耐火材料的生產(chǎn)過程

1、3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,2,(1)原料制備:采選礦、煅燒、破粉碎成粉體，各種 粒度的顆粒料等; (2)坯料制備（具備加工能力的粉料、顆粒料性質(zhì)）; (3)配料（混料）; (4)成型（不定形耐火材料不需要成型）; (5)干燥; (6)燒成（不燒磚的燒成在使用時(shí)完成）.,耐火材料的生產(chǎn)過程,基本與陶瓷生產(chǎn)工藝相同,包括：,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,3,一、耐火原料

2、的選擇 耐火原料的選擇從兩個(gè)方面進(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。 a)元素角度選擇 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)，只有碳（熔點(diǎn)3500℃，有的書中為3700±100℃）具有耐火材料生產(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,,3/

3、12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,4,b)二元化合物 約有9200種二元化合物，約有1010種化合物是耐火的。 氧化物中： 酸性氧化物熔點(diǎn)最低：如SiO21713℃，TiO21825℃； 中性氧化物次之： 如Al2O3 2050℃，Cr2O32275℃； 堿性氧化物熔點(diǎn)高：如MgO2800℃，CaO2570℃，

4、 BeO2550℃，SrO2430℃. c)三元化合物 約有148000種（除固熔體外），可用作耐火原料的約有2780種。如莫來石（ 3Al2O3 ·2SiO2）熔點(diǎn)為1870℃；鎂鋁尖晶石（Al2O3·MgO）熔點(diǎn)為2105℃；鎂鉻尖晶石（Cr2O3·MgO）熔點(diǎn)為2350℃。,3/12/2

5、024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,5,d)四元化合物 估計(jì)可用作耐火原料的有400～600種，如：堇青石（2MgO·2 Al2O3·5 SiO2）。 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)該具有來源廣，成本低廉。在地球巖石層中，硅酸鹽+

6、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。,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,6,（一）采礦和選礦 1、采礦考慮：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（具有開采價(jià)

7、 值的要素：品位） 2、選礦：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。,,二、耐火原料的加工,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,7,3、主要方法： 重液法：利用礦物的密度差，在重液中進(jìn)行分離； 磁力法：利用不同礦物具有不同的磁導(dǎo)系數(shù)； 浮選法：利用礦物被

8、液體所潤(rùn)濕程度的差別來進(jìn)行 （工業(yè)脂肪酸的混合物） 化學(xué)法：利用一系列物理化學(xué)反應(yīng)使礦物分離； 電泳法(電滲選礦法)：利用懸浮液的質(zhì)點(diǎn)(如黏土、高嶺土)帶有電荷,電流通過懸浮液時(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。,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,8,例：菱鎂礦選礦方法的介紹,（1）重液選礦 菱鎂礦，破碎0～120mm（篩去0～8mm）分

9、級(jí)60～120和8～60重液選礦懸浮液中（MgO45～46%） 問題:有15%的廢礦原料不能回收處理。（2）浮選 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%,,,,,3/12/2024,材料

10、科學(xué)與工程學(xué)院,9,（3）化學(xué)選礦,通過化學(xué)作用將礦物中有關(guān)成分提取出來的選礦方法，分離出來的原料的純度較高。 a、氯化鎂法： 獲得原料: b、氨化法： 水解獲得,,,,,,,,(水解),3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,10,c、碳酸氫鹽法：,,,,,,,小結(jié)： (1)化學(xué)法制備高純;

11、 （2）可以調(diào)節(jié)組分間比例 （ 在沉淀過程、共沉淀一些物質(zhì)）。,；,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,11,1．目的：提高制品的性能 ①獲得性能穩(wěn)定的坯料； ②改善制品成分，組織結(jié)構(gòu)； ③保證制品的體積穩(wěn)定性； ④保證外形尺寸的準(zhǔn)確性 2．矛盾區(qū)

12、 死燒 制品性能穩(wěn)定 制品燒成困難 輕燒 活性 穩(wěn)定性差 3．基本概念 ①活化輕燒：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),

13、 輕燒溫度選擇具有非常重要性。,,（二）原料煅燒,,,,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,12,②死燒：物料達(dá)到完全燒結(jié)稱為死燒。 T=0.7 Ts（Ts為主晶相氧化物的熔點(diǎn)） ③輕燒活化工藝： 輕燒 壓球（壓坯） 死燒（亦稱兩步煅燒）二步煅燒的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：獲得高純、高密度的氧化物制品。 缺點(diǎn)：工藝

14、復(fù)雜、燃料消耗大。 注意：對(duì)于雜質(zhì)含量大于4%的可不采用二步煅燒 工藝。 ④ 需熱工設(shè)備：多層爐、沸騰爐、回轉(zhuǎn)爐、豎爐等。,,,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,13,三、原料的破粉碎,1. 目的： 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。2、常用機(jī)械 粗碎：顎式破碎機(jī)；

15、 中碎：圓錐式破機(jī) 細(xì)碎：球磨機(jī) 使用上述機(jī)械應(yīng)注意事項(xiàng)：生產(chǎn)能力由大變?。?注意防塵； 注意隔音,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,14,３．采用超細(xì)磨技術(shù)（獲得超細(xì)粉）

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SiO2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。,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,15,4、助磨劑（加速物料的粉碎） 實(shí)

17、質(zhì)：表面活性劑 作用：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。 助磨劑范圍：胺、醇、酯、醚、無機(jī)鹽類（水）,小顆粒為什么會(huì)聚合？ a、弱結(jié)合

18、：范德華引力。 b、強(qiáng)結(jié)合：新表面的剩余化學(xué)鍵或游離基的作用。,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,16,準(zhǔn)備成型的物料 一、顆粒的幾何學(xué)性質(zhì)（密堆積原理） 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 顆粒的形狀： 1）體積形狀系數(shù):av 、表面積形狀系數(shù): as 設(shè)一顆粒粒徑為dp，體積為v，表面積為s，

19、 則v= av dp3 s= as dp2 球：av =П/6 as = П；立方體 ：av =1 as = 6,第二節(jié) 坯料的制備,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,17,2）粉體的流動(dòng)性 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。

20、b、偏析：粉料流動(dòng)時(shí)，顆粒密度、形狀、表面性狀等的差異，粉料呈不均勻的現(xiàn)象稱偏析。偏析分類及原因： 附著偏析：粉料進(jìn)入料倉時(shí)，因有一定落差，使粗細(xì)粉分開。 填充偏析：料倉加料時(shí)，粗粒料層起篩分作用，細(xì)粉可穿過 其間進(jìn)入下面的靜止層； 滾落偏析：粗顆粒質(zhì)量大，摩擦系數(shù)小，使得粗顆粒滾落快而 流向倉壁。,3/12/2024,材料科學(xué)

21、與工程學(xué)院,18,二、顆粒堆積研究的結(jié)論,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,19,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,20,＊一般情況配料情況　　　兩級(jí)配料：粗：細(xì)＝　　　　　　　三級(jí)配料：粗：中：細(xì)＝,,,其中： 粗顆粒:從０.5mm到3~4mm; 中顆粒:從０.2(或0.1)mm到0.5mm左右; 細(xì)顆粒:從0到0.2(或0.1)mm.

22、,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,21,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,22,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;增加顆粒組分雖可以提高堆積密度，但當(dāng)﹥3時(shí)，無實(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;,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,23,四、配料,配料包括按規(guī)定比例的各種原料、和

23、同一原料的各不同顆粒組成配合的粉料；（1）要求： 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)制品的最終性能不產(chǎn)生影響，對(duì)結(jié)合劑變?yōu)橹破返囊徊糠謶?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。,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,24,（2）配料方

24、法：,重量法：比較準(zhǔn)確，誤差一般≤0.2%容積法：按體積比來配料。常用、簡(jiǎn)單,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,25,五、混料,(1)定義：使兩種以上不均勻物料的成分和顆粒均勻化，促進(jìn)顆粒接觸和塑化的操作過程稱為混練。 注： 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、排氣過程在內(nèi)。,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,26,(2)混合程度的表示方法

25、 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）,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,27,(3)混合過程： 快速混合階段 擴(kuò)散混合階段 后期混合階段（逆混合階段） (4)混練中的加料順序和注意

26、事項(xiàng)：,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,28,(5)坯料的塑化處理,a、困料：將混練后或經(jīng)過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。,,b、排除空氣 （真空排除氣泡）真空練泥機(jī)強(qiáng)化塑化,c、加入表面活性劑和塑化劑 注： 有機(jī)粘接劑需均勻加入，在軟化點(diǎn)以上操作，含碳量高有機(jī)物/石蠟、瀝青，但不能溫度太高，否則輕餾分揮發(fā)）,3/1

27、2/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,29,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,難點(diǎn):層密度、層裂、彈性后效、泥漿觸變、泥漿凍結(jié),第三節(jié)耐火材料的成型工藝,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,30,成型方法簡(jiǎn)介：,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

28、、強(qiáng)度的坯體或制品的過程?！∵x擇成型方法取決于坯料性質(zhì)、制品形狀、尺寸的工藝要求。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,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,31,一、半干壓成型,1、定義：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

29、氣，成為有一定尺寸和形狀強(qiáng)度的制品。 注：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；,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,32,第1階段：顆粒移動(dòng)，重新配置成較致密的堆積（壓縮明顯）；第2階段：顆粒發(fā)生脆性及彈性變形，壓縮呈階梯狀，短促而頻繁；第3階段：在極限壓力下，坯料致密度不再提高。,2、壓制過程三階段,Ⅲ,,,3/12/2024,材料科學(xué)與

30、工程學(xué)院,33,3、壓制壓力的構(gòu)成,認(rèn)識(shí)壓力的組成有助于成型較為致密完好的樣品壓力由三部分構(gòu)成 （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

31、,,,（壓力通常由實(shí)驗(yàn)方法確定總壓力）,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,34,,,,,,,,,4、坯體氣孔率和壓力關(guān)系,：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；,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,35,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,36,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,37,,,,,,,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,38,研究結(jié)論： （1）常數(shù)a、b取決于自然

32、堆積坯料的氣孔　　　　率及物料硬度，（　　　　?。?； （2）物料的硬度增大，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　比值可用來表示坯料趨向致密的能力,,,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,39,壓強(qiáng)隨坯體厚度改變的關(guān)系 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。,,,,,,,,

33、,五、壓制時(shí)壓力分層與層密度現(xiàn)象,注：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來估算，　即坯體均勻程度系數(shù)：， β= 1為理想狀態(tài),3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,40,②層密度現(xiàn)象　　　層密度現(xiàn)象：距受壓面近的地方密度大，而隨著離受壓面距離的增加，氣孔率逐漸增大，密度下降，坯體的這種現(xiàn)象稱“層密度”．（壓制時(shí)，壓強(qiáng)不遵守帕斯卡定律所

34、致）,,,,,,（εＨ—距離受壓面Ｈ處的氣孔率；　γＨ—距離受壓面Ｈ處的體積密度；　Ｃ—常數(shù)，取決于坯料性質(zhì)和常數(shù)；　　?。摇黧w的水力半徑）,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,41,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,42,③影響坯體均勻程度的因素及解決方法坯體內(nèi)外摩擦系數(shù)降低，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

35、　　提高（液膜的潤(rùn)濕作用）,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,43,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，引起坯體膨脹。（成型時(shí)產(chǎn)生廢品的主要原因）,六、彈性后效,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,44,七、層裂因素和防止方法,①氣體的影響（重要原因）　　　排除（壓縮氣體的壓力較大，會(huì)超過磚坯的斷裂強(qiáng)度）；②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

36、時(shí)，水分引起層裂）；③加壓次數(shù)：多次加壓；④壓制時(shí)間及壓力的影響　　緩慢加壓，增大塑性變形程度。,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,45,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,46,二、注漿成型,1、定義：（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。注： 采用石膏和高分子模型； 懸浮液：水（35~45%）和酒精。2、兩種澆注方式空心

37、：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,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,47,③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,,,,,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,48,＊要求： 泥漿濃稠，容易流動(dòng)，有

38、粘性、脫模時(shí)間短，脫模后強(qiáng)度大，泥漿穩(wěn)定＊三種泥漿不穩(wěn)定現(xiàn)象：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，包含過量的水泥漿沉降容：泥漿不穩(wěn)定（沉降物所占的容積）,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,49,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,50,三、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?。?）、二氧化鋯、氧化鋁，控制晶粒生長(zhǎng) 熱壓注成型　　埋

39、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)、振動(dòng)器（耐火混凝土常用）,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,51,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,52,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,53,干燥的重要性 干燥階段 干燥速度與干燥條件的關(guān)系

40、 干燥過程氣孔形成和應(yīng)力產(chǎn)生,第四節(jié) 耐火材料的干燥,,,,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,54,為什么要進(jìn)行干燥?,* 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)行;經(jīng)過干燥的半成品得到初步定型,可能暴露成型過程中造成的缺陷,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,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,55,一

41、、干燥階段,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,56,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,57,①預(yù)備階段（加熱階段） ②第一階段（等速階段）: 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)率速過程 ③第二階段(降速階段): 干燥速度降低，干燥介質(zhì)影響較小，（與坯體含水量和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)）——擴(kuò)散率速過程 ④第三階

42、段（零速階段）: 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,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,58,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 .概念： 平衡水分： 干球溫度以上水分:小于100℃時(shí)保留在坯體中的水分.,當(dāng)坯體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;,

43、3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,59,二、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（表面過程）,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,60,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,61,三、干燥過程氣孔形成和應(yīng)力產(chǎn)生,對(duì)坯體水分認(rèn)識(shí)： 可塑水：產(chǎn)生最大塑性所需水分，形成潤(rùn) 滑水膜 收縮水：濕坯干燥達(dá)最大收縮所排出水分

44、 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）,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,62,1、氣孔形成（粘土磚為例）,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,63,干燥時(shí)，內(nèi)部水分不等，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，表面含水了量等于零，產(chǎn)生

45、不均勻收縮，導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力,2、內(nèi)部應(yīng)力的產(chǎn)生,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,64,①應(yīng)力產(chǎn)生表現(xiàn)： 干燥變形 干燥裂紋 ②應(yīng)力克服措施： 減速干燥階段，采取溫度梯度干燥； 控制干燥速度,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,65,四、干燥制度,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

46、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)。,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,66,1、影響干燥時(shí)間因素（干燥速度）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。,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,67,2、干燥后殘余水分的確定 足夠的機(jī)械強(qiáng)度（裝窯，太低水分磚

47、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（舉例）,,,,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,68,回轉(zhuǎn)窯：含水量低（推車制度決定）； 其他窯： 水分可以提高。 粘土磚：2~3% 硅磚：1~2% 鎂磚：0.6~1.0%（防止　　　　水化）,3/12/2024,材

48、料科學(xué)與工程學(xué)院,69,4、干燥設(shè)備 隧道干燥器、室式干燥器、其它（利用隧道窯的熱煙氣）,3、具體干燥制度,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,70,定義：對(duì)坯體進(jìn)行加熱處理，使其達(dá)到燒 結(jié)的過程。 目的：耐火制品（陶瓷）制品的一種熱處理 過程，伴隨著一系列物理化學(xué)變化，使 坯體氣孔率降低（多孔制品例外），體 積密度增大，變?yōu)橐?/p>

49、種具有一定尺寸、 形狀和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度制品，它是耐火材料制 品生產(chǎn)中最后一道工序。,第五節(jié) 耐火材料的燒成,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,71,（一）燒成過程中的物理、化學(xué)變化,1、坯體排出水分過程（室溫~200 ℃） 為殘余水分排出，該過程完成較快,,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,72,排出結(jié)晶水，　　　　分解，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

50、土制品中的玻璃相）；　　　　　　　　　　　　?。怏w體積增大，一般為氧化氣氛）。特征：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。,,,,2、分解氧化階段（ 200~1000℃）,,,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,73,3、液相與耐火相合成（1000℃以上） 特征：致密化、強(qiáng)度增大

51、、體積縮小、氣孔率降低。 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,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,74,4、燒結(jié) 液相、固相、反應(yīng)燒結(jié)，氣孔進(jìn)一步消失或變小，是致密化的最重要的物理化學(xué)過程。 5、冷卻 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相應(yīng)變化 舉例：　　 質(zhì)耐火材料將發(fā)生：　　　　　　

52、　　（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。,,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,75,二、燒結(jié),1、定義：物料經(jīng)高溫作用，變成具有一定強(qiáng)度和氣孔率很低（或無氣孔）的致密石狀物的工藝過程。 燒結(jié)模型 燒結(jié)傳質(zhì)的動(dòng)力 遷移機(jī)制,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,76,燒結(jié)系數(shù)：,,2、衡量燒結(jié)強(qiáng)度的方法,灼減、相對(duì)密度、體積密度、吸水率、晶體粒徑、

53、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。,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,77,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)過程中物理性能變化（制品尺寸、體積密度、氣孔率）,3、耐火材料的燒結(jié)過程,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,78,4、影響燒結(jié)的因素,1、物料的結(jié)晶化學(xué)特性晶格能，晶格能大，鍵力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)牢固，高溫下質(zhì)

54、點(diǎn)的可動(dòng)性小，燒結(jié)困難；陽離子極性：陽離子極性小的離子難以燒結(jié)（　　　　　　難以燒結(jié)）晶粒生長(zhǎng)：　　　　長(zhǎng)大50倍，相對(duì)密度95%　　　　長(zhǎng)大1500倍，相對(duì)密度60~80%第二相析出，晶粒長(zhǎng)大50微米，相對(duì)密度不足90%,,,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,79,2、物料分散度（粉碎）　　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　舉例：,,,就可達(dá)到 ，鋁礬土亦同樣,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)

55、院,80,3、溫度和保溫時(shí)間　　型關(guān)系，過于提高燒結(jié)溫度，延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間無益。 4、坯體的致密情況（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（增多缺陷數(shù)量）。,,,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,81,5、外加劑 作用： 固溶體：增加晶格缺陷，活化晶格，提高燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力 液相：表面張力毛細(xì)管力，促使顆粒緊密接觸和致密 重排； 化合物：不利

56、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)。,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,82,6、液相性質(zhì) 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 組成結(jié)構(gòu)：與晶相類似的核前群越少，越有利于析晶,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,83,7、氣相 增加氣孔率（燒結(jié)時(shí)形成孤立氣孔）

57、 吸附氣相薄膜（阻礙直接接觸，影響傳質(zhì)） 8、氣氛 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)無益。,3/12/2024,材料科學(xué)與工程學(xué)院,84,三、燒結(jié)制度的確定,升溫速度、燒成最高溫度、保溫時(shí)間、冷卻速度和燒成氣氛。①升穩(wěn)速度和冷卻速度； 取決于燒成或冷卻時(shí)所受的應(yīng)力作用（溫度剃度和熱脹冷縮造成的“熱應(yīng)力”；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”。②最高燒成溫