华北理工矿物材料基础教案12耐火材料（三）

PAGEPAGE16课程名称：《矿物材料学基础》第12讲次本讲课程内容（或教材章节题目）第五章耐火材料第六节碳质耐火材料第七节含锆质耐火材料第八节不定形耐火材料第九节特种耐火材料本讲课程目的要求及重点、难点：【目的要求】使同学们了解碳质耐火材料、含锆质耐火材料各自的性能，了解各种不定型耐火材料及碳化硅的性能特点。【重点】碳质耐火材料、含锆质耐火材料性能及应用【难点】浇注料用的结合剂的结合机理教学内容【本讲课程的引入】上节课我们讲了硅质、硅酸铝质、碱性耐火材料，这节课我们讲一下碳质耐火材料、含锆质耐火材料的生产及性能。。第六节碳质耐火材料一、炭素耐火材料主要品种：炭砖（炭块/炭素糊）1、炭砖的一般生产过程A、原料低灰分（<8%）的无烟煤灰分少、强度高、挥发份少而无水的煤焦、煤沥青焦、石油沥青焦B、配料遵循粒度合理级配的原则，极限粒度由制品大小及形状而定。结合剂宜采用含碳高的有机物结合剂的加入量依成型方法和坯料密实性与粒度而定，一般为15-20%。C、混练坯料在比结合剂软化点高50-70℃的加热条件下混练，混练时间要充分，以保证各级颗粒均匀分布，并使结合剂将颗粒粘结。D、成型砖坯在热态下进行，然后冷却定型。E、焙烧必须在隔绝空气的条件下进行。坯体在焙烧时，在200-500℃之间逸出，450℃开始焦化，800℃焦化基本完成，最高烧结温度一般在1000-1300℃之间。2、炭砖的性质与应用A、性质气孔率很高15-25%，但常温耐压强度仍达30-60MPa.只要在高温下不接触氧，它就具有很高的高温强度，抵抗高温热负荷的能力也很强。具低的热膨胀性，耐热震性非常好。不溶任何酸碱盐有机物的熔液中，抗渣性非常优越。B、缺点：在空气中从350℃开始氧化，与CO2在600℃以上可反应。C、应用：砌筑炼铁高炉的炉底、炉腹、炉身等处内衬。3、炭糊A、生产工艺B、应用：砌筑炭块和构筑整体内衬。二、石墨耐火制品以石墨为主要原料和主要组成的耐火制品。主要品种：石墨粘土制品、石墨碳化砖等其他品种。1、石墨粘土制品石墨粘土坩埚、蒸馏罐、铸钢用塞头砖、水口砖、盛刚桶砖等。原料：石墨35-60%、耐火粘土熟料0-40%、可塑性耐火粘土30-60%有时加入，SiC→提高制品的导热性和荷重软化温度混合料→+水→泥料→混练→成型→烧成性质：具较高的强度相当高的耐金属液和熔渣侵蚀能力热膨胀性较低，导热性较高，耐热震性也较强可作为直接接触熔融金属的耐火材料2、其他石墨制品A、石墨SiC制品以SiC代替熟料，以提高石墨制品的耐高温性能。B、加入其他耐高温材料如刚玉、ZrO2等C、石墨复合制品适当降低石墨含量，提高制品的密度、强度、耐磨损等性能。如：Al2O3-C系制品等。第七节含锆质耐火材料一、概述锆英石质耐火材料属于酸性耐火材料，其抗渣性强，热膨胀率较小．热导率随温度升高而降低，荷重软化点高，耐磨强度大，热震稳定性好，已成为各种工业领域中的重要材料。纯ZrSiO4耐火度在2000℃以上，随杂质含量增加，耐火度亦相应降低。二、纯锆英石耐火制品以锆英石为主晶相的耐火制品。1、纯锆英石耐火制品的生产A、原料的处理原料：精选的锆英石矿砂（含锆英石约90%）原料经破碎和磨细后，用重选法分选。通常对精矿砂预先煅烧成锆英石熟料团块。B、制品的生产☆宜采用暂时性的结合剂，如：亚硫酸盐纸浆废液、糊精、乙基硅酸盐、磷酸、水玻璃等。☆若用可塑耐火粘土作结合剂，则制品便于成型和烧结，但往往会引起制品耐火度、体积稳定性的降低。☆为了促进制品的烧结，在配料中常加入少量矿化剂，如少量CaO、MgO等。在高温下，会促使ZrO2·SiO2分解，并与ZrO2形成ZrO2固溶体进入玻璃相中，从而促进烧结。☆对含有各级粗颗粒的制品，需多级颗粒配料；若坯体完全由细颗粒组成，细粉的最大粒度通常在44um以上。☆成型，普通制品：挤泥法、平压法；致密者：泥浆浇注法；高致密者：泥浆浇注和等静压法。☆烧成：纯锆英石制品必须在较高的温度下烧成，高致密的制品需要更高的温度。根据坯体中细粉的性质、含量和矿化剂的种类和数量，最高烧结温度一般在1700℃。2、纯锆英石制品的性质和应用A、性质☆真密度4.55g/cm3，最高达4.62g/cm3。☆高温下粘度也很高，耐火度很高，>1825℃。☆高温下，抵抗热重负荷优良，耐磨性较好。☆热膨胀性较低，体积稳定性较高。☆无粗颗粒时，耐热震性较差；由多级颗粒构成，耐热震性会显著提高。☆具有良好的耐熔渣、金属液、玻璃液侵蚀的性能。B、应用★连续铸钢用盛钢桶的内衬及其它受氧化性熔渣侵蚀极严重的部位，★也可用作铜、铝冶炼炉的铸口等。★还可用作玻璃熔窑与玻璃液直接接触之处和上部结构及电熔锆刚玉与硅砖之间的隔离砖。三、含锆英石的其他烧结耐火材料锆铝砖：ZrO2·SiO2+Al2O3★与致密的纯锆英石制品相比，体积密度较小、气孔率略高、强度稍低。★主要用于盛钢桶衬砖和连续铸钢中间盛钢桶内衬。锆铝铬砖：ZrO2·SiO2+Al2O3+Cr2O3★性质与锆铝砖相似，但抗渣性较好锆铝铬砖：ZrO2·SiO2+SiC★提高制品的抗渣性、耐磨性。★在锰钢盛钢桶中使用，寿命较长。第八节不定形耐火材料一、概述A、定义：由合理级配的粒状和粉状料与结合剂共同组成的，不经成型和烧成而直接供使用的耐火材料。B、分类根据其工艺特性分类：C、化学和矿物组成取决于所用的粒状、粉状耐火材料，也与结合剂的品种和数量有关D、密度主要与组成材料及其配比有关，同时也与施工方法和技术有关。二、浇注耐火材料1、浇注料用的脊性耐火原料（1）粒状料A、硅酸铝质原料B、硅质材料C、镁质材料D、铬质材料E、锆质材料F、SiC硅酸铝质原料硅质材料镁质材料：制造耐碱性熔渣侵蚀的镁碳浇注料和铺加热炉炉底的浇注料的主要原料。采用此种材料配制浇注料时，不应使用含水的结合剂锆质材料：如锆英石，可作为配制锆英石浇注料的主要原料。铬质材料：用于加热炉中气氛变化不大的部位。在制造碱性铜酸性材料间隔层的浇注料中，应用此种原料较适宜。SiC：很适宜于用作耐高温、耐磨或高导热之处的浇注料原料。（2）粉状料A、质量必须保证B、常加入结合剂，助熔C、粒度必须合理D、基质部分高温下收缩，粒状料受热膨胀。2、浇注料用的结合剂A、铝酸钙水泥主要成分：铝酸钙化学组成：Al2O3·CaO矿物组成：CA、CA2、C12A7、C2AS、C4AFCA具有很高的水硬活性水泥产物在加热中的变化B、水玻璃Na2O·nSiO2模数不同，成分不同；模数越高，粘结能力越强。C、磷酸盐磷酸铝的凝结与硬化磷酸铝硬化体在高温下的变化500-900℃，硬化体的冷态强度随逐渐下降，但热态强度却持续增长1000-1500℃，硬化体中的各种磷酸铝都先后分解成AlPO4和P2O5。3、浇注料的配制与施工4、浇注料的应用浇注料是目前生产与使用最广泛的一种不定形耐火材料。主要用于构筑各种炉内衬等整体构筑物。铝酸钙水泥浇注料：各种加热炉和其他无渣、无酸碱侵蚀的热工设备中。磷酸盐浇注料，即可广泛用于加热金属的均热炉和加热炉中，也可用于出铁槽、出钢槽及炼焦炉、水泥窑中直接与熔融金属和高温热处理物料接触的部位。冶金炉和其他容器中的一些部位，使用优质磷酸盐浇注料进行修补有良好的效果。三、可塑耐火材料1、可塑料的性质A、具有较高的可塑性，且较长时间储存后，仍具有一定的可塑性。B、可塑性与粘土特性、粘土用量、水分有关。一般随水量的增多而提高，但水量过多也不行，一般为5-10%。C、为了尽量控制可塑料中的粘土用量和减少用水量，可外加增塑剂，如纸浆废液、木素磷酸盐。2、可塑料的硬度与强度以软质粘土作结合剂的可塑料，在施工后具有硬化缓慢和常温强度很低的缺点，往往外加适量气硬性、热硬性结合剂，如硅酸钠、磷酸、磷酸盐、氯化盐等。3、可塑料的收缩可塑料中含有很多粘土和水分，在干燥和1000℃以上加热中，往往产生很大的干缩和烧缩。为了防治收缩，减少其危害，还需外加助胀剂，如蓝晶石细粉。4、可塑料的耐热震性与相同材质的烧结耐火制品和其他不定形耐火材料相比，可塑料的耐热震性较好，原因有三：A、有硅酸铝质耐火原料作为粒状和粉状料的可塑料，在加热过程中和在高温下使用时，不会产生晶型转化而引起严重变形。B、在加热面附近的矿物组成为莫来石和方石英时，玻璃体较少，可塑料的结构和物相是递变而非激变。C、可塑料具有均匀的多孔结构、膨胀系数、弹性模量一般都较低。5、可塑料的配制和使用A、配料→混练→脱气并挤压成条→切割或再挤压成块、饼、其它形状→密封储存→供应使用。B、特别适用于：各种加热炉、均热炉、退火炉等；也可用于小型电弧炉的炉盖、炉嘴等部位。三、其他不定形耐火材料1、捣打料A、定义：由耐火原料制成的粒状和粉状料经合理级配和混练而制成的，呈松散状的不定形耐火材料。B、施工方式：强力捣打。与同类材质的其他不定形耐火材料相比，捣打料多呈干的或半干的松散状，多数在成型之前无粘结性，因而只有强力捣打才可获得密实的结构。C、用途：主要用于与熔融物料直接接触的各种冶炼炉中作炉衬材料2、喷射耐火材料和投射耐火材料（1）喷射料的组成：A、粒状和粉状料：根据炉内可能达到的最高温度、温度波动范围、炉渣性质等来选材，如高硅砖等。B、结合剂：冷态喷射有时用水泥，热态则不宜用之。常用的有：硅酸钠、磷酸盐、硫酸盐。C、助熔剂：热态喷射有时加入少量助熔剂，以利于其快速烧结。D、水分：水分加多，喷射料的粘度较小，利于喷射操作。但对喷射层的性能不利。（2）喷射料的性质：附着性。应用：修补冶金炉。（3）投射料：其组成和性质与喷射料相同，只是将喷射施工改为高速运转的投射机具。3、耐火泥A、定义：由粉状物料和结合剂组成的供调制泥浆用的不定形耐火材料。B、对耐火泥浆的基本要求：流动性、可塑性、利于施工；粘结性；体积稳定性；与砌体或基质具有相同的化学组成，以免发生反应；应与砌体或基质具有相近的热膨胀性。C、耐火泥的配制：主要是制备和选用粉状料、配结合剂。粉料：可选用材质与砌体或基底材料相同或相近的各种烧结充分的熟料和其他体积稳定的耐火原料，将其制成细粉。结合剂：塑性粘土。第九节特种耐火材料定义：由高纯的人工合成或高度精选的天然原料制备的，具有某些特殊性能的一类耐高温材料。1、SiC性质：Si-C系统中唯一的二元化合物。特点：化学稳定性好同硅酸在高温下不反应易受碱性熔渣侵蚀高温下易氧化2、SiC的合成A、原料：纯净的硅石、焦炭、无烟煤等碳素材料、木屑、少量石盐B、合成：反应式：SiO2+3C=SiC+2CO1500℃开始，先形成β-SiC2100℃,β-SiC向α-SiC转化3、SiC耐火制品（1）粘土和氧化物结合的SiC制品：A、合成：B、制品的性质：常温强度很高、导热率高、耐热震性强等C、制品的应用：炼铁高炉炉腰、炉腹、炉身内衬等。（2）Si3N4结合SiC制品：A、Si3N4的性质：一种耐高温的材料，1900℃分解为N和被N所饱和的硅熔融物。耐热重负荷共同作用能力