耐火材料工艺学概念
耐火材料简介
耐火材料一、基本概念耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。
根据耐火度，有阻火级(1000～158 0℃)、普通级(1580～1770℃)、高级(1770～2000℃)、特级(2000℃以上)四个等级之分。
大部分耐火材料是以多种天然矿石粉料及粒料的混合物为原料生产的，某些耐火材料各种组分的结合要借助外加的结合剂(即大多数工业部门所称的黏结剂)。
结合剂的种类很多，高性能酚醛树脂就是一种性能优良、应用广泛的新型结合剂。
耐火材料是用作高温窑、炉等热工设备的结构材料，也可用作高温容器和部件的材料。
所以在冶金、硅酸盐、化工、石油、动力、机械制造等工业部门都离不开耐火材料，其中冶金工业消耗耐火材料的比例最高，约占总消耗量的60%～70%，每吨产品消耗耐火材料量约18～25kg。
钢铁工业是冶金工业的主要部门，所以也就自然是耐火材料应用的主要领域。
在钢铁工业的各个工序的设备中都离不开耐火材料，从炼铁的高炉、炼钢的转炉到转运钢水的钢包、中间包等整体设备的内衬砖到各局部结构，如钢包、中间包的出口滑板、各种水口等都离不开耐火材料。
耐火材料的分类方法有许多，按化学矿物组成和按外观的分类概况分别参见表9-1及表9-2。
这些分类应遵从ISO1109。
表9-1 耐火材料的化学矿物组成分类不定形耐火材料是由合理级配的粒状和粉状与结合剂共同混合组成的一类混合料，它无规定的外形和状态，通常根据使用需要而分别制成浆状、泥膏状或松散状，故称作散状耐火材料，其不经成型和烧成而直接使用，主要用于构筑成无接缝的整体构筑物、耐火砖成设备内衬的填缝及修补、高温炉出口堵塞用的泥料(炮泥)等。
不定形耐火材料多根据施工工艺类别而分类，由于施工工艺的差异，他们在组成、物料特性(状态、流动性、可塑性等)、应用领域等方面有所不同。
表9-4列出不定形耐火材料按施工工艺特点的分类及主要特征。
表9-4 不定形耐火材料的类别及主要特征。
耐火材料总结
一、材料的根本概念材料-----是指人类用来制作有用物件的物质；材料是人类生存和开展的物质根底，是人类社会文明的重要支柱。
二、耐火材料的根本概念1、耐火材料的定义传统的定义：耐火度不小于1580℃的无机非金属材料；ISO的定义：耐火度不小于1500℃的非金属材料及制品；2、存在的问题和今后的开展钢铁工业的竞争日趋剧烈，耐火材料生产厂家面临更大的本钱压力；干净钢的生产对耐火材料提出了更高的要求，除了要求长寿以外，还要求对钢水无污染；中国耐火材料企业的研发力量有待加强。
不能仅仅作为一个加工基地；应注意可持续开展战略。
如：矿山的管理、耐火材料的回收利用、环境友好耐火材料的使用；存在的差距：1、通常用耐火材料综合消耗指标，来衡量一个国家的钢铁工业与耐火材料的开展水平。
2、耐火材料生产装备落后，新技术推广慢3、原料不精，高纯原料的生产有困难。
我国开展耐火材料工业的优势：有丰富的耐火材料原料资源—高铝矾土、菱镁石和石墨等。
有相当大的耐火材料生产能力。
有优秀的耐火材料专业的生产、科研、设计、管理和教学的科技人员。
今后开展的方向：原料方面：开展优质耐火材料原料高纯〔天然原料选矿，人工合成〕；高密度〔高温煅烧〕。
品种方面：多品种化高温、超高温直接结合、再结合碱性耐火砖和高档高铝制品；连铸用耐火材料；节能耐火材料。
3、我国是耐火材料大国，但不是耐火材料强国!!◇我国是钢铁生产大国，也是耐火材料需求大国。
全国仅冶金企业年耗耐火材料价值就达300多亿元◇耐火材料资源消耗大◇耐火材料能源消耗大◇耐火材料污染大加强耐火材料应用根底研究〔体系〕→Al2O3-SiO2系耐火材料→碳复合耐火材料→碱性耐火材料→非氧化物耐火材料2、耐火材料的分类1、从外观来分类定型耐火制品〔包括标型砖、普型砖、异型砖、特异型砖、坩埚、管、器皿及其它形状复杂的制品等〕；不定型耐火材料〔包括浇注料、捣打料、喷涂料、可塑料等〕；耐火泥浆等；2、按化学矿物组成分类硅质制品；硅酸铝质制品；镁质制品；白云石质制品；橄榄石质制品；锆质制品；尖晶石质制品；碳质制品；特殊耐火材料等〔1〕硅质耐火材料：含SiO2在90%以上的材料通常称为硅质耐火材料，主要包括硅砖及熔融石英制品。
耐火材料工艺学培训
耐火材料工艺学培训耐火材料工艺学培训是为了教授学员有关耐火材料的制备和加工工艺的一门培训课程。
耐火材料是一种能够在高温环境下保持其物理和化学性质的材料，具有重要的应用价值。
例如，耐火材料广泛应用于冶金、化工、电力等行业，用于制造高温容器、管道、炉子和隔热材料等。
在耐火材料工艺学培训中，学员首先会学习耐火材料的基本特性和分类。
耐火材料通常由多种无机材料的混合体制备而成，其组成和结构决定了其性能和用途。
了解不同种类的耐火材料有助于学员选择适合特定应用的材料。
然后，学员会学习耐火材料的制备工艺。
制备耐火材料的常见方法包括干法和湿法。
干法制备将粉末材料通过干法混合、成型和烧结等工序制备成块状材料，而湿法制备则通过粉末材料与溶液反应、沉淀和烘干等工序得到所需的耐火材料。
接下来，学员会学习耐火材料的加工工艺。
耐火材料制备成块后，还需要进行切割、研磨和加工成各种形状以满足实际应用需要。
学员将学习到不同的加工方法，如冲压、铸造和车削等，以及加工过程中需要注意的事项，如温度控制、刀具选择和表面处理等。
此外，学员还会学习有关耐火材料的性能测试和质量控制。
耐火材料的性能测试可以通过物理性质测试、化学分析和微观结构观察等方法进行。
质量控制则包括原材料的选择和检验、生产过程的监控和产品的质量评估等，以确保生产出符合要求的耐火材料。
耐火材料工艺学培训的目的是培养学员具备制备和加工耐火材料的技能和知识，以应对不同应用领域的需求。
通过培训，学员将能够理解耐火材料的特性和分类，掌握制备和加工的基本工艺，并能够进行性能测试和质量控制。
这将为学员提供广阔的职业发展机会，并为相关行业提供优质的耐火材料产品。
在耐火材料工艺学培训的过程中，学员还将学习到一些实际应用中常见的耐火材料制备和加工案例。
例如，学员将了解到如何制备高铝砖、硅砖、镁砖等常用的耐火材料。
高铝砖是一种以高含铝原料为主要成分的耐火材料，具有优异的耐火性能和耐磨性能，广泛应用于高温窑炉和冶金工艺中。
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
耐火材料工艺学
耐火材料工艺学耐火材料是一种能够在高温环境下保持其结构和性能稳定的材料，广泛应用于冶金、建材、化工等行业。
耐火材料工艺学是研究耐火材料的制备工艺、性能及其应用的学科，对于提高耐火材料的性能和降低生产成本具有重要意义。
首先，耐火材料的制备工艺是耐火材料工艺学的核心内容之一。
耐火材料的制备工艺包括原料的选择、配比设计、成型工艺、烧结工艺等环节。
在原料的选择方面，需要考虑原料的化学成分、颗粒度和热性能等因素，以确保耐火材料具有良好的耐高温性能和抗侵蚀能力。
配比设计是制备工艺的关键环节，合理的配比可以保证耐火材料具有良好的物理和化学性能。
成型工艺包括干法成型和湿法成型两种方式，选择合适的成型工艺可以提高耐火材料的成型质量和生产效率。
烧结工艺是指将成型后的原料在高温条件下进行烧结，使其形成致密的结构和优良的性能。
因此，制备工艺的优化对于提高耐火材料的性能至关重要。
其次，耐火材料的性能是耐火材料工艺学研究的重点之一。
耐火材料的性能包括物理性能、化学性能和耐火性能等多个方面。
物理性能包括耐火材料的抗压强度、抗折强度、热膨胀系数等指标，直接影响着耐火材料在高温环境下的使用寿命和稳定性。
化学性能包括耐火材料的化学稳定性、抗侵蚀能力等指标，对于耐火材料在酸碱腐蚀环境下的应用具有重要意义。
耐火性能是指耐火材料在高温条件下的抗热震性能和抗渣能力，是评价耐火材料性能优劣的重要标准。
因此，研究耐火材料的性能，可以为其在各个领域的应用提供可靠的技术支撑。
最后，耐火材料的应用是耐火材料工艺学研究的重要方向之一。
耐火材料广泛应用于冶金、建材、化工等行业，如高炉炉缸、转炉炉衬、玻璃窑炉衬等。
在不同的应用场景下，对耐火材料的性能和工艺要求也不同，因此需要针对不同的应用领域进行研究和开发。
通过对耐火材料应用的研究，可以为各个行业提供更加优质、高性能的耐火材料产品，推动行业的发展和进步。
综上所述，耐火材料工艺学是一个综合性学科，涉及材料科学、化学工程、冶金工程等多个学科领域。
耐火材料工艺学不定形耐火材料
3、聚合结合：借助于催化剂或交联剂，使结合剂发生缩 聚形成网络状结构而产生结合强度。如：甲阶酚醛树脂加 酸作催化剂或加热时可产生如下缩聚反应而产生较好的结 合强度。
4、陶瓷结合：指低温烧结结合，即在散状耐火材 料中加入可降低烧结温度的助剂或金属粉末，以大 大降低液湘出现温度，促进低温下固－液反应而产 生低温烧结结合。
另一方面，微粉过少，尚有孔隙未被填充， 试样致密度不高。
第二节 不定形耐火材料用外加剂
一、定义 用以改善不定形耐火材料性能的物质Байду номын сангаас如施工
性能、使用性能等，为组成总量的万分之几到百分 之几。
二、分类
1、减水剂：保持浇注料流动值基本不变的条件 下，可显著降低拌和用水量的物质。
作用机理：不与材料反应，只起表面物理化学 作用。溶于水后能吸附在粒子表面上，提高粒子表 面的ζ电位，增加粒子间斥力，释放出由微粒子组 成的凝聚结构中包裹的游离水。保持浇注料流变性 （作业性）的条件下，能使单位用水量减少，满足 作业需要。
CAH10和C2AH8为亚稳相，经过一段时间加热后， 会逐渐转化为稳定的C3AH6(立方晶，粒状晶体， 晶体间结合能力差)。
强度比较：CAH10 >C2AH8 >C3AH6
二、水玻璃
水 玻 璃 是 由 正 硅 酸 钠 ( 2 N a 2 O ·S i O 2 ) 、 偏 硅 酸 钠 (Na2O·SiO2)、二硅酸钠(Na2O·2SiO2)和胶体SiO2组 成的胶体溶胶，一般化学式为Na2O·nSiO2·xH2O， 模数n＝SiO2/Na2O。其硬化有两种方式，干燥或加 促凝剂。
三、结合剂的分类
1、按化学性质分类：有机和无机结合剂；
无机结合剂： 1)硅酸盐类 2)铝酸盐类 3)磷酸盐类 4)硫酸盐类 5)氯化物类 6) 溶胶类
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
耐火材料的基本知识
耐火材料的基本知识目录一、耐火材料的定义与分类 (2)1.1 耐火材料的定义 (3)1.2 耐火材料的分类 (3)1.2.1 根据化学成分分类 (4)1.2.2 根据耐火度分类 (5)1.2.3 根据使用温度分类 (6)1.2.4 根据材质分类 (7)二、耐火材料的物理化学性质 (8)2.1 耐火材料的物理性质 (9)2.2 耐火材料的化学性质 (10)2.2.1 化学稳定性 (11)2.2.2 抗氧化性 (12)2.2.3 耐酸性 (13)三、耐火材料的应用领域 (15)3.1 建筑材料 (16)3.2 陶瓷与玻璃工业 (17)3.3 冶金工业 (18)3.4 耐火材料在环保和节能方面的应用 (20)四、耐火材料的制备与加工 (21)4.1 原料的选择与处理 (22)4.2 炼制过程 (23)4.3 成型方法 (24)4.4 后处理与检验 (26)五、耐火材料的性能评估与测试 (27)5.1 性能评估方法 (28)5.2 主要性能测试方法 (30)5.2.1 化学分析 (31)5.2.3 工艺性能测试 (33)六、耐火材料的选用与优化 (34)6.1 选用原则 (36)6.2 优化策略 (36)七、耐火材料的发展趋势与挑战 (38)7.1 发展趋势 (40)7.2 面临的挑战 (41)一、耐火材料的定义与分类耐火材料是一种在高温环境下能够保持其物理性质和化学性质稳定的材料。
它们广泛应用于冶金、陶瓷、石油化工等领域，为各种高温设备或工艺过程提供必要的结构支撑和保护。
基于其特殊的性质和应用，耐火材料在工业领域中的重要性不言而喻。
粘土质耐火材料：以粘土为主要原料，具有良好的可塑性、耐火度和化学稳定性，广泛应用于高炉、热风炉等冶金设备中。
硅质耐火材料：以硅石为原料，具有优异的耐高温性能、抗渣性和耐腐蚀性，常用于炼钢炉等高温设备的内衬材料。
高铝质耐火材料：以高铝矾土或工业氧化铝为原料，具有优良的抗侵蚀性和高温机械强度，常用于玻璃熔窑等高温设备的结构材料。
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1、解释概念：气孔率和体积密度，化学组成和矿物组成，主成分和杂质，主晶相和基质。
气孔率:耐火材料中气孔体积与总体积之比称为气孔率。
即是材料中含有气孔的多少。
单位表观体积占有的质量称为体积密度
矿物组成：化学成分在材料中存在的结合状态
主成分是指在耐火材料中对材料的性质起决定作用并构成耐火基体（含量高）的成分。
那些能与主成分相互作用，使其耐火性能降低的氧化物或化合物，通常称为熔剂的杂质。
主晶相是指构成耐火制品结构的主体而且熔点较高的结晶相。
填充于主晶相（次晶相）之间的不同成分的细微结晶矿物和玻璃相统称为基质。
2、耐火材料的热膨胀系数和高温体积稳定性有什么关系？各自影响因素有哪些？
3、耐火材料的导热系数和导温系数有什么关系？各自影响因素有哪些？
4、什么是耐火度？与纯物质熔点有何区别？
耐火材料在无荷重条件下，抵抗高温作用而不熔化的性质称为耐火度
耐火度与纯物质的熔点有严格的区别：
熔点是纯物质固液平衡共存的温度，是一个固定的温度。
耐火材料一般是由多种矿物组成的多相固体混合物，没有固定的熔点。
其熔融是在一定温度范围内进行的，即只有固定的开始出现液相的温度，和固定的完全熔融的温度，在这个温度范围内，液相与固相同时存在。
一般材料的耐火度都低于相应纯物质的熔点。
5、何谓常温耐压强度？耐火材料一般不因为常温耐压强度不够而破坏，为什么还要测其常温耐压强度？
耐火材料的耐压强度包括常温耐压强度和高温耐压强度，分别是指常温和高温条件下，耐火材料单位面积上所能承受的最大压力
常温耐压强度的意义:
1、可以间接反映工艺制度的合理性。
耐压强度表明制品的成型坯料加工质量、成型坯体结构的均一性及砖体烧结情况良好。
因此，常温耐压强度也是检验现行工艺状况和制品均一性的可靠指标。
2、可以间接的反映出其他性质的优劣，如耐磨性，不烧制品的结合强度等。
3、测定方便是判断耐火材料质量的常规检验指标。
6、何谓耐火材料的弹性模量，有哪些影响因素，有何使用意义？
材料在其弹性范围内，在外力σ（应力）的作用下，产生变形ε（应变），当荷载去除后，材料仍恢复原来的形状和尺寸，此时应力和应变的比值称为弹性模量
影响因素分析
1、化学矿物组成，晶体的化学键类型、缺陷
2、组织结构与各相间的结合强度
3、温度的影响
多晶材料，随温度升高而下降
含有玻璃相的材料，一定温度范围内，随温度升高而增大，但温度超过一定范围后，由于基质软化而转为下降，即有一最大值，据此可以判断材料基质开始软化和液相形成的温度范围。
有晶型转化的材料，E有突变。
意义:
1、测定弹性模量可以判断材料中是否存在缺陷和缺陷的多少，从而可以评定工艺工程（成型和烧成）的优劣；
2、还可以判定基质软化和液相形成的温度范围。
3、可以确定晶体是否有晶型转化和内部结构变化。
4、可以判断其他性质，如与热震稳定性成反比，与强度，耐磨性等大致成正比。
7、何谓荷重软化温度？影响因素有哪些？
是表示耐火材料对高温和荷重双重作用的抵抗能力。
耐火制品的荷重软化温度取决于制品的化学-矿物组成、组织结构、显微结构、液相的性质、结晶相与液相的比例及相互作用等。
8、何谓热震稳定性？从影响因素分析提高耐火材料热震稳定性的工艺措施有哪些？
耐火材料抵抗温度的急剧变化而不破坏的能力，称为热震稳定性。
影响热震稳定性的因素：
1、S断裂强度：
对刚性材料，S越大越好，多孔材料，S越小越好。
工艺上:降低S，适当的增加气孔，调整颗粒级配。
2、E弹性模量：
对刚性材料，E越小越好，多孔材料，E不宜过小。
3、α膨胀系数：
α－大，抗热震性差
α－小，抗热震性好
α－异常，如相变（晶型转化）导致热震稳定性变差。
4、λ导热系数
一般导热系数大，热震稳定性好，但如BeO导热系数特别小，抗热冲击性会很好。
5、结构影响：微观结构中晶粒大小影响，宏观结构中气孔和微裂纹的影响。
9、什么是抗热震断裂性和抗热震损伤性？两者的判据是什么？
材料发生瞬时断裂－热冲击断裂－热冲击断裂抵抗性。
在热冲击循环作用下，先开裂、剥落，然后碎裂和变质，最终损坏－热冲击损伤－热冲击损伤抵抗性。
10、何谓抗渣性？从影响因素分析提高耐火材料抗渣性的工艺措施有哪些？
耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀不易损毁的性能称为抗渣性。
影响耐火材料抗渣性的因素：
1.耐火材料与熔渣的组成和性质：（内因）
2.耐火材料的结构特征：
宏观气孔率大小，提高致密性；
显微结构的陶瓷结合抗渣差，而直接结合抗渣好。
提高纯度、改善基质；低熔点相转为高熔点相（玻璃相转为结晶相）
3.熔渣粘度和润湿性：
加石墨（浸渍焦油）、ZrO2润湿角θ>90°提高抗渣性。
4.温度影响：温度高，扩散、溶解速度加快，粘度降低，侵蚀加剧。
5.气氛影响：还原、Fe2+、抗渣差；而氧化、Fe3+、抗渣好。
真空气氛会加速熔渣向耐火材料中的渗入，使抗渣性降低。