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耐火资料_图文_百度文库

日期:2019-10-04 07:18 来源: 耐火

  

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  第十二章 耐火材料 12.1 耐火材料的定义及组成 12.2 耐火材料的分类 12.3 耐火材料的结构 12.4 耐火材料的物理性能 12.5 耐火材料的生产工艺 12.6 新型耐火材料 12.1.1 耐火材料的定义 ?耐火材料一般是指耐火度在1580℃以上的无机 非金属材料。它包括天然矿石及按照一定的目 的要求经过一定的工艺制成的各种产品。具有 一定的高温力学性能、良好的体积稳定性,是 各种高温设备必需的材料。 ?耐火材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性, 即在高温无荷重条件下不熔融软化的性能称为 耐火度,它表示耐火材料的基本性能。 ?耐火材料由于长期使用于各种不同加热条件的高 温设备,因此,必须具有以下主要性能: 1、高的耐火度。 2、良好的荷重软化温度。 3、具有高温下的体积稳定性。 4、好的热震稳定性。 5、良好的抗蚀性。 ? 此外,要求耐火材料具有一定的耐磨性,在某些 特殊条件下有一定的透气性、导热性、导电性和 硬度等,同时要求外形和尺寸准确。 12.1.2 耐火材料的组成 1、化学组成 ?为了抵抗高温作用,必须选择高熔点化合物。应用较多 的是元素周期表中第二周期Ⅲ-Ⅵ主族的硼、碳、氮、 氧的化合物,其中以氧化物居多。 ?主成分——耐火材料中构成耐火基体的成分,它的性质 和数量决定制品的性质。主成分可以是氧化物,也可以 是元素或某元素与另一元素的化合物。 ?副成分——分为杂质成分和添加成分。前者是无意或不 得己带入的有害成分;后者是为了提高制品某方面性能 而有意添加的成分。 2、矿物组成 ? 耐火材料矿物相可分为结晶相和玻璃相两 类,又可分为主晶相和基质。 ? 主晶相是构成耐火材料的主体,一般来说, 主晶相是熔点较高的晶体,其性质、数量 及结合状态决定制品性质。基质又称结合 相,是填充在主晶相之间的结晶矿物和玻 璃相。 返回 2、矿物组成 ? 常见的耐火材料,多按主晶相和基质的矿物 成分分为两类,一类是晶相和玻璃相共存的 多成分材料制品,其基质可以是玻璃相,也 可以是晶体和玻璃体二相的混合物;另一类 为仅含晶相的多成分制品,其基质为细微的 结晶体,制品靠这种微小结晶体来实现主晶 相之间的粘接。 返回 12.2 耐火材料的分类 ? 耐火材料的品种繁多、性能各异、用途复 杂,生产工艺也各具特点,因而其分类方 法也很多。 1 、按耐火材料的耐火度分类 (1)普通耐火材料(1580-1770℃); (2)高级耐火材料(1770-2000℃) (3)特级耐火材料(2000-3000℃); (4)超级耐火材料(大于3000℃)。 2、依据形状及尺寸的不同 标普型:230mm×113mm×65mm; 不多于4个量尺,(尺寸比)Max:Min4:1; 异 型:不多于2个凹角,(尺寸比)Max:Min6:1; 或有一个50~70°的锐角; 特异型:(尺寸比) Max:Min8:1; 或不多于4个凹角; 或有一个30~50°的锐角; 3、从外观来分 砖制品:烧成砖、不烧砖; 散状耐火材料; 4、按化学矿物组成分类 硅质制品 白云石质制品 硅酸铝质制品 铬质制品 镁质制品 锆质制品 等等 耐 火 材 料 的 化 学 矿 物 组 成 分 类 耐火材料的化学分类 耐火材料的发展 1、历史悠久 5000年前出现了陶器; 2000年前有了瓷器; 后来,天然的原料开始使用,如硅线年,石墨粘土坩锅投入使用。 我国,解放前仅有少量的耐火材料工厂,生产 能力和产品质量较低,严重依赖进口; 2、中国耐火材料工业的现状与发展 1)计划经济时代-中国耐火材料由33家重 点企业扶持; 2)改革开放以后,随着钢铁工业的迅速发 展,耐火材料行业快速发展起来; 2004年统计,全国 有1136家耐火材料生产企业 2005年统计,全国 有1359家耐火材料生产企业 2006年统计,全国 有1505家耐火材料生产企业 中国耐火材料产量如下表所示 年份 产量, 百万吨 1980 3.82 1985 5.46 1990 6.75 1995 17.55 2000 2002 2004 2006 9.8 11.0 18.7 32.4 连铸比的提高和冶炼技术的进步导致吨钢耐火材 料消耗下降;另一方面,钢产量增加;使得2002 年以后中国耐火材料产量呈上升趋势。 2002年、2004年和2006年,中国粗钢产量分别为: 1.8、2.8和4.1亿吨; 3)存在的问题和今后的发展 ?钢铁工业的竞争日趋激烈,耐火材料生产厂家面临 更大的成本压力; ?洁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; ?应注意可持续发展战略。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。 12.3 耐火材料的结构 各国的检验标准有所不同,由于实验室条件下的检 验和实际有一定的差距;实验室的检验结果仅起到预 测作用; 苏联:TOCT 日本:JIS(Japanese Industrial Standards) 英国:BSI(British Standards Institution) 美国:ASTM(American Society of Testing Materials) 中国:GB 12.3.1 耐火材料的微观结构 ? 耐火制品的显微组织结构常见有两种类型。 ? 图(a)为硅酸盐(硅酸盐晶体或玻璃体)结合相 胶结晶体颗粒的结构类型, ? 图(b)为晶体颗粒直接交错结合成的结晶网。 陶瓷结合 直接结合 鉴定耐火材料的矿物组成和显微结构的方法 (1)显微镜法:在显微镜下观察。有折射率法、 薄片法和反射光岩相法。 (2)X射线)差热分析和脱水曲线 耐火材料的宏观结构 1、气孔率和透气度 耐火制品中的气孔类型 1-封闭气孔;2-开口气孔;3-贯通气孔 耐火材料中存在的气孔 显气孔率Pa(开口气孔率) m3 ? m1 Pa ? ? 100 m3 ? m2 ? m1、m2、m3分别为干燥试样的质量、水饱 和试样的表观质量、水饱和试样在空气中的 质量。 ? 透气度——表示气体通过耐火制品难易程度的 特性值。 2 p1 h Q K ? 2.16 ? 10 ? ? 2 ? ? d ?p p1 ? p2 9 ? K-试样的透气度,mm2;η-试验温度下气体动力粘度, Pa· S;h-试样高度,mm;d-试样直径,mm; Q-气体的体积流量,l/min;△p-试样两端气体的压差, mmH2O, △p= p1-p2 ;p1-气体进入试样端的绝对压力, mmH2O;p2-气体逸出试样端的绝对压力,mmH2O。 2、结构的各向异性 ? 耐火制品结构的各向异性,主要在挤压成型时产生,同 时还取决于配料颗粒的不等量性。在自由装料时,粉料 颗粒定向地分布在垂直于重力方向宽而平坦的平面上, 成型压力又增加了这种定向性。因此,垂直于成型压力 方向上气孔的延伸性不断增长。在成型压力条件下,还 产生接触强度的各向异性。由气孔所导致的结构强度和 接触强度的各向异性,造成了耐火制品其它一些性能如 透气性、导热性、热膨胀性等的各向异性。当制品在长 期使用的条件下,气孔会逐渐球化,这时其各向异性的 显著性可以被减弱。 3、耐火制品的结构类型 ? 杜利涅夫将耐火制品的结构类型描述成以 下三种类型: (1)带有封闭夹杂物的结构。 (2)具有相互渗透组分的结构。 (3)分散(不粘在一起)的颗粒状材料的结构。 4.高温下耐火材料结构的变化 (1)带层状结构 ? 单侧加热时,由于发生烧结、热毛细现象和 扩散现象,与腐蚀体之间的反应,以及某些 情况下发生多晶型现象,就会形成带层结构。 带层状结构由工作层、过渡层和微变层组成, 工作层中的化学成分及矿物组成均发生变化, 过渡层只是结构发生变化,而微变层中一般 保持原有成分和结构。 4.高温下耐火材料结构的变化 (2)气孔的合并及迁移 ? 对于大多数耐火材料而言,在使用过程中, 一般气孔尺寸会增大,原因之一是气孔合并; 另外,由于表面扩散和蒸发-冷凝机理,气 孔的内表面原子在温度梯度下从高温区向低 温区移动。 12.4 耐火材料的物理性能 12.4.1 耐火材料的热物理性能和导电性 1、热膨胀性 ——指制品在加热过程中的长度 或体积变化,通常用线膨胀率和线膨胀系数 来描述。 ? 线膨胀率 ( Lt ? Lo ) ? A P? ? 100% Lo ? 式中P——试样的线膨胀率,%; Lo ——室温下试样的长度,mm;A ——校正值; Lt ——试验温度下试样的长度,mm。 ?线膨胀系数 P a? ( t ? to ) ? 100 ? 式中a ——试样的平均线膨胀系数,l/℃; t ——试验温度,℃;to——室温,℃。 ? 耐火材料的热膨胀系数取决于它的化学矿 物组成。通常碱性耐火制品的热膨胀系数 比酸性耐火制品的大。而高锅质耐火制品 介于两者之间。当制品中含有多晶转变的 晶体时,因多晶转变有体积的不均匀变化, 而导致热膨胀系数的不均匀变化,在相交 点会发生突变(例如硅质制品)。 ? 热膨胀的测定一般有两种方法。 ? 一种是望远镜直读法,即用望远镜测微仪 直接观察测量试样受热长度变化值; ? 另一种是顶杆式间接法,即用于分表顶住 试样一端,由千分表直接读出加热试样长 度变化值。 2、热导率——单位时间内,单位温度梯度时, 单位面积试样所通过的热量叫热导率,亦称导热 率或导热系数,单位为W/(m· K)。 ? 用平板法测定的热导率 ?? Q ? F ? ?t ? ? ? 式中λ——热导率,W/(m· K);Q——传热量,J; τ——传热时间,s; δ——试样厚度,m;F— —传热面积,m2;——冷热面温度差,℃。 3、比热容——常压下加热1kg样品使之升温1℃ 所需热量称为比热容。 Q C? G ( t1 ? t o ) ? 式中C——耐火材料比热容,kJ/(kg· ℃);Q—— 加热试样耗热,kJ;G——试样质量,kg;to— —试样加热前的温度,℃;t1——试样加热后的 温度,℃。 4、温度传导性——说明温度分布的速度。 A(t ) ? ?t /( ?v ? Ct ) ? 式中A(t)——温度传导性,(W· m2)/J;λt——热 导率,(W/m· K); ρv——体积密度,kg/m2; Ct——比热,J(kg· K)。 5、导电性——耐火材料导电性强弱,通常 用电阻率来表示。电阻率和绝对温度T之间 有如下关系。 ? ? Ae B /T ? 式中ρ——电导率;T——绝对温度; A、B ——与材料特性有关的常数。 ? 耐火材料中的杂质对其高温下的电阻率有显 著的影响;电阻率随其气孔率的增高而增大。 12.4.2 耐火材料的力学性质 1、制品的耐压强度 ——单位面积试样所能承受 的极限载荷 。 F S? a?b ? 式中S——耐压强度,MPa;F——最大载荷,N; a,b——试样的长度和宽度,mm。 ? 耐火材料高温耐压强度决定了制品的使用范围, 是耐火材料应用选择的重要依据。 2、制品的高温抗折强度——单位截面面积试样 承受弯矩作用直至断裂的应力。高温抗折强度可 以反映出高温条件下,制品对物料撞击、磨损、 液态渣冲刷的抵抗能力。 高温抗折测定装置 1-上刀口;2-下刀口;3-试样;4-加热炉;5-载荷装置 式中Re——抗折强度,MPa;F——试样断裂时的最大载 荷,N;L——下刀口之间的距离,mm;b——试样截面 宽度,mm;h——试样截面高度,mm。 3 FL Re ? ? 2 2 bh 3、粘结强度——主要是表征不定形耐火材料在 使用条件下的强度指标。不定形耐火材料由于没 有外力作用下的强制成型排气过程,它所具有的 抗压、抗折、抗剪切等能力,均来自其本身所具 有的结合性能。 4、高温蠕变性——当材料在高温下承受小于其 极限强度的某一恒定荷重时,产生塑性变形,变 形量会随时间的增长而逐渐增加,甚至会使材料 破坏,这种现象叫蠕变。因此对处于高温下的材 料,应将温度和时间的因素与强度同时考虑。 ? 由于制品所受外力不同,可分为高温压蠕变、拉 伸蠕变、弯曲蠕变和扭转蠕变等。 ? 经常测定的蠕变性是压蠕变。其计算公式为 Ln ? Lo P (%) ? ? 100 Li ? 式中P——蠕变率,%; ? Li——试样原始高度,mm; ? Lo——试样恒温开始时的高度,mm; ? Ln——试样恒温n小时的高度,mm。 ? 一般认为影响高温蠕变的因素有: ? a.使用条件,如温度和荷重、时间、气氛性质 (是氧化性还是还原性)等; ? b.材质,如化学组成(特别是低熔性微量成分含 量的多少)和矿物组成(是单相还是多相,特别是玻 璃相的组成和数量); ? c.显微组织结构(气孔率、晶粒的大小、形状和 分布状态的不同)。 ? 此外,耐火材料的力学性能还包括抗拉强度、 抗扭转强度、抗剪切强度、抗冲击强度、耐磨 性、弹性模量等。 12.4.3 耐火材料的高温使用性能 1、耐火度 ——表示材料抵抗高温作用而不熔化 的性能 。 ? 按照冶标YB368-75所规定的试验条件、将耐火 制品制成的试锥与标准锥进行比较。以同时弯倒 的标准锥序号来表示试锥的耐火度。 ?耐火度测定:将被测制品 按一定方法制成截头三角 锥,上底每边长2mm,下底 每边长8.5 mm,高30 mm,截 面成等边三角形。试锥以 一定升温速度加热,达到 某一温度开始出现液相, 温度继续升高液相量逐渐 增加,粘度减小,试锥在重 力作用逐渐软化弯倒,当其 弯倒至顶点与底接触的温 度,即为试样的耐火度。 2、荷重软化温度 ——耐火制品在承受高温和恒 定压负荷的条件下,产生一定变形时的温度。 ? 测定方法:示差升温法和非示差升温法。 ? 我国治标YB370规定,用非示差荷重法测定荷重软 化温度。测定试样是在制品上切取并经加工成高50 毫米,直径36毫米,上下底面平行的直圆柱体,然 后将制好的试样放入高温电阻炉内,加压0.2MPa, 按规定的升温速度升温,用百分表测量试样膨胀至 最高点后压缩原试样高度0.6%时的变形温度为荷重 软化开始温度,即通称的荷重软化点;压缩20%时 的变形温度为荷重软化终止温度。 各种耐火材料的荷重变形曲线-半硅砖;6-粘土砖 Ⅱ 3、高温体积稳定性——耐火材料在高温下长期使用 时,其外形体积保持稳定不发生变化(收缩或膨胀)的 性能。 ? 耐火材料在使用中再受高温作用时,由于一些烧成变化 继续进行,结果使制品的体积发生变化——膨胀或收缩。 这种不可逆的体积变化称为残余收缩或膨胀,也称重烧 收缩或膨胀。重烧体积变化的大小,表征制品的高温体 积稳定性。 V2 ? V1 重烧体积变化百分率?V ? ?100% V1 L2 ? L1 重烧线变化百分率?L ? ?100% L1 ? 式中 V1、V2 ——依次表示重烧前后试样的体积; L1、L2 ——依次表示重烧前后试样的长度。 4、抗热震性——耐火材料对于急热急冷式 的温度变动的抵抗能力,又称抗温度急变 性、耐热崩裂性、耐热冲击性、热震稳定 性、热稳定性、耐急冷急热性等。 ? 测定抗热震性的方法有镶板法、长条试样 法、圆柱体试样水冷法。冶标YB376规定: 试样经受1100℃至冷水中急冷的次数,作 为抗热震性的量度。 ? 影响耐火材料抗热震性的主要原因是热膨 胀性、热导率等物理性质。热导率越高、 热膨胀率越小,抗热层性越好。耐火制品 的制品形状、组织结构等对抗热震性也有 影响。实践表明,增大制品物料颗粒,或 在制品中预制微裂纹,可以减小热应力, 阻止裂纹扩展,由此可以提高制品的抗热 震能力。 5、抗渣性、抗氧化性及抗水化性 ? 抗渣性——耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀作用而不破坏 的能力。 ? 熔渣侵蚀——耐火材料在熔渣中的溶解过程及熔渣向耐火 材料内部侵蚀的过程。侵入速度最快的途径是通过气孔侵 入,因此提高耐火制品致密度是提高抗渣能力的重要途径。 ? 熔渣侵蚀以耐火材料与熔渣接触为前提,熔渣对耐火材料 的浸润为最先开始,熔渣对耐火材料表面的润湿性取决于 润湿角θ,只有当润湿角θ90°时,熔渣向砖内气孔浸入(渗 透)才有可能。因此增大两者之间的润湿角,使耐火材料不 易被润湿是提高其抗渣能力的重要手段。碳不易被润湿, 近年迅速发展的多种含碳耐火材料即是利用这一特性来提 高抗渣性能的。 ? 抗氧化性—含碳耐火材料在高温下抵抗氧化的 能力。 ? 改善抗氧化性的主要方法有: ? (1)选择抗氧化能力强的碳素材料,如高纯鳞片 状石墨; ? (2)改善制品结构特征,增加制品致密度,减少 贯通气孔存在,以减少氧与碳的反应界面; ? (3)使用微量添加剂,有些物质在高温使用条件 下,先于碳同氧反应,在工作制品表面形成薄且 致密的反应层,能阻止氧-碳反应。常用添加成 分有Si,A1,Mg,Zr等。 抗氧化性试样试样: 50×50×50 mm 。将试验置于炉 内,在氧化气氛中加热至1400℃并保温2小时,冷却至 室温后切成两半,测量其脱碳层厚度。按下式计算脱 碳层厚度: ( l1 ? l2 ? l3 ? l4 ) ? ( l ? l ? l ? l ) L? 8 1 2 3 4 式中, L:脱碳层厚度,mm l1 ~ l 4 l1 ~ l 4 :自试样一个切面四边测量的脱碳层厚度,mm :自试样另一个切面四边测量的脱碳层厚度 , mm 抗氧化性试验后,试样截面图 Thickness of decarburization 7 6 5 4 3 2 1 0 6.1 6.1 4.9 5.2 6.3 1 2 3 Sample number 4 5 不同试样抗氧化能力比较 ? 碱性耐火材料如氧化钙质材料,在生产使 用过程中与环境中水(气态或液态)发生反应 而丧失强度的现象叫水化反应。耐火材料 抵抗水化的能力叫抗水化性。提高制品抗 水化性的措施主要是提高原料的煅烧温度, 降低其化学反应活性。有时采用有机无水 结合剂。或采用浸渍处理,以隔绝空气中 水与制品的接触。 12.5 耐火材料的生产工艺 12.5.1 耐火原料的选择 1、熔点高于1580℃的单质及化合物 ? 熔点高于2000℃的元素中,除碳外,其它数量都不大, 只有碳具有生产耐火材料的实际意义。 ? 根据物理-化学原理,可用来生产耐火材料的原料,主 要属于CaO-MgO-FeO-Fe2O3-Cr2O3-Al2O3-ZrO2-TiO2SiO2系。在该系统中,仔细研究过的稳定的化合物为67 种,而耐火的为31种,其中,熔点高于2000℃的有以下 几种化合物:CaO、MgO、Al2O3、Cr2O3、ZrO2、 CaZr2O4、MgZr2O4、MgAl2O4、CaZrO3、Ca3SiO5、 Ca2SiO4。揭阳--压缩氛围管道安设报价, 构成耐火材料的氧化物及非氧化物 2、耐火材料原料所含元素在自然界中的分布 及选择 ? 统计数字表明,首先应从包含三元素的物质中去 探索新的耐火材料。从相组成和熔融温度等各方 面考虑,可用来制造耐火材料的物质并不太多, 用含有多种元素的物质来制备高质量的耐火材料 是徒劳的,相反,必须竭力减少组分数,尽可能 采比较纯的原料。所以应该大力发展合成原料。 ? 作为目前生产耐火材料的原料,最有现实意义的 是某些元素的碳化物、氧化物以及某些稀有元素 的氧化物、碳化物、氮化物和硫化物。 12.5.2 耐火材料生产工艺过程 12.5.2.1 原料加工 1、原料煅烧 ? 可以避免使其直接制成砖坯在加热过程中松散开裂,造 成废品。经过煅烧过的矿石称为耐火熟料,密度高、强 度大、体积稳定性好,可以保证耐火制品外形尺寸的正 确性。 ? 二步煅烧法——将原生料先进行轻烧,使其晶格缺陷增 加、活性提高,然后压制成球或成块再进行死烧(物料 达到完全烧结)。二步煅烧较一次煅烧工艺复杂,但可 以获得高质量的熟料。当原料杂质含量较高时可以不采 用二步煅烧法。 ? 燃烧设备主要有立窑和回转窑。 2、破粉碎——将块状原料制成具有一定细度的颗粒或 细粉,以便于混合与成型。 ? 常采用二级破碎、即粗破碎(破碎至50mm-70mm)、细 破碎(粉碎至小于5mm)和一级细磨(磨成小于0.088mm以 下的细粉)。 ? 破粉碎的目的:1)粉碎是选矿工艺中的重要操作过程, 由两种以上不同矿物聚集成的原矿分离和富集同一种成 分的颗粒时,为按种类进行区分,应先将原矿破碎。 2) 为了促进各相间的相互作用,或者为了把固体颗粒均匀 地分散到液体中去,例如,制备泥浆。3)根据工艺要 求,制备各种不同的粒度。增加物料的晶格缺陷和比表 面,加快物理化学反应,促进烧结。 ? 根据设备和工艺要求的不同,粉碎操作一般可分为间歇 式粉碎、开回路粉碎、闭回路粉碎 。 a-间歇式粉碎、b-开回路粉碎、c-闭回路粉碎 颚式破碎机 GN高效能圆锥破碎机 3、筛分——粉碎后的物料,通过一定尺寸的筛 孔,使不同粒度的物料进行分离的工艺过程。 振动筛 圆振动筛 12.5.2.2 坯料的制备 1、颗粒组成——通常采用三种组分颗粒配合,即粗颗粒、 中颗粒和细颗粒。一般认为粗颗粒粒径为0.5-4mm,中 颗粒为0.2-0.5mm;细颗粒为0-0.2mm。 2、配料 ——根据耐火制品的工艺特点,将不同材质和 不同粒度的物料按一定比例进行配比的工艺 。 3、混练 ——使不同组分和粒度的物料同适量的结合剂 经混合和挤压作用达到分布均匀和充分润湿的混料的制 备过程。混练除可以使物料成分和性质分散均匀,还可 以促进颗粒接触和塑化。 ? 困料——混练结束后,在适当的温度、湿度条件下贮 放一段时间,使水分分散更均匀,混料的可塑性和结合 性大大改善。 S18系列强力转子混砂机 湿碾机 S14 系列转子混砂机 12.5.2.3 成型 ? 耐火坯料借助于外力和模型,成为具备一定尺寸、 形状和强度的坯体或制品的过程叫成型。 ? 采用什么成型方法,主要取决于坯料性质、制品 的形状尺寸以及工艺要求 。 ? 常用的成型方法有可塑成型、注浆成型、半干压 成型、挤压成型等。 ? 除上述方法外,还有振动成型、500-1500℃的热 压成型,等静压成型、电熔铸成型等等。 12.5.2.4 坯体干燥 ? 坯体干燥的目的在于提高其机械强度和保证烧成初 期能够顺利进行。防止烧成初期升温快,水分急剧 排出所造成的制品干裂。 (a)物料颗粒完全被水膜隔离,水 膜形成连续不断的表面膜; (b)水分已减少,甚至有的颗粒间 已直接接触,但表面的连续水膜 仍然存在; (c)水分进一步减少,破坏了连续 的表面膜,毛细管内存有水,气 孔形成,同时也有部分水由毛细 管作用来到表面,甚至变成气体 逸出; (d)水分排出,只有个别处颗粒间 是由水联系着的,水分汽化。 12.5.2.5 烧成 ? 从固体物理的概念来看,所谓耐火材料就是不与(或 基本不与)熔剂物质起反应的固体材料。所以高温煅 烧在耐火材料生产中是必不可少的。 ? 制品在烧成过程中发生一系列物理化学变化,随着 这些变化的进行,气孔率降低,体积密度增大,使 坯体变成具有一定尺寸形状和结构强度的制品。另 外,通过烧成过程中的一系列物理化学变化,形成 稳定的组织结构和矿物相,提供适用于不同使用条 件下对制品所要求的各种性质。 ? 烧成过程中的物理化学变化主要取决于制品的化学 矿物组成、烧成制度等。 ?烧成过程大致可分为以下几个主要阶段: 1、坯体排出水分阶段(10-200℃)——排出砖坯中残存 的自由水和大气吸附水。 2、分解、氧化阶段(200-1000℃) ——排出化学结合水、 碳酸盐或硫酸盐分解、有机物的氧化燃烧等。此外还可能 有晶型转变发生或少量低熔浓相的开始生成。 3、液相形成和耐火相合成阶段(1000℃以上) ——分解作 用将继续完成,并随温度升高共液相生成量增加,液相粘 度降低,某些新耐火矿物相开始形成,并进行溶解重结晶。 4、烧结阶段 ——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—成长而达到致密化即所谓“烧 结”。 5、冷却阶段 ——耐火相的析晶、某些晶相的晶型转变、 玻璃相的固化等 。 ? 为了合理进行各种耐火制品的烧成,应预先确定 制品的烧成制度,内容包括: 1)烧成的最高温度; 2)各阶段升温速度; 3)各阶段中窑内的气氛性质; 4)在最高温度下的保温时间; 5)制品冷却时的降温速度。 ? 烧成制度往往取决于加热和冷却时制品内进行的 物理-化学变化过程中所产生的内应力大小,以 及完成物理-化学变化所得的温度和时间。 ? 成品拣选后即可按种类、用途、砖号或等级进行 堆放。 返回 12.6.1 我国的新型耐火材料 12.6.1.1 耐火原料方面的进步 ? 1、建成了各种档次的镁砂基地(包括电熔和烧结 镁砂),镁砂的质量和生产能力均满足了耐火材 料工业生产的需要;镁钙砂的纯度、烧结质量及 抗水化性能得到提高,建成了优质镁钙砂生产供 应基地。 ? 2、通过铝矾土均化、提纯,建成了优质高铝矾 土热料生产基地;研制成功了用高铝矾土直接电 熔制取A12O3≧98.5%的刚玉生产技术;以工业 A12O3和部分高铝矾土熟料为基料,通过反应烧 结合成了优质锆刚玉莫来石熟料。 ? 3、通过研制新的研磨设备和微晶转相技术,建 成了粒径范围为1.0-4.0μm的优质从A12O3-SiO2 系微粉和α-微粉生产基地。 ? 4、分别以铝矾土和轻烧MgO或高纯镁砂和工业 A12O3为原料,合成出系列烧结与电熔镁铝尖晶 石原料。 ? 5、通过锆英石选引和锆英石脱硅技术研究,建 成了优质锆英石精矿和ZrO2≧85% (Fe2O3+TiO2+C≤1%)的脱硅锆供应基地。 ? 6、建成了高中档堇青石、钛酸铝合成原料基地, 初步形成了优质红柱石原料基地。其它如高纯大 结晶鳞片状石墨、耐火制品用各种有机、无机结 合剂、添加剂均形成了规模生产。 12.6.1.2新型耐火材料制品 新型耐火材料制品 碳结合制品和非氧化物制品 高效碱性制品和高铝制品 氧化物与非氧化物复合耐火材料 ZrO2-A12O3-A3S2(莫来石)-SiC复合材料 ZrO2-A12O3-A3S2(莫来石)-BN复合材料 O-Sialon-ZrO2-C复合材料 功能耐火材料 优质节能耐火材料 微粉与高效不定形耐火材料 新型轻质耐火材料 特种耐火材料 12.6.2 世界耐火材料的新动态 ? 1) 由法国Sowoi公司开发“陶瓷杯”技术,显著减少了 铁水渗透引起的损毁和热损失,避免了出铁口的区域过 早损毁,提高了高炉炉缸的寿命,“陶瓷杯”用材料的 主要化学成分是A12O3,SiO2,Cr2O3,Sialon等,其各 方面性能均有较大改进。 ? 2) 改进了高炉碳砖的结构和性能,采用高热导、高纯度、 微气孔的热压碳砖,以克服碱侵蚀、碳沉积、铁水渗透 等原因造成的损毁。 ? 3) 转炉炉衬寿命有了成倍提高。主要因为MgO-C砖的 质量,由于Al-Mg合金抗氧化剂的加入得到显著提高。 同时铁水预处理技术,挂渣技术的应用,火焰喷补新技 术同激光测厚技术相结合的新型喷补技术的应用,对转 炉寿命的很高都起到了巨大的作用。 ? 4) 电炉炼钢得到进一步推广,优质碱性导电耐火材料的研 究与开发及经特殊高温处理的MgO-C导电耐火砖的应用, 为直流电弧炉的发展铺平道路。 ? 5) 以MgO为基的碱性滑板抗侵蚀能力强,适用于Ca处理 钢和Al/Si镇静钢,已基本代替了A12O3-C相和A12O3ZrO2-C滑板.MgO-尖晶石滑板较A12O3-ZrO2-C滑板使用 次数提高一倍。MgO质碱性滑板的进一步发展方向是提 高致密度,减小气孔率、增加C含量,以获得更好的高温 力学性能。 ? 6) 连铸用A12O3-C制品通过特定的盐处理使A12O3-C水口 内表面氧化形成2-4mm厚无C整体内衬,具有较好抗 A12O3沉积效果;ZrO2-CaO-C,A12O3-CaF2-C是当前已 采用的几种有效的防堵塞水口衬里材料。 ? 7) 钢包用耐火材料主要采用A12O3-尖晶石浇注料,其显著 特点是好的抗蚀性、小的结构剥落和较长的使用寿命。 返回

耐火

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