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文檔簡介
耐火材料的生產(chǎn)過程概述*材料科學與工程學院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℃。*材料科學與工程學院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。
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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。*材料科學與工程學院4(一)采礦和選礦
1、采礦考慮:儲量豐富,可穩(wěn)定的供應原礦,質(zhì)量波動不大,雜質(zhì)含量符合技術要求。綜合利用(具有開采價值的要素:品位)
2、選礦:機械、物理、化學等方法將所選目標礦物富集,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*材料科學與工程學院53、主要方法:
重液法:利用礦物的密度差,在重液中進行分離;磁力法:利用不同礦物具有不同的磁導系數(shù);浮選法: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)化學法:利用一系列物理化學反應使礦物分離;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。*材料科學與工程學院6*材料科學與工程學院7三、其它成型方法熱壓成型(熱塑性、晶界蠕動)致密金剛石、炭化硅、賽?。ǎ?、二氧化鋯、氧化鋁,控制晶粒生長熱壓注成型埋粉排塑電熔鑄等靜壓成型振動成型3000次/分鐘振動,使顆粒重排設備:振動錘、振動臺、振動器(耐火混凝土常用)*材料科學與工程學院8*材料科學與工程學院9*材料科學與工程學院10
干燥的重要性
干燥階段
干燥速度與干燥條件的關系
干燥過程氣孔形成和應力產(chǎn)生第四節(jié)耐火材料的干燥*材料科學與工程學院11為什么要進行干燥?*重要工序使坯體獲得一定機械強度,有利于裝窯和保證燒成初期能夠順利進行;經(jīng)過干燥的半成品得到初步定型,可能暴露成型過程中造成的缺陷,提高成品率.
舉例:
干壓成型水分多,炸窯塑性成型水分多,沒有強度*材料科學與工程學院12一、干燥階段*材料科學與工程學院13*材料科學與工程學院14
①預備階段(加熱階段)②第一階段(等速階段):
排出大量的水分,等速干燥、水分蒸發(fā)發(fā)生在坯體表面。(僅與干燥介質(zhì)的性質(zhì)有關)——屬于表面蒸發(fā)率速過程
③第二階段(降速階段):干燥速度降低,干燥介質(zhì)影響較小,(與坯體含水量和內(nèi)部結構有關)——擴散率速過程④第三階段(零速階段):
平衡水分保留在坯體內(nèi),大小取決于物料性質(zhì)、顆粒大小、干燥介質(zhì)的溫度與相對濕度
*材料科學與工程學院15其中,可塑成型三階段明顯,不能快速干燥;半干法成型的三階段不明顯,可以提高干燥速度.概念:
平衡水分:
干球溫度以上水分:小于100℃時保留在坯體中的水分.當坯體的含水量與外界條件(周圍空氣)達到平衡時所含的水分;*材料科學與工程學院16二、干燥速度與干燥條件的關系溫度濕度流動速度(干燥介質(zhì))(等速干燥影響較為明顯(表面過程)*材料科學與工程學院17*材料科學與工程學院18三、干燥過程氣孔形成和應力產(chǎn)生對坯體水分認識:可塑水:產(chǎn)生最大塑性所需水分,形成潤滑水膜收縮水:濕坯干燥達最大收縮所排出水分氣孔水:收縮水排出后連續(xù)蒸發(fā)時排出水分(剛性體不發(fā)生收縮)*材料科學與工程學院191、氣孔形成(粘土磚為例)曲線為粘土的收縮曲線;曲線為水分的排出曲線;點:收縮與排出水分體積相等;點以后:排出水分大于收縮體積,所以產(chǎn)生氣孔。*材料科學與工程學院20
干燥時,內(nèi)部水分不等,存在水分梯度,導致坯體干燥不均勻,使得坯體內(nèi)部產(chǎn)生應力;等速干燥階段:干燥曲線平行(5%以上)某一點時,曲線急劇彎曲使表面含水量和中心處不等,表面含水了量等于零,產(chǎn)生不均勻收縮,導致內(nèi)部產(chǎn)生應力2、內(nèi)部應力的產(chǎn)生*材料科學與工程學院21
①應力產(chǎn)生表現(xiàn):干燥變形干燥裂紋
②應力克服措施:減速干燥階段,采取溫度梯度干燥;控制干燥速度*材料科學與工程學院22四、干燥制度
磚坯進行干燥時,控制條件的總和,包括:干燥時間,進入和排出干燥劑的溫度,相對濕度,坯體干燥前后的水分;干燥時間關系到正確選擇干燥設備,保證正常生產(chǎn)與經(jīng)濟性,是重要參數(shù)。*材料科學與工程學院231、影響干燥時間因素(干燥速度)物料性質(zhì)與結構(結合粘土量、熟料顆粒組成:粗細)坯體的形狀和大小磚坯最初含水量與干燥后的殘余水分干燥介質(zhì)的溫度、濕度和流速干燥介質(zhì)在干燥器中的溫度降干燥器的密封情況。*材料科學與工程學院242、干燥后殘余水分的確定足夠的機械強度(裝窯,太低水分磚坯脆)燒成期間能快速升溫(降低不必要的熱工消耗)磚坯厚度大小決定殘余水分量不同窯型/不同磚種也決定殘余水分含量(舉例)*材料科學與工程學院25
回轉窯:含水量低(推車制度決定);其他窯:水分可以提高。粘土磚:2~3%硅磚:1~2%鎂磚:0.6~1.0%(防止水化)*材料科學與工程學院264、干燥設備隧道干燥器、室式干燥器、其它(利用隧道窯的熱煙氣)
3、具體干燥制度*材料科學與工程學院27
定義:對坯體進行加熱處理,使其達到燒結的過程。目的:耐火制品(陶瓷)制品的一種熱處理過程,伴隨著一系列物理化學變化,使坯體氣孔率降低(多孔制品例外),體積密度增大,變?yōu)橐环N具有一定尺寸、形狀和結構強度制品,它是耐火材料制品生產(chǎn)中最后一道工序。第五節(jié)耐火材料的燒成*材料科學與工程學院28(一)燒成過程中的物理、化學變化1、坯體排出水分過程(室溫~200℃)為殘余水分排出,該過程完成較快
*材料科學與工程學院29
排出結晶水,分解,有機物氧化;同時有少量晶型轉變和低熔液相產(chǎn)生(粘土制品中的玻璃相);(氣體體積增大,一般為氧化氣氛)。特征:該階段坯體減輕,氣孔率增大,強度有所下降(原因:氫鍵消失;由于晶型轉變,密堆結構被改變。2、分解氧化階段(200~1000℃)*材料科學與工程學院303、液相與耐火相合成(1000℃以上)
特征:致密化、強度增大、體積縮小、氣孔率降低。將發(fā)生質(zhì)點的擴散、粘滯流動、溶解沉淀傳質(zhì),液體的表面張力使顆粒之間緊密接觸*材料科學與工程學院314、燒結液相、固相、反應燒結,氣孔進一步消失或變小,是致密化的最重要的物理化學過程。5、冷卻耐火相析晶、晶型轉變、玻璃相固化使坯體強度、密度、體積依品種不同都有相應變化舉例:質(zhì)耐火材料將發(fā)生:(粉化)陶瓷將發(fā)生立方向四方和單斜晶體結構的轉化。*材料科學與工程學院32二、燒結1、定義:物料經(jīng)高溫作用,變成具有一定強度和氣孔率很低(或無氣孔)的致密石狀物的工藝過程。燒結模型燒結傳質(zhì)的動力遷移機制*材料科學與工程學院33燒結系數(shù):式中,為燒結前后的氣孔率;燒結前后的強度;系數(shù)(多孔材料例外)2、衡量燒結強度的方法灼減、相對密度、體積密度、吸水率、晶體粒徑、水化強度(堿土金屬氧化物制備耐火材料易水化,致密時,水化程度減小。*材料科學與工程學院34熱態(tài)接觸:質(zhì)點間接觸增加,邊界保留;開始階段:質(zhì)點間邊界消失,新氣孔尚未形成;形成封閉氣孔階段;燒結過程中物理性能變化(制品尺寸、體積密度、氣孔率)
3、耐火材料的燒結過程*材料科學與工程學院354、影響燒結的因素1、物料的結晶化學特性晶格能,晶格能大,鍵力強,結構牢固,高溫下質(zhì)點的可動性小,燒結困難;陽離子極性:陽離子極性小的離子難以燒結(難以燒結)晶粒生長:長大50倍,相對密度95%長大1500倍,相對密度60~80%第二相析出,晶粒長大50微米,相對密度不足90%*材料科學與工程學院36
2、物料分散度(粉碎)粉體的表面積越大,質(zhì)點的可動性越強,燒結活性越高
舉例:就可達到,鋁礬土亦同樣*材料科學與工程學院373、溫度和保溫時間型關系,過于提高燒結溫度,延長燒結時間無益。
4、坯體的致密情況(加強質(zhì)點間的接觸)高溫下促進塑性流動;加快質(zhì)點間擴散(增多缺陷數(shù)量)。*材料科學與工程學院385、外加劑作用:
固溶體:增加晶格缺陷,活化晶格,提高燒結驅(qū)動力
液相:表面張力毛細管力,促使顆粒緊密接觸和致密重排;化合物:不利于燒結致
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