耐火材料生产工艺及主要设备

10 50
10
30
10 50
10
－
10 40
10
－
10 40
20
－
10 30
10
－
10 30
20
－
<0.06
30 40 30 50 40
气孔率，％ 砖坯 制品
23.6 － 17.0 15.3 17.0 16.2 16.1 15.6 17.4 16.2 17.5 16.7
耐压强度 MPa
－ 990 1130 1000 1500 1100
1600~1650 1600~1650 1200~1300
注：石灰石只达到完全分解，不需要烧结
耐火材料生产工艺及主要设备－原料加工
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1900~2000℃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－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，取主导地位的混合机理各异。
22.8
100.0
耐火材料生产工艺及主要设备－坯料的制备
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
①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
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。
1300~1400
高铝矾土
菱镁石 白云石 石灰石
A12O3·2H2O +A12O3·2SiO2·2H2O
MgCO3 CaMg(CO3)2 CaCO3
3A12O3·2SiO2、A12O3、 SiO2、H2O MgO、CO2 CaO、MgO、CO2 CaO、CO2
约15
52 47.7 44
1450~1550
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
耐火粘土 A12O3·2SiO2·2H2O
分解产物 3A12O3·2SiO2、SiO2、H2O
重量损失 ％
14
要求煅烧 温度℃
62 85.6 94.6 98.0 99.2
气孔率，％
38 14.4 5.4 2.0 0.8
气孔率下降，％
－ 23.6 9.0 3.4 1.2
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耐火材料生产工艺及主要设备－坯料的制备
理想的堆积: 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，应适当增大临界颗粒尺寸，以使各组分颗粒尺 寸相差大些。
结合剂的化学矿物组成组成
各种原料的组成
滑石
38.4％ ×30％
高岭土 铝矾土 Al2O3
47％ ×30 10.6％
％
×30％
4％×30％
合计 30
莫来石基
20％
10％
30
耐火材料生产工艺及主要设备－配料
颗粒mm 成分
堇青石(wt%)
莫来石(wt%)
2.0～0.5
26 15
1
结合剂(wt%)
滑石 11.52％
编号
A1 A2 A3 A4 A5
SiC SiO2微粉 Si微粉
100
4
0
100
4
1.5
100
4
0
100
4
0
100
4
1.5
V2O5
0 0 2 0 2
CaO
0 0 0 1 1
耐火材料生产工艺及主要设备－坯料的制备
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，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。
耐火材料生产工艺及主要设备－原料加工
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
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99.9％，密度可达3.4g／cm3。 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
相同尺寸的球，有五种堆积方式:
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％。
耐火材料生产工艺及主要设备－坯料的制备
单一颗粒的堆积方式与气孔率
序号
1 2 3 4 5
堆积方式
立方 六方型 复六方型 角锥型 四面体型
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
(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。
耐火材料生产工艺及主要设备－原料加工
破、粉碎过程：
二级破碎
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
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
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备－概述
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－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，
耐火材料生产工艺及主要设备－配料
2 配料
这一句话的如何理解？
1．配料的组成
0.5～0
6 4 高岭土 14.1％
<0.075
13 6 铝矾土 3.18％
2
结合剂(wt%) 高岭土 20％
Al2O3 10 ％
30
合计 45 25 Al2O3 1.2％
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
泥 料 组 成，％
碳化硅颗粒，mm
粘土 0.6～0.5 0.3～0.25 0.15~0.125
粉料的颗粒组成
粒度，mm
>5.25 5.25~2.8 2.8~1.7 1.7~0.54 0.54~0.20 0.20~0.00
平均粒度,mm
－ 4.03 2.25 11.12 0.37 0.10
颗粒数量，％ 物料累积数量，％
4.0
4.0
8.3
12. 3
10.2
22.5
36.6
59.0
18.2
77.2
耐火材料生产工艺及主要设备－配料
配 料组 成，％
碳化硅
97 90 80
粘土
3 10 20
碳化硅颗粒组成
1.4～0.5mm
<0.3mm
数量，％(100％碳化硅)
40
60
50
50
60
40
耐火材料生产工艺及主要设备－配料
SiC粒度
12～30目 20～36目 0.5～0mm 325F
wt/% 30 26 20 24
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－混练
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
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， ①颗粒偏析 主要由重力、离心力作用，大颗粒偏离析出， ②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，
配位数
6 8 10 12 12
气孔率，％
47.64 39.55 30.20 25.75 25.95
耐火材料生产工艺及主要设备－坯料的制备
②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，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
(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
堇青石－莫来石耐火材料配料
颗粒mm 成分
堇青石(wt%)
莫来石(wt%) 结合剂(wt%)
2.0～0.5 0.5～0
26
6
15
4
30
<0.075
13 6
合计
45 25 30
结合剂 堇青石基
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
耐火材料生产工艺及主要设备－概述
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
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
1 2 3 4 5
球体体积，％