耐火材料生产基本知识详述.docx

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耐火材料生产基本知识详述

技术工人培训教材

圣奥耐火材料

博奥窑炉节能技术研究所

2004年10月

绪论

一、耐火材料的定义……………………………………………………………………（4）

二、耐火材料的分类……………………………………………………………………（4）

三、耐火材料的地位和作用……………………………………………………………（5）

四、耐火材料工业的发展概况…………………………………………………………（6）

第一章耐火材料的性质

第一节化学－矿物组成…………………………………………………………………（7）

一、化学组成……………………………………………………………………………（7）

二、矿物组成与结构……………………………………………………………………（7）

第二节常温物理性质……………………………………………………………………（7）

一、密度…………………………………………………………………………………（7）

二、常温耐压强度………………………………………………………………………（8）

第三节高温作业性质……………………………………………………………………（8）

一、耐火度………………………………………………………………………………（9）

二、荷重软化温度………………………………………………………………………（9）

三、其它高温性能………………………………………………………………………（10）

第四节形状正确性和尺寸准确性………………………………………………………（11）

第二章耐火材料生产过程

第一节原料加工…………………………………………………………………………（12）

一、原料煅烧……………………………………………………………………………（12）

二、原料的检选…………………………………………………………………………（12）

三、破粉碎………………………………………………………………………………（12）

四、筛分…………………………………………………………………………………（12）

第二节砖料的制备………………………………………………………………………（13）

一、颗粒配比……………………………………………………………………………（13）

二、配料…………………………………………………………………………………（13）

三、混合…………………………………………………………………………………（14）

四、睏料…………………………………………………………………………………（14）

第三节成型（砖坯的压制）……………………………………………………………（14）

一、成型方法……………………………………………………………………………（14）

二、半干成型的压制过程………………………………………………………………（15）

三、压制的不均匀性（层密度现象）…………………………………………………（15）

四、弹性后效与层裂……………………………………………………………………（15）

五、提高成型质量的三个问题…………………………………………………………（16）

六、成型设备与模具尺寸的确定………………………………………………………（16）

第四节砖坯的干燥…………………………………………………………………………（16）

一、干燥过程……………………………………………………………………………（16）

二、干燥方法与干燥设备………………………………………………………………（17）

三、半成品检验…………………………………………………………………………（17）

第五节烧成…………………………………………………………………………………（17）

一、装窑…………………………………………………………………………………（17）

二、焙烧…………………………………………………………………………………（18）

三、出窑…………………………………………………………………………………（18）

第六节成品检验与堆放方法………………………………………………………………（18）

一、成品检验……………………………………………………………………………（18）

二、成品堆放……………………………………………………………………………（19）

第七节防尘与除尘…………………………………………………………………………（19）

一、防尘…………………………………………………………………………………（20）

二、除尘…………………………………………………………………………………（20）

第三章粘土质耐火材料

第一节粘土质制品的分类…………………………………………………………………（21）

第二节粘土原料……………………………………………………………………………（21）

一、粘土的分类…………………………………………………………………………（21）

二、粘土的化学---矿物组成与其矿物影响……………………………………………（22）

三、耐火粘土的工艺性质………………………………………………………………（22）

第三节粘土质制品的生产工艺……………………………………………………………（23）

一、结合粘土与其他结合剂的制备……………………………………………………（23）

二、熟料制备……………………………………………………………………………（24）

三、坯料的制备…………………………………………………………………………（25）

四、成型工艺……………………………………………………………………………（26）

五、干燥…………………………………………………………………………………（27）

六、烧成…………………………………………………………………………………（27）

第四节粘土质制品的一般性质和用途……………………………………………………（29）

一、粘土制品的一般性质………………………………………………………………（29）

二、粘土制品的用途……………………………………………………………………（30）

第四章高铝质耐火材料

第一节高铝质制品的基本特性和所用原料………………………………………………（31）

一、按制品中的化学—矿物组成分类…………………………………………………（31）

二、按用途分类…………………………………………………………………………（31）

第二节高铝质制品的生产工艺……………………………………………………………（31）

一、高铝质品的基本特性………………………………………………………………（31）

二、高铝制品原料………………………………………………………………………（32）

第三节高铝质制品的基本特性……………………………………………………………（33）

一、工艺流程与其特点…………………………………………………………………（33）

二、生产工艺要点………………………………………………………………………（34）

第四节高铝质制品的用途…………………………………………………………………（35）

第五章硅质耐火材料

第一节硅质制品生产的物理—化学原理…………………………………………………（36）

一、氧化硅的各种变体与性质…………………………………………………………（36）

二、石英转化的动力学与矿化剂的作用………………………………………………（36）

第二节硅砖生产用原料……………………………………………………………………（38）

一、硅质原料的种类……………………………………………………………………（38）

二、硅砖生产用硅石性质………………………………………………………………（38）

三、矿化剂的选择和加入量的确定……………………………………………………（39）

四、结合剂的选择和加入量的确定……………………………………………………（39）

五、泥料颗粒组成的选择………………………………………………………………（40）

第三节硅砖的生产工艺…………………………………………………………………（40）

一、生产硅砖的工艺流程………………………………………………………………（40）

二、生产工艺要求………………………………………………………………………（40）

第四节硅质耐火材料的性质与使用………………………………………………………（43）

一、硅质耐火材料的性质………………………………………………………………（43）

二、硅质耐火材料的使用………………………………………………………………（44）

第六章轻质耐火材料

第一节概论…………………………………………………………………………………（45）

第二节轻质耐火材料的生产工艺…………………………………………………………（45）

一、烧尽加入物法………………………………………………………………………（45）

二、泡沫法………………………………………………………………………………（46）

三、化学法………………………………………………………………………………（47）

第三节轻质制品的主要性质要求与应用…………………………………………………（48）

一、主要性质要求………………………………………………………………………（48）

二、轻质耐火制品的使用………………………………………………………………（48）

第七章不定型耐火材料

第一节耐火混凝土…………………………………………………………………………（49）

一、硅酸盐水泥耐火混凝土……………………………………………………………（49）

二、磷酸盐耐火混凝土…………………………………………………………………（52）

三、硅酸盐耐火混凝土…………………………………………………………………（53）

四、水玻璃耐火混凝土的生产工艺……………………………………………………（54）

第二节耐火泥………………………………………………………………………………（55）

一、粘土质耐火泥………………………………………………………………………（56）

二、高铝质耐火泥………………………………………………………………………（56）

三、硅质耐火泥…………………………………………………………………………（56）

四、镁质耐火泥…………………………………………………………………………（57）

第八章其它耐火材料

第一节镁质耐火材料………………………………………………………………………（58）

一、镁质耐火材料的原料………………………………………………………………（58）

二、镁砖的生产工艺……………………………………………………………………（58）

第二节半硅质耐火材料……………………………………………………………………（60）

一、石英—粘土制品……………………………………………………………………（61）

二、叶腊石制品…………………………………………………………………………（61）

第三节碳化硅质耐火材料…………………………………………………………………（61）

一、碳化硅………………………………………………………………………………（61）

二、碳化硅制品的生产工艺……………………………………………………………（62）

三、碳化硅质耐火材料的性能与应用…………………………………………………（62）

第四节硅酸铝纤维与其制品………………………………………………………………（63）

一、硅酸铝纤维的生产工艺……………………………………………………………（63）

二、硅酸铝纤维制品生产工艺…………………………………………………………（64）

三、硅酸铝纤维与其制品的性能………………………………………………………（64）

第五节磷酸盐结合高铝质耐火砖…………………………………………………………（64）

绪论

一、耐火材料的定义

耐火材料是指耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。

耐火材料一般用硅酸铝系统的天然矿石和岩石作为主要原料，它的基本工艺和某些基本特点与硅酸盐系统的其它产品相类似，所以耐火材料列为硅酸盐系统中的一种产品，是硅酸盐工业中的一个重要组成部分。

它和水泥、瓷、玻璃等硅酸盐工业一样在国民经济中具有相当重要的地位和作用。

耐火材料素有“钢铁之母”之美称，因它具有在热工设备中有抵抗高温的特殊性能，而在现代工业的发展中占据十分重要的地位。

随着科学技术的发现和需要，耐火材料的使用围日益扩大，由冶金（包括钢铁与有色冶金等）、硅酸盐（水泥、瓷等）、化工、动力、机械制造等工业，扩展到一切有高温操作的工矿企业中，其窑炉（燃烧窑、熔池、火道、坩埚）等热工设备的受热部分，耐火材料都是不可缺少的重要建筑结构材料。

在尖端科学领域里（如火箭、原子反应堆等）同样是不可缺少的耐高温材料或零件。

由于耐火材料长期使用于各种不同加热条件的高温设备中，它受着高温以与其它各种不同条件作用，受着复杂的物理化学反应而破坏。

因此，耐火材料必须具有以下几个重要性能。

1、高温时不易熔化

现代化工业窑炉的工作温度一般介于1000～1800℃之间，因此，耐火材料首先要具有在此温度下不易熔化的性能。

2、在高温受压的情况下不软化

大多数耐火材料的熔化温度都超过1650～1700℃，但是它在达到熔化温度前就开始变形（软化），失去结构强度，因此耐火材料不仅要有高的溶化温度，而且还应具有在受高温荷重的条件下不发生变形的性能。

3、高温环境中体积稳定

耐火材料在高温条件下使用时，由于材料部起物理化学反应而使体积发生变化。

大部分耐火材料的这种变化是体积收缩，少数则发生膨胀。

不论是体积收缩或膨胀，如超出一定围均能引起炉体的损坏。

因此要求耐火材料具有良好的高温体积稳定性。

4、能抵抗温度骤变且受热不均匀而引起炉体损坏

在间断作业的窑炉中，高温时，急剧变化或各部位砌体受热不均匀，砌砖体部会产生应力而使材料开裂，造成炉体损坏。

故耐火材料应具有能承受炉温的急剧变化和波动不致开裂的性能热稳定性。

5、高温时能抵抗炉渣的侵蚀作用

耐火材料在使用过程中，因变相接触的燃料灰，熔融炉渣与熔融金属等的作用而被侵蚀。

因此，耐火材料应具备抵抗这种侵蚀的能力。

在使用耐火材料时，要根据使用场合主要的要求以与各种耐火材料所具有的特性来合理选择。

二、耐火材料的分类

耐火材料的种类很多，目前耐火材料的分类方法大致有如下几种。

1、按耐火度可分为

普通耐火材料：

耐火度大于1580℃～1770℃。

高级耐火材料：

耐火度大于1770℃～2000℃。

特级耐火材料：

耐火度大于2000℃～3000℃。

超级耐火材料：

耐火度大于3000℃。

2、按制造工艺分

按制造工艺可分为天然岩石、泥浆烧注、可塑成型、半干成型、干压成型、捣打、熔铸等制品。

3、按化学—矿物组成可分为

（1）硅质制品

硅砖SiO2>93%的制品，石英玻璃SiO2>99%的熔融制品。

（2）硅酸铝质制品

半硅酸SiO2>65%，AI2O3为15～30%之间。

粘土砖AI2O3为30～48%之间。

高铝砖AI2O3>48%的制品。

（3）镁质制品

镁砖：

MgO>85%，镁铬砖MgO55～80%（Cr2O310～30%）的制品。

铬镁砖：

MgO25～55%并合较多量铬铁矿的制品；镁铝砖：

以镁铝尖晶石（MgO-AI2O3）结合的镁砖；镁橄榄石（2MgO·SiO2）砖，MgO35～55%。

白云石制品：

CaO>40%，MgO>35%的制品。

（4）铬砖

Cr2O3>30%

（5）炭质制品

炭砖：

含炭量70～90%的制品

石墨制品：

含石墨量30%以上的制品。

碳化硅制品：

以SiC为原料，耐火粘土或其他无机物结合的制品。

（6）特种耐火材料

高温瓷材料：

金属瓷材料。

4、按形状和尺寸分

按形状和尺寸可以分为：

标、普、异、特型砖，另外，耐火材料按烧制分法，按用途、按施工特点等，还有别的一些分类。

三、耐火材料的地位和作用

耐火材料的进步是与工业发展分不开的。

近三十多年来，各种工业部门的新技术和新工艺不断涌现，促进了工业窑炉的变革，推动了耐火材料工业的发展。

如今，耐火材料广泛应用于冶金、硅酸盐、化工、动力、机械制造等工业中，随着我国原子能，喷气飞机和火箭等尖端科学技术的发展，给耐火材料开辟了新的发展天地，使耐火材料在尖端技术的发展上占有重要地位。

以上等等这些其重要标志是工业窑炉装备化，自动化和高效化；耐火材料的品种增加，质量提高和消耗降低。

同时，施工技术水平显著提高。

因此推动了耐火材料工业的发展。

耐火材料作为工业性的辅助材料在冶金工业部门消耗最多约为总数的60～70%，建材系统包括水泥、瓷等工业部门消耗为8～20%，机械等其它工业部门消耗比例为总数的20%左右。

因此要强调的是耐火材料的消耗是与各国不同时期的工业结构和技术水平分不开的，各国工业部门耐火材料的消耗比例详见表1

表一各国工业部门耐火材料的消耗比例（%）

国名

日本

西德

美国

联

英国

法国

钢铁

有色

建材

石油化工

发电锅炉

机械与其它

69.7

1.9

10.3

1.4

0.1

16.6

57.7

2.7

16.0

1.5

1.1

21.0

50.7

6.5

17.8

2.7

0.8

21.5

60.1

4.0

8.1

4.7

-

23.1

73.7

-

9.3

1.3

1.2

14.5

65.0

4.0

14.5

4.0

-

12.5

同时耐火材料的消耗也与耐火材料的品种质量和生产操作技术分不开，也推动着耐火材料工业的进步。

四、耐火材料工业的发展概况

我国是世界上发明和制造瓷最早的国家，是瓷器的故土，瓷器是我国人民的骄傲。

从考古出来的瓷器表明，三千年前我国的祖先就掌握了器的制造法，对人类文化作出了极为重要的贡献。

耐火材料在那时就已经制造并首先应用于瓷业。

当时烧制瓷器用的匣钵和窑炉衬砖就是一种粘土质耐火材料。

然而由于长期的封建统治，特别是近百年来帝国主义的侵入和反动统治者的腐败无能，我国耐火材料工艺和其它工业部门一样，长期处于落后状态。

因此，解放前我国有许多耐火材料甚至一般锅炉用砖也要靠从外国进口。

新中国成产后，随着治金工业的发展，我国耐火材料工业也发展很快。

根据使用需要和原料情况，合理布署遍与全国各地。

同时成立了专业科研单位，不少大专院校里设有耐火材料专业。

在我国工人阶级和科技人员的努力下，充分利用本国资源，积极发展耐火材料工业，掌握和生产了过去所不能生产的硅质耐火材料和高铝质制品等。

1957年我国独创的镁铝砖在钢铁公司，大石桥镁矿等大规模的生产，并在我国炼钢工业中广泛采用，使炼钢平炉顶寿命比硅砖炉顶长2.5倍。

比镁铬砖长70%或一倍以上。

在耐火材料生产技术和生产工艺方面，为进一步提高耐火材料质量不断改善生产条件，耐火材料的新工艺新技术得到了广泛应用。

原料的破碎、配料、混合工序在一些工厂已实现全部自动化，有的厂已实现自动打砖，并采用了高吨位的自动油压机，在制品烧成上广泛采用各种类型的隧道窑，设计建造了底式倒焰窑，大型活顶倒焰窑，以与随着特殊耐火材料的发展而发展起来的各种不同类型的高温窑，广泛采用液体、气体燃料煅烧制品。

我国耐火材料的生产技术已步入世界先进行列，正全面实现全盘机械化，半自动化，自动化。

近三十多年来，由于耐火材料工业的发展。

各厂努力搞好文明生产管理，加强防尘设施，使粉尘浓度降低到2毫米/米3以下，成绩十份显著。

主要标志如下：

采用优质原料、高压成型、高温烧成，如我国最大的摩撑压砖机为800吨。

因此产品质量提高，品种增加；高级耐火材料，特别是不定形耐火材料和耐火纤维发展迅速，使用普遍；耐火材料生产技术和自动化水平，以与劳动生产率均得到了提高。

第一章耐火材料的性质

耐火制品的性质，决定制品适合的使用条件，决定制品质量的好坏。

而它本身则为制品的化学组成和矿物结构所决定，也就是为制造所用的原料和加工方法所决定。

各类不同的耐火制品，都有其独特的性质。

为了充份掌握这些特性和制出新品种的制品，以与做到合理使用的制品，必须研究耐火制品的性质。

作为高温结构材料的耐火材料在各种热工设备经受高温与各种的物理化学作用，因此，从使用上要求耐火材料应能抵搞作业条件下的高温作用和在作业时间进行的一系列物理—化学作用。

耐火材料低搞各种损毁因素的能力的性质不但是衡量耐火材料的质量，也是决定耐火材料使用条件的生要依据。

第一节化学－矿物组成

一、化学组成

耐火材料制品（或原料）的化学组成，又称化学成份，一般用化学分析方法进行测定。

常用耐火材料一般测定Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、Na2O、K2O等，并测定烧灼减量。

不同种类的耐火材料与制品具有不同的化学成份。

耐火材料的化学组成决定着耐火材料的基本化学特性，如以SiO2为主体成份的硅砖呈酸性，而以MgO为主体成份的镁砖则呈碱性，这对选用材料和判断在使用中它们之间的化学作用情况，具有特殊意义。

但由于耐火材料是非均质体，全体与局部的化学组成不同；而且有时某一化学成份一样的制品，由于所用原料的不同，矿物组成与结构的不同，其性能可能有很大的差别，因些单纯从化学组成出发加以考虑则不够全面，应进一步观察其矿物组成和部的组织结构情况加以全面判断。

二、矿物组成与结构

耐火材料制品（和原料）是矿物的组成体。

因此，在影响制品性质的主要原因是制品的矿物组成，而不是化学组成。

耐火材料制品的矿物组成取决于制品化学组成和形成制品时的外界作用因素（如温度，压力）。

为了获得满足各种不同使用要求的耐火材料，必须深入地进行耐火材料矿物组成的研究，摸清并掌握它们的生存条件和变化规律。

对于使用过程中受炉渣侵蚀的砖块进行矿物鉴定，是进行使用研究的重要手段，更能提供改进质量的方向。

目前，鉴定耐火材料的矿物组成与结构的方法，一般是通过显微镜观察，以与X射线分析，差热分析和衍射鉴定等。

耐火材料的化学－矿物组成是分析原料与制品特性的一个重要方面，所以改变制品特性，提高制品质量，一般采用调整制品化学－矿物组成的方法。

第二节常温物理性质

检验耐火材料的组织结构，主要是检验其常温的物理性质，检验耐火材料宏观组织结构的测试项目，有气孔率（或称空隙度），体积密度（或称容积比重），真比重，假比重，吸水率，透气率等，它们试验测定方法简单，快速方便，费用节省，是鉴定原料煅烧质量，控制工艺操作，以与成型质量的常规检测项目。

对鉴定产品的使用性能也有一定意义；故通常与常温机械强度（耐压极限强度）等项检验，综合用作批量鉴定产品最必需和通用的试验项目。

一、密度

密度是致密程度的意思。

从物理观点来看，耐火制品是固体和气体（以气孔形成存在）的组成体。

表示致密程度用体积密度（单位体积物体的重量），即P=w/v。

对耐火制品显得更为重要和更有实用意义的是气孔率（气孔体积占制品总体积的百分数）。

因为耐火制品中气孔体积量的多少对制品高温工作性质的影响是明显的，至关重要。

气孔率指标不仅表明耐火制品质量的好坏，同时它对生产工艺因素的反应是敏感的，所以也是检查和判断原料质量和工艺过程最常用的依据之一。

耐火制品中存在的气孔，有三种形式：

开口气孔（是存在于制品表面，与外界相通的气孔）、闭口气孔（是封闭在制品部，与外界处于隔绝状态的气孔）、贯通气孔（是贯通制品两面与外界相通的气孔，在测定中是归于开品气孔计的）。

其中对耐火制品使用过程影响最大的是开口气孔（包括贯气孔），因其在使用过程中