耐火材料工藝VIP

1、耐火材料工藝學(xué)生姓名：徐正茂學(xué)生學(xué)號(hào)：200911102076院（系）：材料工程學(xué)院年級(jí)專業(yè)：2009級(jí)材料科學(xué)與工程二班指導(dǎo)教師：助理指導(dǎo)教師：年十二月摘要耐火材料是一種耐火度不低于1580，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(wú)機(jī)非金屬材料。其主要是以鋁礬土、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(guó)民工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)

2、用中有著舉足輕重的地位。中國(guó)耐火材料的發(fā)展歷史悠久，具有了較為完整的生產(chǎn)工藝，其當(dāng)代的發(fā)展已經(jīng)是能獨(dú)立研發(fā)各種性能較為優(yōu)越的耐火材料，但依然存在各種缺點(diǎn)和不足。關(guān)鍵詞中國(guó)，耐火材料，原理工藝，發(fā)展，前景ABSTRACTRefractorymaterialisakindofrefractoryfornolessthan1580DEGC,hasgoodthermalshockresistanceandchemicalerosionability,lowthermalconductivityandlowexpansioncoefficientofinorganicnonmetallicmateria

3、ls.Itisprimarilybasedonbauxite,magnesite,dolomite,silicaandothernaturaloreasrawmaterialafterprocessingmadeof.Itsapplicationisusedforhightemperaturekiln,furnacethermalequipmentstructureandindustrialhigh-temperaturematerials,containersandcomponentsofthematerial,andcanwithstandthecorrespondingphysicala

4、ndchemicalchangeandmechanicalaction.Iswidelyusedinmetallurgical,chemical,petroleum,machinerymanufacturing,silicate,powerandotherindustrialfields,inthemetallurgicalindustryinthelargestamount,totaloutput50%60%.Developmentofrefractorymaterialinthenationalindustrialproductionandapplicationhasplayadecisi

5、veroleposition.Chinathedevelopmentofrefractorymaterialhasalonghistory,hasarelativelycompleteproductionprocess,anditscontemporarydevelopmentistheindependentresearchanddevelopmentofavarietyofperformanceismoresuperiorrefractories,butstillexistavarietyofshortcomingsanddeficiencies.KeywordsChina,refracto

6、rymaterials,theprincipletechnology,development1 緒論52 耐火材料的分類和性能要求52.1 分類52.1.1 按組成來(lái)分52.1.2 按工藝方法來(lái)劃分52.1.3 根據(jù)耐火度來(lái)分62.1.4 根據(jù)耐火材料制品的外形來(lái)分62.2 基本性能要求63 中國(guó)耐火材料的發(fā)展63.1 中國(guó)古代耐火材料的制造和應(yīng)用63.2 中國(guó)當(dāng)代耐火材料的發(fā)展74 耐火材料發(fā)展促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步75 中國(guó)耐火材料存在的不足76 中國(guó)耐火材料的發(fā)展前景86.1 原料優(yōu)質(zhì)化86.2 向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變86.3 開拓新品種86.4 新工藝96.5 耐火材料綜合消耗97 耐火材料的制備原理

7、97.1 耐火原料的加工97.2 耐火材料成型工藝107.3 耐火材料的干燥107.4 耐火材料的燒成108 耐火材料的生產(chǎn)工藝108.1 原料的加工108.2 配料與混練108.3 磚坯的成型118.4 :磚坯干燥128.5 制品燒成129 結(jié)論13參考文獻(xiàn)14耐火材料定義為耐火度不低于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(wú)機(jī)非金屬材料。其主要是以鋁研土、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

8、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(guó)民工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用中有著舉足輕重的地位。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12耐火材料的分類和性能要求1.1 分類1.1.1 按組成來(lái)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、白玄石制品、銘質(zhì)制品、培質(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(lái)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(lái)分可分為普通耐火材料制品，其耐火度為1580

9、1770；高級(jí)耐火材料制品，其耐火度為17702000；特級(jí)耐火材料制品。其耐火度為2000以上。1.1.4 根據(jù)耐火材料制品的外形來(lái)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)用坩堝。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(guò)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

10、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3。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。3 中國(guó)耐火材料的發(fā)展3.1 中國(guó)古代耐火材料的制造和應(yīng)用中國(guó)

11、古代耐火材料制造技藝方面，從許多高溫操作工藝如冶鐵、煉鋼、鑄銅、陶瓷、玻璃燈的史實(shí)來(lái)推斷，有很好的成就。5000多年以前中國(guó)即有陶瓷，2000多年前即有瓷器。其燒制用的窯爐襯磚和匣缽，均不可缺少耐火材料。明宋應(yīng)星著天工開物（1673）一書中冶鑄第八卷載有煉銅的碳素坩堝含碳30%、以粉狀土混合制成，容量可熔銅十斤（5kg），其他煉金、銀、鐵、錫、等的熔煉爐則以黏土制成。這些都體現(xiàn)著中國(guó)古代耐火材料的發(fā)3.2 中國(guó)當(dāng)代耐火材料的發(fā)展高溫工業(yè)生產(chǎn)都會(huì)涉及到耐火材料問(wèn)題。如鋼鐵冶煉、玻璃熔制、陶瓷、水泥的燒成，以及耐火材料燒成，都密切與耐火材料有關(guān)。中國(guó)建國(guó)初期耐火材料工業(yè)很落后，幾乎全是手工作業(yè)。通

12、過(guò)選用當(dāng)?shù)卦稀⒏倪M(jìn)工藝、強(qiáng)化操作，是一些關(guān)鍵產(chǎn)品（如黏土磚和硅磚）的質(zhì)量基本達(dá)到了當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。后來(lái)，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(lái)石磚、耐火混凝土和不燒磚，使用上取得了很好的效果，最突出的科技成就就是從中國(guó)資源特點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)中國(guó)有豐富的菱鎂礦和高鋁礬土淡缺少鉻鐵礦的情況，以鎂鋁磚代替國(guó)外傳統(tǒng)使用的鎂鋁磚。又如利用中國(guó)豐富的高鋁釩硅土研究開發(fā)了各級(jí)高鋁磚的產(chǎn)品系列，在水泥回轉(zhuǎn)窯、高溫隧道等逐步推廣使用，都取得了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。4 耐火材料發(fā)展促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步近三十年來(lái)，由于耐火材料的研究不斷的深入，新穎優(yōu)質(zhì)的耐火材料的層出不窮。與耐火材料密切聯(lián)系的工業(yè)產(chǎn)業(yè)得到了足夠的

13、動(dòng)力，使產(chǎn)業(yè)效率不斷提高，從而促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。粗鋼年產(chǎn)量從1980年的3700萬(wàn)噸增長(zhǎng)到2009年的56800萬(wàn)噸，躍居世界第一位。連鑄鋼的產(chǎn)量的增加也較快。2009年10種有色金屬的產(chǎn)量為260488萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)399。2008年的水泥生產(chǎn)產(chǎn)量達(dá)到為14.5億噸，位居第一?，F(xiàn)在大型現(xiàn)代化鋼鐵廠和水泥廠所用的耐火材料已有95%以上采用國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。5 中國(guó)耐火材料存在的不足中國(guó)耐火材料年生產(chǎn)的主要問(wèn)題是質(zhì)量不夠穩(wěn)定，優(yōu)質(zhì)高效新產(chǎn)品不足，以致使用壽命低，消耗高。中國(guó)國(guó)內(nèi)的耐火材料產(chǎn)品中，普通制品仍占據(jù)很大比例，優(yōu)質(zhì)長(zhǎng)壽節(jié)能產(chǎn)品少。與國(guó)際水平相比，其耐火材料生產(chǎn)存在著“高耗低效”的問(wèn)題。其出現(xiàn)的原

14、因有兩方面：一方面是中國(guó)國(guó)內(nèi)耐火材料存在著質(zhì)量低、品種少、壽命短的現(xiàn)象，實(shí)際生產(chǎn)中有些最容易損壞的地方，按理應(yīng)該用性能更好的高檔的耐火材料，但由于品種少，不得不都用一樣的材料，結(jié)果導(dǎo)致壽命不同步，浪費(fèi)比較大。另一方面，中國(guó)的鋼鐵生產(chǎn)工藝和設(shè)備亦存在著一些特殊情況。就高爐而言，大中小都有，且中小高爐占有很大比例。6 中國(guó)耐火材料的發(fā)展前景今后耐火材料技術(shù)發(fā)展的主要方向應(yīng)當(dāng)是，根據(jù)中國(guó)原料資源特點(diǎn)，全面提高質(zhì)量，終點(diǎn)開發(fā)優(yōu)質(zhì)高效新產(chǎn)品，采用先進(jìn)工藝、技術(shù)革新和更新裝備，以提高使用效果降低使用消耗，適應(yīng)高溫技術(shù)苛刻要求4。具體今后的發(fā)展前景如下：6.1 原料優(yōu)質(zhì)化這是發(fā)展優(yōu)質(zhì)耐火材料的基礎(chǔ)。要在選礦

15、、提純、合成工藝、鍛煉技術(shù)等方面做大量的研究。原料純度的提高，燒結(jié)程度改善，成分結(jié)構(gòu)均勻，性能穩(wěn)定，為發(fā)展優(yōu)質(zhì)高純高效制品提供了基礎(chǔ)。天然耐火原料使用比例逐漸此案將，而經(jīng)過(guò)選礦與合成的高純度、高密度和質(zhì)量均勻的耐火原料比例不斷提高。另外，在研制耐火材料新品種方面，也應(yīng)該立足于中國(guó)的資源和需要，研究發(fā)展優(yōu)質(zhì)、高效、高鋁質(zhì)和堿性制品。6.2 向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變以節(jié)能、省力、多品種、高質(zhì)量、低產(chǎn)量、高利潤(rùn)為特點(diǎn)，加速耐火材料從量到質(zhì)、從勞動(dòng)密集型想技術(shù)密集型的轉(zhuǎn)變，要有數(shù)量型想品種質(zhì)量型轉(zhuǎn)變。6.3 開拓新品種包括有：高溫型耐火制品；低能耗型耐火制品；高技術(shù)、高性能耐火制品。6.4 新工藝工藝上嚴(yán)格要求精

16、料、精配、高壓、高溫、復(fù)合技術(shù)、引用超細(xì)粉，通過(guò)調(diào)節(jié)控制顯微結(jié)構(gòu)特征，可改進(jìn)、優(yōu)化高溫性能，尤其是理學(xué)性能、抗熱震性能和抗侵性能。另外，為使直接結(jié)合和再結(jié)合磚向更高純度、更高密度和更好的組織結(jié)構(gòu)發(fā)展，采用選礦提純、二步煅燒、高壓成球、人工合成以及高壓成型和高溫?zé)傻刃鹿に嚒?.5 耐火材料綜合消耗它是上述所有技術(shù)進(jìn)步的綜合反映。耐火材料綜合消耗（耐火材料產(chǎn)量與鋼產(chǎn)量的比值）的不斷降低，是耐火材料發(fā)展的重要標(biāo)志。7 耐火材料的制備原理7.1 耐火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；原料的破粉碎和分級(jí)。原料的精選提純和均化為了提高原料的純度，一般需經(jīng)揀選或沖洗

17、，剔除雜質(zhì)，有的還需要采用適當(dāng)選礦方法進(jìn)行精選提純。有的原料中成分不均，需要均化。原料的煅燒：為了保證原料的高溫體積穩(wěn)定性?；瘜W(xué)穩(wěn)定性和高強(qiáng)度，多數(shù)天然原料和合成原料，需經(jīng)高溫煅燒制成熟料或熔融成熔塊。燒結(jié)溫度T約為其熔點(diǎn)的0.70.9倍。原料的破粉碎和分級(jí)：原料的破粉碎的目的是按照配料要求制成不同粒級(jí)的顆粒及細(xì)粉，進(jìn)行級(jí)配，使多組分間混合均勻，以便相互反應(yīng)，并盡可能獲得致密的或具有一定粒狀結(jié)構(gòu)的制品胚體。7.2 耐火材料成型工藝耐火材料借助于外力或模型，成為具有一定尺寸。形狀和強(qiáng)度的胚體或制品的過(guò)程。壓制或成型是耐火材料生產(chǎn)工藝過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。按胚料含水量的多少，分為半干法.可塑法.注漿法

18、。7.3 耐火材料的干燥干燥過(guò)程可分為三個(gè)階段。在此之前有一個(gè)加熱階段。一般加熱階段時(shí)間很短，胚體溫度上升到濕球溫度。第二階段是降速階段，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，或胚體含水量的減少，胚體表面的有效蒸發(fā)面積逐漸減少，干燥速度逐漸降低。第三階段干燥速度逐漸接近零，最終胚體水分不再減少。7.4 耐火材料的燒成燒成是耐火制品生產(chǎn)中最后一道工序。制品在燒成過(guò)程中發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，隨著這些變化的進(jìn)行，氣孔率降低，體積密度增大，使胚體變成具有一定尺寸.形狀和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的制品。8 耐火材料的生產(chǎn)工藝8.1 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；原料的破粉碎和分級(jí)。8.2 配

19、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(guò)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)8.3 傳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(guò)程方法：1 .半干法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)8.4 萬(wàn)專坯干燥提高坯體的機(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)行過(guò)程1 .等速干燥階段2.降速干燥階段3.低速及平衡干燥階段干燥方式：1.間歇式室式2.隧道式8.5 制品燒成步成長(zhǎng)而坯體中各種反應(yīng)趨于完全、充分、液相數(shù)量繼續(xù)增加，結(jié)晶相進(jìn)達(dá)到致密化窯9結(jié)論作為中國(guó)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(guó)的發(fā)展是有著長(zhǎng)久的