(shè)所用耐火材印度OCLIndiaLtd營業(yè)額

2005年16.5億盧比（約合人民幣2.9億元）

2006年21.6億盧比（約合人民幣3.8億元）TataRefractoriesLtd營業(yè)額

2005年40億盧比（約合人民幣7.0億元）

2006年45.5億盧比（約合人民幣8.0億元）印度OCLIndiaLtd營業(yè)額日本耐火材料鋼鐵公司擁有耐火材料公司的股份：新日鐵的耐火材料由黑琦、播磨提供；日本鋼管由品川提供；另外有一些獨立的耐火材料供應(yīng)商。耐火材料公司直接在鋼廠有自己的辦公室，為客戶提供全套的工程服務(wù)。日本耐火材料鋼鐵公司擁有耐火材料公司的股份：新日鐵的耐火材料耐火材料發(fā)展形勢歐洲引領(lǐng)世界耐火材料發(fā)展北美耐火材料發(fā)展呈萎縮勢態(tài)非洲尚未真正進入快速發(fā)展時期南美以巴西為代表、品質(zhì)與數(shù)量均未形成主流亞洲尤其是中國正在成為世界范圍的耐火材料制造研發(fā)中心耐火材料發(fā)展形勢歐洲引領(lǐng)世界耐火材料發(fā)展2.3、中國耐火材料工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展

1）計劃經(jīng)濟時代－中國耐火材料由33家重點企業(yè)扶持；

2）改革開放以后，隨著鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展，耐火材料行業(yè)快速發(fā)展起來；2004年統(tǒng)計，全國有1136家耐火材料生產(chǎn)企業(yè)2005年統(tǒng)計，全國有1359家耐火材料生產(chǎn)企業(yè)2006年統(tǒng)計，全國有1505家耐火材料生產(chǎn)企業(yè)2.3、中國耐火材料工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展1）計劃經(jīng)濟時代－中國耐火材料產(chǎn)量如下表所示年份19801985199019952000200220042006產(chǎn)量，百萬噸3.825.466.7517.559.811.0018.732.4連鑄比的提高和冶煉技術(shù)的進步導(dǎo)致噸鋼耐火材料消耗下降；另一方面，鋼產(chǎn)量增加使得2002年以后中國耐火材料產(chǎn)量呈上升趨勢。2002年、2004年和2006年，中國粗鋼產(chǎn)量分別為：1.8、2.8和4.1億噸；2007年在4.9億噸左右。中國耐火材料產(chǎn)量如下表所示年份198019851990199存在的問題和今后的發(fā)展鋼鐵工業(yè)的競爭日趨激烈，耐火材料生產(chǎn)廠家面臨更大的成本壓力；潔凈鋼的生產(chǎn)對耐火材料提出了更高的要求，除了要求長壽以外，還要求對鋼水無污染；中國耐火材料企業(yè)的研發(fā)力量有待加強。不能僅僅作為一個加工基地；應(yīng)注意可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。如：礦山的管理、耐火材料的回收利用、環(huán)境友好耐火材料的使用；

存在的問題和今后的發(fā)展存在的差距：

1、通常用耐火材料綜合消耗指標，來衡量一個國家的鋼鐵工業(yè)與耐火材料的發(fā)展水平。

2、耐火材料生產(chǎn)裝備落后，新技術(shù)推廣慢

3、原料不精，高純原料的生產(chǎn)有困難。存在的差距：

我國是鋼鐵生產(chǎn)大國，也是耐火材料需求大國。全國僅冶金企業(yè)年耗耐火材料價值就達300多億元

耐火材料資源消耗大

耐火材料能源消耗大

耐火材料污染大加強耐火材料應(yīng)用基礎(chǔ)研究（體系）→Al2O3-SiO2系耐火材料→碳復(fù)合耐火材料→堿性耐火材料→非氧化物耐火材料

我國是耐火材料大國，但不是耐火材料強國!!

我國是鋼鐵生產(chǎn)大國，也是耐火材料需求大國。我國發(fā)展耐火材料工業(yè)的優(yōu)勢有豐富的耐火材料原料資源—高鋁礬土、菱鎂石和石墨等。有相當大的耐火材料生產(chǎn)能力。有優(yōu)秀的耐火材料專業(yè)的生產(chǎn)、科研、設(shè)計、管理和教學的科技人員。我國發(fā)展耐火材料工業(yè)的優(yōu)勢有豐富的耐火材料原料資源—高鋁礬土今后發(fā)展的方向原料方面：發(fā)展優(yōu)質(zhì)耐火材料原料高純（天然原料選礦，人工合成）；高密度（高溫煅燒）。品種方面：多品種化高溫、超高溫直接結(jié)合、再結(jié)合堿性耐火磚和高檔高鋁制品；連鑄用耐火材料；節(jié)能耐火材料。今后發(fā)展的方向原料方面：發(fā)展優(yōu)質(zhì)耐火材料原料材質(zhì)方面：氧化物和非氧化物復(fù)合的耐火材料含碳耐火材料；

SiC質(zhì)耐火材料；含鋯耐火材料；Sialon結(jié)合耐火材料。材質(zhì)方面：氧化物和非氧化物復(fù)合的耐火材料含碳耐火材料；耐火材料品種繁多、用途各異，有必要對耐火材料進行科學分類，以便于科學研究、合理選用和管理。耐火材料的分類方法很多，其中主要有化學屬性分類法、化學礦物組成分類法、生產(chǎn)工藝分類法、材料形態(tài)分類法等多種方法。

三、耐火材料的分類耐火材料品種繁多、用途各異，有必要對耐火材料進行科學3.1、根據(jù)耐火度的高低

普通耐火材料：1580～1770℃高級耐火材料：1770～2000℃特級耐火材料：>2000℃

3.1、根據(jù)耐火度的高低普通耐火材料：1580～173.2、從外觀來分類按耐火材料的外觀形狀可以分為定型耐火制品（包括標型磚、普型磚、異型磚、特異型磚、坩堝、管、器皿及其它形狀復(fù)雜的制品等）；不定型耐火材料（包括澆注料、搗打料、噴涂料、可塑料等）耐火泥漿等；

3.2、從外觀來分類按耐火材料的外觀形狀可以分為耐火材料教學ppt課件第一章耐火材料教學ppt課件第一章耐火材料教學ppt課件第一章此種分類法能夠很直接地表征各種耐火材料的基本組成和特性，在生產(chǎn)、使用、科研上是常見的分類法，具有較強的實際應(yīng)用意義。硅質(zhì)制品硅酸鋁質(zhì)制品鎂質(zhì)制品白云石質(zhì)制品橄欖石質(zhì)制品鋯質(zhì)制品尖晶石質(zhì)制品碳質(zhì)制品特殊耐火材料等

3.3、按化學礦物組成分類硅質(zhì)制品硅酸鋁質(zhì)制品鎂（1）硅質(zhì)耐火材料

含SiO2在90%以上的材料通常稱為硅質(zhì)耐火材料，主要包括硅磚及熔融石英制品。硅磚以硅石為主要原料生產(chǎn)，其SiO2含量一般不低于93%，主要礦物組成為磷石英和方石英，主要用于焦爐和玻璃窯爐等熱工設(shè)備的構(gòu)筑。熔融石英制品以熔融石英為主要原料生產(chǎn)，其主要礦物組成為石英玻璃，由于石英玻璃的膨脹系數(shù)很小，因此熔融石英制品具有優(yōu)良的抗熱沖擊能力。如熔融石英質(zhì)浸入式水口用于煉鋼連鑄過程，具有較好的使用效果。（1）硅質(zhì)耐火材料（2）硅酸鋁質(zhì)耐火材料

以SiO2和Al2O3為基本化學組分。根據(jù)SiO2和Al2O3含量分為三類：半硅質(zhì)，粘土質(zhì)，高鋁質(zhì)耐火材料。（2）硅酸鋁質(zhì)耐火材料以SiO2和Al2O鎂質(zhì)耐火材料是指以鎂砂為主要原料，以方鎂石為主晶相，MgO含量大于80%的堿性耐火材料。通常依其化學組成不同分為：

鎂質(zhì)制品：MgO含量≥87%，主要礦物為方鎂石；

鎂鋁質(zhì)制品：含MgO>75%，Al2O3含量一般為7-8%，主要礦物成分為方鎂石和鎂鋁尖晶石（MgAl2O4）；

鎂鉻質(zhì)制品：含MgO>60%，Cr2O3含量一般在20%以下，主要礦物成分為方鎂石和鉻尖晶石;

（3）鎂質(zhì)耐火材料

鎂質(zhì)耐火材料是指以鎂砂為主要原料，以方鎂石為主晶相，鎂橄欖石質(zhì)及鎂硅質(zhì)制品：此種鎂質(zhì)材料中除含有主成分MgO外，第二化學成分為SiO2。鎂橄欖石磚比鎂硅磚含有更多的SiO2，前者的主要礦物成分為鎂橄欖石，其次為方鎂石；后者的主要礦物為方鎂石，其次鎂橄欖石；鎂鈣質(zhì)制品：此種鎂質(zhì)材料中含有一定量的CaO,主要礦物成分除方鎂石外還含有一定量的硅酸二鈣（2CaO?SiO2）。

（4）鎂橄欖石質(zhì)耐火材料

鎂橄欖石質(zhì)及鎂硅質(zhì)制品：此種鎂質(zhì)材料中除含有主成分M

以天然白云石為主要原料生產(chǎn)的堿性耐火材料稱為白云石質(zhì)耐火材料。主要化學成分為：30-42%的MgO和40-60%的CaO，二者之和一般應(yīng)大于90%。其主要礦物成分為方鎂石和方鈣石（氧化鈣）。

（5）白云石質(zhì)耐火材料

以天然白云石為主要原料生產(chǎn)的堿性耐火材料稱為白云石質(zhì)（6）尖晶石質(zhì)耐火材料

由尖晶石構(gòu)成的耐火材料。主要品種有由鉻尖晶石構(gòu)成的鉻質(zhì)制品（Cr2O3≥30%）；由方鎂石和鉻尖晶石構(gòu)成的鎂鉻質(zhì)制品等。（6）尖晶石質(zhì)耐火材料

由尖晶石構(gòu)成的耐火材料。碳復(fù)合耐火材料是指以不同形態(tài)的碳素材料與相應(yīng)的耐火氧化物復(fù)合生產(chǎn)的耐火材料。一般而言，碳復(fù)合材料主要包括鎂碳制品、鎂鋁碳制品、鋯碳制品、鋁碳制品等。

（7）碳復(fù)合耐火材料

碳復(fù)合耐火材料是指以不同形態(tài)的碳素材料與相應(yīng)的耐火氧含鋯耐火材料是指以氧化鋯（ZrO2）、鋯英石等含鋯材料為原料生產(chǎn)的耐火材料。含鋯耐火材料制品通常包括鋯英石制品、鋯莫來石制品、鋯剛玉制品等。

（8）含鋯耐火材料

含鋯耐火材料是指以氧化鋯（ZrO2）、鋯英石等含上述分類所不能包括的材料。此類材料除其化學組成比較特殊，不宜歸類到上述類別中外，通常它們還具有各自的較為突出的特點，如優(yōu)良的熱震穩(wěn)定性、抗渣性等，往往用于特定的使用條件。特種耐火材料又可分為如下品種：碳質(zhì)制品：包括碳磚和石墨制品；純氧化物制品：包括氧化鋁制品、氧化鋯制品、氧化鈣制品等；非氧化物制品：包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、硼化鋯、硼化鈦、塞倫(Sialon）、阿倫(Alon)制品等；（9）特種耐火材料上述分類所不能包括的材料。此類材料除其化學組成比較特殊，不宜按化學屬性分類對于了解耐火材料的化學性質(zhì)，判斷耐火材料在實際使用過程中與接觸物之間的化學作用情況具有重要意義。

耐火材料按化學屬性大致可分為酸性耐火材料、中性耐火材料、堿性耐火材料。

3.4、按化學屬性分類

按化學屬性分類對于了解耐火材料的化學性質(zhì)，判斷耐火材耐火材料在使用過程中除承受高溫作用外，往往伴隨著熔渣（液態(tài)）及氣體等化學侵蝕。為了保證耐火材料在使用中有足夠的抵抗侵蝕介質(zhì)侵蝕能力，選用的耐火材料的化學屬性應(yīng)與侵蝕介質(zhì)的化學屬性相同或接近。

耐火材料在使用過程中除承受高溫作用外，往往伴隨著熔渣

通常是指其中含有相當數(shù)量二氧化硅的耐火材料。硅質(zhì)耐火材料中游離二氧化硅含量很高(大于94%)，是酸性最強的耐火材料；粘土質(zhì)耐火材料與硅質(zhì)耐火材料相比，游離二氧化硅含量較少，是弱酸性的；半硅質(zhì)耐火材料居于期間。也有將鋯英石質(zhì)耐火材料和碳化硅質(zhì)耐火材料歸入酸性耐火材料的，因為此類材料中含有較高的SiO2或在高溫狀態(tài)下能形成SiO2。

酸性耐火材料對酸性介質(zhì)的侵蝕具有較強的抵抗能力。（1）酸性耐火材料

通常是指其中含有相當數(shù)量二氧化硅的耐火材料

中性耐火材料按嚴格意義講是指碳質(zhì)耐火材料。但通常也將以三價氧化物為主體的高鋁質(zhì)、剛玉質(zhì)、鋯剛玉質(zhì)、鉻質(zhì)耐火材料歸入中性耐火材料。因為此類材料含有較多量的兩性氧化物如Al2O3、Cr2O3等。此類耐火材料在高溫狀況下對酸、堿性介質(zhì)的化學侵蝕都具有一定的穩(wěn)定性，尤其對弱酸、弱堿的侵蝕具有較好的抵抗能力。

（2）中性耐火材料

中性耐火材料按嚴格意義講是指碳質(zhì)耐火材料

堿性耐火材料一般是指以MgO、CaO或以MgO·CaO為主要成分的耐火材料，如鎂質(zhì)、石灰質(zhì)、鎂鉻質(zhì)、鎂硅質(zhì)、白云石質(zhì)耐火制品及其不定形材料。鎂質(zhì)、石灰質(zhì)、白云石質(zhì)耐火材料為強堿性耐火材料；鎂鉻質(zhì)、鎂硅質(zhì)及尖晶石質(zhì)耐火材料為弱堿性耐火材料。這類耐火材料的耐火度都比較高，對堿性介質(zhì)的化學侵蝕具有較強的抵抗能力。

（3）堿性耐火材料

堿性耐火材料一般是指以MgO、CaO或以MgO·Ca四、耐火材料的生產(chǎn)過程

原料加工→配料→混煉→成型→干燥→燒成→檢選→成品Processingrawmaterials

─materialsblending─mixing─Forming─dryness─sinter─picking─product四、耐火材料的生產(chǎn)過程原料加工→配料→混煉→成型→干燥→原料加工原材料必須質(zhì)量均一和性質(zhì)穩(wěn)定。原料的加工包括：原料的精選提純和均化；原料的煅燒；原料的破粉碎和分級。

原料加工原材料必須質(zhì)量均一和性質(zhì)穩(wěn)定。破粉碎的方式干法粉碎與濕法粉碎？破粉碎的方式干法粉碎與濕法粉碎？原料配合、粒度配合，極限顆粒的確定表1-1各級粒度堆集體空隙的變化配料原料配合、粒度配合，極限顆粒的確定表1-1各級粒度堆集體Mixing混煉有兩種以上不均勻物料的成分和顆粒均勻化，促進顆粒接觸和塑化的操作過程。

理想的完全均勻混合狀態(tài)

困料：經(jīng)過混煉后的坯料，在一定溫度和濕度的環(huán)境中貯放一段時間。（漚）Mixing混煉有兩種以上不均勻物料的成分和顆粒均