耐火材料工艺含碳耐火材料-PPT
耐火材料的生产工艺
2010级化学班孟享洁2010061415耐火材料的制备耐火材料是一种耐火度不低于1580℃，有较好的抗热冲击和化学侵蚀的能力、导热系数低和膨胀系数低的无机非金属材料。
其主要是以铝矾土、硅石、菱镁矿、白云石等天然矿石为原料经加工后制造而成的。
其应用是用作高温窑、炉等热工设备的结构材料，以及工业用高温容器和部件的材料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。
主要是广泛用于冶金、化工、石油、机械制造、硅酸盐、动力等工业领域，在冶金工业中用量最大，占总产量的50％～60％。
耐火材料的发展在国民工业生产的应用中有着举足轻重的地位。
中国耐火材料的发展历史悠久，具有了较为完整的生产工艺，其当代的发展已经是能独立研发各种性能较为优越的耐火材料，但依然存在各种缺点和不足。
其制备流程图如下所示：耐火材料制备原理：1．耐火原料的加工原料的加工主要包括原料的精选提纯.均化或合成；原料的干燥和煅烧；原料的破粉碎和分级。
原料的精选提纯和均化为了提高原料的纯度，一般需经拣选或冲洗，剔除杂质，有的还需要采用适当选矿方法进行精选提纯。
有的原料中成分不均，需要均化。
原料的煅烧：为了保证原料的高温体积稳定性。
化学稳定性和高强度，多数天然原料和合成原料，需经高温煅烧制成熟料或熔融成熔块。
烧结温度T约为其熔点的0.7~0.9倍。
原料的破粉碎和分级：原料的破粉碎的目的是按照配料要求制成不同粒级的颗粒及细粉，进行级配，使多组分间混合均匀，以便相互反应，并尽可能获得致密的或具有一定粒状结构的制品胚体。
2耐火材料成型工艺耐火材料借助于外力或模型，成为具有一定尺寸。
形状和强度的胚体或制品的过程。
压制或成型是耐火材料生产工艺过程中的重要环节。
按胚料含水量的多少，分为半干法.可塑法.注浆法。
耐火材料(7)含碳耐火材料
“发现号”的耐热瓦
碳纳米管的强度为钢的100 倍，重量则只有钢的1/6
碳基 盘式刹车片 鼓式刹车片
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4. 其他含碳材料
二、金刚石制品
砂轮 钻头 锯片 我国人造金刚石产量已达10亿克拉，占世 界总产量的60%以上。 无论是国产金刚石还是其制品，质量均属 中低档，与发达国家质量水平差别较大。
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4. 其他含碳材料
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1. 碳素耐火制品
二、炭砖的性质与应用 1．炭砖的性质 只要在高温下不与氧接触，它就具有很高的高温强度，抵抗高 温热负荷的能力很强。它具有很低的热膨胀性，导热性很高，弹性模量很小， 故耐热震性很好。 几乎不溶于所有已知的酸、碱、盐类及有机物的溶液中，耐化学溶剂、 金属液和熔渣侵蚀的性能非常优越。由于碳易溶于熔融合铁的金属中，故炭 砖与之接触可使之增碳。 2．炭砖的应用 可有效地用于高温下受化学溶液、熔融金属和熔渣侵蚀的部位， 用于温度急剧变化之处效果也很好。但不宜用于高温下与氧化性气体和水蒸 气接触之处。电阻较低，可作为电导体。 它是供砌筑炼铁高炉的炉底、炉缸、炉腹、炉身等处内衬用的重要耐火 制品。其中炉底用炭块应有良好的抗铁水和抗渣性。 三、炭糊 用石油焦、沥青焦或无烟煤、冶金焦为原料，经混练制成炭糊。可用于 砌筑炭块和构筑整体内衬。
耐火材料制备工艺_
耐火材料制备原理及工艺摘要耐火材料是一种耐火度不低于1580℃，有较好的抗热冲击和化学侵蚀的能力、导热系数低和膨胀系数低的无机非金属材料。
其主要是以铝矾土、硅石、菱镁矿、白云石等天然矿石为原料经加工后制造而成的。
其应用是用作高温窑、炉等热工设备的结构材料，以及工业用高温容器和部件的材料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。
主要是广泛用于冶金、化工、石油、机械制造、硅酸盐、动力等工业领域，在冶金工业中用量最大，占总产量的50％～60％。
耐火材料的发展在国民工业生产的应用中有着举足轻重的地位。
中国耐火材料的发展历史悠久，具有了较为完整的生产工艺，其当代的发展已经是能独立研发各种性能较为优越的耐火材料，但依然存在各种缺点和不足。
关键词耐火材料分类，原理工艺，前景前言耐火材料是耐火度不低于1580℃的材料。
一般是指主要由无机非金属材料构成的材料和制品，耐火度是指材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度，它标志材料抵抗高温作用的性能，是高温技术的基础材料。
没有耐火材料就没有办法接受燃料或发热体散发的大量热，没有耐火材料制成的容器也没有办法使高温状态的物质保持一定时间。
随着现代工业技术的发展，不但对耐火材料质量要求越来越高，对耐火材料有特殊要求的品种越来越多，形状越来越复杂。
其成产流程大多如图1-1。
图1-1耐火材料的生产流程[1]1耐火材料的分类和性能要求1.1分类1.1.1按组成来分耐火材料可分为硅质制品、硅酸铝质制品、镁质制品、白云石制品、铬质制品、锆质制品、纯氧化制品及非纯氧化物制品等。
1.1.2按工艺方法来划分可分为泥浆浇注制品、可塑成形制品、半干压成形的制品、由粉末非可塑料捣固成形制品、由熔融料浇注的制品、经喷吹或拉丝成形的制品及由岩石锯成的天然制品等。
1.1.3根据耐火度来分可分为普通耐火材料制品，其耐火度为1580℃ ~1770℃；高级耐火材料制品，其耐火度为1770℃~2000℃；特级耐火材料制品。
耐火材料工艺学(PPT 39页)
（4） “碳”与“炭”的区别
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三维结构
“碳”是一种元素，符号为C。 “炭” 是碳，且以无定形碳为主
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的人造物质(artifact, non-natural )。 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
炭的化学成分主要是碳，且其中
Al2O3-SiC-C Al2O3-SiC-C Al2O3-SiC-C
高炉出铁口用
Al2O3-SiC-C炮泥 Al2O3-SiC-C铁沟浇注料
高炉出铁口组成 渣沟
主沟
沟盖 出铁口
铁沟 摆动流槽
Al2O3-SiC-C质炮泥 高炉出铁口
Ironmaking——torpedo ladle（鱼雷罐）
炼铁——鱼雷罐(运送铁水、铁水预处理脱P,S)
与炉渣亲和性润湿性好、脆性材料、热导率小
抗渣性与热震稳定性差
铁水的预处理 顶吹、顶底复吹、超高功率电炉 炉外精炼、连铸比的不断提高。 要求耐火材料使用寿命(service life)要高。
新的冶炼技术的需要
上个世纪80年代初至80年代末的二伊战争 石油危机
重油紧缺----如何节能降耗？ 能源危机的需要
➢ 考虑材料的致密度。满足前述条件下，尽量选择体积 密度小的材料，以减少蓄热增强体温。
➢ 在用作电炉内衬时，还需考虑其导电性。 耐火材料的性能必须要满足生产要求，在此基础上， 考虑其经济要求，尽量使生产成本最低。
4.1 碳复合耐火材料发展概况(背景、历程和地位) （1）背景
传氧统化耐物火为材主料：MgO、Al2O3 、MA、A3S2…… 特点：离子晶体、熔点高、储量丰富
含碳耐火材料
3.混练 坯料在加热条件下进行混练，混练温度和 时间是主要控制参数。混练温度比沥青的 软化点高50~70℃，混练时间比一般耐火材 料长。
4.成型 在热态下进行，然后冷却定型
5.焙烧 分为：预热及挥发分排除阶段、焦化阶段、 高温阶段和冷却阶段 气氛：还原气氛(氮气或埋碳) 要先预热 200~500 沥青 450℃开始焦化800℃焦化基本完成 烧结温度 1000~1300℃
制品性能： ①强度较高 ②相当高抗金属液和熔渣侵蚀的能力 ③低膨胀性较低 ④导热性较高 ⑤抗热震性好
二、其他的石墨制品
粘土抵抗高温性能较差，石墨粘土制品应 用受到限制。故以耐高温材料，如碳化硅、 ZrO2 、刚玉等代替粘土熟料，以焦油、沥 青代替结合粘土，制成SiC-C、ZrO2-C、 Al2O3-C等其他石墨制品。
主要内容
§6.1碳素耐火材料 §6.2石墨耐火制品 §6.3碳化硅耐火制品 §6.4碳复合耐火材料
含碳质耐火材料是指由碳或碳化物为主要 组成的耐火材料。 ①由无定形碳为主要组成的称为炭素耐火 材料； ②由结晶型石墨为主要组成的称石墨耐火 材料； ③由SiC为主要组成的称碳化硅耐火材料。
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6.机械加工 炭砖尺寸要求严格，因此必须进行机械加 工(车、刨、铣)以制得规定尺寸的制品。
二、炭砖的性质与应用
1.性质 ①游离碳≥94~99%，其余为灰分 ②常温耐压强度30~60MPa，耐磨性好 ③碳不熔化，＞3500℃升华 3500 ④膨胀率低 (3~4)×10-6℃-1 ⑤导热性好 300~1000℃导热系数27.5~47.7W/m℃ ⑥抗热震性好 ⑦抗侵蚀性好 抗酸、碱、盐、有机物 易溶于铁水中，增碳 ⑧易氧化(空气中350℃就开始氧化)
石墨粘土制品是以天然石墨为原料，以粘 土作结合剂制得的耐火材料。 制品有石墨粘土坩埚、蒸馏罐、铸钢用塞 头砖、水口砖及盛钢桶衬砖，其中使用最 广泛的是石墨粘土坩埚。
第三章-耐火材料生产过程
（2）虽然增加颗粒粒度的组份数量有利于提高堆积密度，但当组 份数目超过时，效果不再明显。故在实际生产中，通常采取三组份 颗粒配料，有时也采取四组份颗粒配料。
2. 拣选对象：耐火粘土、高铝矾土、菱镁矿等
方法：根据熟料的外观颜色、有无显而易见的杂质、比重、致密度等 情况进行人工拣选。
三、原料的破粉碎
1. 破粉碎的重要意义
（1）各种原料只有破粉碎到一定细度，才可能充分混合均匀，从而 保证制品组织结构的均匀性。
（2）通过破粉碎将各种原料加工成适当粒度，以保证制品的成型密度。 （3）只有将原料粉碎到一定细度，才能提高原料的反应活性，促进高 温下的固相反应，形成预期的矿物组成和显微组织结构，以及降低烧成 温度。
B P2
C
坯料被进一步压缩，但呈
阶梯式变化——坯料被压
P1
缩到一定程度后，即阻碍
进一步压缩，一旦压力继 续增大到使颗粒再度产生
压缩，mm
变形的外力时，坯料的体积又得以被压缩。这种增压—压缩的
过程短促而频繁，最后，压制过程进入第三阶段。
阶段C: 在极限压力 P2 作用下，坯料不再被压缩，坯体的密度不 再增大。
2. 颗粒组成（颗粒级配）设计 （1）颗粒级配的含义
（2）调配颗粒组成的必要性 保证坯体的成型密度
减小坯体的烧成收缩
保证制品的质量与性能
§3-2 坯料的制备
颗粒组成和制品性质的关系：
（a）—气孔率；（b）—常温耐压强度；（c）—烧成收缩 （d）—透气率；（e）—耐热冲击性
§3-2 坯料的制备
精品课件-耐火材料生产基本工艺原理
混练时的加料顺序： 通常先加入粗颗粒料，然后加水或泥浆、纸浆废液，混合1～2min后，再 加细粉。 若粗细颗粒同时加入，易出现细粉集中成小泥团及“白料”。
坯料的塑化处理可采用困料（陈腐）
困料中的水化反应，有时能产生胶体物质 例如含CaO偏高的镁质坯料在困料时发生下述化学反应：
MgO+H2O →Mg(OH)2 CaO十H2O→ Ca(OH)2 生成物呈胶体性质，提高坯料的结合性和可塑性，降低体积效应的危害性。
则：5－3 18.5%；3－1 29%；1－0 17.5%
七、配料 1、配料的组成 包括按规定比例配合的各种原料和同一原料的各不同颗粒组 成的粉料。 (1) 配料的化学组成必须能满足制品的要求，并且应比制品指标要求高些。 (2) 在配料中应含有结合成分，使坯料具有足够的结合性。 (3)原料中含有水分和灼减成分时，原料、配料和制品的化学组成之间应进行换 算。
●助磨剂
一、选矿与提纯
选矿：利用多种矿物的物理和化学性质的差别，将矿物集合体的原矿粉碎，并分离 出多种矿物。 提纯：利用一系列化学及物理化学反应，矿物富集的过程。
选矿方法：机械法、物理-化学法、纯化学法、电气法等。
二、原料的煅烧
原料煅烧时产生一系列物理化学反应，能改善制品的成分及其组织结 构，保证制品的体积稳定及其外形尺寸的准确性，提高制品性能。
矽肺病。
五、助磨剂 助磨剂在粉磨过程中，吸附在物料颗粒表面，使物料表面自由能和晶格畸变 程度减小，促使颗粒软化，另外，助磨剂的吸附可平衡颗粒表面上因粉碎而 产生的不饱和价键，防止颗粒重新聚结。
水是一种最简单的助磨剂，适量水可助磨又可防尘。
第二节 坯料的制备 耐火材料制品几乎都是由粉料颗粒经加工制备而成，所涉及的颗粒，通常是指 毫米至微米级的颗粒。 一、颗粒的几何学性质 1、粉体颗粒的构造 一次颗粒 ；二次颗粒或团聚体。 废旧制品重新利用
耐火材料生产工艺
混练设备
混练机
困料
作用
使结合粘土进一步分散，从而使其与水分分布更均匀， 发挥其可塑性能与结合性能，以改善泥料的成型性能
1对粘土砖的作用
氧化钙在泥料中充分消化，避免CaO水化
2钙含量高的镁砖泥料
去除料内因化学反应产生的气体
2.泥浆注入石膏模中，石膏吸收水分，并在其 表面集结成水分较少的泥料膜
半干法成型坯体密实程度
1.泥料性质2.压制压力 3.增压速度 4.加压时间
有触变性的泥料 1.成型易水化的物料如焦油白云石和焦
油镁砂料
2.浇注料
压力机
干燥
干燥：提高坯体的机械强度，有利于装窑操作并保证
烧成初期能够顺利进行
过程
1.结合粘土的干燥 2.熟料的干燥
原料的煅烧
1.形成熟料：密度高，强度大，体积稳定性好， 具有良好的物理-化学性能和外形质量，从而 保证耐材制品的外形尺寸
2.煅烧的天然矿石有粘土、高铝矾土、菱镁矿 和白云石等
3.不煅烧的天然矿物有硅石、叶蜡石等 4.煅烧温度Ts约为其熔点的0.7~0.9倍，多高 于制品的烧成温度，更高于制品的使用温度。
从最高烧成温度至室温的冷却过程中， 主要发生耐火相的析晶、某些晶相的 晶型转变、玻璃相的固化等过程，在 此过程中坯体的强度、密度、体积依 品种不同都有相应的变化
坯体中各种反应趋于完全、充分、液 相数量继续增加，结晶相进一步成长 而达到致密化
烧结过程的宏观结构变化及其影响因素
宏观结构变化
坯体的烧结可以概括为三个阶段1.热态接触：物料内部各组分质点间的接触增加，但仍 保留其边界2.开始阶段：质点间的边界被打开，但新的气孔尚未形成3.形成封闭气孔阶