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1、耐火材料与燃烧概论耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义1 1第1页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义2 2课程简介课程简介1.课时安排：课时安排：耐火材料部分耐火材料部分耐火材料部分耐火材料部分3030学时学时学时学时1燃料燃烧部分燃料燃烧部分燃料燃烧部分燃料燃烧部分8 8学时学时学时学时2 考试考试考试考试2 2学时学时学时学时3第2页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义3 32.教学参考书：教学参考书：(1)(1)徐维忠，耐火材料，冶金工业出版社，徐维忠，耐火材料，冶金工业出版社，徐维忠，耐火材料，冶金工业出版社，徐维忠，耐火材
2、料，冶金工业出版社，1992 1992 (2)(2)王维邦，耐火材料工艺学，冶金工业出版社，王维邦，耐火材料工艺学，冶金工业出版社，王维邦，耐火材料工艺学，冶金工业出版社，王维邦，耐火材料工艺学，冶金工业出版社，19941994 (3)(3)许小海等，许小海等，许小海等，许小海等，耐火材料技术手册，冶金工业出版社，耐火材料技术手册，冶金工业出版社，耐火材料技术手册，冶金工业出版社，耐火材料技术手册，冶金工业出版社，20002000 (4)(4)韩昭沧韩昭沧韩昭沧韩昭沧 ，燃料及燃烧，冶金工业出版社，燃料及燃烧，冶金工业出版社，燃料及燃烧，冶金工业出版社，燃料及燃烧，冶金工业出版社，199419
3、94 (5)(5)顾恒祥顾恒祥顾恒祥顾恒祥 ，燃料与燃烧，西北工业大学出版社，燃料与燃烧，西北工业大学出版社，燃料与燃烧，西北工业大学出版社，燃料与燃烧，西北工业大学出版社 ，19931993 (6)(6)常弘哲，燃料及燃烧，上海交通大学出版社常弘哲，燃料及燃烧，上海交通大学出版社常弘哲，燃料及燃烧，上海交通大学出版社常弘哲，燃料及燃烧，上海交通大学出版社 ，19931993第3页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义4 4第第1章章 概论概论耐火材料的定义：耐火材料的定义：耐火材料是耐火度不低于耐火材料是耐火度不低于耐火材料是耐火度不低于耐火材料是耐火度不低于1580
4、1580的无机非金属材料和制品。的无机非金属材料和制品。的无机非金属材料和制品。的无机非金属材料和制品。耐耐耐耐火火火火度度度度是是是是指指指指材材材材料料料料在在在在高高高高温温温温作作作作用用用用下下下下达达达达到到到到特特特特定定定定软软软软化化化化程程程程度度度度时时时时的的的的温温温温度度度度，它它它它标标标标志志志志着着着着材材材材料料料料抵抵抵抵抗抗抗抗高高高高温温温温作作作作用用用用的的的的性性性性能能能能。通通通通常常常常将将将将使使使使用用用用温温温温度度度度在在在在10001000以以以以上上上上的的的的工业窑炉用材料也看作是耐火材料。工业窑炉用材料也看作是耐火材料。工业
5、窑炉用材料也看作是耐火材料。工业窑炉用材料也看作是耐火材料。第4页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义5 5耐火材料及其研究的发展史耐火材料及其研究的发展史冶炼技术的发冶炼技术的发冶炼技术的发冶炼技术的发展展展展青铜器时代青铜器时代青铜器时代青铜器时代(BC3500)(BC3500)19241924BowenBowen和和和和GreigGreig发表发表发表发表AlAl2 2OO3 3-SiO-SiO2 2二元相图。二元相图。二元相图。二元相图。1920s1920s高温高温高温高温X-X-射线射线射线射线衍射仪的发明衍射仪的发明衍射仪的发明衍射仪的发明 1930s19
6、30s 相继出现了相继出现了相继出现了相继出现了 FeO-AlFeO-Al2 2OO3 3、MgO-AlMgO-Al2 2OO3 3-SiO-SiO2 2 FeO-Al2OFeO-Al2O3 3-SiO-SiO2 2 相图相图相图相图第5页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义6 6耐火材料材质的变迁耐火材料材质的变迁AlAl2 2OO3 3-SiO-SiO2 2 耐火粘土耐火粘土 硅砖硅砖1930-40s1930-40s1950s1950sMgO-CaOMgO-CaO1960s1960sAlAl2 2OO3 3-SiO-SiO2 2-ZrO-ZrO2 2 1970s1
7、970s熔铸制品熔铸制品MgO-CrMgO-Cr2 2OO3 3镁铬砖镁铬砖白云石砖白云石砖1980s1980s(MgO,Al(MgO,Al2 2OO3 3)-)-C-(Al,SiC,B4C)C-(Al,SiC,B4C)含碳耐火材料含碳耐火材料Metal-O-C-NMetal-O-C-N现在现在现在现在复合材料复合材料第6页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义7 7国内外耐火材料发展现状国内外耐火材料发展现状 进入新世纪以来，耐火材料生产能力严重过剩的局面愈显突出。近进入新世纪以来，耐火材料生产能力严重过剩的局面愈显突出。近3年来，中国耐年来，中国耐火材料的年总产量逾
8、火材料的年总产量逾1000万吨，且稳中有升，约占世界总量的一半。与日、美、万吨，且稳中有升，约占世界总量的一半。与日、美、欧洲等国相比，可谓欧洲等国相比，可谓“风景这边独好风景这边独好”。主要是我国的资源优势、劳动力优势和。主要是我国的资源优势、劳动力优势和经济建设强劲的内需经济建设强劲的内需(如西部开发、西气东输、西电东输、南水北调等如西部开发、西气东输、西电东输、南水北调等)拉动所致。例如拉动所致。例如我国钢产量从我国钢产量从1996年首次突破年首次突破1亿吨以来，稳居世界第一且一直攀升，亿吨以来，稳居世界第一且一直攀升，2003年将年将超过超过2亿吨，并且可望在今后几年仍会继续增长。水泥
9、、有色、玻璃、陶瓷、亿吨，并且可望在今后几年仍会继续增长。水泥、有色、玻璃、陶瓷、石化等工业也都在以前所未有的速度发展。石化等工业也都在以前所未有的速度发展。其次是近年来我国耐火材料的出口也在加大步伐。其次是近年来我国耐火材料的出口也在加大步伐。2002年耐火制品出口达年耐火制品出口达64万吨，而耐火原料出口每年保持在万吨，而耐火原料出口每年保持在300-400万吨。万吨。1.生产概况生产概况第7页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义8 82.目前全球耐火材料工业总体形势目前全球耐火材料工业总体形势 (1)总体供大于求，局部供不应求总体供大于求，局部供不应求(2)全球
10、化的理念增强全球化的理念增强(3)兼并重组形成新的格局兼并重组形成新的格局 (4)技术进步和创新的步伐加快，能力增强技术进步和创新的步伐加快，能力增强 越来越多的新型的、高性能的人工合成原料被开发出来，为高性能耐材的研越来越多的新型的、高性能的人工合成原料被开发出来，为高性能耐材的研制和应用奠定了基础。制和应用奠定了基础。不定形耐火材料在整个耐火材料中所占的比例增加。以日本为最盛，其不定形耐火材料在整个耐火材料中所占的比例增加。以日本为最盛，其不定形耐材产量占整个耐材的比例目前超过不定形耐材产量占整个耐材的比例目前超过60%，在钢铁工业用耐材中不定形，在钢铁工业用耐材中不定形耐材占耐材占70%
11、以上。以上。第8页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义9 9 氧氧化化物物和和非非氧氧化化物物复复合合的的耐耐火火材材料料增增多多。继继20世世纪纪70年年代代将将石石墨墨引引入入耐耐材材而而刮刮起起一一股股“黑黑旋旋风风”以以来来，近近年年又又出出现现了了含含塞塞隆隆（Sialon）、阿阿隆隆（Alon）、金属相的复合型耐材。）、金属相的复合型耐材。新的成型和烧成工艺。如用浇注料制成各种预制件，氮化反应烧成等。新的成型和烧成工艺。如用浇注料制成各种预制件，氮化反应烧成等。简简单单化化、机机械械化化、高高效效化化的的新新型型筑筑衬衬施施工工方方法法。如如自自流流浇浇注
12、注、喷喷涂涂、湿式喷射、预制件的采用等。湿式喷射、预制件的采用等。功功能能型型、环环保保型型耐耐火火材材料料增增多多。不不少少耐耐材材不不但但能能耐耐高高温温，还还具具有有诸诸如如透透气气、防防堵堵塞塞、净净化化钢钢水水等等功功能能。含含铬铬、沥沥青青或或其其它它有有害害挥挥发发分分的的耐耐材材正在被取代。正在被取代。先先进进的的生生产产和和施施工工设设备备。如如高高吨吨位位等等静静压压机机、造造粒粒设设备备、高高温温窑窑、高高效效搅搅拌拌机、泵送和喷射设备等。机、泵送和喷射设备等。第9页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义10101.1 1.1 耐火材料的分类耐火材
13、料的分类1.1.1 按化学矿物组成分类按化学矿物组成分类 (1)氧化硅质耐火材料氧化硅质耐火材料 这这是是以以SiO2为为主主要要成成分分的的耐耐火火材材料料，主主要要的的品品种种有有各各种种硅硅砖砖和和石石英英玻玻璃制品。璃制品。(2)硅酸铝质耐火材料硅酸铝质耐火材料 这这是是以以Al2O3和和SiO2为为基基本本化化学学组组成成的的耐耐火火材材料料。根根据据制制品品中中Al2O3和和SiO2含含量分为三类：半硅质耐火材料、粘土质耐火材料和高铝质耐火材料。量分为三类：半硅质耐火材料、粘土质耐火材料和高铝质耐火材料。(3)镁质耐火材料镁质耐火材料 这这是是以以MgO为为主主要要成成分分和和以以
14、方方镁镁石石为为主主要要矿矿物物构构成成的的耐耐火火材材料料，依依其其次次要要的的化化学学和和矿矿物物组组成成的的不不同同有有以以下下品品种种：镁镁砖砖、镁镁铝铝砖砖、镁镁硅硅砖砖、镁镁钙钙砖砖、镁镁铬铬砖砖、镁镁碳碳砖砖和镁白云石砖。此外，还有冶金镁砂。和镁白云石砖。此外，还有冶金镁砂。第10页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义1111 (4)白云石质耐火材料白云石质耐火材料 这这是是一一类类以以氧氧化化钙钙(40-60%)和和氧氧化化镁镁(30-42%)为为主主要要成成分分的的耐耐火火材材料料。其其主主要要品品种种有有：焦焦油油白白云云石石砖砖、烧烧成成油油浸浸
15、白白云云石石砖砖、烧烧成成油油浸浸半半稳稳定定性性白白云云石石砖、烧成稳定性白云石砖、轻烧油浸白云石砖和冶金白云石砂。砖、烧成稳定性白云石砖、轻烧油浸白云石砖和冶金白云石砂。(5)橄榄石质耐火材料橄榄石质耐火材料 这这是是一一种种含含MgO35-62%，MgO/SiO2重重量量比比波波动动于于0.95-2.00，由由镁镁橄橄榄榄石石为主要矿物组成的耐火材料。为主要矿物组成的耐火材料。(6)尖晶石质耐火材料尖晶石质耐火材料 这这是是一一类类主主要要由由尖尖晶晶石石组组成成的的耐耐火火材材料料。主主要要品品种种有有由由铬铬尖尖晶晶石石构构成成的的铬铬质质制制品品(Cr2O330%)，由由铬铬尖尖晶
16、晶石石、方方镁镁石石构构成成的的铬铬镁镁质质制制品品(含含Cr2O318-30%，MgO25-55%)和由镁铝尖晶石构成的制品。和由镁铝尖晶石构成的制品。第11页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义1212 (7)含碳质耐火材料含碳质耐火材料 这这类类材材料料中中均均含含有有一一定定数数量量的的碳碳或或碳碳化化物物。主主要要品品种种有有由由无无定定形形碳碳构构成成的的炭炭砖砖或或炭炭块块；由由石石墨墨构构成成的的石石墨墨制制品品；由由碳碳化化硅硅构构成成的的碳碳化化硅硅制制品品；由由碳碳纤纤维维及及碳碳纤纤维维与与树树脂或其他碳素材料复合为整体构成的材料。脂或其他碳素
17、材料复合为整体构成的材料。(8)含锆质耐火材料含锆质耐火材料 这这类类材材料料中中均均含含有有一一定定数数量量的的氧氧化化锆锆。常常用用的的品品种种有有以以锆锆英英石石为为主主要要成成分分的的锆锆英英石石质质制制品品；以以氧氧化化锆锆和和刚刚玉玉或或莫莫来来石石构构成成的的锆锆刚刚玉玉和和锆锆莫莫来来石石制制品品，以以及及以以氧氧化化锆锆为为主要组成的纯氧化锆制品。主要组成的纯氧化锆制品。(9)特殊耐火材料特殊耐火材料 这这是是一一类类由由较较纯纯的的难难熔熔的的氧氧化化物物、碳碳化化物物、硅硅化化物物和和硼硼化化物物以以及及金金属陶瓷构成的耐火材料。属陶瓷构成的耐火材料。第12页，此课件共3
18、5页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义13131.1.2 按耐火材料的制造方法分类按耐火材料的制造方法分类 (1)根据其成型特点分为根据其成型特点分为块状制品块状制品和和不定形材料不定形材料。(2)依热处理方式不同分为依热处理方式不同分为不烧制品、烧成制品不烧制品、烧成制品和和熔铸制品熔铸制品。(1)依其耐火度的高低分类依其耐火度的高低分类普通耐火制品普通耐火制品，耐火度，耐火度1580-1770C；高级耐火制品高级耐火制品，耐火度，耐火度1770-2000C；特级耐火制品特级耐火制品，耐火度，耐火度2000C以上。以上。(2)依其化学性质可分类依其化学性质可分类酸性耐火材料酸性耐
19、火材料、中性耐火材料中性耐火材料和和碱性耐火材料碱性耐火材料。(3)依其密度或导热性分类依其密度或导热性分类重质耐火材料重质耐火材料、轻质耐火材料轻质耐火材料或或隔热耐火材料隔热耐火材料1.1.3 按制品性质分类按制品性质分类第13页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义1414标准砖、异型砖、特异型砖、管、耐火器皿等标准砖、异型砖、特异型砖、管、耐火器皿等1.1.4 按制品形状和尺寸分按制品形状和尺寸分类类1.1.5 按应用分类按应用分类 焦炉用耐火材料、高炉用耐火材料、炼钢炉用耐火材料、连铸用焦炉用耐火材料、高炉用耐火材料、炼钢炉用耐火材料、连铸用耐火材料、有色金属
20、冶炼用耐火材料、水泥窑用耐火材科、玻璃耐火材料、有色金属冶炼用耐火材料、水泥窑用耐火材科、玻璃窑用耐火材料等窑用耐火材料等 第14页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义15151.2 1.2 耐火材料的一般生产过程耐火材料的一般生产过程 耐耐火火材材料料的的品品种种和和质质量量取取决决于于耐耐火火材材料料的的原原料料和和其其生生产产工工艺艺。在在原原料料确确定定的的情情况况下下，耐耐火火材材料料的的生生产产工工艺艺方方法法与与制制度度是是否否正正确确与与合合理理，所所得得耐耐火火制制品品的的质质量量差差别别可可能能极极大大。耐耐火火材材料料的的特特定定性性能能的的控制
21、，必须通过特定的工艺手段来实现控制，必须通过特定的工艺手段来实现。第15页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义1616图图1-1 耐火材料生产过程示意图耐火材料生产过程示意图第16页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义1717 原原料料的的质质量量是是耐耐火火材材料料质质量量的的基基本本保保证证。要要发发展展优优质质高高效效的的耐耐火火制制品品，必必须须有有纯纯净净的的质质量量均均一一和和性性质质稳稳定定的的原原料料。因因此此，选选取取适适宜宜作作为为耐耐火火材材料料原原料料的的天天然然矿矿石石、开采后必须再经过加工。开采后必须再经过加工。原
22、原料料的的加加工工主主要要包包括括原原料料的的精精选选提提纯纯(或或均均化化、合合成成)；原原料料的的干干燥燥和和煅煅烧烧；原原料的破粉碎和分级。料的破粉碎和分级。(1)原料的精选提纯和均化原料的精选提纯和均化 为为了了提提高高原原料料纯纯度度，一一般般需需经经拣拣选选或或冲冲洗洗，剔剔除除杂杂质质。有有的的还还需需采采用用适适当当选选矿矿方方法法进进行行精精选选提提纯纯。有有的的原原料料中中成成分分不不均均，需需要要均均化化。有有的的在在精精选选后后还还可可引引入入适量有益加入物。高性能的复合原料需采用人工合成方法。适量有益加入物。高性能的复合原料需采用人工合成方法。1.2.1 原料的加工原
23、料的加工第17页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义1818 (2)原料的煅烧原料的煅烧 为为了了保保证证原原料料的的高高温温体体积积稳稳定定性性、化化学学稳稳定定性性和和高高强强度度，多多数数天天然然原原料料和和合合成成原原料料需需经经高高温温煅煅烧烧制制成成熟熟料料或或经经熔熔融融制制成成熔熔块块。熟熟料料煅煅烧烧温温度度一一般般多多控控制制在在使使其其达达到到烧烧结结致致密密化化的的范范围围内内。对对主主晶晶相相为为氧氧化化物物的的原原料料，烧烧结结温温度度Ts约约为为其其熔熔点点Tm的的0.7-0.9倍倍，即即Ts（0.7-0.9）Tm，多多高高于于制制品品的
24、的烧烧成成温温度度。更更高高于于制制品品的的使使用用温度。熟料煅烧一般在竖窑或回转窑中进行。温度。熟料煅烧一般在竖窑或回转窑中进行。有有的的原原料料，如如软软质质耐耐火火粘粘土土作作为为粘粘合合剂剂，虽虽不不经经煅煅烧烧但但若若含含水水过过多多，应应经经干干操操，以以便破碎和分级。便破碎和分级。第18页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义1919 (3)原料的破粉碎和分级原料的破粉碎和分级 原原料料破破粉粉碎碎的的目目的的是是制制成成不不同同位位级级的的颗颗粒粒及及细细粉粉，以以便便于于调调整整成成分分，进进行行级级配配，使使多多组组分分间间混混合合均均匀匀，便便于于
25、相相互互反反应应，并并获获得得致致密密的的或或具具有有一一定定粒粒状状结结构构的的制制品品坯坯体体。一一般般先先将将颗颗粒粒破破碎碎到到极极限限粒粒径径40-50mm(粗粗碎碎)；再再将将颗颗粒粒破破碎碎到到极极限限粒粒径径4-5mm(中中碎碎)，然然后后细细碎碎。细细磨磨是是将将颗颗粒粒破破碎碎到到小小于于0.088mm以以下下的的细细粉粉。生生产产普普通通耐耐火火制制品品所用的颗粒料皆为中碎以后所获得的产品。所用的颗粒料皆为中碎以后所获得的产品。经经破破粉粉碎碎后后的的颗颗粒粒状状产产品品，需需依依粒粒度度粗粗细细分分级级，以以便便合合理理配配料料。通通常常多多以以筛分方法将颗粒分级。对粉
26、状料常以风选法分级。筛分方法将颗粒分级。对粉状料常以风选法分级。第19页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义20201.2.2 配配 料料 耐耐火火材材料料的的配配料料是是将将各各种种不不同同品品种种、组组分分和和性性质质的的原原料料以以及及将将各各级级粒粒度度的的熟熟料料颗颗粒粒按一定比例进行配合的工艺。按一定比例进行配合的工艺。各各种种原原料料的的配配合合是是为为了了获获得得一一定定性性质质的的制制品品。粒粒度度的的配配合合是是为为了了获获得得最最紧密堆集的或特定粒状结构的坯体。紧密堆集的或特定粒状结构的坯体。（1）各种原料的配合）各种原料的配合 各各种种原原料料
27、的的配配合合依依材材料料的的品品种种和和性性质质的的要要求求而而定定，不不同同制制品品各各有有特特点点。对对烧烧结结制制品品、不不烧烧制制品品和和不不定定形形耐耐火火材材料料，各各种种颗颗粒粒的的熟熟料料或或其其他他瘠瘠性性料料与与各各种种结结合合剂剂的的配配合合是是配配料料中中的的重重要要一一环环。任任何何结结合合剂剂的的选选用用及及其其加加入入量量皆皆应应严严格格控控制制，应应保保证证其其既既有有利利于于制制品品的的生生产产，又不会对制品的性质带来危害。，又不会对制品的性质带来危害。第20页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义2121 (2)粒度的配合粒度的配合
28、各各级级粒粒度度的的颗颗粒粒配配合合对对砖砖坯坯的的致致密密度度影影响响极极大大。只只有有使使各各级级粒粒度度颗颗粒粒的的堆堆积积体体达达到到最最紧密的程度，才能得到致密的制品。紧密的程度，才能得到致密的制品。欲欲使使多多级级不不同同粒粒度度的的颗颗粒粒组组成成的的堆堆积积体体密密度度得得到到提提高高，必必须须使使粗粗颗颗粒粒级级中中的的空空隙隙全全部部由由细细颗颗粒粒级级填填充充，而而细细颗颗粒粒级级中中的的空空隙隙由由更更细细的的颗颗粒粒级级填填充充，如如此此逐级填充即可获得最紧密堆集。逐级填充即可获得最紧密堆集。各级颗粒的粒径比各级颗粒的粒径比 以以紧紧密密堆堆积积的的同同径径球球的的间
29、间隙隙而而论论，若若使使小小球球填填于于其其中中，小小球球的的粒粒径径必必须须小小于于大大球球堆堆积积体体的的空空隙隙尺尺寸寸。因因此此，两两种种球球球球径径之之比比必必须须恰恰当当。若若两两级级颗颗粒粒配配合合成成堆堆积积体体时时，粒粒径径比比在在6.5以以上上，对对实实现现紧紧密密的的堆堆集集是是有有利利的的。如如此此多多级级颗颗粒粒配配合合，更更可可实实现现致致密密化化。采采用用此此种种粒粒径径比比很很大大的的各各级级颗颗粒粒的的配配合合常常称称为为间间断断级级配配。但但在在实实际际生生产产中中为为避避免免颗颗粒粒产产生生严严重重偏偏析析，并并使使各各级级颗颗粒粒充充分分利利用用，常常采
30、采用用粒粒级级连连续续的的颗粒，并以平均粒径划分为若干级别进行配合。颗粒，并以平均粒径划分为若干级别进行配合。第21页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义2222 各级颗粒配合的比例各级颗粒配合的比例 在在保保证证粗粗细细颗颗粒粒位位径径比比恰恰当当的的条条件件下下，由由各各级级颗颗粒粒组组成成的的堆堆积积体体中中，每每级颗粒配合的数量，应以细者填满粗者的空隙为宜。级颗粒配合的数量，应以细者填满粗者的空隙为宜。以以密密度度相相同同的的同同粒粒径径的的圆圆球球堆堆集集体体为为例例，其其空空隙隙率率(P)约约为为38%。二二级级配配合合时时，粗粗与与细细的的数数量量比比应
31、应为为1:0.38。采采取取多多级级颗颗粒粒配配合合时时，堆堆积积体体的的空空隙隙率率变变化化如如表表1-1所示。所示。第22页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义2323表表1-1 各级粒度堆积体的空隙率变化各级粒度堆积体的空隙率变化粒度基数粒度基数球体实体积，球体实体积，%堆集体空隙度，堆集体空隙度，%空隙下降率，空隙下降率，%一级一级(1P1)，62.0P1，38.0二级二级(1P1P2)，85.6P1P2，14.423.6三级三级(1P1P2P3)，94.6P1P2P3，5.49.0四级四级(1P1P2P3P4)，98.0P1P2P3P4，2.03.4五级五级
32、(1P1P2P3P4P5)，99.2P1P2P3P4P5，0.81.2第23页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义2424一级一级二级二级三级三级四级四级第24页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义2525粗径颗粒粗径颗粒4.5mm,100%细径颗粒细径颗粒0.09mm,100%中径颗粒中径颗粒0.7mm,100%图图1-2 堆积体空隙率变化堆积体空隙率变化第25页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义2626 同同粒粒径径的的粒粒状状颗颗粒粒堆堆集集体体的的空空隙隙率率约约为为45。由由于于当当多多级级配配合合超超过
33、过4级级时时，空空隙隙率率变变化化不不显显著著，而而且且为为了了简简化化工工艺艺，普普通通烧烧结结制制品品的的粒粒度度组组成成，一一般般为为3-4级级。以以粒粒度度粗粗、中中、细细三三级级配配合合为为例例，堆堆集集体体空空隙隙率率变变化化如如图图1-2所所示示。即即以以粗粗颗颗粒粒为为55-65%，中中颗颗粒粒10-30%，细细颗颗粒粒15-30%较较宜宜。通通常常为为获获得得高高密密度度的的制制品品，并并避避免免由由这这种种级级配配组组成成的的泥泥料料易易于于产产生生颗颗粒粒偏偏析析和和便便于于制制品品的的烧烧结结，常常采采取取细细粉粉量量较较多多的的配配合合，如如采取粗采取粗:中中:细细=
34、(4-6):(2-1):(4-3)。极限颗粒的确定极限颗粒的确定 耐耐火火制制品品中中颗颗粒粒的的极极限限粒粒径径，根根据据制制品品形形状状的的复复杂杂程程度度、断断面面尺尺寸寸大大小小或或成成型型的的方方法法以以及及对对其其组组织织结结构构和和性性质质的的要要求求而而定定。一一般般而而论论，形形状状复复杂杂、断断面面小小者者，极极限限粒粒度度应应小小；适适当当提提高高极极限限粒粒径径，对对制制品品的的耐耐热热震震性性可可能能有有利利。近近于于标标准准形形状状的的普普通通烧烧结结制制品品，极极限限粒径一般控制在粒径一般控制在2-3.5mm。大型块状制品可相应增大。大型块状制品可相应增大。第26
35、页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义2727 混混练练是是将将合合理理配配合合的的各各种种物物料料准准确确称称量量后后，制制成成各各组组分分、各各种种颗颗粒粒均均匀匀分分布布的的泥料，并使泥料中各种物料实现结合良好的加工过程。泥料，并使泥料中各种物料实现结合良好的加工过程。根根据据物物料料的的组组分分和和性性质质，采采取取适适当当的的混混练练设设备备与与方方法法使使名名种种物物料料通通过过对对流流、扩扩散散和和剪剪切切等等作作用用达达到到泥泥料料均均匀匀化化和和颗颗粒粒料料与与结结合合剂剂等等的的互互相相结结合合，既既使使泥泥料料获获得得良良好好的的成成型型性性能能
36、，又又避避免免泥泥料料中中颗颗粒粒的的再再破破碎碎和和某某些些物物料料的的散散失失或或在在混混练练过过程程中中发发生显著反应变质。生显著反应变质。某某些些耐耐火火制制品品在在泥泥料料混混练练过过程程中中，还还需需进进行行“困困料料”，即即将将经经初初混混的的泥泥料料在在一一定定温温度度、湿湿度度的的条条件件下下贮贮放放一一定定时时间间，然然后后再再经经二二次次混混练练，以以改改善善泥泥料料的的质质量。量。1.2.3 泥料的混练泥料的混练第27页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义2828 (1)成型的目的成型的目的 是是使使泥泥料料制制成成具具有有一一定定形形状状和和
37、适适当当密密度度与与强强度度的的砖砖坯坯。对对烧烧结结制制品品和和不不烧烧砖砖，砖砖坯坯的致密度决定着制品的致密度，从而影响制品的许多物理化学性质和使用性质。的致密度决定着制品的致密度，从而影响制品的许多物理化学性质和使用性质。(2)砖坯成型方法砖坯成型方法 主主要要依依泥泥料料的的性性质质、制制品品形形状状和和对对制制品品性性质质的的要要求求而而定定。如如对对有有流流动动性性的的泥泥料料，采采用用注注浆浆成成型型；对对有有可可塑塑性性的的泥泥料料，采采用用可可塑塑法法成成型型；对对有有触触变变性性的的泥泥料料，经经振振动动成成型型；对对含含水水量量较较低低(3-6%)的的半半干干泥泥料料，采
38、采用用半半干干压压成成型型或或捣捣打打成成型型；干干粉粉料料用用等等静静压压成成型型等等等等。经经成成型型后后的的砖砖坯坯，由由于于其其中中各各种种物物料料间间的的机机械械结结合合力力、静静电电引引力力及及摩摩擦擦力力，使使砖砖坯坯的的形形状状保保持持下下来来，并并具具有有一一定定的强度。的强度。1.2.4 1.2.4 成成 型型第28页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义2929 许许多多成成型型后后的的砖砖坯坯含含水水量量较较高高，强强度度较较低低，不不便便堆堆码码和和烧烧成成，必必须须经经干干燥燥后后排排除除其其中中游游离离水水分分，强强度度得得到到提提高高，才
39、才可可装装车车入入窑窑。有有些些成成型型后后含含水水量量已已很很低的砖坯，虽可码放适当高度，直接入窑，但入窑后也必须首先经过干燥阶段。低的砖坯，虽可码放适当高度，直接入窑，但入窑后也必须首先经过干燥阶段。砖砖坯坯的的干干燥燥是是热热量量传传递递过过程程，是是利利用用热热空空气气或或热热废废气气将将热热量量传传递递给给砖砖坯坯，砖砖坯坯受受热热温温度度升升高高，使使水水分分由由砖砖坯坯内内扩扩散散逸逸出出。干干燥燥制制度度必必须须控控制制适适当当，以以使使砖砖坯坯内内水水分分向向外外扩扩散散和和表表面面水水分分蒸蒸发发的的速速率率相相应应。由由于于砖砖坯坯在在干干燥燥过过程程中往往产生收缩，切忌
40、砖坯表面干燥速率不当，以免造成开裂、鼓爆等缺陷。中往往产生收缩，切忌砖坯表面干燥速率不当，以免造成开裂、鼓爆等缺陷。1.2.5 干干 燥燥第29页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义3030 (1)烧成的目的烧成的目的烧成的目的是使砖坯在高温下发生一系列物理化学反应达到烧结，即烧成的目的是使砖坯在高温下发生一系列物理化学反应达到烧结，即砖坯形成一定高温稳定的物相和结构，定形，并获得有相当高的密度、强砖坯形成一定高温稳定的物相和结构，定形，并获得有相当高的密度、强度和其他各种性能的制品。度和其他各种性能的制品。(2)烧成过程烧成过程一般烧结制品在烧成过程中，除可能排除残
41、余水分外，其中全部或部分物相可一般烧结制品在烧成过程中，除可能排除残余水分外，其中全部或部分物相可能首先发生矿物的分解和新矿物的形成，有的晶体可能发生晶型转变。随着温度的能首先发生矿物的分解和新矿物的形成，有的晶体可能发生晶型转变。随着温度的提高，可能发生固相反应、液相形成、新晶体形成和晶体长大，达到固相烧结和液提高，可能发生固相反应、液相形成、新晶体形成和晶体长大，达到固相烧结和液相烧结。相烧结。1.2.6 烧烧 成成第30页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义3131 固相烧结固相烧结 砖砖坯坯中中的的晶晶体体结结构构皆皆存存在在缺缺陷陷。这这些些晶晶体体在在温温
42、度度升升高高到到使使其其中中质质点点的的活活动动能能力力达达到到克克服服周周围围质质点点的的作作用用力力时时，就就会会发发生生扩扩散散。由由于于质质点点扩扩散散作作用用而而使使互互相相接接触触的的同同晶晶体体或或异异晶晶体体间间进进行行固固相相反反应应，使使晶晶体体长长大大或或形形成成新新的的晶晶体体。最最后后经经较较充充分分的的再再结结晶晶和和聚集再结晶作用，使晶体长大和结合而烧结。聚集再结晶作用，使晶体长大和结合而烧结。第31页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义3232 液相烧结液相烧结 当当温温度度升升高高到到一一定定程程度度时时，原原料料中中的的杂杂质质或或
43、与与砖砖坯坯中中其其他他组组分分，可可共共同同作作用用形形成成液液相相。此此种种液液相相可可将将砖砖坯坯中中的的晶晶体体润润湿湿。在在晶晶体体之之间间，由由于于表表面面张张力力的的作作用用，能使其互相靠近，并填充于砖坯的孔隙中，从而使其致密度提高。能使其互相靠近，并填充于砖坯的孔隙中，从而使其致密度提高。液液相相的的存存在在有有助助于于减减缓缓砖砖坯坯内内因因受受热热不不均均或或新新相相的的形形成成或或晶晶相相转转化化可可能能产产生生的的内内应应力力。此此外外，液液相相的的存存在在可可使使砖砖坯坯内内溶溶解解度度较较大大的的、细细小小的的和和缺陷较多的晶体溶于其中，并使其重结晶由液相中析出。缺
44、陷较多的晶体溶于其中，并使其重结晶由液相中析出。总总之之，液液相相的的存存在在有有助助于于砖砖坯坯的的烧烧结结。此此种种烧烧结结作作用用称称为为液液相相烧烧结结。液液相相烧烧结结作作用用与与液液相相的的性性质质和和数数量量有有关关。一一般般而而论论，液液相相粘粘度度低低和和数数量量多多有有利利于于液液相相烧烧结结。普普通通耐耐火火材材料料的的烧烧结结多多是是由由此此种种烧烧结结完完成成的的。但但液液相相粘粘度度低低数数量量多多对对制制品品的的高温性能危害很大。因此，优质耐火制品应严格控制。高温性能危害很大。因此，优质耐火制品应严格控制。第32页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与
45、燃料燃烧讲义3333图图1-2 CaO-ZrO2制品显微结构制品显微结构第33页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义3434 (1)不烧砖的生产不烧砖的生产 不不烧烧砖砖是是不不经经烧烧成成而而能能直直接接使使用用的的耐耐火火制制品品。生生产产工工艺艺与与烧烧成成制制品品基基本本相相同同，只只是是不不烧烧砖砖中中各各种种粒粒状状和和粉粉状状料料的的结结合合，主主要要是是靠靠加加入入的的化化学学结结合合剂的作用而实现的。也称为化学结合耐火砖。剂的作用而实现的。也称为化学结合耐火砖。(2)不定形耐火材料的生产不定形耐火材料的生产 不不定定形形耐耐火火材材料料是是由由合合理
46、理级级配配的的粒粒状状和和粉粉状状料料同同结结合合剂剂或或再再加加少少量量增增塑塑剂剂、促促硬硬剂剂或或缓缓硬硬剂剂及及其其他他外外加加剂剂等等，按按一一定定比比例例共共同同混混合合的的不不经经成成型型和和烧烧成成而而直直接接供供使使用用的的耐耐火火材材料料。此此种种材材料料的的生生产产工工艺艺，以以各各种种原原料料的的配配制制并并使使其其均均化化为为中中心心环环节节。根根据据不不定定形形耐耐火火材材料料混混合合料料的的工工艺艺特特性性，采采用用相相应应的的施施工方法。工方法。(3)熔铸耐火制品的生产熔铸耐火制品的生产 将将耐耐火火原原料料在在电电炉炉中中经经高高温温熔熔化化，并并向向模模型型
47、中中浇浇注注，再再经经凝凝固固退退火火而而制制成熔铸耐火制品。熔化的方法有还原熔融法和氧化熔融法。成熔铸耐火制品。熔化的方法有还原熔融法和氧化熔融法。1.2.7 非烧结制品的生产特点非烧结制品的生产特点第34页，此课件共35页哦耐火材料与燃料燃烧讲义耐火材料与燃料燃烧讲义3535 耐耐火火材材料料是是高高温温技技术术领领域域的的基基础础材材料料，其其中中应应用用最最为为普普遍遍的的是是在在各各种种热热工工设设备备和和高高温温容容器器中中作作为为抵抵抗抗高高温温作作用用的的结结构构材材料料和和内内衬衬。冶冶金金工工业业、建建材材工工业业及及其其他他生生产产硅硅酸酸盐盐制制品品的的高高温温作作业业
48、部部门门；化化工工、动动力力、机机械械制制造造等等工工业业高高温温作作业业部部门门中中的的各各种种焙焙烧烧炉炉、烧烧结结炉炉、加加热热炉炉、锅锅炉炉以以及及其其附附设设的的火火道道、烟烟囱囱、保保护层等都需要耐火材料。护层等都需要耐火材料。总总之之，当当某某种种构构筑筑物物、装装置置、设设备备或或容容器器在在约约1000C以以上上高高温温下下使使用用、操操作作时时，因因可可能能发发生生物物理理、化化学学、机机械械等等作作用用，使使材材料料变变形形、软软化化、熔熔融融，或或被被侵侵蚀蚀、冲冲蚀蚀，或或发发生生崩崩裂裂损损坏坏等等现现象象，不不仅仅可可能能使使操操作作无无法法持持续续进进行行，使使材材料料的的服服役役期期中中断断，影影响响生生产产，而而且且污污染染加加工工对对象象，影影响响产产品品质质量量，故故必必须须采采用用此此种种具有抵抗高温作用的耐火材料。具有抵抗高温作用的耐火材料。1.3.1 耐火材料应用的主要领域耐火材料应用的主要领域1.3 1.3 耐火材料的主要用途和要求耐火材料的主要用途和要求第35页，此课件共35页哦