耐火材料工藝學(xué) 第二章耐火材料的生產(chǎn)過(guò)程

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1、 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 2 第二章 耐火材料的生產(chǎn)過(guò)程 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 3 耐 火 原 料 的 選 擇 從 進(jìn) 行 考 慮 ：（ 1） 化 學(xué) 觀 點(diǎn) ： 選 擇 具 有 高 熔 點(diǎn) 的 單 質(zhì) 或 化 合 物 ；（ 2） 礦 物 觀 點(diǎn) ： 選 擇 具 有 高 耐 火 度 的 礦 物 。 門 捷 列 夫 元 素 周 期 表 上 ， 從 H 到 V78個(gè) 元 素中 （ 稀 土 元 素 除 外 ） 熔 點(diǎn) 高 于 2000 的 有 10個(gè) ，（ 熔 點(diǎn) 3500 ， 有 的 書 中 為 3700 100 ）具 有 耐 火 材

2、料 生 產(chǎn) 的 實(shí) 際 意 義 ， 其 它 元 素 的 數(shù) 量不 大 。第一節(jié) 耐火材料的選擇與加工 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 4 約 有 9200種 二 元 化 合 物 ， 約 有 種 化 合 物 是 耐 火 的 。 氧 化 物 中 ： 酸 性 氧 化 物 熔 點(diǎn) 最 低 ： 如 SiO 21713 ， TiO 21825 ； 中 性 氧 化 物 次 之 ： 如 Al2O 3 2050 ， Cr2O 32275 ； 堿 性 氧 化 物 熔 點(diǎn) 高 ： 如 MgO 2800 ， CaO 2570 ， BeO 2550 ， SrO 2430 . 約 有 148000種

3、 （ 除 固 熔 體 外 ） ， 可 用 作 耐 火 原 料 的 約有 種 。 如 莫 來(lái) 石 （ 3Al 2O 3 2SiO 2） 熔 點(diǎn) 為 1870 ； 鎂鋁 尖 晶 石 （ Al2O 3MgO ） 熔 點(diǎn) 為 2105 ； 鎂 鉻 尖 晶 石（ Cr2O 3MgO ） 熔 點(diǎn) 為 2350 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 5 估 計(jì) 可 用 作 耐 火 原 料 的 有 種 ， 如 ： 堇青 石 （ 2MgO 2 Al2O 35 SiO 2） 。 合 計(jì) 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

4、 料 只 有 100種 。 why? 除 了 考 慮 熔 點(diǎn) 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(yīng) 該 具 有。 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(diǎn) 為 1772 ， 可 以用 作 耐 火 原 料 ， 但 是 太 昂 貴 了 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 6 儲(chǔ) 量 豐 富 ， 可 穩(wěn) 定 的 供 應(yīng) 原 礦 ， 質(zhì) 量 波 動(dòng) 不 大 ， 雜 質(zhì) 含 量 符 合 技 術(shù) 要 求 。 綜 合 利 用 （ 具

5、 有 開 采 價(jià) 值 的 要 素 ： 品 位 ） 機(jī) 械 、 物 理 、 化 學(xué) 等 方 法 將 所 選 目 標(biāo) 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 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 7 利 用 礦 物 的 密 度 差 ， 在 重 液 中 進(jìn) 行 分 離 。 菱 鎂 礦 ， 破 碎 0 120mm（ 篩 去 0 8mm）分 級(jí) 60 120和 8 60重 液 選 礦 懸 浮 液 中（ MgO 45 46%）有 15%的 廢 礦 原 料 不 能 回 收 處 理 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué)

6、 與 工 程 學(xué) 院 8 利 用 礦 物 被 液 體 所 潤(rùn) 濕 程 度 的 差 別 來(lái) 進(jìn) 行 注 ： 浮 選 劑 （ 工 業(yè) 脂 肪 酸 混 合 物 ） 利 用 雜 物 和 礦 物 對(duì) 浮 選 劑 的 附 著 性 與 潤(rùn) 濕性 的 差 別 。 礦 石 中 MgO 37 41% 浮 選 45.5 46.5% 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 9 通 過(guò) 化 學(xué) 作 用 將 礦 物 中 有 關(guān) 成 分 提 取 出 來(lái) 的 選 礦 方 法 ，分 離 出 來(lái) 的 原 料 的 純 度 較 高 。 獲 得 原 料 : 水 解 獲 得 OHNHMgClClNHOHMgO 4242 4

7、22 3MgCO MgO經(jīng) 輕 燒2MgCl MgO 2223 2 COOHMgClHClMgCO (水 解 )%7.0%,4.98 CaOMgO HClMgOOHMgCl 2100090022 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 10 小 結(jié) ： (1)化 學(xué) 法 制 備 高 純 ; （ 2） 可 以 調(diào) 節(jié) 組 分 間 比 例 （ 在 沉 淀 過(guò) 程 、 共 沉 淀 一 些 物 質(zhì) ） 。%9998MgO OHHCOMgOHCOMgO 22322 2)( OHOHCOMgOHCOMg 22223 5434)( OHCOMgOOHCOMgO 2222 4434 3MgCO

8、MgO經(jīng) 輕 燒 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 11 利 用 不 同 礦 物 具 有 不 同 的 磁 導(dǎo) 系數(shù) 。 利 用 懸 浮 液 的 質(zhì) 點(diǎn)(如 黏 土 、 高 嶺 土 )帶 有 電 荷 ,電 流 通 過(guò) 懸 浮 液 時(shí) ,帶電 的 微 粒 向 帶 有 相 反 電 荷 的 電 極 移 動(dòng) ,并 沉 積 在 其表 面 上 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 12 提 高 制 品 的 性 能 獲 得 性 能 穩(wěn) 定 的 坯 料 ； 改 善 制 品 成 分 ， 組 織 結(jié) 構(gòu) ； 保 證 制 品 的 體 積 穩(wěn) 定 性 ； 保 證 外 形 尺 寸

9、的 準(zhǔn) 確 性 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 13 將 物 料 充 分 細(xì) 磨 （ 采 用 高 效 粉 磨 技 術(shù) ） ， 在 較 低 溫 度 下 燒 結(jié) 熟 料 （ 輕 燒 ） ； 輕 燒 目 的 ： 獲 得 易 燒 的 原 料 （ 缺 陷 多 ， 活 性 高 ), 輕 燒 溫 度 選 擇 具 有 非 常 重 要 性 。 死 燒 制 品 性 能 穩(wěn) 定 制 品 燒 成 困 難輕 燒 活 性 穩(wěn) 定 性 差 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 14 物 料 達(dá) 到 完 全 燒 結(jié) 稱 為 死 燒 。 T=0.7 Ts（ Ts為 主 晶 相 氧 化

10、物 的 熔 點(diǎn) ） 獲 得 高 純 、 高 密 度 的 氧 化 物 制 品 。 工 藝 復(fù) 雜 、 燃 料 消 耗 大 。對(duì) 于 雜 質(zhì) 含 量 大 于 4%的 可 不 采 用 二 步 煅 燒 工 藝 。 多 層 爐 、 沸 騰 爐 、 回 轉(zhuǎn) 爐 、 豎 爐 等 。輕 燒 壓 球 （ 壓 坯 ） 死 燒 （ 亦 稱 兩 步 煅 燒 ） 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 15 a、 選 礦 時(shí) 需 要 ； b、 成 型 時(shí) 獲 得 較 高 的 堆 積 密 度 ； c、 燒 結(jié) 活 性 。 粗 碎 ： 顎 式 破 碎 機(jī) ； 中 碎 ： 圓 錐 式 破 機(jī) 細(xì) 碎 ： 球 磨

11、 機(jī) 使 用 上 述 機(jī) 械 應(yīng) 生 產(chǎn) 能 力 由 大 變 小 ； 注 意 防 塵 ； 注 意 隔 音 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 16 a、 高 效 能 研 磨 促 進(jìn) 相 變 和 固 相 反 應(yīng) 發(fā) 生 ； b、 表 面 活 性 提 高 ， 增 大 固 相 反 應(yīng) 程 度 ， 降 低 燒 結(jié) 溫 度 ； c、 注 意 職 業(yè) 病 ， 矽 肺 （ 主 要 由 可 溶 性 SiO 2粉 塵 引 起 ） ； d、 高 效 能 研 磨 手 段 ： 振 動(dòng) 磨 、 氣 動(dòng) 磨 、 攪 拌 磨 、 爆 炸 方 法 等 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院

12、 17 表 面 活 性 劑a、 使 物 料 顆 粒 表 面 自 由 能 和 晶 格 畸 變 程 度 減 小 ， 促 進(jìn) 顆 粒 軟 化 ； b、 吸 附 作 用 平 衡 顆 粒 表 面 的 不 飽 和 鍵 ， 防 止 顆 粒 重 新 聚 合 ； 上 述 作 用 都 是 為 了 防 止 重 新 聚 合 成 大 顆 粒 。 胺 、 醇 、 酯 、 醚 、 無(wú) 機(jī) 鹽 類 （ 水 ） 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 18 準(zhǔn) 備 成 型 的 物 料 粉 體 顆 粒 的 構(gòu) 造 ： 一 次 顆 粒 、 二 次 顆 粒 ） 粉 體 的 粒 度 ： 粒 徑 、 粒 度 分 布 顆 粒

13、 的 形 狀 ： 1） 設(shè) 一 顆 粒 粒 徑 為 dp， 體 積 為 v， 表 面 積 為 s， 則 v= dp3 s= dp2 第二節(jié) 坯料的制備 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 19 顆 粒 形 狀 影 響 粉 體 的 流 動(dòng) 性 。 a、 休 止 角 ： 未 加 負(fù) 載 的 粉 料 堆 積 在 水 平 面 上 ， 假 設(shè) 落 在 料 堆頂 上 的 粉 料 速 度 是 可 以 忽 略 不 計(jì) 的 ， 則 料 堆 與 水 平 面 的 交 角 。b、 偏 析 ： 粉 料 流 動(dòng) 時(shí) ， 顆 粒 密 度 、 形 狀 、 表 面 性 狀 等 的 差 異 ，粉 料 呈 不 均

14、 勻 的 現(xiàn) 象 稱 偏 析 。 粉 料 進(jìn) 入 料 倉(cāng) 時(shí) ， 因 有 一 定 落 差 ， 使 粗 細(xì) 粉 分 開 。 ： 料 倉(cāng) 加 料 時(shí) ， 粗 粒 料 層 起 篩 分 作 用 ， 細(xì) 粉 可 穿 過(guò) 其 間 進(jìn) 入 下 面 的 靜 止 層 ； 粗 顆 粒 質(zhì) 量 大 ， 摩 擦 系 數(shù) 小 ， 使 得 粗 顆 粒 滾 落 快 而 流 向 倉(cāng) 壁 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 20 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 21 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 22 三 級(jí) 配 料 ： 粗 ： 中 ： 細(xì) 兩 級(jí) 配 料 ：

15、 粗 ： 細(xì) 3:7 2:1:7 粗 顆 粒 :從 .5mm到 34mm; 中 顆 粒 :從 .2(或 0.1)mm到 0.5mm左 右 ; 細(xì) 顆 粒 :從 0到 0.2(或 0.1)mm. 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 23 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 24 采 用 單 一 的 顆 粒 不 能 達(dá) 到 緊 密 堆 積 ; 采 用 多 組 分 可 達(dá) 到 緊 密 堆 積 ， 而 且 組 分 顆 粒尺 寸 相 差 越 大 越 好 ; 較 細(xì) 顆 粒 數(shù) 量 應(yīng) 足 夠 填 充 于 緊 密 排 列 的 顆 粒構(gòu) 成 的 間 隙 中 ; 增 加 顆

16、 粒 組 分 雖 可 以 提 高 堆 積 密 度 ， 但 當(dāng) 3時(shí) ， 無(wú) 實(shí) 際 意 義 ; 應(yīng) 適 當(dāng) 增 大 臨 界 顆 粒 尺 寸 ， 以 使 各 組 分 顆 粒尺 寸 相 差 大 些 ; 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 25 配 料 包 括 按 規(guī) 定 比 例 的 各 種 原 料 、 和 同 一 原 料 的各 不 同 顆 粒 組 成 配 合 的 粉 料 ； a、 配 料 的 化 學(xué) 組 成 必 須 能 滿 足 制 品 的 要 求 ， 并 且應(yīng) 比 控 制 指 標(biāo) 高 些 （ 純 度 高 、 雜 質(zhì) 成 分 少 ） ； b、 結(jié) 合 劑 的 選 擇 對(duì) 制 品 的

17、 最 終 性 能 不 產(chǎn) 生 影 響 ，對(duì) 結(jié) 合 劑 變 為 制 品 的 一 部 分 應(yīng) 慎 重 ， 作 為 配 料 組 成 配 料 ； c、 原 料 中 含 水 分 和 灼 減 成 分 時(shí) ， 使 得 原 料 、 配 料和 制 品 的 化 學(xué) 組 成 之 間 出 現(xiàn) 換 算 關(guān) 系 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 26 ： 比 較 準(zhǔn) 確 ， 誤 差 一 般 0.2%： 按 體 積 比 來(lái) 配 料 。 常 用 、 簡(jiǎn) 單 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 27 使 兩 種 以 上 不 均 勻 物 料 的 成 分 和顆 粒 均 勻 化 ， 促 進(jìn)

18、 顆 粒 接 觸 和 塑 化 的 操 作 過(guò)程 稱 為 混 練 。 耐 火 材 料 的 混 練 是 混 合 的 一 種 ， 伴 隨 有 一 定 程 度 的 擠 壓 、 捏 合 、 排 氣 過(guò) 程 在 內(nèi) 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 28 不 均 勻 系 數(shù) ： 混 合 的 均 勻 程 度 與 物 料 的 質(zhì) 量 體 積 有 關(guān) ， 物料 體 積 越 小 、 質(zhì) 量 小 則 混 合 均 勻 程 度 越 高 （ 采 用濕 法 球 磨 ） 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 29 快 速 混 合 階 段 擴(kuò) 散 混 合 階 段 后 期 混 合 階 段

19、（ 逆 混 合 階 段 ） 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 30 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 31 將 混 練 后 或 經(jīng) 過(guò) 擠 泥 處 理 的 坯 料 在 一 定的 溫 度 和 濕 度 的 環(huán) 境 中 儲(chǔ) 放 一 定 時(shí) 間 。 水 分 均 勻 化 ； 膠 體 物 質(zhì) 產(chǎn) 生 ； 細(xì) 菌 使 有 機(jī) 物 變 質(zhì) 生 成 有 機(jī) 酸 ， 使 坯 料 均 化 。322 )(,)(,)( OHAlOHCaOHMg （ 真 空 排 除 氣 泡 ） 真 空 練 泥 機(jī) 強(qiáng) 化 塑 化在 軟 化 點(diǎn) 以 上 操 作 ，含 碳 量 高 有 機(jī) 物 /石 蠟

20、 、 瀝 青 ， 但 不 能 溫 度 太 高 ， 否則 輕 餾 分 揮 發(fā) ） 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 32 簡(jiǎn) 介 半 干 壓 成 型 注 漿 成 型 熱 壓 成 型 （ 熱 塑 性 、 晶 界 蠕 動(dòng) ） 熱 壓 注 成 型 電 熔 鑄 等 靜 壓 成 型 振 動(dòng) 成 型第三節(jié)耐火材料的成型工藝 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 33 1. 定 義 ： 耐 火 坯 料 借 助 于 外 力 和 模 型 ， 成 為 具 有一 定 尺 寸 和 形 狀 、 強(qiáng) 度 的 坯 體 或 制 品 的 過(guò) 程 。 選 擇 成 型 方 法 取 決 于 坯 料

21、性 質(zhì) 、 制 品 形 狀 、 尺 寸的 工 藝 要 求 。2. 成 型 方 法 ： 半 干 法 坯 料 水 分 5%左 右 可 塑 法 坯 料 水 分 15%左 右 注 漿 法 坯 料 水 分 40%左 右其 他 ： 振 動(dòng) 成 型 、 熱 壓 成 型 、 等 靜 壓 成 型 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 34 借 助 于 壓 力 的 作 用 ， 使 坯 體 顆 粒重 新 分 布 ， 在 機(jī) 械 結(jié) 合 力 （ 靜 電 引 力 、 摩擦 力 ） 作 用 下 ， 顆 粒 緊 密 結(jié) 合 ， 發(fā) 生 彈 性和 脆 性 形 變 ， 排 出 空 氣 ， 成 為 有 一 定 尺

22、 寸和 形 狀 強(qiáng) 度 的 制 品 。 ： 形 狀 復(fù) 雜 的 顆 粒 ， 機(jī) 械 結(jié) 合 力 起 主 要 作 用 ； 形 狀 簡(jiǎn) 單 的 顆 粒 ， 摩 擦 力 及 靜 電 引 力 起 主 要 作 用 ； 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 35 顆 粒 移 動(dòng) ， 重 新配 置 成 較 致 密 的 堆 積 （ 壓縮 明 顯 ） ； 顆 粒 發(fā) 生 脆 性 及彈 性 變 形 ， 壓 縮 呈 階 梯 狀 ，短 促 而 頻 繁 ；在 極 限 壓 力 下 ，坯 料 致 密 度 不 再 提 高 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 36 認(rèn) 識(shí) 壓 力 的 組

23、成 有 助 于 成 型 較 為 致 密 完 好 的 樣 品壓 力 由 三 部 分 （ 1） 克 服 坯 料 顆 粒 間 內(nèi) 摩 擦 力 的 壓 力 （ ） 措 施 ： 顆 粒 大 小 相 同 ， 等 軸 （ 2） 克 服 坯 料 顆 粒 與 模 壁 間 的 外 摩 擦 力 （ ） 措 施 ： 增 加 模 壁 的 光 滑 性 （ 3） 過(guò) 剩 壓 力 （ 坯 料 水 分 、 顆 粒 組 成 及 在 模 內(nèi) 填 充 的 不 均 勻 性 ） 措 施 ： 粉 料 混 合 均 勻 1P 2P 3P321 PPPP （ 壓 力 通 常 由 實(shí) 驗(yàn) 方 法 確 定 總 壓 力 ） 2021-8-9 材 料

24、科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 37 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 38 Pba ln Paba ln1 a1 P )(MPaba, ： 可 看 作 坯 體 相 對(duì) 密 度 ： 壓 制 壓 力 ；： 壓 縮 坯 料 常 數(shù)：真氣孔率； 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 39 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 40 Paba ln1 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 41 （ 1） 常 數(shù) a、 b取 決 于 自 然 堆 積 坯 料 的 氣 孔 率 及 物 料 硬 度 ， （ ， a b ） ； （ 2） 物 料 的

25、 硬 度 增 大 ， 則 坯 體 的 氣 孔 率 及 a b的 比 值 也 大 ； （ 3） 物 料 的 相 對(duì) 密 度 與 為 反 比 關(guān) 系 ； 所 以 比 值 可 用 來(lái) 表 示 坯 料 趨 向 致 密 的 能 力baba 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 42 fh： 距 受 壓 面 h處 壓 強(qiáng) 系 數(shù) ； f： 受 壓 表 面 上 壓 強(qiáng) ； h： 距 受 壓 面 的 距 離 ； R： 坯 體 截 面 的 水 力 半 徑 。RhKh eff hfh沿 壓 制 方 向 ， 壓 強(qiáng) 落 差 決 定 了 坯 體 的 均 勻 程 度 ，即 可 用 fh /f來(lái) 估 算

26、， 即 坯 體 均 勻 程 度 系 數(shù) ：， = 1為 理 想 狀 態(tài)RhKh eff 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 43 壓 制 時(shí) ， 壓 強(qiáng) 不遵 守 帕 斯 卡 定 律 所 致 ） RHCH 0 6RH（ 距 離 受 壓 面 處 的 氣 孔 率 ； 距 離 受 壓 面 處 的 體 積 密 度 ； 常 數(shù) ， 取 決 于 坯 料 性 質(zhì) 和 常 數(shù) ； 坯 體 的 水 力 半 徑 ） RHCH 0 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 44 RHCH 0 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 45 坯 體 內(nèi) 外 摩 擦 系 數(shù) 降

27、 低 ， 將 使 提 高 ； 坯 體 受 壓 面 與 厚 度 的 比 值 增 大 ， 使 提 高（ =0.74） 塑 化 劑 、 表 面 活 性 劑 的 引 入 ， 使 提 高 坯 料 顆 粒 較 粗 ， 水 分 較 大 ， 使 提 高 （ 液膜 的 潤(rùn) 濕 作 用 ） 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 46 坯 體 壓 制 時(shí) ， 外 部 壓 力 被 內(nèi) 部 彈 性 力 所 均 衡 ，當(dāng) 外 力 取 消 時(shí) ， 內(nèi) 部 彈 性 力 被 釋 放 出 來(lái) ， 引 起 坯 體膨 脹 的 作 用 稱 為 彈 性 后 效 。 （ 成 型 時(shí) 產(chǎn) 生 廢 品 的 主 要 原 因 ）

28、層 裂彈 性 后 效 引 起 不 均 勻 膨 脹坯 體 本 身 性 質(zhì) 的 不 均 勻 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 47 氣 體 的 影 響 排 除 （ 壓 縮 氣 體 的 壓 力 較 大 ， 會(huì) 超 過(guò) 磚 坯 的斷 裂 強(qiáng) 度 ） ； 水 分 的 影 響 水 分 大 小 和 分 布 不 均 勻 （ 水 分 小 時(shí) ， 彈 性 后效 引 起 層 裂 ； 水 分 大 時(shí) ， 水 分 引 起 層 裂 ） ； 加 壓 次 數(shù) ： 多 次 加 壓 ； 壓 制 時(shí) 間 及 壓 力 的 影 響 緩 慢 加 壓 ， 增 大 塑 性 變 形 程 度 。 2021-8-9 材 料 科

29、 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 48 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 49 ： （ 粉 狀 原 料 +解 膠 劑 /反 絮 凝 劑 +懸 浮 液 ）泥 漿 ， 澆 注 到 有 吸 水 性 的 模 型 中 ， 吸 去 水 分 ， 按模 型 形 狀 形 成 坯 體 ， 稱 注 漿 成 型 。采 用 石 膏 和 高 分 子 模 型 ； 懸 浮 液 ： 水 （ 3545%） 和 酒 精 。 空 心 ： 薄 壁 中 空 制 品 ， 如 坩 堝 （ 要 求 泥 漿 有 較 好的 流 動(dòng) 性 ） 實(shí) 心 ： 厚 壁 大 件 制 品 ， （ 容 易 中 間 開 裂 ） 泥 漿 稠度 要 大 2

30、021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 50 泥 漿 調(diào) 制 ： 稠 度 是 主 要 控 制 指 標(biāo) ： 稠 度 包 含 兩 個(gè)因 素 ： 流 動(dòng) 性 和 固 含 量 臨 界 稠 度 ； 泥 漿 比 重 干 燥 時(shí) 體 積 收 縮 率 可 表 示 固 含 量 )1( Z Z )1( Z 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 51 泥 漿 濃 稠 ， 容 易 流 動(dòng) ， 有 粘 性 、 脫 模 時(shí) 間短 ， 脫 模 后 強(qiáng) 度 大 ， 泥 漿 穩(wěn) 定 泥 漿 凍 結(jié) ： 固 含 量 高 ， 顆 粒 配 比 近 似 于 密堆 泥 漿 觸 變 ： 細(xì) 粉 含 量 太 多

31、， 包 含 過(guò) 量 的 水 泥 漿 沉 降 容 ： 泥 漿 不 穩(wěn) 定 （ 沉 降 物 所 占 的容 積 ） 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 52 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 53 三、其它成型方法 熱 壓 成 型 （ 熱 塑 性 、 晶 界 蠕 動(dòng) ） 致 密 金 剛 石 、 炭 化 硅 、 賽 隆 （ ） 、 二 氧 化鋯 、 氧 化 鋁 ， 控 制 晶 粒 生 長(zhǎng) 熱 壓 注 成 型 埋 粉 排 塑 電 熔 鑄 等 靜 壓 成 型 振 動(dòng) 成 型 3000次 /分 鐘 振 動(dòng) ， 使 顆 粒 重 排 設(shè) 備 ： 振 動(dòng) 錘 、 振 動(dòng) 臺(tái)

32、、 振 動(dòng) 器 （ 耐 火 混 凝 土 常 用 ）Sialon 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 54 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 55 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 56 干 燥 的 重 要 性 干 燥 階 段 干 燥 速 度 與 干 燥 條 件 的 關(guān) 系 干 燥 過(guò) 程 氣 孔 形 成 和 應(yīng) 力 產(chǎn) 生第四節(jié) 耐火材料的干燥 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 57 * 重 要 工 序 使 坯 體 獲 得 一 定 機(jī) 械 強(qiáng) 度 ， 有 利 于 裝窯 和 保 證 燒 成 初 期 能 夠 順 利 進(jìn)

33、行 ;經(jīng) 過(guò) 干 燥的 半 成 品 得 到 初 步 定 型 ,可 能 暴 露 成 型 過(guò) 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(qiáng) 度 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 58 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 59 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(guān) ） 屬 于 表 面 蒸 發(fā) 速 率 過(guò) 程 干 燥 速 度 降 低 ， 干 燥 介 質(zhì) 影

34、響 較 小 ， （ 與 坯體 含 水 量 和 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 有 關(guān) ） 擴(kuò) 散 速 率 過(guò) 程平 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(duì) 濕 度 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 60 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 61 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 . 小 于 100 時(shí) 保 留 在 坯 體中 的 水 分 .當(dāng) 坯 體

35、的 含 水 量 與 外 界 條 件 (周 圍 空 氣 )達(dá) 到 平 衡 時(shí) 所 含 的 水 分 ; 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 62 二、干燥速度與干燥條件的關(guān)系 溫 度 濕 度 流 動(dòng) 速 度 （ 干 燥 介 質(zhì) ）（ 等 速 干 燥 影 響 較 為 明 顯 （ 表 面 過(guò) 程 ） 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 63 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 64 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 65 三、干燥過(guò)程氣孔形成和應(yīng)力產(chǎn)生 可 塑 水 ： 產(chǎn) 生 最 大 塑 性 所 需 水 分 ， 形 成 潤(rùn) 滑

36、水 膜 收 縮 水 ： 濕 坯 干 燥 達(dá) 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(shí) 排 出 水 分 （ 剛 性 體 不 發(fā) 生 收 縮 ） 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 66J BJHGBJIFJ 曲 線 為 粘 土 的 收 縮 曲 線 ；曲 線 為 水 分 的 排 出 曲 線 ；點(diǎn) ： 收 縮 與 排 出 水 分 體 積 相 等 ；點(diǎn) 以 后 ： 排 出 水 分 大 于 收 縮體 積 ， 所 以 產(chǎn) 生 氣 孔 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 67 干 燥 時(shí) ， 內(nèi) 部 水 分 不 等

37、 ，存 在 水 分 梯 度 ， 導(dǎo) 致 坯 體 干燥 不 均 勻 ， 使 得 坯 體 內(nèi) 部 產(chǎn)生 應(yīng) 力 ； 等 速 干 燥 階 段 ： 干 燥 曲線 平 行 （ 5%以 上 ） 某 一 點(diǎn)時(shí) ， 曲 線 急 劇 彎 曲 使 表 面 含水 量 和 中 心 處 不 等 ， 表 面 含水 量 等 于 零 ， 產(chǎn) 生 不 均 勻 收縮 ， 導(dǎo) 致 內(nèi) 部 產(chǎn) 生 應(yīng) 力 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 68 干 燥 變 形 干 燥 裂 紋 減 速 干 燥 階 段 ， 采 取 溫 度 梯 度 干 燥 ； 控 制 干 燥 速 度 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué)

38、院 69 磚 坯 進(jìn) 行 干 燥 時(shí) ， 控 制 條 件 的 總 和 ， 包括 ： 干 燥 時(shí) 間 ， 進(jìn) 入 和 排 出 干 燥 劑 的 溫 度 ，相 對(duì) 濕 度 ， 坯 體 干 燥 前 后 的 水 分 ； 干 燥 時(shí) 間 關(guān) 系 到 正 確 選 擇 干 燥 設(shè) 備 ， 保證 正 常 生 產(chǎn) 與 經(jīng) 濟(jì) 性 ， 是 重 要 參 數(shù) 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 70 物 料 性 質(zhì) 與 結(jié) 構(gòu) （ 結(jié) 合 粘 土 量 、 熟 料 顆 粒 組成 ： 粗 細(xì) ） 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

39、 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 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 71 足 夠 的 機(jī) 械 強(qiáng) 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 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 72 回 轉(zhuǎn) 窯 ： 含 水 量 低 （ 推 車 制 度 決 定 ） ； 其

40、 他 窯 ： 水 分 可 以 提 高 。 粘 土 磚 ： 23% 硅 磚 ： 12% 鎂 磚 ： 0.61.0%（ 防 止 水 化 ）MgO 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 73 隧 道 干 燥 器 、 室 式 干 燥 器 、 其 它 （ 利 用 隧 道 窯的 熱 煙 氣 ） 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 74 第五節(jié) 耐火材料的燒成 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 75 為 殘 余 水 分 排 出 ， 該 過(guò) 程 完 成 較 快 . 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 76 排 出 結(jié) 晶 水 ， 分 解

41、， 有 機(jī) 物 氧 化 ； 同 時(shí) 有 少 量 晶 型 轉(zhuǎn) 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 ） 。該 階 段 坯 體 減 輕 ， 氣 孔 率 增 大 ， 強(qiáng) 度 有 所 下 降 （ 原 因 ： 氫 鍵 消 失 ； 由 于 晶 型 轉(zhuǎn) 變 ， 密 堆 結(jié) 構(gòu) 被 改 變 。 2324 ,COSO22 COOC COOC 22 2 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 77 分 解 作 用 繼 續(xù) ,隨 溫 度 升 高 液 相 生 成 量增 加 ,液 相 黏 度 降 低 ，

42、某 些 耐 火 相 開 始 形 成 ，并 進(jìn) 行 溶 解 重 結(jié) 晶 。 將 發(fā) 生 質(zhì) 點(diǎn) 的 擴(kuò) 散 、 粘 滯 流 動(dòng) 、 溶 解沉 淀 傳 質(zhì) ， 液 體 的 表 面 張 力 使 顆 粒 之 間 緊密 接 觸 。致 密 化 、 強(qiáng) 度 增 大 、 體 積 縮 小 、 氣 孔 率 降 低 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 78 液 相 、 固 相 、 反 應(yīng) 燒 結(jié) ， 氣 孔 進(jìn) 一 步 消 失 或 變 小 ，是 致 密 化 的 耐 火 相 析 晶 、 晶 型 轉(zhuǎn) 變 、 玻 璃 相 固 化 使 坯 體 強(qiáng) 度 、 密 度 、 體 積 依 品 種 不 同 都 有

43、 相 應(yīng) 變 化 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(jié) 構(gòu) 的轉(zhuǎn) 化 。CaO SCSC 22 2ZrO 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 79 物 料 經(jīng) 高 溫 作 用 ， 變 成 具 有 一 定 強(qiáng) 度 和氣 孔 率 很 低 （ 或 無(wú) 氣 孔 ） 的 致 密 石 狀 物 的 工藝 過(guò) 程 。 與 燒 成 的 區(qū) 別 ？ 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 801 1221 211 )()( f ffCB BBCZ 21,BB 21, ff 21,CC式 中 ， 為 燒 結(jié)

44、 前 后 的 氣 孔 率 ；燒 結(jié) 前 后 的 強(qiáng) 度 ； 系 數(shù)（ 多 孔 材 料 例 外 ） 灼 減 、 相 對(duì) 密 度 、 體 積 密 度 、 吸 水 率 、 晶 體 粒 徑 、水 化 強(qiáng) 度 （ 堿 土 金 屬 氧 化 物 制 備 耐 火 材 料 易 水 化 ， 致密 時(shí) ， 水 化 程 度 減 小 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 81 熱 態(tài) 接 觸 ： 質(zhì) 點(diǎn) 間 接觸 增 加 ， 邊 界 保 留 ； 開 始 階 段 ： 質(zhì) 點(diǎn) 間 邊界 消 失 ， 新 氣 孔 尚 未形 成 ； 形 成 封 閉 氣 孔 階 段 ； 燒 結(jié) 過(guò) 程 中 物 理 性 能變 化

45、 （ 制 品 尺 寸 、 體積 密 度 、 氣 孔 率 ） 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 82 晶 格 能 ， 晶 格 能 大 ， 鍵 力 強(qiáng) ， 結(jié) 構(gòu) 牢 固 ， 高 溫 下 質(zhì) 點(diǎn) 的 可 動(dòng) 性 小 ， 燒 結(jié) 困 難 ； 晶 體 的 結(jié) 構(gòu) 類 型 ： 陽(yáng) 離 子 極 性 小 的 離 子 難 以燒 結(jié) （ Al2O 3 、 MgO 難 以 燒 結(jié) ） 多 晶 體 比 單 晶 體 容 易 燒 結(jié) ； 晶 粒 生 長(zhǎng) ： Al2O 3長(zhǎng) 大 50倍 ， 相 對(duì) 密 度 95% MgO 長(zhǎng) 大 1500倍 ， 相 對(duì) 密 度 6080% 2021-8-9 材 料 科

46、 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 83 粉 體 的 表 面 積 越 大 ， 質(zhì) 點(diǎn) 的 可 動(dòng) 性 越強(qiáng) ， 燒 結(jié) 活 性 越 高 CmCmOAl oo 1400,1%,9590,1700,10:32 就 可 達(dá) 到 ， 鋁 礬 土 亦 同 樣 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 84 過(guò) 于 提 高 燒 結(jié) 溫 度 ， 延 長(zhǎng) 燒 結(jié) 時(shí) 間 無(wú) 益 。 加 強(qiáng) 質(zhì) 點(diǎn) 間 的 接 觸 ； 高 溫 下 促 進(jìn) 塑 性 流 動(dòng) ； 加 快 質(zhì) 點(diǎn) 間 擴(kuò) 散 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 85 增 加 晶 格 缺 陷 ， 活 化 晶 格 ， 提 高 燒

47、結(jié) 驅(qū) 動(dòng) 力 表 面 張 力 毛 細(xì) 管 力 ， 促 使 顆 粒 緊 密 接 觸 和 致 密 重 排 ；不 利 于 燒 結(jié) 致 密 高 耐 火 層 ， 阻 礙 燒 結(jié) 的 進(jìn) 行 ； 晶 型 轉(zhuǎn) 變 的 體 積 效 應(yīng) ， 增 加 質(zhì) 點(diǎn) 間 遷 移 距 離 ， 阻 礙燒 結(jié) ； 外 加 劑 析 出 晶 界 ， 阻 礙 晶 界 移 動(dòng) 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 86 表 面 張 力 ： 直 接 結(jié) 合 粘 度 ： 傳 質(zhì) 潤(rùn) 濕 ： 產(chǎn) 生 毛 細(xì) 管 力 的 前 提液 相 組 成 越 簡(jiǎn) 單 ， 即 液 相 所 含 的 晶 相 “ 核 前 群 ” 越 少 ，

48、 越 有 利 于 析 晶 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 87 增 加 氣 孔 率 （ 燒 結(jié) 時(shí) 形 成 孤 立 氣 孔 ） 吸 附 氣 相 薄 膜 （ 阻 礙 直 接 接 觸 ， 影 響 傳 質(zhì) ） 氣 體 在 固 相 中 溶 解 度 大 時(shí) ， 能 促 進(jìn) 燒 結(jié) ，否 則 對(duì) 燒 結(jié) 無(wú) 益 。Al2O 3在 氬 氣 或 空 氣 中 燒 結(jié) 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 88 升 溫 速 度 、 燒 成 最 高 溫 度 、 保 溫 時(shí) 間 、冷 卻 速 度 和 燒 成 氣 氛 。 取 決 于 燒 成 或 冷 卻 時(shí) 所 受 的 應(yīng)

49、力 作 用 a、 溫 度 剃 度 和 熱 脹 冷 縮 造 成 的 “ 熱 應(yīng) 力 ” ； b、 制 品 內(nèi) 部 物 理 化 學(xué) 變 化 、 晶 型 轉(zhuǎn) 變 、 重 結(jié) 晶 和 晶 粒 長(zhǎng) 大 等 因 素 造 成 的 “ 應(yīng) 力 ” 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 89 依 據(jù) 制 品 種 類 、 所 用原 料 性 質(zhì) 和 使 用 條 件 下 對(duì) 制 品 各 種 性 能要 求 定 。 原 料 越 純 ， 品 味 越 高 ， 則 燒 成 溫 度越 高 。 ： 磚 坯 的 燒 結(jié) 性 、 形 狀尺 寸 、 窯 溫 均 勻 性 、 裝 窯 密 度 和 高 溫 階段 的 升 溫 速 度 。 2021-8-9 材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 90 硅 磚 ： 還 原 氣 氛 ； 鎂 磚 ： 弱 氧 化 氣 氛 ； 含 碳 制 品 ： 隔 絕 空 氣 的 還 原 氣 氛 。