耐火材料 (2)精选PPT.ppt
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1、耐火材料第1页,此课件共97页哦2概述概述碱性耐火材料是化学性质呈碱性的耐火材料。碱性耐火材料是化学性质呈碱性的耐火材料。镁质耐火材料镁质耐火材料石灰耐火材料石灰耐火材料白云石质耐火材料白云石质耐火材料MgO-CaO-C系耐火材料系耐火材料镁橄榄石质耐火材料镁橄榄石质耐火材料第2页,此课件共97页哦3碱性耐火材料的发展碱性耐火材料的发展18061806年,粘土结合的氧化镁坩埚研制成功;年,粘土结合的氧化镁坩埚研制成功;18171817年,年,O.HenryO.Henry利用湿法工艺从海水中或白云石中合成利用湿法工艺从海水中或白云石中合成氧化镁成功氧化镁成功;18411841年,年,Pattio
2、nson Pattionson 获得氧化镁的合成专利;获得氧化镁的合成专利;18601860年,实验室制造了氧化镁耐火砖;年,实验室制造了氧化镁耐火砖;LeobenLeoben首先在氧首先在氧气底吹转炉中使用镁砂;气底吹转炉中使用镁砂;1877-18791877-1879年,托马斯发明氧气顶吹转炉,同时发明焦油年,托马斯发明氧气顶吹转炉,同时发明焦油白云石砖作为转炉内衬材料;白云石砖作为转炉内衬材料;18811881年,年,Karl SpaeterKarl Spaeter在奥地利的在奥地利的VeitschVeitsch州发现菱州发现菱镁矿的矿床,氧化镁耐火砖正式生产;镁矿的矿床,氧化镁耐火砖正
3、式生产;第3页,此课件共97页哦4第一节第一节 镁质耐火材料镁质耐火材料以氧化镁为主成分和以方镁石为主晶相的耐材统称以氧化镁为主成分和以方镁石为主晶相的耐材统称为镁质耐火材料。为镁质耐火材料。镁质耐火材料的主要品种有:普通镁砖、直接结合镁质耐火材料的主要品种有:普通镁砖、直接结合镁砖、镁钙砖、镁硅砖、镁铝砖、镁铬砖、镁碳砖。镁砖、镁钙砖、镁硅砖、镁铝砖、镁铬砖、镁碳砖。另外,还有其他不经烧结的不烧镁质制品另外,还有其他不经烧结的不烧镁质制品和不定形镁质耐火材料。和不定形镁质耐火材料。镁质耐火制品的性质主要取决于其化学和镁质耐火制品的性质主要取决于其化学和矿物组成以及显微结构,并受原料和生产矿物
4、组成以及显微结构,并受原料和生产工艺制度与方法控制。工艺制度与方法控制。第4页,此课件共97页哦5方镁石方镁石是方镁石是MgOMgO的唯一结晶形态。方镁石的化学活性很的唯一结晶形态。方镁石的化学活性很大,极易与水或大气中的水分进行水化反应。方镁石大,极易与水或大气中的水分进行水化反应。方镁石属离子晶体,故熔点很高,达属离子晶体,故熔点很高,达28002800。当温度达。当温度达18001800以上,便可产生升华现象,而且其稳定性随温度提以上,便可产生升华现象,而且其稳定性随温度提高而下降,压力愈低,稳定性愈低。高而下降,压力愈低,稳定性愈低。第5页,此课件共97页哦6一、与镁质耐火材料有关的物
5、系一、与镁质耐火材料有关的物系MgO-CMgOMgO的稳定性随温度的提高而的稳定性随温度的提高而下降;下降;COCO则随着温度的升高变得更加则随着温度的升高变得更加稳定;稳定;MgOMgO(固)(固)+C+C(固)(固)=Mg=Mg(气)(气)+CO+CO(气)(气)压力降低,压力降低,MgOMgO的稳定程度降的稳定程度降低,低,COCO的稳定程度提高,即的稳定程度提高,即MgO-CMgO-C还原反应的温度降低;还原反应的温度降低;第6页,此课件共97页哦7MgO-FeO系系 MgO MgO与铁氧化物在还原气氛中于与铁氧化物在还原气氛中于80080014001400 C C范围内,很容易形成范
6、围内,很容易形成此种固溶体,称它为镁方铁矿。此种固溶体,称它为镁方铁矿。由于镁和铁原子量的差别,镁方由于镁和铁原子量的差别,镁方铁矿的真密度随铁固溶量而增加。铁矿的真密度随铁固溶量而增加。随随FeOFeO固溶量增多,镁方铁矿在高固溶量增多,镁方铁矿在高温下开始出现液相和完全液化的温温下开始出现液相和完全液化的温度皆有降低。由方镁石为主晶相构度皆有降低。由方镁石为主晶相构成的镁质耐火材料是一种能够抵抗成的镁质耐火材料是一种能够抵抗含铁熔渣的优质耐火材料。含铁熔渣的优质耐火材料。第7页,此课件共97页哦8MgO-Fe2O3系系铁酸镁是铁酸镁是MgOMgOFeFe2 2O O3 3系统中的唯一二系统
7、中的唯一二元化合物。其密度较方镁石为重,为元化合物。其密度较方镁石为重,为4.204.204.49g/cm4.49g/cm3 3。热膨胀性较高,但。热膨胀性较高,但较方镁石低,较方镁石低,方镁石吸收大量方镁石吸收大量FeFe2 2O O3 3后仍具有较高的耐火度。当固溶后仍具有较高的耐火度。当固溶铁酸镁的方镁石由高温向低温冷铁酸镁的方镁石由高温向低温冷却时,所溶解的铁酸镁可再从方却时,所溶解的铁酸镁可再从方镁石晶粒中以各向异性的枝状晶镁石晶粒中以各向异性的枝状晶体或晶粒包裹体沉析出来。此种体或晶粒包裹体沉析出来。此种尖晶石沉析于晶体表面,多见于尖晶石沉析于晶体表面,多见于晶粒的解理、气孔和晶界
8、处。通晶粒的解理、气孔和晶界处。通常,称此种由常,称此种由晶体中沉析出来的尖晶体中沉析出来的尖晶石为晶内尖晶石晶石为晶内尖晶石。如温度再次升。如温度再次升高,在冷却时沉析出来的晶内尖晶石,高,在冷却时沉析出来的晶内尖晶石,可能又发生可逆溶解。如此温度循环,可能又发生可逆溶解。如此温度循环,发生溶解沉析变化,并伴有体积效应。发生溶解沉析变化,并伴有体积效应。第8页,此课件共97页哦9MgO-AlMgO-Al2 2O O3 3系系在镁质耐火材料中,人为地加入含有在镁质耐火材料中,人为地加入含有AlAl2 2O O3 3的组分。当的组分。当AlAl2 2O O3 3同方镁石在同方镁石在1500150
9、0附近共存时,如在镁质耐火材料烧成过程中附近共存时,如在镁质耐火材料烧成过程中或在高温下服役时,即可经固相反应形成镁或在高温下服役时,即可经固相反应形成镁铝尖晶石(铝尖晶石(MgO AlMgO Al2 2O O3 3 ,简写,简写MAMA)。)。镁铝尖晶石是镁铝尖晶石是MgOMgOAlAl2 2O O3 3二元系统中二元系统中唯一的二元化合物。常简称尖晶石。唯一的二元化合物。常简称尖晶石。真密度同方镁石相近,较镁铁尖晶石真密度同方镁石相近,较镁铁尖晶石低,为低,为3.55g/cm3.55g/cm3 3。热膨胀性显著低于方。热膨胀性显著低于方镁石,也较铁酸镁小。熔点高达镁石,也较铁酸镁小。熔点高
10、达21052105。第9页,此课件共97页哦10MgO-CrMgO-Cr2 2O O3 3系系镁铬尖晶石是镁铬尖晶石是MgOMgOCrCr2 2O O3 3系统中唯系统中唯一的二元化合物。纯镁铬尖晶石的晶格一的二元化合物。纯镁铬尖晶石的晶格常数为常数为8.32A 8.32A。真密度。真密度4.404.404.43 g/cm4.43 g/cm3 3。纯者熔点约纯者熔点约23502350。MgO-MgO-MgOCrMgOCr2 2O O3 3最低共熔温度最低共熔温度23002300。第10页,此课件共97页哦11MgO-R2O3系系这些尖晶石都具有较高的熔这些尖晶石都具有较高的熔点或分解温度,与点
11、或分解温度,与MgOMgO的最的最低共熔温度都较高,其中低共熔温度都较高,其中(MgOMgOCr2O3)(MgOMgOAl2O3)(MgOMgOFe2O3)。可见、。可见、由方镁石为主晶相,以这些由方镁石为主晶相,以这些尖晶石为结合相构成的镁质尖晶石为结合相构成的镁质耐火材料开始出现液相的温耐火材料开始出现液相的温度都很高。其中尤以镁铬尖度都很高。其中尤以镁铬尖晶石最为突出。晶石最为突出。第11页,此课件共97页哦12三种尖晶石在高温下都可部分地溶解于方镁三种尖晶石在高温下都可部分地溶解于方镁石中,形成固溶体。而且溶解度都随温度石中,形成固溶体。而且溶解度都随温度升降而变化,发生尖晶石的溶解沉
12、析,并升降而变化,发生尖晶石的溶解沉析,并对固溶体的性质有一定影响。对固溶体的性质有一定影响。开始溶解温度、各温度下的溶解度和在开始溶解温度、各温度下的溶解度和在MgOMgOMgORMgOR2 2O O3 3共熔温度下的最高熔解共熔温度下的最高熔解量有所不同。三种量有所不同。三种R R2 2O O3 3在方镁石中的溶解在方镁石中的溶解度按下列顺序递增:度按下列顺序递增:AlAl2 2O O3 3CrCr2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3。第12页,此课件共97页哦13由于由于R R2 2O O3 3固溶于方镁石,有助于其烧结,故对促进烧固溶于方镁石,有助于其烧结,故对促进烧结的影响顺
13、序可如下排列:结的影响顺序可如下排列:Fe3Cr3Al3 由于方镁石固溶由于方镁石固溶R R2 2O O3 3,使,使MgOMgO R R2 2O O3 3系统开始形成液相系统开始形成液相的温度都有所提高。的温度都有所提高。以以MgOMgO R R2 2O O3 3系统中固溶同量系统中固溶同量R R2 2O O3 3而论,由于而论,由于MgOCrMgOCr2 2O O3 3的熔点最高,同方镁石的共熔的熔点最高,同方镁石的共熔温度最高,溶解量也较高,溶于方镁石形成固溶体后温度最高,溶解量也较高,溶于方镁石形成固溶体后开始出现液相温度最高,故在镁质耐火材料中,除高开始出现液相温度最高,故在镁质耐火
14、材料中,除高纯方镁石材料外,含镁铬尖晶石的镁质耐火材料的高纯方镁石材料外,含镁铬尖晶石的镁质耐火材料的高温性能是最优秀的。温性能是最优秀的。第13页,此课件共97页哦14MA-MK-C2S系系尽管尽管C C2 2S S和和MAMA都是高耐火相(都是高耐火相(21302130和和21352135),但是它们的共熔点却只有),但是它们的共熔点却只有14181418;当尖晶石中当尖晶石中AlAl2 2O O3 3被被CrCr2 2O O3 3取代后,共取代后,共熔点温度提高熔点温度提高300300度;度;CrCr2 2O O3 3增加,液相量减少;增加,液相量减少;第14页,此课件共97页哦15MF
15、-MK-C2S系系C C2 2S S和和MF的最低共熔点的最低共熔点为1415Fe2 2O O3 3被被Cr2 2O O3 3取代后,取代后,低共熔点升至低共熔点升至1700第15页,此课件共97页哦16MA-MF-C2S系系当尖晶石中当尖晶石中FeFe2 2O O3 3被被AlAl2 2O O3 3取代取代后,低共熔点温度提高不大,后,低共熔点温度提高不大,从从1415 1415 增加到增加到14181418,故对始,故对始熔温度影响较小;熔温度影响较小;对于原料中不含对于原料中不含R R2 2O O3 3 氧化物氧化物时,没有必要添加时,没有必要添加CrCr2 2O O3 3第16页,此课
16、件共97页哦17MgO-CaO-SiO2系系此三元系统存在矿物相为此三元系统存在矿物相为MgOMgO,M M2 2S S,CMSCMS,C C3 3MSMS2 2,C C2 2S S;CaO/SiO2CaO/SiO2比是决定镁质耐火比是决定镁质耐火材料矿物组成和高温性能的材料矿物组成和高温性能的关键因素。关键因素。CaO/SiO21.87CaO/SiO21.87时,生成高时,生成高耐火的矿物,而当耐火的矿物,而当CaO/SiO21.87CaO/SiO21.87时,生成低耐时,生成低耐火相的矿物,严重影响镁质制火相的矿物,严重影响镁质制品的耐火性;品的耐火性;第17页,此课件共97页哦18MgO
17、-CaO-AlMgO-CaO-Al2 2O O3 3-Fe-Fe2 2O O3 3-SiO-SiO2 2系系与方镁石处于平衡的矿物相有:与方镁石处于平衡的矿物相有:MFMF(17501750),),CMSCMS,MAMA,M M2 2S S,C C3 3MSMS2 2,C C2 2S S,C C4 4AFAF,CACA,C C5 5A A3 3,C C3 3A A,C C3 3S S,CaOCaO,C C2 2F F;第18页,此课件共97页哦19二、镁质耐火制品的化学组成对性能的影响二、镁质耐火制品的化学组成对性能的影响CaOCaO和和SiOSiO2 2及及CaO/SiOCaO/SiO2 2
18、比的影响比的影响R R2 2O O3 3型氧化物的影响型氧化物的影响第19页,此课件共97页哦20CaO和和SiO2及及CaO/SiO2比的影响比的影响提高提高C/S比,材料中高比,材料中高熔点相增多,低熔点熔点相增多,低熔点相降低,提高了制品相降低,提高了制品的高温的高温强度,所以度,所以镁质材料的材料的C/S比比应当控当控制在制在获得得强度最大度最大值的最佳范的最佳范围;C/S平衡矿物平衡矿物1.87MF,C3S,MA,C2S第20页,此课件共97页哦21CaO和和SiO2及及CaO/SiO2比的影响比的影响CaO在在MgO中的溶解中的溶解会影响会影响C/S比;比;第21页,此课件共97页
19、哦22R R2 2O O3 3型氧化物的影响型氧化物的影响硼的氧化物硼的氧化物:对于于镁砂砂来来说为强熔熔剂,显著著降低其高温降低其高温强度;度;Al2 2O O3 3、Cr2 2O O3 3、Fe2 2O O3 3:降低制品的最大降低制品的最大强度度值,且降低,且降低C/S比;比;第22页,此课件共97页哦23三、镁质耐火制品结合物及其组织结构特点三、镁质耐火制品结合物及其组织结构特点结合物结合物硅酸盐硅酸盐铁的氧化物和铁酸盐铁的氧化物和铁酸盐尖晶石尖晶石组织结构特点组织结构特点直接结合直接结合陶瓷结合陶瓷结合第23页,此课件共97页哦24硅酸盐结合硅酸盐结合系统中同方镁石共存的硅酸盐分别为
20、硅酸三钙系统中同方镁石共存的硅酸盐分别为硅酸三钙(C(C3 3S S)、镁橄榄石)、镁橄榄石(MM2 2S)S)、钙镁橄榄石(、钙镁橄榄石(CMSCMS),镁蔷薇辉石(),镁蔷薇辉石(C C3 3MSMS2 2)和硅酸二钙)和硅酸二钙(C(C2 2S S););以以C C3 3S S为结合物的镁质制品:荷重变形温度高,抗渣好,烧结差,若为结合物的镁质制品:荷重变形温度高,抗渣好,烧结差,若配料不准或混合不均,烧后得到的结果不是配料不准或混合不均,烧后得到的结果不是C C3 3S S,而是,而是C C2 2S S和和CaOCaO的的混合物,由于混合物,由于C C2 2S S的晶型转化和的晶型转化
21、和CaOCaO的水化,致使制品开裂;的水化,致使制品开裂;以以C C3 3MSMS2 2、CMSCMS为结合物的制品荷重软化变形温度低,耐压强度小;为结合物的制品荷重软化变形温度低,耐压强度小;以以C C2 2S S为结合物的制品荷重软化变形温度高,耐压强度高,但需为结合物的制品荷重软化变形温度高,耐压强度高,但需加入稳定剂磷灰石,抗渣性好;加入稳定剂磷灰石,抗渣性好;以以MM2 2S S为结合物的制品荷重软化变形温度高,耐压强度高,但为结合物的制品荷重软化变形温度高,耐压强度高,但是烧结性差,抗渣性好;是烧结性差,抗渣性好;第24页,此课件共97页哦25铁的氧化物和铁酸盐铁的氧化物和铁酸盐C
22、 C2 2F F降低制品的烧成温度,同时降低荷重软化温度;降低制品的烧成温度,同时降低荷重软化温度;MFMF降低制品的热震稳定性;降低制品的热震稳定性;气氛波动下使用,应当控制制品的铁含量;气氛波动下使用,应当控制制品的铁含量;第25页,此课件共97页哦26尖晶石结合物尖晶石结合物以以MAMA为结合物的制品:热震稳定性高(等轴晶系,热膨为结合物的制品:热震稳定性高(等轴晶系,热膨胀小;弹性模量小),耐火度和荷重变形温度高;胀小;弹性模量小),耐火度和荷重变形温度高;MAMA能从方镁石中转移出能从方镁石中转移出MFMF,从而消除了,从而消除了MFMF因温度波动因温度波动引起的溶解及析出作用,提高
23、了方镁石的塑性,消除对热引起的溶解及析出作用,提高了方镁石的塑性,消除对热震稳定性的不良影响;震稳定性的不良影响;第26页,此课件共97页哦27陶瓷结合和直接结合陶瓷结合和直接结合对高温下含对高温下含MgOMgO和液相的镁砖中,为了不使液相不致贯和液相的镁砖中,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,那么加入么加入CrCr2 2O O3 3是非常有利的是非常有利的用尖晶石或用尖晶石或C C2 2S S、M M2 2S S高熔点矿物作为次要相对直接结高熔点矿物作为次要相对直接结合是非常有利的。合是非常有利的。第27页,此课件
24、共97页哦28四、镁质原料四、镁质原料菱菱镁矿:理理论化学化学组成成为MgO47.82%,CO2 252.18%,密度,密度2.96-3.21g/cm3 3,烧后后3.51-3.56g/cm3 3海水海水镁砂砂:密度密度3.30-3.49g/cm3 3冶金冶金镁砂砂第28页,此课件共97页哦29五、镁质制品的生产工艺五、镁质制品的生产工艺普通镁砖与镁硅砖的生产工艺普通镁砖与镁硅砖的生产工艺原料:原料:MgO87%,CaO3.5%,SiO25.0%,密度大于密度大于3.53g/cm3颗粒组成:紧密堆积和烧结;颗粒组成:紧密堆积和烧结;配料:镁砂,废砖,结合剂,水配料:镁砂,废砖,结合剂,水混合:
25、粗颗粒,纸浆废液,筒磨粉;混合:粗颗粒,纸浆废液,筒磨粉;成型成型:高压成型高压成型干燥:进干燥:进100-120,出,出40-60烧成:烧成:1500-1600 烧成烧成第29页,此课件共97页哦30以镁铝尖晶石为主要结合物;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,加入量增加,气孔率增大,荷软增加,抗渣性提高,当抗渣性提高,当Al2O3含量小于含量小于10%时,砖时,砖较致密;较致密;Al2O3加入量为加入量为5-10%;矾土、镁砂共磨;矾土、镁砂共磨;应该严格控制应该严格控制CaO和和SiO2的含量;的含量;临界粒度较普通镁砖大些;临界粒度较普通镁砖大些;镁铝
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