第七章特种耐火材料
耐火材料基础知识
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耐火材料的应用与选择
耐火材料的应用
钢铁工业
在钢铁工业中，耐火材料被广泛应用于高炉、热风炉、转 炉、连铸机等设备中，起到保护炉体、防止高温侵蚀的作 用。
能源工业
在煤炭、石油和天然气等能源工业中，耐火材料用于各种 加热炉、窑炉和反应器中，以保护设备并提高生产效率。
有色金属工业
在铜、铝、镁等有色金属冶炼过程中，耐火材料同样被广 泛应用于各种熔炼炉、保温炉和电解槽等设备中。
气孔结构
耐火材料中含有一定量的气孔，这 些气孔的大小和分布对材料的热导 率、抗热震性等具有重要影响。
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耐火材料的性质与性能
耐火材料的物理性质
气孔率
耐火材料中含有一定量的气孔，这些气孔会降低材料的密 度，并影响其热学、机械等性能。气孔率可以通过实验测 量，是评价耐火材料质量的重要指标之一。
吸水率
耐火材料的趋势
要点一
高性能及环保要求
随着工业的持续发展，对耐火材料的 高性能要求越来越高，包括更高的耐 温性能、更低的导热系数、更好的抗 腐蚀性能等。同时，为了响应环保要 求，耐火材料行业正在积极开发低污 染、可再生和可循环利用的材料。
要点二
定制化及专业化
现代工业的多样性对耐火材料提出了 多样化的需求。为了满足不同工业领 域对耐火材料的特定要求，耐火材料 行业正朝着定制化和专业化方向发展 。
易破裂或损坏。
耐磨严重，因 此要求耐火材料具有较好的耐磨
性。
05
耐火材料的制备与加工
耐火材料的制备
直接制备法
直接将原材料按照配方比例混合，然后进行成型和烧结。这种方法最为简单，但要求原材 料的物理和化学性能必须稳定。
间接制备法
先合成或制备成中间产品，然后再进行烧结或加工成最终产品。这种方法需要更多的步骤 和工艺控制，但可以获得更精确的化学成分和性能。
第七章无机非金属类生态环境材料
五、无机非金属材料生态化改造实例
1．成分设计实例—新型粘土质复相陶瓷
粘土的主要成分是SiO2和Al2O3，假定的化学通式为 Al2O3·2SiO2·2H2O，此外还含有Fe、Ti、Mg、Ca等氧化物
3C＋SiO2SiC＋2CO 煅烧在氮气保护下进行，则最终制成Si3N4和Al2O3。
2）粉煤灰、煤矸石制备高性能陶瓷
2．建筑废料、废混凝土、废陶瓷
3．高炉渣、钢渣
7.4 生态建材
水泥、混凝土、建筑玻璃、建筑装饰装修材料等 一、建筑材料与环境
1）建筑材料对地球环境的影响 2）地球环境对建筑材料的影响 3）建筑材料对人类居住环境的影响
二、生态建材基本概念
生态建材就是赋予优异环境协调性的建 筑材料，故又称环境协调建材，这一类材 料环境协调性好，既具有优异性能，又有 益于人体健康。
材料品种示例传统无机非金属材料水泥和其他胶凝材料硅酸盐水泥铝酸盐水泥石灰石膏等陶瓷粘土质长石质滑石质和骨灰质陶瓷等耐火材料硅质硅酸盐质高铝质镁质铬镁质等玻璃硅酸盐硼酸盐氧化物硫化物和卤素化合物玻璃等搪瓷钢片铸铁铝和铜胎等铸石辉绿石玄武岩铸石等研磨材料氧化硅氧化铝碳化硅等多孔材料硅藻土沸石多孔硅酸盐和硅酸铝等碳素材料石墨焦炭和各种碳素制品等非金属矿粘土石棉石膏云母大理石水晶和金刚石等新型无机非金属材料高频绝缘材料氧化铝氧化铍滑石镁橄榄石质陶瓷石英玻璃和微晶玻璃等铁电和压电材料钛酸钡系锆钛酸铅系材料等磁性材料锰锌镍锌锰镁锂锰等铁氧体磁记录和磁泡材料等导体陶瓷钠锂氧离子的快离子导体和碳化硅等半导体陶瓷钛酸钡氧化锌氧化锡氧化钒氧化锆等过渡金属元素氧化物系材料等光学材料钇铝石榴石激光材料氧化铝氧化钇透明材料和石英系或多组分玻璃的光导纤维等高温结构陶瓷高温氧化物碳化物氮化物及硼化物等难熔化合物超硬材料碳化钛人造金刚石和立方氮化硼等人工晶体铌酸锂钽酸锂砷化镓氟金云母等生物陶瓷长石质齿材氧化铝磷酸盐骨材和酶的载体等无机复合材料陶瓷基金属基碳素基的复合材料无机非金属材料的分类二制备无机非金属材料的原料及其生态化改造对策地壳中硅酸盐和铝硅酸盐占明显优势它们和其他一些氧化物矿物是制备无机非金属材料的最主要原料
冶炼技术课件——第七章 特种冶炼
电磁力的产生和对钢液的作用
处在强磁场中的钢液受到电磁力 的作用产生强烈的运动。磁场对 钢液的这种作用称为电磁搅拌作 用。钢液在电磁力的作用下产生 运动，而钢液的运动又带来了一 系列包括有益的和有害的结果。
坩埚的分类及质量要求
坩埚的分类 (l)按材质分类。 A 碱性坩埚：B酸性坩埚： C中性坩埚： （2)按制作方法分类。 A炉外成型预制坩埚 B炉内成型坩埚 C砌筑式坩埚 2）坩埚的质量要求 （l)坩埚应具有高的耐火度。炼钢用坩埚为1700℃ （2) 制作坩埚的耐火材料必须有良好的物化稳定性。 （3）抗钢液的化学浸蚀性。 （4)耐急冷急热性。 （5)高温强度。 （6)一定的绝缘性能，以免被击穿。 （7)无污染、无害和成本低廉。
第七章 特种冶炼
第一节感应炉冶炼 第二节电渣重熔冶炼
感应炉冶炼
感应电炉的基本电路
感应炉的加热过程
感应电流的分布特征
炉料的最佳尺寸范围和电流
透入深度的关系。 电磁力的产生和对钢液的作用
坩埚容量和电源频率的关系 坩埚的分类及质量要求
感应电炉的基本电路
感应炉的加热过程
交变频率的电流通过坩埚外侧的螺旋形水冷线圈时，在线圈所包 围的空间和四周产生了磁
电ag Remelting)，简称ESR，是利用水 冷铜模和自耗电极在熔渣中熔化精 炼，快速凝固得到高质量钢锭的方法。 该设备以熔渣的电阻做发热源，以炉 渣和钢液物化反应清洗钢中夹杂物生 产特殊钢和合金。
电渣重熔基本原理
在熔铸的过程中，自耗电 极的熔化、钢水的净化和 填充以及顺序凝固终不断 地进行，直到结晶器被全
部充满，完成全部熔铸 过程。
1曲线由上到下渐渐呈现。
e-数学常数，e=2.718。当x=△时
Ix =IAe-1△ 将e值代入上式后得
特种耐火材料解析
特种耐火材料
概述
特种耐火材料
定义
在传统陶瓷和普通耐火材料的基础上发展起来的 一组新型材料。有时也称高温陶瓷或高温材料。
ห้องสมุดไป่ตู้展背景
钢铁工业、高温工业、电子技术的发展，传统陶 瓷和普通耐火材料已不能胜任使用要求。
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特点
（简单说：高温、高强） ◇原料品位高、纯度高、熔点都在1728℃以上；多采用
(2)氧化铀 熔点2878℃，最高使用温度为2500℃。抗氧化性能差，抗冲击能 力弱。在还原气氛中较稳定。具有放射性，使用时要注意按全防护。
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难熔化合物
1. Carbide碳化物
它是最能耐高温的材料。碳化铪（HfC），碳化钽 （TaC），熔点分别为3887℃和3877℃ 。复杂的碳化物 4TaC·ZrC以及4TaC·HfC熔点 分别为3932℃和3942℃ 。
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６. Thorium Dioxide and Uranium oxide 氧化钍和氧化铀制品 ⑴氧化钍（ThO 2） 熔点为3050℃，最高使用温度为2500℃ 。 在氧化气氛中非常稳定，但易被还原，故不可在还原气氛中使用。 一般不与金属作用，具有良好的抗渣性，可用做贵金属熔炼坩埚。 它在高温下有导电性能，可用做电阻发热体，在氧化气氛下工作可 调至2000℃ 。 它具有放射性，使用时要注意按全防护。
纯度95％以上、熔点1728℃以上
一般与原料组成基本相同，但有的晶体结构或成分会发生变化
加入少量其他氧化物2，.成其熔型点低工于艺金属多陶瓷的烧结温度，又能被等氢静还原压成高法熔、点金气属；相沉积、等离子喷涂
2023年耐火材料管理办法
2023年耐火材料管理办法第一章总则第一条为了加强对耐火材料的管理，保障生产安全，维护社会稳定，根据《中华人民共和国安全生产法》等相关法律法规，制定本办法。
第二条本办法适用于我国境内从事耐火材料生产、销售、使用等活动的单位和个人。
第三条耐火材料是指经过加工、烧制或其他工艺制成的能够耐受高温或火焰侵蚀的材料，包括但不限于炉墙砖、耐火砂、耐火涂料等。
第四条对于从事耐火材料生产、销售、使用等活动的单位和个人，应当依法取得相应的生产、销售、使用许可。
第五条地方各级政府应当加强对耐火材料生产、销售、使用等活动的监督检查，及时发现和纠正违法违规行为。
第六条耐火材料生产、销售、使用等活动的单位和个人应当遵守相关法律法规，确保产品质量和使用安全，不得损害国家利益和社会公共利益。
第二章生产管理第七条耐火材料生产企业应当具备以下条件：建立健全质量管理体系，配备相应的生产设备和检测设备，拥有专业的技术人员，具备生产所需的原材料供应和仓储条件。
第八条耐火材料生产企业应当按照国家标准和行业标准进行生产，确保产品的质量和安全。
第九条耐火材料生产企业应当建立完善的产品追溯制度，能够追溯到原材料的来源和生产过程的各个环节。
第十条耐火材料生产企业应当落实企业主体责任，加强对员工的安全培训，提高员工的安全意识和技能。
第十一条耐火材料生产企业应当按照规定进行生产记录的保存，电子档案和实物档案应当相互关联，确保生产过程的可追溯性。
第十二条耐火材料生产企业应当配备相应的消防设施和灭火器材，确保生产现场的消防安全。
第三章销售管理第十三条从事耐火材料销售的单位和个人应当依法取得相应的销售许可，不得从事无证经营活动。
第十四条耐火材料销售单位和个人应当坚持诚信经营，不得销售伪劣产品或者不符合质量标准的产品。
第十五条耐火材料销售单位和个人应当按照国家标准和行业标准销售产品，确保产品质量和安全。
第十六条耐火材料销售单位和个人应当建立完善的采购和销售记录，能够追溯到供应商和购买者的信息。
一文让你了解特种耐火材料的分类、性能和温度之间的关系
一文让你了解特种耐火材料的分类、性能和温度之间的关系特种耐火材料特种耐火材料的概念是在传统陶瓷、精密陶瓷和普通耐火材料以及功能性耐火材料的基础上发展起来的，是一组熔点在1800℃以上的高纯氧化物、非氧化物和炭素等单一材料或各种复合材料为原料的，采用传统生产工艺或持殊生产工艺生产的、其制品具有待殊性能和特种用途的新型耐火材料，又称为特种耐火材料。
特种耐火材料分类特种耐火材料虽然成本较高，但由于具有很多优异性能，是很多工业部门不可缺少、不能替代的产品特别是在很多新技术、新领域中.在很多关键的部位替代其他产品，可以大幅度地提高使用寿命，明显地增加了经济效益。
特种耐火材料的分类方法很多，有的以生产工艺分类,有的以产品应用分类，但比较主要的分类方法还是以原料和制品性状不同来分类，大致可以分成五方面：(1) 高熔点氧化物材料及其复合材料;(2) 难熔化合物材料(碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等)及其复合材料;(3) 高熔点氧化物与难熔金属的复合材料(金属陶瓷);(4) 高温不定形材料及无机物涂层;(5) 高温纤维及其增强材料。
特种耐火材料特点特种耐火材料的特点(一) 高纯原料(1) 采用人工提纯的各种原料;(2) 采用电熔、烧结、反应合成的各种原料;(3) 采用复合材料做原料;(4) 采用纤维增强的复合材料做原料。
(二) 引入特种生产工艺(1）采用微粉或超微粉技术;(2) 采用喷雾造粒技术;(3) 采用特殊成型工艺技术(等静压成型、热压成型、注射成型、流延成型，熔铸成型等）；(4)采用高温纤维或纤维增强技术和不定形材料。
(三)特种烧成(1) 采用超高温烧成(1800℃以上);(2) 采用在真空条件下或保护气氛条件下烧成;(3) 采用高能燃料烧成;(4) 采用微机自动化控制烧成。
特种耐火材料的产品(1) 炼钢及连铸用特种耐火材料;(2) 超高溢窑炉用炉衬材料;(3) 超高温隔热用特种耐火材料;(4) 陶瓷和透明陶瓷特种耐火材料;(5) 高温高压绝缘材料;(6) 高温发热体材料;(7) 固体电解质材料;(8) 高温纤维特种耐火材料。
第七章特种耐火材料
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Me+CxHy→MeC+H2 Me+CO→MeC+CO2 MeCl4+CxHy+H2→MeC+ HCl (CmH2)Me+H2→MeC+(C O、CO2、H2O)
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晶
型
结 晶 构 造 a 六 方 六 方 六 方 斜 方 六 面 （ 菱 形 ） 面 心 立 方 3 .0 8 1 7 3 .0 7 3 3 .0 7 3 1 2 .6 9 4 .3 4 9
CeO、MgO、ZrO2、SnO2、UO2等，熔点≥2000℃；
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◇非氧化物硬质陶瓷（碳化物、氮化物、硼化物、硅化物 、硫化物等）如SiC、B4C、WC、TiC、HfC、NbC、ZrC 等，熔点最高，硬度高，脆性大；BN、Si3N4、AlN、ZrN 、HfN等，熔点高，硬度最硬；HfB2、 ZrB2、WB、MoB
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注浆法
挤压法 轧膜法
热压法
注射成形方法
等离子喷涂法
化学气相沉积法
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烧结
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1）普通耐火材料 ⅰ、低温阶段（＜200℃）：物理水↑，硬度↑； ⅱ、分解氧化阶段（ 200-900℃）：结晶水↑，有 机物氧化、盐的分解、熔融相出现； ⅲ、高温阶段（ 900℃- 最高温度）：熔融物大量 增加，结晶产生； ⅳ、保温阶段：熔融物↑↑，结晶成长并转变； ⅴ、冷却阶段：液相过冷结晶，生成细晶并发生 相应转变。 材料科学与工程学院
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第七章连铸用耐火材料
为解决浸入式水口渣线部位被严重侵蚀，以及防止氧化铝附着造成水口堵 塞，在铝碳质浸入式水口的基础上开发了一系列的新型浸入式水口。 ➢铝碳-锆碳复合水口； ➢镁碳-铝碳-锆碳复合水口；
4、浸入式水口的损毁因素： （1）侵蚀
（2）堵塞
浸入式水口使用后的附着物和侵蚀情况
（1） 防止侵蚀的措施： ➢ 在浇注过程中采用中间包上
4、浸入式水口的材质与发展
连铸初期，采用熔融石英质浸入式水口； ➢ 特点：热震稳定性好，有较高的机械强度和耐酸性渣侵
蚀，化学稳定性好，可以满足浇注普通碳素钢、低锰钢 （Mn<侵蚀、耐热震，解决了高锰钢、合 金钢的多炉连浇问题。
中间包涂抹料施工现场
中间包喷补料施工现场
挡渣墙（堰）
➢ 在中间包内设置若干挡渣墙或挡渣堰，可改变钢水的流向 和流态，延长钢水流到水口的时间，可有效地促进夹杂物 上浮分离，均匀钢水成分和温度。
钢液流股状态示意图
中间包挡渣堰的材质有镁铝质、镁质或镁铬质几种； ➢ 镁质挡渣堰与高铝质挡渣堰相比成本降低。 ➢ 其性能和冶金效果是：具有良好的抗热震性；在工作温度
高铝质滑板砖：成型后均用沥青浸滞，再轻烧处理，获得较 高的强度和致密均匀的结构。配料中添加了磷酸盐以降低烧 成温度，可使滑板的尺寸保持稳定，并减少废品率和研磨量。
锆质滑板砖：耐化学 侵蚀性好，抗机械冲刷 性能好。但是氧化锆价 格昂贵，通常将其做成 镶嵌环或镶嵌件。
铝碳质滑板 ：烧结氧化铝和合成莫来石为主要原料，在基 质部分添加碳组份和防氧化剂(如金属铝、金属硅、SiC、 B4C、Mg-B等)，加入结合剂煤沥青或酚醛树脂混练成型； 在还原气氛下烧成，形成碳结合的耐火材料。
气幕挡墙的形成可以“抬起”钢液，也缩短了夹杂物上浮 的距离；