耐火材料的生產(chǎn)過程-1分析課件

12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院1一、耐火原料的選擇耐火原料的選擇從兩個方面進(jìn)行考慮：（1）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。

a)元素角度選擇門捷列夫元素周期表上，從H到V78個元素中（稀土元素除外）熔點高于2000℃的有10個，只有碳（熔點3500℃，有的書中為3700±100℃）具有耐火材料生產(chǎn)的實際意義，其它元素的數(shù)量不大。第一節(jié)耐火材料的選擇與加工12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院1一、耐火原料的選擇第一12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院2

b)二元化合物約有9200種二元化合物，約有1010種化合物是耐火的。氧化物中：酸性氧化物熔點最低：如SiO21713℃，TiO21825℃；中性氧化物次之：如Al2O32050℃，Cr2O32275℃；堿性氧化物熔點高：如MgO2800℃，CaO2570℃，

BeO2550℃，SrO2430℃.c)三元化合物約有148000種（除固熔體外），可用作耐火原料的約有2780種。如莫來石（3Al2O3·2SiO2）熔點為1870℃；鎂鋁尖晶石（Al2O3·MgO）熔點為2105℃；鎂鉻尖晶石（Cr2O3·MgO）熔點為2350℃。12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院2b)二元化合物12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院3d)四元化合物估計可用作耐火原料的有400～600種，如：堇青石（2MgO·2Al2O3·5SiO2）。合計可用作耐火原料總數(shù)為4000余種，其中常用于工業(yè)生產(chǎn)的耐火原料只有100種。

why?

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)該具有來源廣，成本低廉。在地球巖石層中，硅酸鹽+鋁酸鹽數(shù)量最大占86.5%。金屬Pt的熔點為1772℃，可以用作耐火原料，但是太昂貴了。12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院3d)四元化合物12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院4（一）采礦和選礦

1、采礦考慮：儲量豐富，可穩(wěn)定的供應(yīng)原礦，質(zhì)量波動不大，雜質(zhì)含量符合技術(shù)要求。綜合利用（具有開采價值的要素：品位）

2、選礦：機械、物理、化學(xué)等方法將所選目標(biāo)礦物富集，并按礦物中各種礦物的物理性質(zhì)選用合適的選礦方法。二、耐火原料的加工12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院4（一）采礦和選礦二、耐12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院53、主要方法：

重液法：利用礦物的密度差，在重液中進(jìn)行分離；磁力法：利用不同礦物具有不同的磁導(dǎo)系數(shù)；浮選法：利用礦物被液體所潤濕程度的差別來進(jìn)行（工業(yè)脂肪酸的混合物）化學(xué)法：利用一系列物理化學(xué)反應(yīng)使礦物分離；電泳法(電滲選礦法)：利用懸浮液的質(zhì)點(如黏土、高嶺土)帶有電荷,電流通過懸浮液時,帶電的微粒向帶有相反電荷的電極移動,并沉積在其表面上。12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院53、主要方法：12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院6例：菱鎂礦選礦方法的介紹（1）重液選礦菱鎂礦，破碎0～120mm（篩去0～8mm）分級60～120和8～60重液選礦懸浮液中（MgO45～46%）問題:有15%的廢礦原料不能回收處理。（2）浮選浮選劑（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性的差別礦石中MgO37～41%

浮選45.5～46.5%12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院6例：菱鎂礦選礦方法的介12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院7

（3）化學(xué)選礦

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。

a、氯化鎂法：獲得原料:

b、氨化法：

水解獲得經(jīng)輕燒(水解)12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院7

（3）化學(xué)選礦

12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院8c、碳酸氫鹽法：

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)）。；

獲得原料：經(jīng)輕燒12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院8c、碳酸氫鹽法：小結(jié)：12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院9

1．目的：提高制品的性能①獲得性能穩(wěn)定的坯料；②改善制品成分，組織結(jié)構(gòu)；③保證制品的體積穩(wěn)定性；④保證外形尺寸的準(zhǔn)確性

2．矛盾區(qū)死燒制品性能穩(wěn)定制品燒成困難輕燒活性穩(wěn)定性差

3．基本概念

①活化輕燒：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）；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。（二）原料煅燒12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院91．目的：提高制品12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院10

②死燒：物料達(dá)到完全燒結(jié)稱為死燒。

T=0.7Ts（Ts為主晶相氧化物的熔點）③輕燒活化工藝：

輕燒壓球（壓坯）死燒（亦稱兩步煅燒）二步煅燒的特點：

優(yōu)點：獲得高純、高密度的氧化物制品。

缺點：工藝復(fù)雜、燃料消耗大。注意：對于雜質(zhì)含量大于4%的可不采用二步煅燒工藝。④需熱工設(shè)備：多層爐、沸騰爐、回轉(zhuǎn)爐、豎爐等。12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院1012/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院11三、原料的破粉碎1.目的：

a、選礦時需要；

b、成型時獲得較高的堆積密度；

c、燒結(jié)活性。2、常用機械粗碎：顎式破碎機；中碎：圓錐式破機細(xì)碎：球磨機使用上述機械應(yīng)注意事項：生產(chǎn)能力由大變??；注意防塵；注意隔音12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院11三、原料的破粉碎12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院12３．采用超細(xì)磨技術(shù)（獲得超細(xì)粉）

a、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，降低燒結(jié)溫度；

c、注意職業(yè)病，矽肺（主要由可溶性SiO2粉塵引起）；

d、高效能研磨手段：振動磨、氣動磨、攪拌磨、爆炸方法等。12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院12３．采用超細(xì)磨技術(shù)（12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院134、助磨劑（加速物料的粉碎）

實質(zhì)：表面活性劑作用：a、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；

b、吸附作用平衡顆粒表面的不飽和鍵，防止顆粒重新聚合；上述作用都是為了防止重新聚合成大顆粒。

助磨劑范圍：胺、醇、酯、醚、無機鹽類（水）

小顆粒為什么會聚合？

a、弱結(jié)合：范德華引力。

b、強結(jié)合：新表面的剩余化學(xué)鍵或游離基的作用。12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院134、助磨劑（加速物料12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院14準(zhǔn)備成型的物料

一、顆粒的幾何學(xué)性質(zhì)（密堆積原理）粉體顆粒的構(gòu)造：一次顆粒、二次顆粒）粉體的粒度：粒徑、粒度分布顆粒的形狀：

1）體積形狀系數(shù):av、表面積形狀系數(shù):as

設(shè)一顆粒粒徑為dp，體積為v，表面積為s，則v=avdp3s=asdp2

球：av=П/6

as=

П；立方體：av=1

as=

6第二節(jié)坯料的制備12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院14準(zhǔn)備成型的物料第二節(jié)12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院152）粉體的流動性顆粒形狀影響粉體的流動性。

a、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：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。偏析分類及原因：

附著偏析：粉料進(jìn)入料倉時，因有一定落差，使粗細(xì)粉分開。

填充偏析：料倉加料時，粗粒料層起篩分作用，細(xì)粉可穿過其間進(jìn)入下面的靜止層；

滾落偏析：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壁。12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院152）粉體的流動性12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院16二、顆粒堆積研究的結(jié)論12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院16二、顆粒堆積研究的結(jié)12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院1712/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院1712/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院18＊一般情況配料情況兩級配料：粗：細(xì)＝三級配料：粗：中：細(xì)＝其中：

粗顆粒:從０.5mm到3~4mm;

中顆粒:從０.2(或0.1)mm到0.5mm左右;

細(xì)顆粒:從0到0.2(或0.1)mm.12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院18＊一般情況配料情況其12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院1912/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院1912/2/2022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;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;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;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;12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院2012/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院21四、配料

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；（1）要求：

a、配料的化學(xué)組成必須能滿足制品的要求，并且應(yīng)比控制指標(biāo)高些（純度高、雜質(zhì)成分少）；

b、結(jié)合劑的選擇對制品的最終性能不產(chǎn)生影響，對結(jié)合劑變?yōu)橹破返囊徊糠謶?yīng)慎重，作為配料組成配料；

c、原料中含水分和灼減成分時，使得原料、配料和制品的化學(xué)組成之間出現(xiàn)換算關(guān)系。12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院21四、配料12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院22（2）配料方法：重量法：比較準(zhǔn)確，誤差一般≤0.2%容積法：按體積比來配料。常用、簡單12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院22（2）配料方法：12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院23一、耐火原料的選擇耐火原料的選擇從兩個方面進(jìn)行考慮：（1）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。

a)元素角度選擇門捷列夫元素周期表上，從H到V78個元素中（稀土元素除外）熔點高于2000℃的有10個，只有碳（熔點3500℃，有的書中為3700±100℃）具有耐火材料生產(chǎn)的實際意義，其它元素的數(shù)量不大。第一節(jié)耐火材料的選擇與加工12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院1一、耐火原料的選擇第一12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院24

b)二元化合物約有9200種二元化合物，約有1010種化合物是耐火的。氧化物中：酸性氧化物熔點最低：如SiO21713℃，TiO21825℃；中性氧化物次之：如Al2O32050℃，Cr2O32275℃；堿性氧化物熔點高：如MgO2800℃，CaO2570℃，

BeO2550℃，SrO2430℃.c)三元化合物約有148000種（除固熔體外），可用作耐火原料的約有2780種。如莫來石（3Al2O3·2SiO2）熔點為1870℃；鎂鋁尖晶石（Al2O3·MgO）熔點為2105℃；鎂鉻尖晶石（Cr2O3·MgO）熔點為2350℃。12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院2b)二元化合物12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院25d)四元化合物估計可用作耐火原料的有400～600種，如：堇青石（2MgO·2Al2O3·5SiO2）。合計可用作耐火原料總數(shù)為4000余種，其中常用于工業(yè)生產(chǎn)的耐火原料只有100種。

why?

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)該具有來源廣，成本低廉。在地球巖石層中，硅酸鹽+鋁酸鹽數(shù)量最大占86.5%。金屬Pt的熔點為1772℃，可以用作耐火原料，但是太昂貴了。12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院3d)四元化合物12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院26（一）采礦和選礦

1、采礦考慮：儲量豐富，可穩(wěn)定的供應(yīng)原礦，質(zhì)量波動不大，雜質(zhì)含量符合技術(shù)要求。綜合利用（具有開采價值的要素：品位）

2、選礦：機械、物理、化學(xué)等方法將所選目標(biāo)礦物富集，并按礦物中各種礦物的物理性質(zhì)選用合適的選礦方法。二、耐火原料的加工12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院4（一）采礦和選礦二、耐12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院273、主要方法：

重液法：利用礦物的密度差，在重液中進(jìn)行分離；磁力法：利用不同礦物具有不同的磁導(dǎo)系數(shù)；浮選法：利用礦物被液體所潤濕程度的差別來進(jìn)行（工業(yè)脂肪酸的混合物）化學(xué)法：利用一系列物理化學(xué)反應(yīng)使礦物分離；電泳法(電滲選礦法)：利用懸浮液的質(zhì)點(如黏土、高嶺土)帶有電荷,電流通過懸浮液時,帶電的微粒向帶有相反電荷的電極移動,并沉積在其表面上。12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院53、主要方法：12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院28例：菱鎂礦選礦方法的介紹（1）重液選礦菱鎂礦，破碎0～120mm（篩去0～8mm）分級60～120和8～60重液選礦懸浮液中（MgO45～46%）問題:有15%的廢礦原料不能回收處理。（2）浮選浮選劑（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性的差別礦石中MgO37～41%

浮選45.5～46.5%12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院6例：菱鎂礦選礦方法的介12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院29

（3）化學(xué)選礦

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。

a、氯化鎂法：獲得原料:

b、氨化法：

水解獲得經(jīng)輕燒(水解)12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院7

（3）化學(xué)選礦

12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院30c、碳酸氫鹽法：

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)）。；

獲得原料：經(jīng)輕燒12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院8c、碳酸氫鹽法：小結(jié)：12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院31

1．目的：提高制品的性能①獲得性能穩(wěn)定的坯料；②改善制品成分，組織結(jié)構(gòu)；③保證制品的體積穩(wěn)定性；④保證外形尺寸的準(zhǔn)確性

2．矛盾區(qū)死燒制品性能穩(wěn)定制品燒成困難輕燒活性穩(wěn)定性差

3．基本概念

①活化輕燒：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）；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。（二）原料煅燒12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院91．目的：提高制品12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院32

②死燒：物料達(dá)到完全燒結(jié)稱為死燒。

T=0.7Ts（Ts為主晶相氧化物的熔點）③輕燒活化工藝：

輕燒壓球（壓坯）死燒（亦稱兩步煅燒）二步煅燒的特點：

優(yōu)點：獲得高純、高密度的氧化物制品。

缺點：工藝復(fù)雜、燃料消耗大。注意：對于雜質(zhì)含量大于4%的可不采用二步煅燒工藝。④需熱工設(shè)備：多層爐、沸騰爐、回轉(zhuǎn)爐、豎爐等。12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院1012/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院33三、原料的破粉碎1.目的：

a、選礦時需要；

b、成型時獲得較高的堆積密度；

c、燒結(jié)活性。2、常用機械粗碎：顎式破碎機；中碎：圓錐式破機細(xì)碎：球磨機使用上述機械應(yīng)注意事項：生產(chǎn)能力由大變??；注意防塵；注意隔音12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院11三、原料的破粉碎12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院34３．采用超細(xì)磨技術(shù)（獲得超細(xì)粉）

a、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，降低燒結(jié)溫度；

c、注意職業(yè)病，矽肺（主要由可溶性SiO2粉塵引起）；

d、高效能研磨手段：振動磨、氣動磨、攪拌磨、爆炸方法等。12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院12３．采用超細(xì)磨技術(shù)（12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院354、助磨劑（加速物料的粉碎）

實質(zhì)：表面活性劑作用：a、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；

b、吸附作用平衡顆粒表面的不飽和鍵，防止顆粒重新聚合；上述作用都是為了防止重新聚合成大顆粒。

助磨劑范圍：胺、醇、酯、醚、無機鹽類（水）

小顆粒為什么會聚合？

a、弱結(jié)合：范德華引力。

b、強結(jié)合：新表面的剩余化學(xué)鍵或游離基的作用。12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院134、助磨劑（加速物料12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院36準(zhǔn)備成型的物料

一、顆粒的幾何學(xué)性質(zhì)（密堆積原理）粉體顆粒的構(gòu)造：一次顆粒、二次顆粒）粉體的粒度：粒徑、粒度分布顆粒的形狀：

1）體積形狀系數(shù):av、表面積形狀系數(shù):as

設(shè)一顆粒粒徑為dp，體積為v，表面積為s，則v=avdp3s=asdp2

球：av=П/6

as=

П；立方體：av=1

as=

6第二節(jié)坯料的制備12/1/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院14準(zhǔn)備成型的物料第二節(jié)12/2/2022材料科學(xué)與工程學(xué)院372）粉體的流動性顆粒形狀影響粉體的流動性。

a、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。