第三章-耐火材料生产工艺及主要设备课件.ppt
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1、第三章,耐火材料生产工艺及主要设备,3.1,耐火材料生产工艺概述,3.2,原料的加工,3.3,坯料的制备,3.4,耐火材料成型工艺,3.5,砖坯干燥,3.6,耐火制品的烧成,3.1,耐火材料生产工艺概述:,耐火材料是为高温技术服务的重要的基础材料。,随着高温窑炉技术,要求耐火材料满足日益苛刻的使用,条件及要求,,品种繁多、,性质各异的耐火材料制品。,所用原料以及对产品质量要求的不同,不同类型耐火材,料的,生产方法也各有特点。,耐火材料的生产方法随其品种而异。,耐火材料的生产是有共性的。,生产工序:原料的煅烧、破粉碎、细磨、筛分、配料、混合、,成型、干燥、烧成主要工序。,耐火材料生产工艺及主要设
2、备概述,耐火材料生产工艺及主要设备概述,3.2,原料的加工,1.,原料的煅烧,大多数原生矿石不能直接用来制砖,在高温作用下发生物,理化学反应,(,分解、化合和烧结等,),,,高温作用下重量和体积都会发生变化,引起砖坯的体积变,化,甚至会出现大量的变形和开裂的废品。,在原料煅烧时完成,(,或基本完成,),,保证获得符合一定质量,要求的成品。,原料煅烧目的,:,达到烧结,,,原料煅烧基本原理,:,在表面张力作用下,通过物质迁移,煅烧设备,:,竖窑和回转窑,,耐火材料生产工艺及主要设备,原料加工,几种原料在煅烧时的分解反应,原,料,组,成,分解产物,重量损失,要求煅烧,温度,耐火粘土,高铝矾土,菱镁
3、石,白云石,石灰石,A1,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O,A1,2,O,3,2H,2,O,+A1,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O,MgCO,3,CaMg(CO,3,),2,CaCO,3,3A1,2,O,3,2SiO,2,、,SiO,2,、,H,2,O,3A1,2,O,3,2SiO,2,、,A1,2,O,3,、,SiO,2,、,H,2,O,MgO,、,CO,2,CaO,、,MgO,、,CO,2,CaO,、,CO,2,14,约,15,52,47.7,44,13001400,14501550,16001650,16001650,12001300,耐火材料生产工艺及主要设备,原料加工,
4、注:石灰石只达到完全分解,不需要烧结,实际煅烧中,纯净的物料是很难烧结的,对煅烧设备的使用寿命不利并需消耗大量能源。,高纯白云石,1700,的高温烧结,高纯镁砂,19002000,烧结。,纯净原料的煅烧方法,:,a,增加物料的比表面积的方法降低烧结温度,靠单纯的降低物料粒度增加比表面积是有一定限度的,磨粉,的能耗很大,。,耐火材料生产工艺及主要设备,原料加工,b,轻烧活化解决纯净的物料难烧结的问题。,轻烧活化,:,将物料在一定温度下进行轻烧。,使晶格缺陷增加。,活性提高,再进行死烧,,轻烧压球或压块死烧,也称二步煅烧法。,在,1600,以下,制成高纯度,高密度的烧结镁砂,,MgO,含,量高达,
5、99.9,,密度可达,3.4g,cm,3,。,物料纯度不高,杂质含量大于,4,的镁砂,不采用二步煅烧法,有些矿物,硅石、叶蜡石等在加热过程中体积变化很小,不,必预先煅烧而直接用于制砖。,耐火材料生产工艺及主要设备,原料加工,2.,破、粉碎,原料的破、粉碎:,用机械方法,(,或其它方法,),对原料施以外力,(,包,括压、剪切、弯曲、撞击、研磨等作用力,),,克服固体物料各质,点间的内聚力,碎成小块或细粉的过程。,耐火原料:,350mm,左右的大块,粉末状的、,块料不能直接用于生产耐火制品,需经过破、粉碎处理。,破、粉碎的目的:,将块状原料制备成具有,一定粒度组成,的,颗粒,料,或,细粉,,以便将
6、不同配合的物料混合均匀;增加物料的比表,面积,提高其物理化学反应的速度,促进烧结。,耐火材料生产工艺及主要设备,原料加工,破、粉碎过程:,耐火材料生产工艺及主要设备,原料加工,粗破碎,250,300mm,大块碎成,40,50mm,中块,细破碎,40,50mm,中块粉碎至小于,5mm,的颗粒,一级细磨,10mm,左右粗粒磨细成小于,0.088mm,以下的细粉,二级破碎,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,3.3,坯料的制备,耐火材料制品由粉料颗粒经加工制备而成。,耐火材料涉及的颗粒,是指毫米至微米级的颗粒。,颗粒的堆积物称粉体,粉体性质取决颗粒的本质及颗粒大小,粉料的颗粒组成,粒度,,mm,
7、平均粒度,mm,颗粒数量,,物料累积数量,,5.25,5.252.8,2.81.7,1.70.54,0.540.20,0.200.00,4.03,2.25,11.12,0.37,0.10,4.0,8.3,10.2,36.6,18.2,22.8,4.0,12.3,22.5,59.0,77.2,100.0,1.,坯料的颗粒组成,坯料的颗粒组成对坯体的致密度有很大影响。,在不考虑颗粒本身变形的前提下,从粉料制成坯体的总收缩,,等于原始气孔的体积。,符合紧密堆积的颗粒组成,才有得到致密坯体的可能。,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,尺寸相同的圆球堆积,颗粒间的相互结合,遵循着内能最低的原则,相同
8、尺寸的球,有五种堆积方式,:,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,对单一尺寸的圆球来说,其堆积密度、气孔率与圆球尺寸大,小,材料性质无关,按六方型以配位数为,8,的方式堆积。,在任何情况下,其气孔率均为,38,1,。,序,号,堆积方式,配位数,气孔率,,1,2,3,4,5,立,方,六方型,复六方型,角锥型,四面体型,6,8,10,12,12,47.64,39.55,30.20,25.75,25.95,单一颗粒的堆积方式与气孔率,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,尺寸不同的圆球体堆积,大颗粒的组成中加入一定数目尺寸较小的颗粒,填充于大,颗粒的间隙
9、,则堆积物间空隙可进一步降低。,假如向第一组球内引入第二组球,其尺寸比第一组球小,,第二组球在空隙内也能以配位数为,8,的方式堆积,则混合物的,空隙下降为,14.4,。,再加入体积更小的第三、第四组球,空隙还会进一步下降,当三组分球作最紧密堆积时,气孔率下降显著,当组分大,于,3,时,则气孔率下降不明显。,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,多组分球体堆积特征,球体组分,球体体积,,气孔率,,气孔率下降,,1,2,3,4,5,62,85.6,94.6,98.0,99.2,38,14.4,5.4,2.0,0.8,23.6,9.0,3.4,1.2,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,理想的
10、堆积,:,粗颗粒构成框架,中间颗粒填充于大颗粒构成的空隙间,与大颗粒相切,,细粉填充于中间颗粒构成的空隙中,,1),采用单一的颗粒不能达到紧密堆积,,2),采用多组分可达紧密堆积,而且组分颗粒尺寸相差越大越好,,一般相差,4,5,倍以上效果方显著,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,3),较细颗粒的数量,应足够填充于紧密排列的颗粒构成的间隙之,中,该数量取决于颗粒的形状和填充方式。,当有两种组分时,粗细颗粒的数量比为,7:3,,,当有三种组分时,7:1:2,;,4),增加组分的数目可提高堆积密度,使它接近于最紧密堆积,当组,分大于,3,时,实际意义不大,5),在可能条件下,应适当增大临界颗
11、粒尺寸,以使各组分颗粒尺,寸相差大些。,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,在耐火材料生产中,通常多采取三种组分颗粒配合,粗颗粒,中颗粒,细颗粒,细颗粒,从,0,到,0.2mm(,或,0.1mm),中颗粒:从,0.2(,或,0.1)mm,到,0.5mm,粗颗粒,:,从,0.5mm,到,3,4mm,,,2,配料,1,配料的组成,配料的组成:,按规定比例配合的各种原料是和同一原料,的各不同颗粒组成的粉料,。它随制品的类型和性能要求、所,用原料的性质及工艺条件而改变。,耐火材料生产工艺及主要设备,配料,这一句话的如何理解?,(1),从化学组成方面看,配料的化学组成必须能满足制,品的要求,并且应比
12、制品的指标要求高此。,(2),现在生产中一般采用半干压制法,它要求的坯料具,有足够的结合性,在配料中应含有结合成分。有时结合作用,可由配料中的主体原料来承担,但有时主体原料是瘠性的,,则要由具有粘结能力的结合剂来完成,如纸浆废液、结合粘,土和石灰乳等。,(3),原料中含有水分和灼减成分时,使得原料、配料和,制品的化学组成之间出现换算关系。,耐火材料生产工艺及主要设备,配料,耐火材料生产工艺及主要设备,配料,颗粒,mm,成分,2.0,0.5,0.5,0,0.075,合计,堇青石,(wt%),26,6,13,45,莫来石,(wt%),15,4,6,25,结合剂,(wt%),30,30,结合剂的化学
13、矿物组成组成,堇青石莫来石耐火材料配料,结合剂,各种原料的组成,滑石,高岭土,铝矾土,Al,2,O,3,合计,堇青石基,38.4,30,47,30,10.6,30,4,30,30,莫来石基,20,10,30,颗粒,mm,成分,2.0,0.5,0.5,0,0.075,合计,堇青石,(wt%),26,6,13,45,莫来石,(wt%),15,4,6,25,1,结合剂,(wt%),滑石,11.52,高岭土,14.1,铝矾土,3.18,Al,2,O,3,1.2,2,结合剂,(wt%),高岭土,20,Al,2,O,3,10,30,耐火材料生产工艺及主要设备,配料,碳化硅细颗粒对碳化硅粘土质砖坯密度的影响
14、,泥,料,组,成,,气孔率,,耐压强度,MPa,碳化硅颗粒,,mm,砖坯,制品,粘土,0.6,0.5,0.3,0.25,0.150.125,0.06,10,10,10,10,10,10,50,50,40,40,30,30,10,10,10,20,10,20,30,30,40,30,50,40,23.6,17.0,17.0,16.1,17.4,17.5,15.3,16.2,15.6,16.2,16.7,990,1130,1000,1500,1100,耐火材料生产工艺及主要设备,配料,配,料组,成,,碳化硅颗粒组成,1.4,0.5mm,0.3mm,碳化硅,粘,土,数量,,(100,碳化硅,),97
15、,90,80,3,10,20,40,50,60,60,50,40,耐火材料生产工艺及主要设备,配料,SiC,粒度,wt/%,12,30,目,30,20,36,目,26,0.5,0mm,20,325F,24,编号,SiC,SiO,2,微粉,Si,微粉,V,2,O,5,CaO,A,1,100,4,0,0,0,A,2,100,4,1.5,0,0,A,3,100,4,0,2,0,A,4,100,4,0,0,1,A,5,100,4,1.5,2,1,耐火材料生产工艺及主要设备,配料,2,配料方法,容积配料法和重量配料法。,重量配料法,应用得较普遍,重量配料设备的结构虽较容积,配料设备复杂,但配料准确度高,
16、配料误差一般不超过,2,。,在实际生产中采用重量配料法时,应注意原料含水量波动带,来的影响。,容积配料法,是按体积比来配料的,各种给料机几乎都能适,应作为容积配料的设备,,工厂中常用的有带式、板式、槽式、圆盘式、格式、螺,旋式和振动式给料机等。,容积配料设备结构简单,易于调节,可连续配料,有的,密封性好,有利于防尘措施的实施,但,配料的精确度较差,一些。,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,3.2,混练,使两种以上不均匀物料的成分和颗粒均匀化,促进颗粒,接触和塑化的操作过程称混练。,耐火材料的混练是混合的一种方式,伴随有一定程度的,挤压、捏和、排气过程在内。,坯料混合的目的:,使坯料中成分
17、和性质均匀,即在单位质量或体积内具有,同样的成分和颗粒组成。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,混练质量好时的坯料:,1),各个成分应该是均匀分布的,(,包括不同原料的颗,粒,同一原料的不同大小的颗粒和水分等),2,)配料的结合性应得到充分的发挥,3,)空气充分排除,4,)再粉碎程度小,。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,混合机理,:,1),对流混合,(,亦称移动混合,),,颗粒成团的移动,,2),扩散混合,颗粒分散到新出现的粉料面上,,3),剪切混合,在物料团块内部颗粒之间相对的缓慢移动,在,物料中形成若干滑移面,在混合过程中,三种机理不能截然分开,主要以混合设备的,不同,取主导地位的混合
18、机理各异。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,混合过程:,1,)快速混合阶段,,不同成分,不同粒度的颗粒移动,均匀度,提高很快,,2,)扩散混合阶段:,混合达一定程度后,有的颗粒扩散到新出,现的物料上,这阶段表现为均匀程度的增加比上一阶段小,3,)后期混合阶段,(,或称逆混合过程,),两种作用,,颗粒偏析,主要由重力、离心力作用,大颗粒偏离析出,,团聚、捏合,由于较长时间的混合,受以下四种力的作用,物,料产生团聚,捏合,均匀度波动在一定范围内。,四种力为,a,液体架桥和毛细管引力,,b,粘结剂附着力,,c,范德华引力;,d,机械捏合力,。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,混练时的加料顺序:,
19、混料时的加料顺序对于泥料混合的均匀性影响很大。,先加入粗颗粒料,,加水或泥浆、纸浆废液,混合,1,2min,后,,再加细粉,,若粗细颗粒同时加入,易出现细粉集中成小泥团及“白料”。,但能否执行上述加料顺序,还受配料方式的限制。,如果采用配料车配料,按配料比分别称量好各组分的料后,,一次同时加入湿碾机中混合,,经一段时间干混后再润湿颗粒,,加水润湿时,,以喷雾状加入混合质量最好。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,坯料的塑化处理:,耐火材料的配料中瘠性料所占比例很大,所以提高泥料的可塑,性,改善其成型性能是很重要的。,简单可行的塑化处理方法之一是困料。,困料:,将混练后或经过挤泥处理的坯料,在一
20、定的温度和湿,度的环境中贮放一定时间。,困料方法简单,是一个复杂的物理化学反应过程。,在这个过程中,水分分布更均匀,坯料表面蒸发的水分很少。,在坯料中分布不均匀的水分,,靠毛细管的作用从水分较多的地,方移向较少处,,原来被空气填充的毛细管空间可能被水分重新填充,捉高了,泥料的可塑性。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,在潮湿的环境中,细菌的作用使有机物变质并生成有,机酸,起着表面活性剂的作用,使坯料均化。,困料中的水化反应,有时能产生胶体物质,例如含,CaO,偏高的镁质坯料在困料时有下述化学反应发生:,MgO+H,2,O,Mg(OH),2,CaO+H,2,O Ca(OH),2,生成物呈胶体性质
21、,提高坯料的结合性和可塑性,降低,体积效应的危性。,困料的条件要严格控制,温度过高,时间过长,都会,使生成的胶体老化,水分散失。另外,困料时间太长,占,用场地面积大,会给连续人生产造成一定的困难。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,目前对特殊要求的一些坯料采用真空塑化处理。,坯料可塑性在很大程度上取决于颗粒周围的水溶剂化,膜的作用,因为它起润滑剂的作用,降低颗粒间的摩擦,,促使其滑动。,颗粒周围的空气则使颗粒分离,降低其可塑性。,排除气泡可使可塑性提高,,真空处理能起到排除气泡的作用。,加入表面活性物质,塑化剂等亦能提高可塑性。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,3.4,耐火材料成型工艺,耐火
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- 第三 耐火材料 生产工艺 主要 设备 课件
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