第九章耐火材料及其发展优秀课件.ppt
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1、第九章耐火材料及其发展第1页,本讲稿共51页2 耐火材料是耐火度不低于耐火材料是耐火度不低于15801580的无机非金属材料。的无机非金属材料。耐火材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性,即在高温无荷耐火材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性,即在高温无荷重条件下不熔融软化的性能称为耐火度,它表示耐火材料的重条件下不熔融软化的性能称为耐火度,它表示耐火材料的基本性能。基本性能。第一节第一节 耐火材料简介耐火材料简介第2页,本讲稿共51页3 一、耐火材料的定义一、耐火材料的定义 1 1、传统的定义:耐火度不小于、传统的定义:耐火度不小于15801580的无机非金属材的无机非金属材料;料;2 2、ISOI
2、SO的定义:耐火度不小于的定义:耐火度不小于15001500的非金属材料及的非金属材料及制品;制品;ISO:国际标准化组织国际标准化组织第3页,本讲稿共51页4 耐火材料可用作高温窑炉等热工设备的结构材料耐火材料可用作高温窑炉等热工设备的结构材料以及工业用的高温容器和部件,能承受在其中进行以及工业用的高温容器和部件,能承受在其中进行的各种物理化学变化及机械作用。是冶金、玻璃、的各种物理化学变化及机械作用。是冶金、玻璃、水泥、陶瓷、机械热加工、石油化工、动力和国防水泥、陶瓷、机械热加工、石油化工、动力和国防工业等高温工业所必须的重要基础材料。工业等高温工业所必须的重要基础材料。第4页,本讲稿共5
3、1页5 了解它们的性能及选用合适的耐火材料对于生产控制及了解它们的性能及选用合适的耐火材料对于生产控制及降低成本有重要的意义。本课程介绍常用耐火材料的基本降低成本有重要的意义。本课程介绍常用耐火材料的基本性能,应用范围以及易懂的生产工艺与原料知识。性能,应用范围以及易懂的生产工艺与原料知识。这门课程是从事耐火材料生产、研究、应用和贸易的人这门课程是从事耐火材料生产、研究、应用和贸易的人员的必修之课,其重要性不言而喻。员的必修之课,其重要性不言而喻。第5页,本讲稿共51页6 耐火材料品种繁多、用途各异,有必要对耐火材料进行科耐火材料品种繁多、用途各异,有必要对耐火材料进行科学分类,以便于科学研究
4、、合理选用和管理。耐火材料的学分类,以便于科学研究、合理选用和管理。耐火材料的分类方法很多,其中主要有化学属性分类法、化学矿物组分类方法很多,其中主要有化学属性分类法、化学矿物组成分类法、生产工艺分类法、材料形态分类法等多种方法。成分类法、生产工艺分类法、材料形态分类法等多种方法。二、耐火材料的分类二、耐火材料的分类 第6页,本讲稿共51页7 按按化化学学属属性性分分类类对对于于了了解解耐耐火火材材料料的的化化学学性性质质,判判断断耐耐火火材材料料在在实实际际使使用用过过程程中中与与接接触触物物之之间间的的化化学学作作用用情情况具有重要意义。况具有重要意义。耐火材料按化学属性大致可分为酸性耐火
5、材料、中耐火材料按化学属性大致可分为酸性耐火材料、中性耐火材料、碱性耐火材料。性耐火材料、碱性耐火材料。1 1、按化学属性分类、按化学属性分类第7页,本讲稿共51页8 耐火材料在使用过程中除承受高温作用外,往往耐火材料在使用过程中除承受高温作用外,往往伴随着熔渣(液态)及气体等化学侵蚀。为了保证伴随着熔渣(液态)及气体等化学侵蚀。为了保证耐火材料在使用中有足够的抵抗侵蚀介质侵蚀能力,耐火材料在使用中有足够的抵抗侵蚀介质侵蚀能力,选用的耐火材料的化学属性应与侵蚀介质的化学属选用的耐火材料的化学属性应与侵蚀介质的化学属性相同或接近。性相同或接近。第8页,本讲稿共51页9(1 1 1 1)酸性耐火材
6、料)酸性耐火材料)酸性耐火材料)酸性耐火材料 1 1 1 1、定义、定义、定义、定义 通常是指其中含有相当数量通常是指其中含有相当数量二氧化硅二氧化硅的耐火材料。的耐火材料。2 2 2 2、分类、分类、分类、分类A.A.A.A.硅质耐火材料硅质耐火材料 游离二氧化硅含量很高游离二氧化硅含量很高(大于大于94%)94%),是酸性最强的耐火材料;,是酸性最强的耐火材料;B.B.粘土质耐火材料粘土质耐火材料 与硅质耐火材料相比,游离二氧化硅含量较少,呈弱酸性;与硅质耐火材料相比,游离二氧化硅含量较少,呈弱酸性;第9页,本讲稿共51页C.半硅质耐火材料居于期间。半硅质耐火材料居于期间。D.也有将锆英石
7、质耐火材料和碳化硅也有将锆英石质耐火材料和碳化硅质耐火材料归入酸性耐火材料的,质耐火材料归入酸性耐火材料的,因为此类材料中含有较高的因为此类材料中含有较高的SiO2或或在高温状态下能形成在高温状态下能形成SiO2。3、特点、特点 酸性耐火材料对酸性介质的侵蚀具酸性耐火材料对酸性介质的侵蚀具有较强的抵抗能力。有较强的抵抗能力。第10页,本讲稿共51页11(2 2)中性耐火材料)中性耐火材料 1 1 1 1、定义、定义、定义、定义中性耐火材料按严格意义讲是指中性耐火材料按严格意义讲是指碳质碳质耐火材料。耐火材料。但但通通常常也也将将以以三三价价氧氧化化物物为为主主体体的的高高铝铝质质、刚刚玉玉质质
8、、锆锆刚刚玉玉质质、铬铬质质耐火材料耐火材料归入中性耐火材料。归入中性耐火材料。因为此类材料含有较多量的两性氧化物如因为此类材料含有较多量的两性氧化物如AlAl2 2O O3 3、CrCr2 2O O3 3等。等。2 2 2 2、特点、特点、特点、特点中中性性耐耐火火材材料料在在高高温温状状况况下下对对酸酸、碱碱性性介介质质的的化化学学侵侵蚀蚀都都具具有有一一定定的稳定性,尤其对弱酸、弱碱的侵蚀具有较好的抵抗能力。的稳定性,尤其对弱酸、弱碱的侵蚀具有较好的抵抗能力。第11页,本讲稿共51页12(3 3)碱性耐火材料)碱性耐火材料 1 1 1 1、定义、定义、定义、定义碱性耐火材料一般是指以碱性
9、耐火材料一般是指以MgOMgO、CaOCaO或以或以MgOCaOMgOCaO为主要成分的为主要成分的耐火材料,如镁质、石灰质、镁铬质、镁硅质、白云石质耐火制品耐火材料,如镁质、石灰质、镁铬质、镁硅质、白云石质耐火制品及其不定形材料。及其不定形材料。2 2 2 2、分类、分类、分类、分类强碱性耐火材料强碱性耐火材料强碱性耐火材料强碱性耐火材料镁质、石灰质、白云石质耐火材料;镁质、石灰质、白云石质耐火材料;弱碱性耐火材料弱碱性耐火材料弱碱性耐火材料弱碱性耐火材料镁铬质、镁硅质及尖晶石质耐火材料。镁铬质、镁硅质及尖晶石质耐火材料。3 3 3 3、特点、特点、特点、特点耐火材料的耐火度都比较高,对碱性
10、介质的化学侵蚀具有较强的抵抗能力。耐火材料的耐火度都比较高,对碱性介质的化学侵蚀具有较强的抵抗能力。第12页,本讲稿共51页13 2 2、按化学矿物组成分类、按化学矿物组成分类 此种分类法能够很直接地表征各种耐火材料的基本此种分类法能够很直接地表征各种耐火材料的基本组成和特性,在生产、使用、科研上是常见的分类法,组成和特性,在生产、使用、科研上是常见的分类法,具有较强的实际应用意义。具有较强的实际应用意义。硅质制品硅质制品 硅酸铝质制品硅酸铝质制品 镁质制品镁质制品 白云石质制品白云石质制品 铬质制品铬质制品 锆质制品锆质制品 等等等等 按化学矿物组成分:按化学矿物组成分:第13页,本讲稿共5
11、1页14(1 1)硅质耐火材料)硅质耐火材料 含含SiOSiO2 2在在90%90%以上的材料通常称为硅质耐火材料以上的材料通常称为硅质耐火材料,主要包括硅主要包括硅砖及熔融石英制品。砖及熔融石英制品。硅砖以硅石为主要原料生产,其硅砖以硅石为主要原料生产,其SiOSiO2 2含量含量一般不低于一般不低于93%93%,主要矿物组成为磷石英和方石英,主要矿物组成为磷石英和方石英,主要用于主要用于焦炉和玻璃窑炉等热工设备的构筑。熔融石英制品以熔融石英为主要焦炉和玻璃窑炉等热工设备的构筑。熔融石英制品以熔融石英为主要原料生产,其主要矿物组成为石英玻璃,由于石英玻璃的膨胀系数很原料生产,其主要矿物组成为
12、石英玻璃,由于石英玻璃的膨胀系数很小,因此熔融石英制品具有优良的抗热冲击能力。如熔融石英质浸入小,因此熔融石英制品具有优良的抗热冲击能力。如熔融石英质浸入式水口用于炼钢连铸过程,具有较好的使用效果。式水口用于炼钢连铸过程,具有较好的使用效果。第14页,本讲稿共51页15(2 2)镁质耐火材料)镁质耐火材料 镁镁质质耐耐火火材材料料是是指指以以镁镁砂砂为为主主要要原原料料,以以方方镁镁石石为为主主晶晶相相,MgOMgO含量大于含量大于80%80%的碱性耐火材料。的碱性耐火材料。通常依其化学组成不同分为:通常依其化学组成不同分为:镁质制品:镁质制品:MgO MgO含量含量87%87%,主要矿物为方
13、镁石;,主要矿物为方镁石;镁镁铝铝质质制制品品:含含MgO MgO 75%75%,AlAl2 2O O3 3含含量量一一般般为为7-8%7-8%,主主要要矿矿物物成分为方镁石和镁铝尖晶石(成分为方镁石和镁铝尖晶石(MgAlMgAl2 2O O4 4););镁镁铬铬质质制制品品:含含MgO60%MgO60%,CrCr2 2O O3 3含含量量一一般般在在20%20%以以下下,主主要要矿物成分为方镁石和铬尖晶石矿物成分为方镁石和铬尖晶石;第15页,本讲稿共51页16 镁镁橄橄榄榄石石质质及及镁镁硅硅质质制制品品:此此种种镁镁质质材材料料中中除除含含有有主主成成分分MgOMgO外外,第第二二化化学学
14、成成分分为为SiOSiO2 2。镁镁橄橄榄榄石石砖砖比比镁镁硅硅砖砖含含有有更更多多的的SiOSiO2 2,前前者者的的主主要要矿矿物物成成分分为为镁镁橄橄榄榄石石,其其次次为为方方镁镁石石;后后者者的的主主要要矿矿物物为为方方镁镁石石,其其次镁橄榄石次镁橄榄石;镁镁钙钙质质制制品品:此此种种镁镁质质材材料料中中含含有有一一定定量量的的 CaO,CaO,主主要要矿矿物物成成分分除除方方镁镁石石外外还还含含有有一一定定量量的的硅硅酸酸二二钙钙(2 CaOSiO2 CaOSiO2 2)。)。第16页,本讲稿共51页17(3 3)白云石质耐火材料)白云石质耐火材料 以天然白云石为主要原料生产的碱性耐
15、火材料称为以天然白云石为主要原料生产的碱性耐火材料称为白云石质耐火材料。白云石质耐火材料。主要化学成分为:主要化学成分为:30-42%30-42%的的MgOMgO和和40-60%40-60%的的CaOCaO,二者之和一般应大于,二者之和一般应大于90%90%。其。其主要矿物成分为方镁石和方钙石(氧化钙)。主要矿物成分为方镁石和方钙石(氧化钙)。第17页,本讲稿共51页18(4 4)碳复合耐火材料)碳复合耐火材料 碳复合耐火材料是指以不同形态的碳素材料与相碳复合耐火材料是指以不同形态的碳素材料与相应的耐火氧化物复合生产的耐火材料。一般而言,应的耐火氧化物复合生产的耐火材料。一般而言,碳复合材料主
16、要包括镁碳制品、镁铝碳制品、锆碳碳复合材料主要包括镁碳制品、镁铝碳制品、锆碳制品、铝碳制品等。制品、铝碳制品等。第18页,本讲稿共51页19(5 5)含锆耐火材料)含锆耐火材料 含含锆锆耐耐火火材材料料是是指指以以氧氧化化锆锆(ZrOZrO2 2)、锆锆英英石石等等含含锆锆材材料料为为原原料料生生产产的的耐耐火火材材料料。含含锆锆耐耐火火材材料料制制品品通通常包括锆英石制品、锆莫来石制品、锆刚玉制品等。常包括锆英石制品、锆莫来石制品、锆刚玉制品等。第19页,本讲稿共51页20(6 6)特种耐火材料)特种耐火材料 上上述述分分类类所所不不能能包包括括的的材材料料。此此类类材材料料除除其其化化学学
17、组组成成比比较较特特殊殊,不不宜宜归归类类到到上上述述类类别别中中外外,通通常常它它们们还还具具有有各各自自的的较较为为突突出出的的特特点点,如如优优良良的的热热震震稳稳定定性性、抗抗渣渣性性等等,往往往往用用于于特特定定的的使使用用条条件件。特特种种耐耐火火材材料料又又可可分分为为如下品种:如下品种:碳质制品:包括碳砖和石墨制品;碳质制品:包括碳砖和石墨制品;纯氧化物制品:包括氧化铝制品、氧化锆制品、氧化钙制品等;纯氧化物制品:包括氧化铝制品、氧化锆制品、氧化钙制品等;非氧化物制品:包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、硼化非氧化物制品:包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、硼化锆、硼化钛、塞伦
18、锆、硼化钛、塞伦(Sialon(Sialon)、阿伦)、阿伦(Alon)(Alon)制品等;制品等;第20页,本讲稿共51页21 按按耐耐火火材材料料的的外外观观形形状状可可以以分分为为定定型型耐耐火火制制品品(包包括括标标型型砖砖、普普型型砖砖、异异型型砖砖、特特异异型型砖砖、坩坩埚埚、管管、器器皿皿及及其其它它形形状状复复杂杂的的制制品品等等)、不不定定型型耐耐火火材材料料(包包括括浇浇注注料料、捣捣打打料料、喷喷涂涂料料、可可塑塑料料等)及耐火泥浆等;等)及耐火泥浆等;3 3、其他分类方法其他分类方法(1 1)依据形状及尺寸的不同)依据形状及尺寸的不同第21页,本讲稿共51页22 标普型
19、:标普型:230mm113mm65mm230mm113mm65mm;不多于不多于4 4个量尺,(尺寸比)个量尺,(尺寸比)Max:Min4:1Max:Min4:1;异异 型:不多于型:不多于2 2个凹角,(尺寸比)个凹角,(尺寸比)Max:Min6:1Max:Min6:1;或有一个或有一个50507070的锐角;的锐角;特异型:(尺寸比)特异型:(尺寸比)Max:Min8:1 Max:Min20002000 第24页,本讲稿共51页(3)按生产工艺可分为:)按生产工艺可分为:烧成制品、熔铸制品和不烧制品;烧成制品、熔铸制品和不烧制品;第25页,本讲稿共51页26 三 检验标准各国的检验标准有所
20、不同,由于实验室条各国的检验标准有所不同,由于实验室条件下的检验和实际有一定的差距;实验室件下的检验和实际有一定的差距;实验室的检验结果仅起到预测作用;的检验结果仅起到预测作用;苏联:苏联:TOCT TOCT 日本:日本:JISJIS(Japanese Industrial Japanese Industrial StandardsStandards)英国:英国:BSIBSI(British Standards British Standards InstitutionInstitution)美国:美国:ASTMASTM(American Society of American Society
21、 of Testing MaterialsTesting Materials)中国:中国:GBGB第26页,本讲稿共51页27 5000年前出现了陶器;年前出现了陶器;2000年前有了瓷器;年前有了瓷器;后来,天然的原料开始使用,如硅线石砖;后来,天然的原料开始使用,如硅线石砖;1637年,石墨粘土坩锅投入使用。年,石墨粘土坩锅投入使用。我国,解放前仅有少量的耐火材料工厂,生产能力和产品质量我国,解放前仅有少量的耐火材料工厂,生产能力和产品质量较低,严重依赖进口;较低,严重依赖进口;第二节、耐火材料的发展第二节、耐火材料的发展 1、历史悠久、历史悠久 第27页,本讲稿共51页28 2、中国耐火
22、材料工业的现状与发展、中国耐火材料工业的现状与发展 1)计划经济时代中国耐火材料由)计划经济时代中国耐火材料由33家重点企业扶持;家重点企业扶持;2)改革开放以后,随着钢铁工业的迅速发展,耐火材料行)改革开放以后,随着钢铁工业的迅速发展,耐火材料行业快速发展起来;业快速发展起来;2004年统计,全国年统计,全国 有有1136家耐火材料生产企业家耐火材料生产企业 2005年统计,全国年统计,全国 有有1359家耐火材料生产企业家耐火材料生产企业 2006年统计,全国年统计,全国 有有1505家耐火材料生产企业家耐火材料生产企业 第28页,本讲稿共51页29 中国耐火材料产量如下表所示中国耐火材料
23、产量如下表所示 年份19801985199019952000200220042006产量,百万吨3.825.466.7517.559.811.0018.732.4连铸比的提高和冶炼技术的进步导致吨钢耐火材料消耗下降;另一方连铸比的提高和冶炼技术的进步导致吨钢耐火材料消耗下降;另一方面,钢产量增加;使得面,钢产量增加;使得20022002年以后中国耐火材料产量呈上升趋势。年以后中国耐火材料产量呈上升趋势。20022002年、年、20042004年和年和20062006年,中国粗钢产量分别为:年,中国粗钢产量分别为:1.81.8、2.82.8和和4.14.1亿吨;亿吨;第29页,本讲稿共51页30
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