耐火材料制备工艺Word下载.docx
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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。
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。
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。
其耐火度为2000℃℃以上。
根据耐火材料制品的外形来分
可分为定形耐火材料制品,如烧成砖。
电熔砖。
耐火隔热砖以及实验和工业用坩埚。
器皿等特殊制品;
不定形耐火材料制品,简称散装料,在使用地点才制成所需要的形状和进行热处理,如浇注料、捣打料、投射料、耐火泥等;
耐火纤维,如铝纤维、硅酸铝纤维等,使用时一般经过加工成毯、毡、板、绳。
组合键和纤维块制品。
基本性能要求
耐火材料的性能表现在诸多方面,其中它的物理性能包括结构性能、热学性能、力学性能、使用性能和作业性能。
结构性能包括气孔率、体积密度、吸水率、透气度、气孔孔径分布等。
热学性能包括热导率、热膨胀系数、比热、热容、导温系数、热发射率等。
力学性能包括耐压强度、抗拉强度、抗折强度、抗扭强度、剪切强度、冲击强度、耐磨性、蠕变性、粘结强度、弹性模量等。
使用性能包括耐火度、荷重软化温度、重烧线变化、抗热震性、抗渣性、抗酸性、抗碱性、抗水化性、抗CO侵蚀性、导电性、抗氧化性等。
作业性包括稠度、塌落度、流动度、可塑性、粘结性、回弹性、凝结性、硬化性等。
其中耐火度是耐火材料的最主要的性能技术指标,耐火度越高,其质量也好[2]。
耐火材料的重要性体现在:
影响炉子生产率,影响产品质量,影响炉子寿命,以及影响产品成本。
2传统耐火材料的生产工艺
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;
原料的粉碎和分级。
耐火原料的选矿方法包括手选、冲洗、重选、浮选、磁选、电选、机械拣选和化学选矿等几种。
手选,可以说所有的耐火原料都经过手选,从采矿分级堆放中就开始手选,拣出杂质含量高的废石,不同品级分别堆放。
一般适用于大块物料。
冲洗,原料加工前用水冲洗矿石,洗掉粘附在矿石表面的泥土及杂质,一般适用于大于100mm的块状物料。
重选,在介质流中,利用矿物原料密度不同进行选别。
重选适用粒度范围宽,从几百mm到1mm以下,选矿成本低,对环境污染小。
浮选,利用各种矿物原料颗粒表面对水的湿润性的差异进行选别。
浮选通常能处理小于的物料,原则上能选能选别各种矿物原料,是一种用途最广泛的方法。
磁选,利用矿物颗粒磁性不同,在不均匀磁场中进行选别。
耐火原料磁选大多用于除去铁、钛等杂质。
电选,利用矿物颗粒电性的差别,在高压电场中进行选别。
主要用于分选导体,半导体和非导体矿物。
电选机处理颗粒范围窄,处理能力低,原料需要干燥,因此受到限制,但成本不高,分选效果好,污染小,主要用于粗精矿的精选。
[3]
原料粉碎方式
压碎,缓慢地施加压力于物料,主要用在粗碎、中碎的硬质料,如颚式破碎机。
击碎,瞬息间加力于物料。
主要用在中碎、细碎的脆性料。
如反击式粉碎机,自磨机。
剪碎,在一定的压力下,借剪切力进行研磨,主要用于细碎或韧性料。
如球磨机,辊磨机。
劈碎,在支点间施力。
主要用在粗碎、中碎或脆性料。
如崔氏粉碎机。
[4]
配料与混练
配料组成:
(1)化学组成:
主成分,易熔杂质总量和有害杂质量的规定。
(2)颗粒配比。
(3)常温结合剂。
(4)原料中水分和灼减的换算。
配料方法:
重量:
磅秤、自动称量称、称量车、电子称、光电数字显示称。
容积:
带式、板式、槽式、圆盘式、螺旋式、振动给料机。
混练:
使不同组分和粒度的物料同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泥料制备过程。
其中混练设备:
单轴和双轴搅拌机、混砂机(混合、搅拌)
湿碾机(混合、搅拌和挤压,更均匀)
混练机
混合原理:
对流混合,颗粒从物料中的一处大批地移动到另一处,类似于流体中的骚动。
扩散混合,分离的颗粒散布在不断展现的新生料面上,如同一般的扩散作用那样
。
剪切混合,在物料集合体内部,颗粒之间相对缓慢移动,在物料中形成若干滑移面,就像薄层流体运动。
三种混合机理在混合机中不是绝对分隔的。
各类混合机的混合机理如下表:
混合机类型
移动混合
扩散混合
剪切混合
重力氏(容器旋转)
大
中
小
强制式(容器固定)
气流式
[5]
砖坯的成型
耐火坯料借助于外力和模型,成为具有一定尺寸、形状和强度的坯体或制品的过程
方法:
1.半干法2.可塑法3.注浆法4.振动成型5.热压注成型6热压成7.电熔注法
8.等静压成型
压力机
砖坯干燥
用蒸发的方法从砖坯中排除水分的过程叫砖坯干燥。
有利于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
,是耐火材料工艺必不可少的过程。
其过程分为三个阶段,1.等速干燥阶段2.降速干燥阶段3.低速及平衡干燥阶段如图
干燥方式分为常温干燥和加热干燥:
常温干燥:
一般堆放在空气通的厂房内风干或阴干。
一般可塑法和手工成型或压机成型水分含量大的转坯先风干,有一定强度后再进入其他干燥器内继续干燥。
加热干燥:
常用以下几种类型的干燥设备及方法:
.干燥坑:
由砖砌的火坑。
把砖坯码放在铺有砂子的坑上,用火箱加热,烟气经坑下的烟道加热砂子,是其干燥。
接近火箱处温度较高,离火箱越远温度越低,干燥不均匀,耗热量大。
.室式干燥:
干燥热源一般采用空气预热,被干燥的砖坯码在干燥车上进行干燥。
干燥器载热体温度和湿度可调,气流分布叫均匀,一般适用于干燥大型和特异型制品。
此外还有隧道干燥,电热干燥,红外干燥,超声波干燥等。
制品烧成
耐火材料的烧成是一个复杂的工艺过程。
通过烧成,使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。
常用以下设备:
窑
3现代耐火材料的生产工艺
传统陶瓷的生产工艺是将原料制成细粉再成型。
但是由于特种耐火材料化学的高纯度,超级耐火性能,各种特殊性能,复杂的制品形状,特别的使用要求,还有隔热耐火材料,由于它的特殊结构,气孔不小于45%,几乎所有的耐火材料都追求高致密度,唯有它追求有一定强度的低密度。
所以在生产工艺方面,除了按耐火材料的传统工艺外,还要有降低制品体积密度,增加气孔率的方法。
熔铸法是物料经高温熔化后,直接浇铸成制品的方法。
一般是配料混匀和细磨等工序,在电弧炉内溶化,然后浇注入耐高温的铸型中,再经冷却结晶、退火或切割制成制品。
如熔铸莫来石砖、刚玉砖和镁砖等。
它们的坯体致密,机械强度高、高温结构强度大,抗渣性好,使用范围不断在扩大。
生产中主要通过控制熔化的气氛、熔融温度和冷却条件,以保证高的生产效率、析晶符合要求和形成网络结构。
但在冷却析晶过程中,往往由于析晶温度不一致,产生晶粒偏析而使制品内部形成集中的空洞缩孔。
熔融喷吹法是将物料放在电弧炉中熔融成熔体,在熔体流出的瞬间,以高压空气或过热蒸汽进行喷吹,使熔融物料分散成纤维或形成空心球的方法。
这是生产耐火纤维和空心球(氧化铝空心球或氧化锆空心球)的主要方法。
制品主要用作轻质耐火、隔热材料。
此外,还可制成粉状或粒状不定形耐火材料,临用时以焦油、沥青、水泥、磷酸盐、硫酸盐或氯化盐等结合剂胶结,不经成型和烧结而直接使用。
4耐火材料的发展展望
发展不定型耐火材料
不定型耐火材料被喻为第二代耐火材料,同烧成定型耐火材料有以下优点:
不定型耐火材料不需要压砖机和烧成热工设备,工厂占地小,基本建设投资低。
节约能源,耗能仅为烧成品的
~
.
劳动强度低,可完全机械作业,生产效率高。
可任意造型,制成整体衬体,强度高,抗热震性好,无接缝,气密性好,散热损失小。
用电容法生产原料和制品
熔铸砖与陶瓷结合砖相比主要优点是晶间结合,晶体发育好,排列紧密,气孔少,蠕变率小,尽管材料中存在低熔相,但它填充在晶体骨架空隙中,并不起主导作用。
通过电熔还能起到除杂质,如高铝矾土中的Si
,
,MgQ,
O,
等的提纯作用。
因此电熔材料的特点是:
结构致密,气孔率低,如采用氧化法的电熔Zr
大型块体显气孔率为%~1%;
材料纯度高,如我国用A
大于85%的高矾土熟料电熔成A
不小于%的亚白刚玉;
荷重软化温度小;
机械强度高;
电熔材料的缺点是热导率偏高,抗热震性较差。
发展炉体冷却技术,加强耐火材料保护
采用水冷代替耐火材料在高温设备上屡见不鲜。
炼钢电炉采用水冷炉盖和水冷炉壁技术,使电炉使用寿命显著提高。
超高功率电炉炉盖和炉壁热流增大,采用水冷技术可使熔损部分被喷溅上的炉渣冷却而补充。
泡沫渣埋弧技术是在不断增加渣量的前提下,使渣厚度增加。
主要原理是渣中FeO与C反应生成CO气体,慢慢从渣中溢出,使渣保持泡沫化状态,从而减小弧光对称的熔损,降低耐火材料的损耗。
水冷使电能消耗增大,1t钢约增加5%~10%,但使用寿命延长,检修停炉时间缩短,特别是耐火材料消耗降低55%~90%,总得经济效益是好的。
采用水冷与合适的耐火材料相配合应该是未来炉窑等热工设备的发展方向。
[6]
5结束语
作为中国工业生产进步中不可或缺的生产因素,耐火材料在中国的发展是有着长久的历史的,当今的发展已经研究开发了高铝砖、镁铝砖、焦炉硅砖、碳砖、碳化硅砖、电熔莫来石砖、耐火混凝土和不烧砖等广泛应用在国民工业生产中的较好的耐火材料。
如今耐火材料已经广泛应用于钢铁工业有色冶金工业、建材工业以及化工和垃圾焚烧等领域。
而今后的发展前景是朝着原料优质化、向质量型转变、开拓新品种、新工艺、耐火材料综合消耗等方向发展,继续研发科学高效的耐火材料。
参考文献
[1]无计非金属材料工艺原理[专著]/姜建华主编.化学工业出版社2005
[2]耐火材料[专著]/薛群虎,徐维忠主编.—2版.—北京:
冶金工业出版社,2009
[3]耐火材料新工艺技术/徐平坤、魏国钊主编,冶金工业出版社(P126),2005
[4]耐火材料新工艺技术/徐平坤、魏国钊主编,冶金工业出版社(P142),2005
[5]耐火材料新工艺技术/徐平坤、魏国钊主编,冶金工业出版社(P155),2005
[6]耐火材料新工艺技术/徐平坤、魏国钊主编,冶金工业出版社(P15-P17),2005
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