耐火材料的生产过程优秀PPT.ppt

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1、4/2/2023材料科学与工程学院1 (1)原料制原料制备备:采采选矿选矿、煅、煅烧烧、破粉碎成粉体，、破粉碎成粉体，各种各种 粒度的粒度的颗颗粒料等粒料等;(2)坯料制坯料制备备（具（具备备加工加工实实力的粉料、力的粉料、颗颗粒料性粒料性质质）;(3)配料（混料）配料（混料）;(4)成型（不定形耐火材料不成型（不定形耐火材料不须须要成型）要成型）;(5)干燥干燥;(6)烧烧成（不成（不烧砖烧砖的的烧烧成在运用成在运用时时完成）完成）.耐火材料的生产过程耐火材料的生产过程基本与陶瓷生基本与陶瓷生产工工艺相同相同,包括：包括：4/2/2023材料科学与工程学院2一、耐火原料的一、耐火原料的一、耐

2、火原料的一、耐火原料的选择选择选择选择 耐火原料的耐火原料的选择选择从从两个方面两个方面两个方面两个方面进进行考行考虑虑：（1）化学）化学观观点：点：选择选择具有高熔点的具有高熔点的单质单质或化合物；或化合物；（2）矿矿物物观观点：点：选择选择具有高耐火度的具有高耐火度的矿矿物。物。a)a)元素角度元素角度元素角度元素角度选择选择选择选择 门门捷列夫元素周期表上，从捷列夫元素周期表上，从H到到V78个元素个元素中（稀土元素除外）熔点高于中（稀土元素除外）熔点高于2000的有的有10个，个，只有碳只有碳只有碳只有碳（熔点（熔点3500，有的，有的书书中中为为3700100）具有耐火材料生具有耐火

3、材料生产产的的实际实际意意义义，其它元素的数量，其它元素的数量不大。不大。第一节第一节 耐火材料的选择与加工耐火材料的选择与加工4/2/2023材料科学与工程学院3 b)b)二元化合物二元化合物二元化合物二元化合物 约约有有9200种二元化合物，种二元化合物，约约有有10101010种化合物是耐火的。种化合物是耐火的。氧化物中：氧化物中：酸性氧化物熔点最低：如酸性氧化物熔点最低：如SiO21713，TiO21825；中性氧化物次之：中性氧化物次之：如如Al2O3 2050，Cr2O32275；碱性氧化物熔点高：如碱性氧化物熔点高：如MgO2800，CaO2570，BeO2550，SrO2430

4、.c)c)三元化合物三元化合物三元化合物三元化合物 约约有有148000种（除固熔体外），可用作耐火原料的种（除固熔体外），可用作耐火原料的约约有有27802780种。如莫来石（种。如莫来石（3Al2O3 2SiO2）熔点）熔点为为1870；镁镁铝铝尖晶石（尖晶石（Al2O3MgO）熔点）熔点为为2105；镁铬镁铬尖晶石尖晶石（Cr2O3MgO）熔点）熔点为为2350。4/2/2023材料科学与工程学院4d)d)四元化合物四元化合物四元化合物四元化合物 估估计计可用作耐火原料的有可用作耐火原料的有400400600600种，如：种，如：堇堇青石（青石（2MgO2 Al2O35 SiO2）。）。

5、合合计计可用作耐火原料可用作耐火原料总总数数为为4000余种，其中常余种，其中常用于工用于工业业生生产产的耐火原料只有的耐火原料只有100种。种。why?除了考虑熔点外，还要看它在自然界中存在的除了考虑熔点外，还要看它在自然界中存在的数量及分布状况，即作为耐火原料还应当具有来源数量及分布状况，即作为耐火原料还应当具有来源广，成本低廉。在地球岩石层中，硅酸盐广，成本低廉。在地球岩石层中，硅酸盐+铝酸盐数铝酸盐数量最大占量最大占86.5%。金属。金属Pt的熔点为的熔点为1772，可以用，可以用作耐火原料，但是太昂贵了。作耐火原料，但是太昂贵了。4/2/2023材料科学与工程学院5（一）采（一）采矿

6、矿和和选矿选矿 1、采、采矿矿考考虑虑：储储量丰富，可量丰富，可稳稳定的供定的供应应原原矿矿，质质量波量波动动不大，不大，杂质杂质含量符合技含量符合技 术术要求。要求。综综合利用（具有开采价合利用（具有开采价 值值的要素：品位）的要素：品位）2、选矿选矿：机械、物理、化学等方法将所机械、物理、化学等方法将所选选 目目标矿标矿物富集，并按物富集，并按矿矿物中各种物中各种矿矿 物的物理性物的物理性质选质选用合适的用合适的选矿选矿方法。方法。二、耐火原料的加工二、耐火原料的加工4/2/2023材料科学与工程学院63、主要方法：、主要方法：重液法：利用重液法：利用矿矿物的密度差，在重液中物的密度差，在

7、重液中进进行分行分别别；磁力法：利用不同磁力法：利用不同矿矿物具有不同的磁物具有不同的磁导导系数；系数；浮浮选选法：利用法：利用矿矿物被液体所物被液体所润润湿程度的差湿程度的差别别来来进进行行 （工（工业业脂肪酸的混合物）脂肪酸的混合物）化学法：利用一系列物理化学反化学法：利用一系列物理化学反应应使使矿矿物分物分别别；电电泳法泳法(电电渗渗选矿选矿法法)：利用：利用悬悬浮液的浮液的质质点点(如黏如黏土、高岭土土、高岭土)带带有有电电荷荷,电电流通流通过悬过悬浮液浮液时时,带电带电的微粒向的微粒向带带有相反有相反电电荷的荷的电电极移极移动动,并沉并沉积积在在其表面上。其表面上。4/2/2023材

8、料科学与工程学院7例：菱镁矿选矿方法的介绍例：菱镁矿选矿方法的介绍（1）重液）重液选矿选矿 菱菱镁矿镁矿，裂开，裂开0120mm（筛筛去去08mm）分分级级60120和和860重液重液选矿悬选矿悬浮液中浮液中（MgO4546%）问题问题:有有15%的的废矿废矿原料不能回收原料不能回收处处理。理。（2）浮）浮选选 浮浮选剂选剂（工（工业业脂肪酸混合物）脂肪酸混合物）利用利用杂杂物和物和矿矿物物对对浮浮选剂选剂的附着性与的附着性与润润湿性湿性的差的差别别 矿矿石中石中MgO 3741%浮浮选选45.546.5%4/2/2023材料科学与工程学院8（3）化学选矿）化学选矿 通通过过化学作用将化学作用

9、将矿矿物中有关成分提取出来的物中有关成分提取出来的选选矿矿方法，分方法，分别别出来的原料的出来的原料的纯纯度度较较高。高。a、氯氯化化镁镁法：法：获获得原料得原料:b、氨化法：、氨化法：水解水解获获得得经轻烧经轻烧(水解水解)4/2/2023材料科学与工程学院9c、碳酸、碳酸氢盐氢盐法：法：小小结结：(1)化学法制化学法制备备高高纯纯;（2）可以）可以调调整整组组分分间间比例比例 （在沉淀在沉淀过过程、共沉淀一些物程、共沉淀一些物质质）。）。；获得原料：获得原料：获得原料：获得原料：经轻烧经轻烧4/2/2023材料科学与工程学院10 1目的：提高制品的性能目的：提高制品的性能 获获得性能得性能

10、稳稳定的坯料；定的坯料；改善制品成分，改善制品成分，组织结组织结构；构；保保证证制品的体制品的体积稳积稳定性；定性；保保证证外形尺寸的精确性外形尺寸的精确性 2冲突区冲突区 死死烧烧 制品性能制品性能稳稳定定 制品制品烧烧成困成困难难 轻烧轻烧 活性活性 稳稳定性差定性差 3基本概念基本概念 活化活化轻烧轻烧：将物料充分：将物料充分细细磨（接受高效粉磨技磨（接受高效粉磨技 术术），在），在较较低温度下低温度下烧结烧结熟料（熟料（轻烧轻烧）；）；轻烧轻烧目的：目的：获获得易得易烧烧的原料（缺陷多，活性高的原料（缺陷多，活性高),轻烧轻烧温度温度选择选择具有特具有特别别重要性。重要性。（二）原料煅

11、（二）原料煅烧4/2/2023材料科学与工程学院11 死死烧烧：物料达到完全：物料达到完全烧结烧结称称为为死死烧烧。T=0.7 Ts（Ts为为主晶相氧化物的熔点）主晶相氧化物的熔点）轻烧轻烧活化工活化工艺艺：轻烧轻烧 压压球（球（压压坯）坯）死死烧烧（亦称两步煅（亦称两步煅烧烧）二步煅二步煅烧烧的特点：的特点：优优点：点：获获得高得高纯纯、高密度的氧化物制品。、高密度的氧化物制品。缺点：工缺点：工艺艺困困难难、燃料消耗大。、燃料消耗大。留意：留意：对对于于杂质杂质含量大于含量大于4%的可不接受二步煅的可不接受二步煅烧烧 工工艺艺。需需热热工工设备设备：多：多层层炉、沸炉、沸腾腾炉、回炉、回转转

12、炉、炉、竖竖炉等。炉等。4/2/2023材料科学与工程学院12三、原料的破粉碎三、原料的破粉碎 1.目的：目的：a、选矿时须选矿时须要；要；b、成型、成型时获时获得得较较高的高的积积累密度；累密度；c、烧结烧结活性。活性。2、常用机械、常用机械 粗碎：粗碎：颚颚式裂开机；式裂开机；中碎：中碎：圆锥圆锥式破机式破机 细细碎：球磨机碎：球磨机 运用上述机械运用上述机械应应留意事留意事项项：生：生产实产实力由大力由大变变小；小；留意防留意防尘尘；留意隔音留意隔音4/2/2023材料科学与工程学院13接受超接受超细细磨技磨技术术（获获得超得超细细粉）粉）a、高效能研磨促高效能研磨促进进相相变变和固相反

13、和固相反应发应发生；生；b、表面活性提高，增大固相反、表面活性提高，增大固相反应应程度，降低程度，降低 烧结烧结温度；温度；c、留意、留意职业职业病，病，矽矽肺（主要由可溶性肺（主要由可溶性SiO2粉粉尘尘引引 起）；起）；d、高效能研磨手段：振、高效能研磨手段：振动动磨、气磨、气动动磨、磨、搅搅拌拌磨、磨、爆炸方法等。爆炸方法等。4/2/2023材料科学与工程学院144 4、助磨、助磨、助磨、助磨剂剂剂剂（加速物料的粉碎）（加速物料的粉碎）（加速物料的粉碎）（加速物料的粉碎）实质实质实质实质：表面活性表面活性剂剂 作用：作用：作用：作用：a、使物料、使物料颗颗粒表面自由能和晶格畸粒表面自由能

14、和晶格畸变变程度程度 减小，促减小，促进颗进颗粒粒软软化；化；b、吸附作用平衡、吸附作用平衡颗颗粒表面的不粒表面的不饱饱和和键键，防，防 止止颗颗粒重新聚合；粒重新聚合；上述作用都是上述作用都是为为了防止重新聚合成大了防止重新聚合成大颗颗粒。粒。助磨助磨助磨助磨剂剂剂剂范范范范围围围围：胺、醇、胺、醇、酯酯、醚醚、无机、无机盐类盐类（水）（水）小颗粒为什么会聚合？小颗粒为什么会聚合？小颗粒为什么会聚合？小颗粒为什么会聚合？a a、弱、弱、弱、弱结结合：范德合：范德合：范德合：范德华华引力。引力。引力。引力。bbbb、强结强结合：新表面的剩余化学合：新表面的剩余化学合：新表面的剩余化学合：新表面

15、的剩余化学键键或游离基的作用。或游离基的作用。或游离基的作用。或游离基的作用。4/2/2023材料科学与工程学院15准准备备成型的物料成型的物料 一、一、颗颗粒的几何学性粒的几何学性质质（密（密积积累原理）累原理）粉体粉体颗颗粒的构造：一次粒的构造：一次颗颗粒、二次粒、二次颗颗粒）粒）粉体的粒度：粒径、粒度分布粉体的粒度：粒径、粒度分布 颗颗粒的形粒的形态态：1）体）体积积形形态态系数系数:av 、表面、表面积积形形态态系数系数:as 设设一一颗颗粒粒径粒粒径为为dp，体，体积为积为v，表面，表面积积为为s，则则v=av dp3 s=as dp2 球：球：av=/6 as=；立方体；立方体：a

16、v=1 as=6其次节其次节 坯料的制备坯料的制备4/2/2023材料科学与工程学院162 2）粉体的流淌性）粉体的流淌性）粉体的流淌性）粉体的流淌性 颗颗颗颗粒形粒形粒形粒形态态态态影响粉体的流淌性。影响粉体的流淌性。影响粉体的流淌性。影响粉体的流淌性。a a、休止角：未加、休止角：未加、休止角：未加、休止角：未加负载负载负载负载的粉料的粉料的粉料的粉料积积积积累在水平面上，假累在水平面上，假累在水平面上，假累在水平面上，假设设设设落落落落在料堆在料堆在料堆在料堆顶顶顶顶上的粉料速度是可以忽上的粉料速度是可以忽上的粉料速度是可以忽上的粉料速度是可以忽视视视视不不不不计计计计的，的，的，的，则

17、则则则料堆与料堆与料堆与料堆与水平面的交角。水平面的交角。水平面的交角。水平面的交角。b b、偏析：粉料流淌、偏析：粉料流淌、偏析：粉料流淌、偏析：粉料流淌时时时时，颗颗颗颗粒密度、形粒密度、形粒密度、形粒密度、形态态态态、表面性状等、表面性状等、表面性状等、表面性状等的差异，粉料呈不匀整的的差异，粉料呈不匀整的的差异，粉料呈不匀整的的差异，粉料呈不匀整的现现现现象称偏析。象称偏析。象称偏析。象称偏析。偏析分偏析分偏析分偏析分类类类类及及及及缘缘缘缘由：由：由：由：附着偏析：粉料附着偏析：粉料附着偏析：粉料附着偏析：粉料进进进进入料入料入料入料仓时仓时仓时仓时，因有确定落差，使粗，因有确定落差

18、，使粗，因有确定落差，使粗，因有确定落差，使粗细细细细粉分开。粉分开。粉分开。粉分开。填充偏析：料填充偏析：料填充偏析：料填充偏析：料仓仓仓仓加料加料加料加料时时时时，粗粒料，粗粒料，粗粒料，粗粒料层层层层起起起起筛筛筛筛分作用，分作用，分作用，分作用，细细细细粉粉粉粉可穿可穿可穿可穿过过过过 其其其其间进间进间进间进入下面的静止入下面的静止入下面的静止入下面的静止层层层层；滚滚滚滚落偏析：粗落偏析：粗落偏析：粗落偏析：粗颗颗颗颗粒粒粒粒质质质质量大，摩擦系数小，使得粗量大，摩擦系数小，使得粗量大，摩擦系数小，使得粗量大，摩擦系数小，使得粗颗颗颗颗粒粒粒粒滚滚滚滚落快而落快而落快而落快而 流向

19、流向流向流向仓仓仓仓壁。壁。壁。壁。4/2/2023材料科学与工程学院17二、颗粒积累探讨的结论二、颗粒积累探讨的结论二、颗粒积累探讨的结论二、颗粒积累探讨的结论4/2/2023材料科学与工程学院184/2/2023材料科学与工程学院19一般状况配料状况一般状况配料状况两两级配料：粗：配料：粗：细三三级配料：粗：中：配料：粗：中：细其中：其中：其中：其中：粗颗粒粗颗粒:从从.5mm到到34mm;中颗粒中颗粒:从从.2(或或0.1)mm到到0.5mm左右左右;细颗粒细颗粒:从从0到到0.2(或或0.1)mm.4/2/2023材料科学与工程学院204/2/2023材料科学与工程学院21接受接受单单

20、一的一的颗颗粒不能达到粒不能达到紧紧密密积积累累;接受多接受多组组分可达到分可达到紧紧密密积积累，而且累，而且组组分分颗颗粒粒尺寸相差越大越好尺寸相差越大越好;较细颗较细颗粒数量粒数量应应足足够够填充于填充于紧紧密排列的密排列的颗颗粒粒构成的构成的间间隙中隙中;增加增加颗颗粒粒组组分分虽虽可以提高可以提高积积累密度，但当累密度，但当 3时时，无无实际实际意意义义;应应适当增大适当增大临临界界颗颗粒尺寸，以使各粒尺寸，以使各组组分分颗颗粒粒尺寸相差大些尺寸相差大些;4/2/2023材料科学与工程学院22四、配料四、配料 配料包括按配料包括按规规定比例的各种原料、和同一原料的定比例的各种原料、和同

21、一原料的各不同各不同颗颗粒粒组组成成协协作的粉料；作的粉料；（1）要求：）要求：a、配料的化学、配料的化学组组成必需能成必需能满满足制品的要求，并且足制品的要求，并且应应比限制比限制 指指标标高些（高些（纯纯度高、度高、杂质杂质成分少）；成分少）；b、结结合合剂剂的的选择对选择对制品的最制品的最终终性能不性能不产产生影响，生影响，对结对结合合剂变为剂变为制品的一部分制品的一部分应应慎重，作慎重，作为为配料配料组组 成配料；成配料；c、原料中含水分和灼减成分、原料中含水分和灼减成分时时，使得原料、配料，使得原料、配料和制品的和制品的 化学化学组组成之成之间间出出现换现换算关系。算关系。4/2/2

22、023材料科学与工程学院23（2）配料方法：）配料方法：重量法：比重量法：比较较精确，精确，误误差一般差一般0.2%容容积积法：按体法：按体积积比来配料。常用、比来配料。常用、简洁简洁4/2/2023材料科学与工程学院24五、混料五、混料 (1)定定义义：使两种以上不匀整物料的成分和：使两种以上不匀整物料的成分和颗颗粒匀整化，促粒匀整化，促进颗进颗粒接触和塑化的操作粒接触和塑化的操作过过程程称称为为混混练练。注：注：耐火材料的混耐火材料的混练练是混合的一种，伴随是混合的一种，伴随有一有一 定程度的定程度的挤压挤压、捏合、排气、捏合、排气过过程在程在内。内。4/2/2023材料科学与工程学院25

23、(2)(2)混合程度的表示方法混合程度的表示方法混合程度的表示方法混合程度的表示方法 不匀整系数：不匀整系数：不匀整系数：不匀整系数：混合的匀整程度与物料的混合的匀整程度与物料的混合的匀整程度与物料的混合的匀整程度与物料的质质质质量体量体量体量体积积积积有关，物有关，物有关，物有关，物料体料体料体料体积积积积越小、越小、越小、越小、质质质质量小量小量小量小则则则则混合匀整程度越高（接受混合匀整程度越高（接受混合匀整程度越高（接受混合匀整程度越高（接受湿法球磨）湿法球磨）湿法球磨）湿法球磨）4/2/2023材料科学与工程学院26 (3)混合混合过过程：程：快速混合快速混合阶阶段段 扩扩散混合散混

24、合阶阶段段 后期混合后期混合阶阶段（逆混合段（逆混合阶阶段）段）(4)混混练练中的加料依次和留意事中的加料依次和留意事项项：结合剂结合剂结合剂结合剂细粉细粉细粉细粉 粗颗粒粗颗粒粗颗粒粗颗粒（中颗粒物料）（中颗粒物料）（中颗粒物料）（中颗粒物料）4/2/2023材料科学与工程学院27(5)坯料的塑化处理坯料的塑化处理a、困料：将混、困料：将混练练后或后或经过挤经过挤泥泥处处理的坯料在理的坯料在确定的温度和湿度的确定的温度和湿度的环环境中境中储储放确定放确定时间时间。水分匀整化；水分匀整化；胶体物胶体物质产质产生；生；细细菌使有机物菌使有机物变质变质生成有机酸，使坯料均化。生成有机酸，使坯料均化

25、。b b、解除空气、解除空气、解除空气、解除空气 （真空解除气泡）真空练泥机强化塑化（真空解除气泡）真空练泥机强化塑化（真空解除气泡）真空练泥机强化塑化（真空解除气泡）真空练泥机强化塑化c c、加入表面活性剂和塑化剂、加入表面活性剂和塑化剂、加入表面活性剂和塑化剂、加入表面活性剂和塑化剂 注：注：注：注：有机粘接剂需匀整加入，在软化点以上操作，有机粘接剂需匀整加入，在软化点以上操作，有机粘接剂需匀整加入，在软化点以上操作，有机粘接剂需匀整加入，在软化点以上操作，含碳量高有机物含碳量高有机物含碳量高有机物含碳量高有机物/石蜡、沥青，但不能温度太高，否石蜡、沥青，但不能温度太高，否石蜡、沥青，但不

26、能温度太高，否石蜡、沥青，但不能温度太高，否则轻馏分挥发）则轻馏分挥发）则轻馏分挥发）则轻馏分挥发）4/2/2023材料科学与工程学院28 简简介介 半干半干压压成型成型 注注浆浆成型成型 热压热压成型成型（热热塑性、晶界蠕塑性、晶界蠕动动）热压热压注成型注成型 电电熔熔铸铸 等静等静压压成型成型 振振动动成型成型难点难点难点难点:层密度、层裂、弹性后效、泥浆触变、泥浆冻层密度、层裂、弹性后效、泥浆触变、泥浆冻层密度、层裂、弹性后效、泥浆触变、泥浆冻层密度、层裂、弹性后效、泥浆触变、泥浆冻结结结结第三节耐火材料的成型工艺第三节耐火材料的成型工艺4/2/2023材料科学与工程学院29 成型方法简

27、介：成型方法简介：1.定定义义：耐火坯料借助于外力和模型，成：耐火坯料借助于外力和模型，成为为具有确具有确定尺寸和形定尺寸和形态态、强强度的坯体或制品的度的坯体或制品的过过程。程。2.选择选择成型方法取决于坯料性成型方法取决于坯料性质质、制品形、制品形态态、尺、尺寸的工寸的工艺艺要求。要求。3.成型方法：成型方法：4.半干法半干法坯料水分坯料水分5%左右左右5.可塑法可塑法坯料水分坯料水分15%左右左右6.注注浆浆法法坯料水分坯料水分40%左右左右7.其他：振其他：振动动成型、成型、热压热压成型、等静成型、等静压压成型成型4/2/2023材料科学与工程学院30一、半干压成型一、半干压成型 1、

28、定、定义义：借助于：借助于压压力的作用，使坯体力的作用，使坯体颗颗粒粒重新分布，在机械重新分布，在机械结结合力（静合力（静电电引力、摩引力、摩擦力）作用下，擦力）作用下，颗颗粒粒紧紧密密结结合，合，发发生生弹弹性性和脆性形和脆性形变变，排出空气，成，排出空气，成为为有确定尺寸有确定尺寸和形和形态态强强度的制品。度的制品。注：形注：形态态困困难难的的颗颗粒，机械粒，机械结结合力起主要作合力起主要作用；用；形形态简洁态简洁的的颗颗粒，摩擦力及静粒，摩擦力及静电电引力引力起主要作用；起主要作用；4/2/2023材料科学与工程学院31第第第第1 1 1 1阶阶段：段：段：段：颗颗粒移粒移粒移粒移动动，

29、重新，重新，重新，重新配置成配置成配置成配置成较较致密的致密的致密的致密的积积累（累（累（累（压压缩缩明明明明显显）；）；）；）；第第第第2 2 2 2阶阶段：段：段：段：颗颗粒粒粒粒发发生脆性及生脆性及生脆性及生脆性及弹弹性性性性变变形，形，形，形，压缩压缩呈呈呈呈阶阶梯状，梯状，梯状，梯状，短促而短促而短促而短促而频频繁；繁；繁；繁；第第第第3 3 3 3阶阶段：在极限段：在极限段：在极限段：在极限压压力下，力下，力下，力下，坯料致密度不再提高。坯料致密度不再提高。坯料致密度不再提高。坯料致密度不再提高。2 2、压制过程三阶段、压制过程三阶段4/2/2023材料科学与工程学院32 3、压制

30、压力的构成、压制压力的构成相相识压识压力的力的组组成有助于成型成有助于成型较为较为致密完好的致密完好的样样品品压压力由三部分构成力由三部分构成 （1）克服坯料）克服坯料颗颗粒粒间间内摩擦力的内摩擦力的压压力（）力（）措施：措施：颗颗粒大小相同，等粒大小相同，等轴轴（2）克服坯料）克服坯料颗颗粒与模壁粒与模壁间间的外摩擦力（）的外摩擦力（）措施：增加模壁的光滑性措施：增加模壁的光滑性（3）过过剩剩压压力（坯料水分、力（坯料水分、颗颗粒粒组组成及在模内填充成及在模内填充的不匀整的不匀整 性）性）措施：粉料混合匀整措施：粉料混合匀整（压力通常由试验方法确定总压力）4/2/2023材料科学与工程学院3

31、3 4 4、坯体气孔率和压力关系、坯体气孔率和压力关系：可看作坯体相对密度：可看作坯体相对密度：压制压力；：压制压力；：压缩坯料常数：压缩坯料常数：真气孔率；：真气孔率；4/2/2023材料科学与工程学院344/2/2023材料科学与工程学院354/2/2023材料科学与工程学院364/2/2023材料科学与工程学院37探探讨结论讨结论：（1）常数）常数a、b取决于自然取决于自然积积累坯料的气孔累坯料的气孔率及物料硬度，（）；率及物料硬度，（）；（2）物料的硬度增大，）物料的硬度增大，则则坯体的气孔率及坯体的气孔率及ab的比的比值值也大；也大；（3）物料的相）物料的相对对密度与密度与为为反比关

32、系；反比关系；所以比所以比值值可用来表示坯料可用来表示坯料趋趋向致密的向致密的实实力力4/2/2023材料科学与工程学院38压压强强随坯体厚度随坯体厚度变变更的关系更的关系 fh：距受：距受压压面面h处压处压强强系数；系数；f：受：受压压表表面上面上压压强强；h：距受：距受压压面的距离；面的距离；R：坯体截面的水力半径。坯体截面的水力半径。五、压制时压力分层与层密度现象五、压制时压力分层与层密度现象注：沿注：沿注：沿注：沿压压制方向，制方向，制方向，制方向，压强压强落差确定了坯体的匀整程度，落差确定了坯体的匀整程度，落差确定了坯体的匀整程度，落差确定了坯体的匀整程度，即可用即可用即可用即可用f

33、h/ffh/ffh/ffh/f来估算，来估算，来估算，来估算，即坯体匀整程度系数：即坯体匀整程度系数：即坯体匀整程度系数：即坯体匀整程度系数：，=1=1=1=1为为志向志向志向志向状状状状态态4/2/2023材料科学与工程学院39层层层层密度密度密度密度现现现现象象象象层层层层密度密度密度密度现现现现象：距受象：距受象：距受象：距受压压压压面近的地方密度大，而随面近的地方密度大，而随面近的地方密度大，而随面近的地方密度大，而随着离受着离受着离受着离受压压压压面距离的增加，气孔率面距离的增加，气孔率面距离的增加，气孔率面距离的增加，气孔率渐渐渐渐渐渐渐渐增大，密度下增大，密度下增大，密度下增大，

34、密度下降，坯体的降，坯体的降，坯体的降，坯体的这这这这种种种种现现现现象称象称象称象称“层层层层密度密度密度密度”（压压压压制制制制时时时时，压压压压强强强强不遵守帕斯卡定律所致）不遵守帕斯卡定律所致）不遵守帕斯卡定律所致）不遵守帕斯卡定律所致）（距离受压面处的气孔率；距离受压面处的体积密度；常数，取决于坯料性质和常数；坯体的水力半径）4/2/2023材料科学与工程学院404/2/2023材料科学与工程学院41影响坯体匀整程度的因素及解决方法影响坯体匀整程度的因素及解决方法坯体内外摩擦系数降低，将使提高；坯体内外摩擦系数降低，将使提高；坯体受坯体受压压面与厚度的比面与厚度的比值值增大，使提高增

35、大，使提高（=0.74）塑化塑化剂剂、表面活性、表面活性剂剂的引入，使提高的引入，使提高坯料坯料颗颗粒粒较较粗，水分粗，水分较较大，使提高（液大，使提高（液膜的膜的润润湿作用）湿作用）4/2/2023材料科学与工程学院42坯体坯体压制制时，外部，外部压力被内部力被内部弹性力所均衡，性力所均衡，当外力取消当外力取消时，内部，内部弹性力被性力被释放出来，引起坯体放出来，引起坯体膨膨胀。（成型。（成型时产生生废品的主要品的主要缘由）由）六、弹性后效六、弹性后效4/2/2023材料科学与工程学院43七、层裂因素和防止方法七、层裂因素和防止方法气体的影响（重要气体的影响（重要缘缘由）由）解除（解除（压缩

36、压缩气体的气体的压压力力较较大，会超大，会超过砖过砖坯的坯的断裂断裂强强度）；度）；水分的影响水分的影响水分大小和分布不匀整（水分小水分大小和分布不匀整（水分小时时，弹弹性后性后效引起效引起层层裂；水分大裂；水分大时时，水分引起，水分引起层层裂）；裂）；加加压压次数：多次加次数：多次加压压；压压制制时间时间及及压压力的影响力的影响缓缓慢加慢加压压，增大塑性，增大塑性变变形程度。形程度。4/2/2023材料科学与工程学院444/2/2023材料科学与工程学院45二、注浆成型二、注浆成型1 1、定、定、定、定义义义义：（粉状原料：（粉状原料：（粉状原料：（粉状原料+解胶解胶解胶解胶剂剂剂剂/反絮凝

37、反絮凝反絮凝反絮凝剂剂剂剂+悬悬悬悬浮液）浮液）浮液）浮液）泥泥泥泥浆浆浆浆，浇浇浇浇注到有吸水性的模型中，吸去水分，按注到有吸水性的模型中，吸去水分，按注到有吸水性的模型中，吸去水分，按注到有吸水性的模型中，吸去水分，按模型形模型形模型形模型形态态态态形成坯体，称注形成坯体，称注形成坯体，称注形成坯体，称注浆浆浆浆成型。成型。成型。成型。注：注：注：注：接受石膏和高分子模型；接受石膏和高分子模型；接受石膏和高分子模型；接受石膏和高分子模型；悬悬悬悬浮液：水（浮液：水（浮液：水（浮液：水（3545%3545%）和酒精。）和酒精。）和酒精。）和酒精。2 2、两种、两种、两种、两种浇浇浇浇注方式注

38、方式注方式注方式空心：薄壁中空制品，如坩空心：薄壁中空制品，如坩空心：薄壁中空制品，如坩空心：薄壁中空制品，如坩埚埚埚埚（要求泥（要求泥（要求泥（要求泥浆浆浆浆有有有有较较较较好的好的好的好的流淌性）流淌性）流淌性）流淌性）实实实实心：厚壁大件制品，（心：厚壁大件制品，（心：厚壁大件制品，（心：厚壁大件制品，（简洁简洁简洁简洁中中中中间间间间开裂）泥开裂）泥开裂）泥开裂）泥浆浆浆浆稠度稠度稠度稠度要大要大要大要大4/2/2023材料科学与工程学院46 泥泥浆调浆调制：制：稠度是主要限制指稠度是主要限制指标标：稠度包含两个：稠度包含两个因素：流淌性和固含量因素：流淌性和固含量 临临界稠度；界稠度

39、；泥泥浆浆比重比重 干燥干燥时时体体积积收收缩缩率率 可表示固含量可表示固含量4/2/2023材料科学与工程学院47要求：要求：泥泥浆浓稠，稠，简洁流淌，有粘性、脱模流淌，有粘性、脱模时间短，脱模后短，脱模后强度大，泥度大，泥浆稳定定三种泥三种泥浆不不稳定定现象：象：泥泥浆冻结：固含量高，：固含量高，颗粒配比近似于密堆粒配比近似于密堆泥泥浆触触变：细粉含量太多，包含粉含量太多，包含过量的水量的水泥泥浆沉降容：泥沉降容：泥浆不不稳定（沉降物所占的容定（沉降物所占的容积）4/2/2023材料科学与工程学院484/2/2023材料科学与工程学院49三、其它成型方法三、其它成型方法 热压热压成型成型（

40、热热塑性、晶界蠕塑性、晶界蠕动动）致密金致密金刚刚石、炭化硅、石、炭化硅、赛赛隆（隆（）、二氧化）、二氧化锆锆、氧化氧化铝铝，限制晶粒生，限制晶粒生长长 热压热压注成型注成型埋粉排塑埋粉排塑 电电熔熔铸铸 等静等静压压成型成型 振振动动成型成型 3000次次/分分钟钟振振动动，使，使颗颗粒重排粒重排 设备设备：振：振动锤动锤、振、振动动台、振台、振动动器（耐火混凝器（耐火混凝土常用）土常用）4/2/2023材料科学与工程学院504/2/2023材料科学与工程学院514/2/2023材料科学与工程学院52 干燥的重要性干燥的重要性 干燥干燥阶阶段段 干燥速度与干燥条件的关系干燥速度与干燥条件的关

41、系 干燥干燥过过程气孔形成和程气孔形成和应应力力产产生生第四节第四节 耐火材料的干燥耐火材料的干燥4/2/2023材料科学与工程学院53为什么要进行干燥为什么要进行干燥?*重要工序重要工序 使坯体使坯体获获得确定机械得确定机械强强度，有利于装度，有利于装窑和保窑和保证烧证烧成初期能成初期能够顺够顺当当进进行行;经过经过干燥干燥的半成品得到初步定型的半成品得到初步定型,可能暴露成型可能暴露成型过过程程中造成的缺陷中造成的缺陷,提高成品率提高成品率.举举例：例：干干压压成型水分多，炸窑成型水分多，炸窑塑性成型水分多，没有塑性成型水分多，没有强强度度4/2/2023材料科学与工程学院54一、干燥阶段

42、一、干燥阶段4/2/2023材料科学与工程学院554/2/2023材料科学与工程学院56 预备阶预备阶预备阶预备阶段（加段（加段（加段（加热阶热阶热阶热阶段）段）段）段）第一第一第一第一阶阶阶阶段（等速段（等速段（等速段（等速阶阶阶阶段）段）段）段）:排出大量的水分，等速干燥、水分蒸排出大量的水分，等速干燥、水分蒸排出大量的水分，等速干燥、水分蒸排出大量的水分，等速干燥、水分蒸发发发发发发发发生生生生在坯体表面。（在坯体表面。（在坯体表面。（在坯体表面。（仅仅仅仅与干燥介与干燥介与干燥介与干燥介质质质质的性的性的性的性质质质质有关）有关）有关）有关）属于表面蒸属于表面蒸属于表面蒸属于表面蒸发发

43、发发率速率速率速率速过过过过程程程程 其次其次其次其次阶阶阶阶段段段段(降速降速降速降速阶阶阶阶段段段段):):干燥速度降低，干燥介干燥速度降低，干燥介干燥速度降低，干燥介干燥速度降低，干燥介质质质质影响影响影响影响较较较较小，（与坯小，（与坯小，（与坯小，（与坯体含水量和内部体含水量和内部体含水量和内部体含水量和内部结结结结构有关）构有关）构有关）构有关）扩扩扩扩散率速散率速散率速散率速过过过过程程程程 第三第三第三第三阶阶阶阶段（零速段（零速段（零速段（零速阶阶阶阶段）段）段）段）:平衡水分保留在坯体内，大小取决于物料性平衡水分保留在坯体内，大小取决于物料性平衡水分保留在坯体内，大小取决于

44、物料性平衡水分保留在坯体内，大小取决于物料性质质质质、颗颗颗颗粒大小、干燥介粒大小、干燥介粒大小、干燥介粒大小、干燥介质质质质的温度与相的温度与相的温度与相的温度与相对对对对湿度湿度湿度湿度 4/2/2023材料科学与工程学院57其中，其中，可塑成型三可塑成型三阶阶段明段明显显，不能快速干燥，不能快速干燥;半干法成型的三半干法成型的三阶阶段不明段不明显显，可以提高，可以提高干燥速度干燥速度.概念：概念：平衡水分：平衡水分：干球温度以上水分干球温度以上水分:小于小于100时保留在坯体时保留在坯体中的水分中的水分.当坯体的含水量与外界条件当坯体的含水量与外界条件(四周空气四周空气)达到平衡时所含的

45、水分达到平衡时所含的水分;4/2/2023材料科学与工程学院58二、干燥速度与干燥条件的关系二、干燥速度与干燥条件的关系 温度温度 湿度湿度 流淌速度（干燥介流淌速度（干燥介质质）（等速干燥影响（等速干燥影响较为较为明明显显（表面（表面过过程）程）4/2/2023材料科学与工程学院594/2/2023材料科学与工程学院60三、干燥过程气孔形成和应力产生三、干燥过程气孔形成和应力产生对坯体水分相坯体水分相识：可塑水：可塑水：产生最大塑性所需水分，形成生最大塑性所需水分，形成润 滑水膜滑水膜 收收缩水：湿坯干燥达最大收水：湿坯干燥达最大收缩所排出水分所排出水分 气孔水：收气孔水：收缩水排出后水排出

46、后连续蒸蒸发时排出水排出水 分（分（刚性体不性体不发生收生收缩）4/2/2023材料科学与工程学院611 1、气孔形成（粘土砖为例）、气孔形成（粘土砖为例）、气孔形成（粘土砖为例）、气孔形成（粘土砖为例）曲线为粘土的收缩曲线；曲线为水分的排出曲线；点：收缩与排出水分体积相等；点以后：排出水分大于收缩体积，所以产生气孔。4/2/2023材料科学与工程学院62 干燥时，内部水分不等，存在水分梯度，导致坯体干燥不匀整，使得坯体内部产生应力；等速干燥阶段：干燥曲线平行（5%以上）某一点时，曲线急剧弯曲使表面含水量和中心处不等，表面含水了量等于零，产生不匀整收缩，导致内部产生应力 2、内部应力的产生、内

47、部应力的产生4/2/2023材料科学与工程学院63 应应力力产产生表生表现现：干燥干燥变变形形 干燥裂干燥裂纹纹 应应力克服措施：力克服措施：减速干燥减速干燥阶阶段，段，实实行温度梯度干燥；行温度梯度干燥；限制干燥速度限制干燥速度4/2/2023材料科学与工程学院64四、干燥制度四、干燥制度 砖砖坯坯进进行干燥行干燥时时，限制条件的，限制条件的总总和，包和，包括：干燥括：干燥时间时间，进进入和排出干燥入和排出干燥剂剂的温度，的温度，相相对对湿度，坯体干燥前后的水分；湿度，坯体干燥前后的水分；干燥干燥时间时间关系到正确关系到正确选择选择干燥干燥设备设备，保，保证证正常生正常生产产与与经济经济性，

48、是重要参数。性，是重要参数。4/2/2023材料科学与工程学院65 1、影响干燥、影响干燥时间时间因素（干燥速度）因素（干燥速度）物料性物料性质质与与结结构（构（结结合粘土量、熟料合粘土量、熟料颗颗粒粒组组成：粗成：粗细细）坯体的形坯体的形态态和大小和大小砖砖坯最初含水量与干燥后的残余水分坯最初含水量与干燥后的残余水分干燥介干燥介质质的温度、湿度和流速的温度、湿度和流速干燥介干燥介质质在干燥器中的温度降在干燥器中的温度降干燥器的密封状况。干燥器的密封状况。4/2/2023材料科学与工程学院66 2、干燥后残余水分的确定、干燥后残余水分的确定 足足够够的机械的机械强强度（装窑，太低水分度（装窑，

49、太低水分砖砖坯脆）坯脆）烧烧成期成期间间能快速升温（降低不必要的能快速升温（降低不必要的热热工工消耗）消耗）砖砖坯厚度大小确定残余水重量坯厚度大小确定残余水重量 不同窑型不同窑型/不同不同砖砖种也确定残余水分含量种也确定残余水分含量（举举例）例）4/2/2023材料科学与工程学院67 回回转转窑：含水量低（推窑：含水量低（推车车制度确定）；制度确定）；其他窑：其他窑：水分可以提高。水分可以提高。粘土粘土砖砖：23%硅硅砖砖：12%镁砖镁砖：0.61.0%（防止水化）（防止水化）4/2/2023材料科学与工程学院684 4、干燥设备、干燥设备、干燥设备、干燥设备 隧道干燥器、室式干燥器、其它（利

50、用隧道窑隧道干燥器、室式干燥器、其它（利用隧道窑的热烟气）的热烟气）3、具体干燥制度4/2/2023材料科学与工程学院69定定义：对坯体坯体进行加行加热处理，使其达到理，使其达到烧 结的的过程。程。目的：耐火制品（陶瓷）制品的一种目的：耐火制品（陶瓷）制品的一种热处理理 过程，伴随着一系列物理化学程，伴随着一系列物理化学变更，使更，使 坯体气孔率降低（多孔制品例外），体坯体气孔率降低（多孔制品例外），体 积密度增大，密度增大，变为一种具有确定尺寸、一种具有确定尺寸、形形态和和结构构强度制品，它是耐火材料制度制品，它是耐火材料制 品生品生产中最中最终一道工序。一道工序。第五节第五节 耐火材料的烧