耐火材料工艺之碱性耐火材料优秀课件
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耐火材料工艺之碱性耐火材料演示文稿
③杂质量↓，CaO-CaO, MgO- CaO, MgO- MgO, 晶粒之 间直接结合数目增多高 →→高温强度↑
2020/11/27
材料科学与工程学院
14
2、冶金白云石砂
砌筑平炉炉底、电炉和转炉炉底、维护炉底坡。
① 定义：将烧结较充分的白云石熟料破粉碎，筛分成具 有适当粒度和组成的散装耐火材料（1~10毫米），拌 少量的焦油防止水化。
在回转窑煅烧时，加入少量铁鳞，在1750~1850℃煅 烧，加入焦碳，重油）
② 冶金白云石分级：按熔剂化合物总量和比， 和低熔物数量，
2020/11/27
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15
3、人工合成白云石 实践证明：
◆天然白云石炉衬，化学反应性强，使其受 侵蚀表面增大；
◆纯 MgO和高钙镁砖，结构易脱落（热震稳 定性差）
煅烧后理论组成CaO58%，MgO42%。
（2）物理性质：纯净的白云石为乳白色，一般为深灰色、
浅 灰色等，比重2.85，硬度3.5~4 。
（3）分类：
钙质白云石 CaO/MgO＞1.39
依据CaO/MgO 白云石 CaO/MgO=1.39
镁质白云石 CaO/MgO<1.39
2020/11/27
材料科学与工程学院
耐火材料工艺之碱性耐火材料 演示文稿
（优选）耐火材料工艺之碱性 耐火材料
性能特点： §5.1 镁质耐火材料
—— 耐火度高 —— 抗渣侵蚀性好 —— 抗热震性差 —— 抗渣渗透性差
对镁砖性能的改进：
◆ 镁铝砖
◆ 镁铬砖
◆ 镁钙／白云石砖
◆ 镁锆砖
◆ 镁碳砖
◆ 镁橄榄石砖
◆ 镁碳化硅／氮化硅材料
2020/11/27
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2、冶金白云石砂
砌筑平炉炉底、电炉和转炉炉底、维护炉底坡。
① 定义：将烧结较充分的白云石熟料破粉碎，筛分成具 有适当粒度和组成的散装耐火材料（1~10毫米），拌 少量的焦油防止水化。
在回转窑煅烧时，加入少量铁鳞，在1750~1850℃煅 烧，加入焦碳，重油）
② 冶金白云石分级：按熔剂化合物总量和比， 和低熔物数量，
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3、人工合成白云石 实践证明：
◆天然白云石炉衬，化学反应性强，使其受 侵蚀表面增大；
◆纯 MgO和高钙镁砖，结构易脱落（热震稳 定性差）
煅烧后理论组成CaO58%，MgO42%。
（2）物理性质：纯净的白云石为乳白色，一般为深灰色、
浅 灰色等，比重2.85，硬度3.5~4 。
（3）分类：
钙质白云石 CaO/MgO＞1.39
依据CaO/MgO 白云石 CaO/MgO=1.39
镁质白云石 CaO/MgO<1.39
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耐火材料工艺之碱性耐火材料 演示文稿
（优选）耐火材料工艺之碱性 耐火材料
性能特点： §5.1 镁质耐火材料
—— 耐火度高 —— 抗渣侵蚀性好 —— 抗热震性差 —— 抗渣渗透性差
对镁砖性能的改进：
◆ 镁铝砖
◆ 镁铬砖
◆ 镁钙／白云石砖
◆ 镁锆砖
◆ 镁碳砖
◆ 镁橄榄石砖
◆ 镁碳化硅／氮化硅材料
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【材料课件】耐火材料2.ppt
14
MA-MF-C2S系
• 当尖晶石中Fe2O3被 Al2O3取代后，低共熔 点温度提高不大，从 1415 增加到1418，故 对始熔温度影响较小；
• 对于原料中不含R2O3 氧 化物时，没有必要添加 Cr2O3
15
MgO-CaO-SiO2系
• 此三元系统存在矿物相为 MgO，M2S，CMS， C3MS2，C2S；
• 开始溶解温度、各温度下的溶解度和在MgO －MgO·R2O3共熔温度下的最高熔解量有所 不同。三种R2O3在方镁石中的溶解度按下列 顺序递增：Al2O3＜Cr2O3＜＜Fe2O3。
11
• 由于R2O3固溶于方镁石，有助于其烧结，故对促进烧 结的影响顺序可如下排列： Fe＋3＞Cr＋3＞Al＋3
33
一、与白云石质耐火材料有关的物系 ——CaO-MgO系
• 白云石的成份为 MgCa(CO3)2;
• 煅烧后产物为氧化钙和氧 化镁的混合物，其中氧化 钙的活性大；
• CaO-MgO系最低共熔点
2300℃，二者具有一定
的互溶性；
34
SiO2-CaO系
• 系统内有四个化合 物：CS、C3S2、 C2S、C3S，其中 C3S属于不稳定化合 物；
30
镁铝砖的生产工艺
• 以镁铝尖晶石为主要结合物； • Al2O3加入量增加，气孔率增大，荷软增加，抗渣性
提高，当Al2O3含量小于10%时，砖较致密； • Al2O3加入量为5-10%； • 矾土、镁砂共磨； • 应该严格控制CaO和SiO2的含量； • 临界粒度较普通镁砖大些；
31
镁钙砖的生产工艺
25
陶瓷结合和直接结合
• 对高温下含MgO和液相的镁砖中，为了不使 液相不致贯穿方镁石颗粒边界，使方镁石间直 接结合程度提高，那么加入Cr2O3是非常有利 的
MA-MF-C2S系
• 当尖晶石中Fe2O3被 Al2O3取代后，低共熔 点温度提高不大，从 1415 增加到1418，故 对始熔温度影响较小；
• 对于原料中不含R2O3 氧 化物时，没有必要添加 Cr2O3
15
MgO-CaO-SiO2系
• 此三元系统存在矿物相为 MgO，M2S，CMS， C3MS2，C2S；
• 开始溶解温度、各温度下的溶解度和在MgO －MgO·R2O3共熔温度下的最高熔解量有所 不同。三种R2O3在方镁石中的溶解度按下列 顺序递增：Al2O3＜Cr2O3＜＜Fe2O3。
11
• 由于R2O3固溶于方镁石，有助于其烧结，故对促进烧 结的影响顺序可如下排列： Fe＋3＞Cr＋3＞Al＋3
33
一、与白云石质耐火材料有关的物系 ——CaO-MgO系
• 白云石的成份为 MgCa(CO3)2;
• 煅烧后产物为氧化钙和氧 化镁的混合物，其中氧化 钙的活性大；
• CaO-MgO系最低共熔点
2300℃，二者具有一定
的互溶性；
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SiO2-CaO系
• 系统内有四个化合 物：CS、C3S2、 C2S、C3S，其中 C3S属于不稳定化合 物；
30
镁铝砖的生产工艺
• 以镁铝尖晶石为主要结合物； • Al2O3加入量增加，气孔率增大，荷软增加，抗渣性
提高，当Al2O3含量小于10%时，砖较致密； • Al2O3加入量为5-10%； • 矾土、镁砂共磨； • 应该严格控制CaO和SiO2的含量； • 临界粒度较普通镁砖大些；
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镁钙砖的生产工艺
25
陶瓷结合和直接结合
• 对高温下含MgO和液相的镁砖中，为了不使 液相不致贯穿方镁石颗粒边界，使方镁石间直 接结合程度提高，那么加入Cr2O3是非常有利 的
耐火材料工艺学(PPT 39页)
（4） “碳”与“炭”的区别
002
004
101
三维结构
“碳”是一种元素，符号为C。 “炭” 是碳，且以无定形碳为主
100
102
103
006
112 110
104
105
的人造物质(artifact, non-natural )。 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
炭的化学成分主要是碳，且其中
Al2O3-SiC-C Al2O3-SiC-C Al2O3-SiC-C
高炉出铁口用
Al2O3-SiC-C炮泥 Al2O3-SiC-C铁沟浇注料
高炉出铁口组成 渣沟
主沟
沟盖 出铁口
铁沟 摆动流槽
Al2O3-SiC-C质炮泥 高炉出铁口
Ironmaking——torpedo ladle（鱼雷罐）
炼铁——鱼雷罐(运送铁水、铁水预处理脱P,S)
与炉渣亲和性润湿性好、脆性材料、热导率小
抗渣性与热震稳定性差
铁水的预处理 顶吹、顶底复吹、超高功率电炉 炉外精炼、连铸比的不断提高。 要求耐火材料使用寿命(service life)要高。
新的冶炼技术的需要
上个世纪80年代初至80年代末的二伊战争 石油危机
重油紧缺----如何节能降耗？ 能源危机的需要
➢ 考虑材料的致密度。满足前述条件下，尽量选择体积 密度小的材料，以减少蓄热增强体温。
➢ 在用作电炉内衬时，还需考虑其导电性。 耐火材料的性能必须要满足生产要求，在此基础上， 考虑其经济要求，尽量使生产成本最低。
4.1 碳复合耐火材料发展概况(背景、历程和地位) （1）背景
传氧统化耐物火为材主料：MgO、Al2O3 、MA、A3S2…… 特点：离子晶体、熔点高、储量丰富
《碱性耐火材料》课件
质量控制
化学成分分析
对耐火材料的化学成分进行严格控制，确保 其符合相关标准和客户要求。
物理性能检测
对耐火材料的物理性能进行检测，如密度、 气孔率、热膨胀系数等。
微观结构观察
采用显微镜等手段观察耐火材料的微观结构 ，如晶粒大小、相组成等。
成品检验与包装
对成品进行严格的质量检验，确保无缺陷， 并进行适当的包装和标识。
抗腐蚀性
对酸性炉渣和熔融金属具有一定 的抵抗能力。
碱性耐火材料的优势与局限性
• 良好的热震稳定性：能承受温度骤变引起 的热冲击。
碱性耐火材料的优势与局限性
局限性
对碱性渣的抵抗能力较差。
在高温下容易与含氧化钙高的炉渣发生化学反应。
长期使用过程中可能会发生结构变化和性能衰退。
对未来发展的建议与展望
陶瓷烧成窑
碱性耐火材料用于陶瓷烧成窑的内衬，承受高温 和化学侵蚀，确保陶瓷产品的质量和产量。
玻璃熔炉
在玻璃熔炉中，碱性耐火材料用于制造熔池、通 道和流道等关键部位，确保玻璃液的流动和均匀 性。
陶瓷和玻璃制品的烧成
碱性耐火材料作为陶瓷和玻璃制品烧成的载体， 提供良好的热稳定性和化学稳定性。
其他领域
水泥工业
研究和发展新型的制备技术，如3D打印技术，以实现耐火材料的 快速、高效、定制化生产。
纳米技术应用
利用纳米技术改善耐火材料的微观结构和性能，提高其高温稳定性 和抗侵蚀性。
复合技术
通过复合技术将耐火材料与其他材料结合，实现多功能化和高性能 化。
新材料开发
01
高性能碱性耐火材料
研发具有更高性能的碱性耐火材料，满足高温、高压、高腐蚀等极端条
03
未来研究应关注材料的复合化、纳米化和 智能化方向。
碱性耐火材料
碱性耐火材料碱性耐火材料是一种在高温下具有优异抗碱性和耐火性能的材料，广泛应用于冶金、建材、化工等行业。
它们主要由氧化钙、氧化镁、氧化铝等多种原料通过混合、成型、烧结等工艺制成。
碱性耐火材料具有优异的化学稳定性和热稳定性，能够在高温、碱性气氛下长时间稳定地使用，因此在工业生产中得到了广泛的应用。
首先，碱性耐火材料在冶金行业中扮演着重要的角色。
在冶炼炉、转炉、电炉等设备中，碱性耐火材料被广泛应用于内衬、炉墙、炉顶等部位。
这些部位在高温下需要承受金属熔体的侵蚀和气体的腐蚀，因此对耐火材料的性能要求非常高。
碱性耐火材料具有优异的抗碱性能和耐火性能，能够有效地保护设备不受侵蚀，延长设备的使用寿命，提高生产效率。
其次，碱性耐火材料在建材行业中也发挥着重要的作用。
在水泥窑、玻璃窑、石灰窑等设备中，碱性耐火材料被广泛应用于内衬、窑壁、窑顶等部位。
这些部位在生产过程中需要承受高温和碱性气氛的侵蚀，因此对耐火材料的性能要求同样非常高。
碱性耐火材料能够有效地抵抗碱性气氛的侵蚀，保护设备不受损坏，确保生产的顺利进行。
此外，碱性耐火材料还被广泛应用于化工行业。
在氯碱化工、磷化工、硅酸盐化工等生产过程中，碱性耐火材料被用于制造反应釜、蒸发器、干燥炉等设备的内衬和衬板。
这些设备在生产过程中需要承受高温和碱性介质的侵蚀，因此对耐火材料的性能要求同样非常高。
碱性耐火材料能够有效地抵抗碱性介质的侵蚀，保护设备不受腐蚀，确保生产的安全进行。
综上所述，碱性耐火材料在冶金、建材、化工等行业中发挥着重要的作用，具有广阔的市场前景和发展空间。
随着我国工业化进程的加快，对碱性耐火材料的需求将会不断增加，因此相关企业应加大技术研发和产品创新力度，提高产品质量和性能，以满足市场的需求。
同时，政府部门也应加大对碱性耐火材料产业的支持力度，推动行业的健康发展，促进我国工业的转型升级。
相信在各方的共同努力下，碱性耐火材料产业一定能够迎来更加美好的发展前景。
耐火材料工艺学-第五章碱性耐火材料PPT课件
22.01.2021
.
26
2、R2O3型氧化物的影响
（1）硼的氧化物
强溶剂作用，降低C/S比，形成低熔物，其中危
害最大是B2O3。镁质材料高温强度↓ （2）Al2O3、Cr2O3和Fe2O3
R2O3型氧化物杂质对含C2S的镁砖的高温断裂模量(1500)的影响
R2O3 添加物 加入0.01%R2O3引起 加入1克分子R2O3引
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18
尖晶石中R2O3在硅酸盐液相的溶解度顺序： Cr2O3＜＜Al2O3＜Fe2O3
方镁石中的固溶度：Fe2O3＞＞Cr2O3＞Al2O3
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19
∴
◆ 对硅酸盐含量一定的材料，若要提高始熔温 度，则要提高尖晶石中Cr2O3对Al2O3或 Fe2O3的比例。
27
所以,杂质含量必须降到使其不影响镁质耐材高 温性能的程度,尤其对SiO2(<0.9%)和B2O3含量低 的镁砂中,C/S应高一些;
C/S比高的材料对初期渣（SiO2高）的抗侵蚀 性好。
即:从抗渣性和高温性能的角度考虑,C/S↑
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28
三、镁质耐火制品结合物及其组织结构特点
1 、结合物
②在方镁石中的固溶度是：
（1000℃Fe的2O固3>溶>F C度2 rO 均2e 3 O 很3>低C A l2 ）2O Or 3 ；3A2O l3 ③1700℃时，固溶度分别是：70% FM，14% K-M，3% A-M。
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所以, ♦ Fe2O3能促进烧结，避免出现 液相的温度降低，并减少液相量；
（1）硅酸盐
结合物名称 C3S C2S
第6章碱性耐火材料课件4
C3S 2070℃ ， C4AF 1415℃， C2F 1449℃， C3A 1535℃。
1） CaO-MgO-SiO2 系统
1） CaO-MgO-SiO2 系统
1） CaO-MgO-SiO2 系统
D 端：液化温度较 高 （ 2400℃ ） 随
着 C3S 的 增 加 向
左下降比较平缓； CaO 与 MgO 二
L2=(d-2)/(d-L’)=26.3%
L3=(c-3)/(c-L’)=28.4%
还原气氛：设FeO =30% L4=(m’-4)/(m’-L’)=9.4%
L5=(d’-5)/(d’-L’)=27.1%
L6=(c’-6)/(c’-L’)=36.8%
1500℃开始形成液相吸收Fe2O3/FeO量： 氧化气氛： M—3.5% D —2.0%
CaO-MgO-C4AF (1320 ℃)
∴ C4AF对 CaO、MgO 和CaO-MgO 二元系统始 熔温度的影响是很大的。
C4AF-D /C4AF-M 比较：
D截面图：
C4AF的加入使白云石材料的液线和亚液线 分别从2400℃和2300℃迅速下降至略高于1320℃
的F点和共熔点E(1320℃)。
4）CaO-C3A-C2F系统
C3A的不一致熔点(1535℃)
高于C2F的熔点(1449℃)，
图中靠C3A一边的亚液线温 度较高，虽然向右方下降
较快，但总的看来，C3A对
CaO 高温性能的影响较 C2F为小。除两侧部分固溶
段外，始熔温度基本上都
是1389℃。 →C3A和C2F对系统的影响 近似。
5）白云石耐火材料的液相形成温度
◆ 用途
冶金白云石砂、白云石质制品
§6.4.1 与白云石质耐火材料有关的物系 1、CaO – MgO 二元系统
1） CaO-MgO-SiO2 系统
1） CaO-MgO-SiO2 系统
1） CaO-MgO-SiO2 系统
D 端：液化温度较 高 （ 2400℃ ） 随
着 C3S 的 增 加 向
左下降比较平缓； CaO 与 MgO 二
L2=(d-2)/(d-L’)=26.3%
L3=(c-3)/(c-L’)=28.4%
还原气氛：设FeO =30% L4=(m’-4)/(m’-L’)=9.4%
L5=(d’-5)/(d’-L’)=27.1%
L6=(c’-6)/(c’-L’)=36.8%
1500℃开始形成液相吸收Fe2O3/FeO量： 氧化气氛： M—3.5% D —2.0%
CaO-MgO-C4AF (1320 ℃)
∴ C4AF对 CaO、MgO 和CaO-MgO 二元系统始 熔温度的影响是很大的。
C4AF-D /C4AF-M 比较：
D截面图：
C4AF的加入使白云石材料的液线和亚液线 分别从2400℃和2300℃迅速下降至略高于1320℃
的F点和共熔点E(1320℃)。
4）CaO-C3A-C2F系统
C3A的不一致熔点(1535℃)
高于C2F的熔点(1449℃)，
图中靠C3A一边的亚液线温 度较高，虽然向右方下降
较快，但总的看来，C3A对
CaO 高温性能的影响较 C2F为小。除两侧部分固溶
段外，始熔温度基本上都
是1389℃。 →C3A和C2F对系统的影响 近似。
5）白云石耐火材料的液相形成温度
◆ 用途
冶金白云石砂、白云石质制品
§6.4.1 与白云石质耐火材料有关的物系 1、CaO – MgO 二元系统
碱性耐火材料
碱性耐火材料碱性耐火材料是一种特殊的耐火材料，具有耐高温、耐腐蚀、抗震动和抗热震等特性。
它能够承受极高的温度，同时不会受到酸、碱等强腐蚀性物质的侵蚀。
碱性耐火材料在工业生产中起着重要的作用，被广泛应用于炉窑、烟囱、转炉、电炉等高温设备的内衬和保温材料，有效地提高了设备的耐用性和稳定性。
碱性耐火材料的主要成分为碱性氧化合物，如氧化镁（MgO）、氧化钙（CaO）、氧化铝（Al2O3）等。
这些氧化物具有高熔点和稳定的性质，能够在高温条件下保持材料的稳定性和耐用性。
其中，氧化镁是最常用的主要成分，其具有较高的熔点和优异的抗腐蚀能力，是制备碱性耐火材料的重要原料。
碱性耐火材料具有以下主要特点：1. 耐高温性能优异：碱性耐火材料能够承受极高的温度，一般在1500℃以上，甚至可以达到2000℃。
这使得它能够适应高温环境的要求，不会出现软化和变形的情况。
2. 耐腐蚀性能强：碱性耐火材料能够抵御酸、碱等强腐蚀性物质的侵蚀。
这使得它能够在酸碱环境中长期稳定地工作，不受腐蚀的影响。
3. 抗震动和抗热震性能好：碱性耐火材料具有良好的抗震动和抗热震性能，不易破裂和龟裂。
这对于高温设备来说非常重要，可以保证设备在震动和热震的情况下不受到影响。
4. 热传导性能低：碱性耐火材料的热传导性能较低，能够有效地隔离热量，减少能量的损失。
5. 易于施工和修复：碱性耐火材料易于施工和修复，可以根据需要进行切割和加工。
这使得它在实际应用中具有较大的灵活性和便捷性。
总之，碱性耐火材料在高温工业应用中起着重要的作用，能够提供可靠的保护和保温功能。
随着工业生产的不断发展，对于耐火材料的要求也越来越高。
碱性耐火材料的研发和应用将会进一步推动高温工业的发展，为工业生产提供更高效、更安全的设备和材料。
耐火材料PPT课件
18
三、耐火材料的热学及电学性质
❖ 1．热膨胀性 包括线膨胀系数和体积膨胀系数； ❖ 2．导热性 导热系数； ❖ 3．比热容 常压下加热一公斤材料使之升高1℃
所需要的热量（kJ） ❖ 4．导电性 电阻率。碳质和碳化硅质材料为导
体，一般耐火材料为不良导体，但温度大于 1000℃时导电性明显提高，熔融时导电能力很 强。
10
❖ 6. 按标准和尺寸分为：
❖
标准砖;
❖
异型砖;
❖
管形材;
❖
耐火器皿；
11
❖ 7. 按使用场合：
❖
冶金用;
❖
水泥窑用;
❖
玻璃窑用;
❖
陶瓷窑用;
❖
锅炉用。
12
三、耐火材料的组成
❖ 1．化学成分：主成分、杂质成分（有害）和外 加组分（有益）；
❖ 2. 物相组成：主晶相、次晶相和基质。
13
第二节 耐火材料的性质
而不易损毁的性能。 ❖ 6. 耐真空性 材料在真空和高温下服役时的耐久性，因
高温减压时耐火材料中有些组分极易挥发。
21
第三节 耐火材料的生产过程
22
❖ 原料加工→配料→混炼→（成型）→干燥→烧 成（熔制）→（成型）→检验→成品
❖ 即耐火材料的生产过程与陶瓷或玻璃的生产过 程相似。
23
第二章 耐火材料各论
33
第三节 镁质耐火材料
34
为典型的碱性耐火材料。种类较多。
24
第一节 硅质耐火材料
25
为典型的酸性耐火材料。
26
一、二氧化硅的相变
❖ 不同晶型之间的转变称为迟钝型转变，如：石 英→鳞石英→方英石。是不可逆的。
❖ 同一晶型之间的转变称为快速型转变，如：α石 英→β石英→γ石英。是可逆的。
三、耐火材料的热学及电学性质
❖ 1．热膨胀性 包括线膨胀系数和体积膨胀系数； ❖ 2．导热性 导热系数； ❖ 3．比热容 常压下加热一公斤材料使之升高1℃
所需要的热量（kJ） ❖ 4．导电性 电阻率。碳质和碳化硅质材料为导
体，一般耐火材料为不良导体，但温度大于 1000℃时导电性明显提高，熔融时导电能力很 强。
10
❖ 6. 按标准和尺寸分为：
❖
标准砖;
❖
异型砖;
❖
管形材;
❖
耐火器皿；
11
❖ 7. 按使用场合：
❖
冶金用;
❖
水泥窑用;
❖
玻璃窑用;
❖
陶瓷窑用;
❖
锅炉用。
12
三、耐火材料的组成
❖ 1．化学成分：主成分、杂质成分（有害）和外 加组分（有益）；
❖ 2. 物相组成：主晶相、次晶相和基质。
13
第二节 耐火材料的性质
而不易损毁的性能。 ❖ 6. 耐真空性 材料在真空和高温下服役时的耐久性，因
高温减压时耐火材料中有些组分极易挥发。
21
第三节 耐火材料的生产过程
22
❖ 原料加工→配料→混炼→（成型）→干燥→烧 成（熔制）→（成型）→检验→成品
❖ 即耐火材料的生产过程与陶瓷或玻璃的生产过 程相似。
23
第二章 耐火材料各论
33
第三节 镁质耐火材料
34
为典型的碱性耐火材料。种类较多。
24
第一节 硅质耐火材料
25
为典型的酸性耐火材料。
26
一、二氧化硅的相变
❖ 不同晶型之间的转变称为迟钝型转变，如：石 英→鳞石英→方英石。是不可逆的。
❖ 同一晶型之间的转变称为快速型转变，如：α石 英→β石英→γ石英。是可逆的。
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耐火材料工艺之碱 性耐火材料
2021/3/7
材料科学与工程学院
1
第五章 碱性耐火材料
重点内容：
◆ 与主成分MgO或CaO相关物系的相组成变化及特点 ◆ 化学矿物组成对MgO-CaO系耐火材料性能的影响 ◆ 原料的种类及其烧成物理化学 ◆ 制品生产工艺要点、性能及主要应用
陶瓷结合，直接结合
2021/3/7
2021/3/7
材料科学与工程学院
8
三、白云石原料
1、天然白云石 2、冶金白云石砂 3、人工合成白云石
2021/3/7
材料科学与工程学院
9
1、天然白云石
1）天然白云石的性质
（1）化学组成：CaMg(CO3)2，复盐CaO/MgO=1.39，
煅烧后理论组成CaO58%，MgO42%。
（2）物理性质：纯净的白云石为乳白色，一般为深灰色、
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2
性能特点： §5.1 镁质耐火材料
—— 耐火度高 —— 抗渣侵蚀性好 —— 抗热震性差 —— 抗渣渗透性差
对镁砖性能的改进：
◆ 镁铝砖
◆ 镁铬砖
◆ 镁钙／白云石砖
◆ 镁锆砖
◆ 镁碳砖
◆ 镁橄榄石砖
◆ 镁碳化硅／氮化硅材料
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§5.2 白云石质耐火材料
②杂质量↑，低熔物相组分和数量↑，其中Al2O3 、 SiO2 ↑，液相量增加；
③杂质量↓，CaO-CaO, MgO- CaO, MgO- MgO, 晶粒之 间直接结合数目增多高 →→高温强度↑
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2、冶金白云石砂
砌筑平炉炉底、电炉和转炉炉底、维护炉底坡。
① 定义：将烧结较充分的白云石熟料破粉碎，筛分成具 有适当粒度和组成的散装耐火材料（1~10毫米），拌 少量的焦油防止水化。
浅 灰色等，比重2.85，硬度3.5~4 。
（3）分类：
钙质白云石 CaO/MgO＞1.39
依据CaO/MgO 白云石 CaO/MgO=1.39
镁质白云石 CaO/MgO<1.39
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（4）菱镁矿、白云石、石灰石的区别
冷HCl溶液 TDA
三种矿物共生，肉眼难分
菱镁矿
国内发展概况
传统但又具有吸引力的耐火材料，作为洁净钢冶炼用耐火
材料正在引起世界各国的极大关注，是我国21世纪耐火材料
四70大年发代展，方二向步之法一煅。烧白云石熟料
沥青结合白云石砖→轻烧油浸白云石砖→沥青结合镁白云石 砖→烧成镁白云石砖→不烧镁钙砖→无水树脂结合镁白云石砖
1990-1995年（国家85），合成优质镁钙砂和优质镁钙碳
②荷重软化性能（ MgO 55~70%之间）较好， CaO提高，荷重软化性能变好。
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四、CaO材料的抗水化措施
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（4）净化钢液
(a)因为游离CaO能捕捉钢中非金属 夹杂,形成低熔物 上浮进入炉渣中。
(b)在冶炼超低碳钢(＜0.03%时),镁钙 碳砖可能还大 大减少或消除使用镁碳砖时可能出 现的增碳现象。
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一、与白云石质耐火材料有关的物系 二、白云石耐火材料的抗渣性
白云石
不溶 起泡（慢）
600℃分解 二个吸热峰
石灰石 起泡溶解 900℃分解
（5）分布 分布广泛，几乎遍布全国，而且原料较纯，
CaO含量不小于30％，MgO含量大于19％， C/M ＝1.40-1.68。
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2）白云石煅烧的物理化学变化
（1）分解阶段 （二步进行）
发展合成白云石炉衬（抗炉渣渗透和抗剥落） 采用二步煅烧法：（一般采用）
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日本：
石灰石 白云石
我国：
天然镁石
轻烧 制球
磨细 水化
高温煅烧
加入Mg（OH）2 泥浆
白云石熟料
搅拌
轻烧水化 磨细水化+Ca（OH）2
湿法合成 白云石熟料
优点：①抗水化性能好，化学组成可任意调节，（MgO含量越 高，抗水化性能越强）；
在回转窑煅烧时，加入少量铁鳞，在1750~1850℃煅 烧，加入焦碳，重油）
② 冶金白云石分级：按熔剂化合物总量和比， 和低熔物数量，
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3、人工合成白云石 实践证明：
◆天然白云石炉衬，化学反应性强，使其受 侵蚀表面增大；
◆纯 MgO和高钙镁砖，结构易脱落（热震稳 定性差）
系列耐火材料制品.
1996-2000年（国家95），烧成镁钙砖和中间包镁钙涂料及 CaO
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过滤器. 材料科学与工程学院
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特性
（1）耐高温性
氧化镁的熔点为2800℃，氧化钙的熔点2600℃，二者共熔 温度也在2370℃。
（2）热力学稳定
在高温真空条件下,CaO-C共存的热力学稳定性高于 MgO-C,从而镁钙碳砖失重较小,组织劣化轻微,高温 体积稳定性和高温强度优于镁碳砖。
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（3）化学矿物组成对白云石质耐火材料性能的影响
其中，◆Al2O3 、。SiO2是有害杂质； ◆在转炉冶炼时将炉渣由高钙 变成低钙硅酸侵蚀炉衬。
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（4）烧结白云石的化学组成变化对砖性能的影响
① CaO/MgO比和杂质含量将对制品在使用过程的 耐火性能产生影响，其中， CaO/MgO =40～20 /60～80，抗渣性好；
CaMg(CO3)2→MgO+CaCO3+CO2↑ （730~760℃） CaCO3→CaO +CO2↑ （880~940)（称轻烧白云石或苛性白云石） 原因：900~1000℃之间分解产物呈游离态，化学活性高，
在大气中易水化。
（2）烧结阶段
T↑→晶格缺陷得到校正，晶体长大。 1200℃后，长大速度↑；1600℃后，气孔由50%降 到15%， 体密3.0g/cm3，活性↓；2000℃后，体密 3.4-3.5g/cm3。
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（3）抗渣性强
游离CaO对炉渣有广泛的适应性。 镁钙碳砖中的游离CaO能优先与炉渣中的SiO2反应,生
成高熔点(2130℃)高粘性的硅酸二钙C2S附着在衬砖工作表 面,生成炉渣保护层,因而:
①能堵塞气孔,抑制炉渣向砖内渗透; ②能避免高温炉衬长时间裸露大气中,防止衬砖氧化脱碳; ③能减缓钢水和炉料对炉衬的冲刷和撞击; ④炉衬易挂渣,也易喷补等。
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第五章 碱性耐火材料
重点内容：
◆ 与主成分MgO或CaO相关物系的相组成变化及特点 ◆ 化学矿物组成对MgO-CaO系耐火材料性能的影响 ◆ 原料的种类及其烧成物理化学 ◆ 制品生产工艺要点、性能及主要应用
陶瓷结合，直接结合
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三、白云石原料
1、天然白云石 2、冶金白云石砂 3、人工合成白云石
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1、天然白云石
1）天然白云石的性质
（1）化学组成：CaMg(CO3)2，复盐CaO/MgO=1.39，
煅烧后理论组成CaO58%，MgO42%。
（2）物理性质：纯净的白云石为乳白色，一般为深灰色、
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2
性能特点： §5.1 镁质耐火材料
—— 耐火度高 —— 抗渣侵蚀性好 —— 抗热震性差 —— 抗渣渗透性差
对镁砖性能的改进：
◆ 镁铝砖
◆ 镁铬砖
◆ 镁钙／白云石砖
◆ 镁锆砖
◆ 镁碳砖
◆ 镁橄榄石砖
◆ 镁碳化硅／氮化硅材料
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§5.2 白云石质耐火材料
②杂质量↑，低熔物相组分和数量↑，其中Al2O3 、 SiO2 ↑，液相量增加；
③杂质量↓，CaO-CaO, MgO- CaO, MgO- MgO, 晶粒之 间直接结合数目增多高 →→高温强度↑
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2、冶金白云石砂
砌筑平炉炉底、电炉和转炉炉底、维护炉底坡。
① 定义：将烧结较充分的白云石熟料破粉碎，筛分成具 有适当粒度和组成的散装耐火材料（1~10毫米），拌 少量的焦油防止水化。
浅 灰色等，比重2.85，硬度3.5~4 。
（3）分类：
钙质白云石 CaO/MgO＞1.39
依据CaO/MgO 白云石 CaO/MgO=1.39
镁质白云石 CaO/MgO<1.39
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（4）菱镁矿、白云石、石灰石的区别
冷HCl溶液 TDA
三种矿物共生，肉眼难分
菱镁矿
国内发展概况
传统但又具有吸引力的耐火材料，作为洁净钢冶炼用耐火
材料正在引起世界各国的极大关注，是我国21世纪耐火材料
四70大年发代展，方二向步之法一煅。烧白云石熟料
沥青结合白云石砖→轻烧油浸白云石砖→沥青结合镁白云石 砖→烧成镁白云石砖→不烧镁钙砖→无水树脂结合镁白云石砖
1990-1995年（国家85），合成优质镁钙砂和优质镁钙碳
②荷重软化性能（ MgO 55~70%之间）较好， CaO提高，荷重软化性能变好。
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四、CaO材料的抗水化措施
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（4）净化钢液
(a)因为游离CaO能捕捉钢中非金属 夹杂,形成低熔物 上浮进入炉渣中。
(b)在冶炼超低碳钢(＜0.03%时),镁钙 碳砖可能还大 大减少或消除使用镁碳砖时可能出 现的增碳现象。
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一、与白云石质耐火材料有关的物系 二、白云石耐火材料的抗渣性
白云石
不溶 起泡（慢）
600℃分解 二个吸热峰
石灰石 起泡溶解 900℃分解
（5）分布 分布广泛，几乎遍布全国，而且原料较纯，
CaO含量不小于30％，MgO含量大于19％， C/M ＝1.40-1.68。
2021/3/7
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2）白云石煅烧的物理化学变化
（1）分解阶段 （二步进行）
发展合成白云石炉衬（抗炉渣渗透和抗剥落） 采用二步煅烧法：（一般采用）
2021/3/7
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日本：
石灰石 白云石
我国：
天然镁石
轻烧 制球
磨细 水化
高温煅烧
加入Mg（OH）2 泥浆
白云石熟料
搅拌
轻烧水化 磨细水化+Ca（OH）2
湿法合成 白云石熟料
优点：①抗水化性能好，化学组成可任意调节，（MgO含量越 高，抗水化性能越强）；
在回转窑煅烧时，加入少量铁鳞，在1750~1850℃煅 烧，加入焦碳，重油）
② 冶金白云石分级：按熔剂化合物总量和比， 和低熔物数量，
2021/3/7
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15
3、人工合成白云石 实践证明：
◆天然白云石炉衬，化学反应性强，使其受 侵蚀表面增大；
◆纯 MgO和高钙镁砖，结构易脱落（热震稳 定性差）
系列耐火材料制品.
1996-2000年（国家95），烧成镁钙砖和中间包镁钙涂料及 CaO
2021/3/7
过滤器. 材料科学与工程学院
4
特性
（1）耐高温性
氧化镁的熔点为2800℃，氧化钙的熔点2600℃，二者共熔 温度也在2370℃。
（2）热力学稳定
在高温真空条件下,CaO-C共存的热力学稳定性高于 MgO-C,从而镁钙碳砖失重较小,组织劣化轻微,高温 体积稳定性和高温强度优于镁碳砖。
2021/3/7
材料科学与工程学院
12
（3）化学矿物组成对白云石质耐火材料性能的影响
其中，◆Al2O3 、。SiO2是有害杂质； ◆在转炉冶炼时将炉渣由高钙 变成低钙硅酸侵蚀炉衬。
2021/3/7
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13
（4）烧结白云石的化学组成变化对砖性能的影响
① CaO/MgO比和杂质含量将对制品在使用过程的 耐火性能产生影响，其中， CaO/MgO =40～20 /60～80，抗渣性好；
CaMg(CO3)2→MgO+CaCO3+CO2↑ （730~760℃） CaCO3→CaO +CO2↑ （880~940)（称轻烧白云石或苛性白云石） 原因：900~1000℃之间分解产物呈游离态，化学活性高，
在大气中易水化。
（2）烧结阶段
T↑→晶格缺陷得到校正，晶体长大。 1200℃后，长大速度↑；1600℃后，气孔由50%降 到15%， 体密3.0g/cm3，活性↓；2000℃后，体密 3.4-3.5g/cm3。
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（3）抗渣性强
游离CaO对炉渣有广泛的适应性。 镁钙碳砖中的游离CaO能优先与炉渣中的SiO2反应,生
成高熔点(2130℃)高粘性的硅酸二钙C2S附着在衬砖工作表 面,生成炉渣保护层,因而:
①能堵塞气孔,抑制炉渣向砖内渗透; ②能避免高温炉衬长时间裸露大气中,防止衬砖氧化脱碳; ③能减缓钢水和炉料对炉衬的冲刷和撞击; ④炉衬易挂渣,也易喷补等。