耐火材料耐火材料绪论

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1、耐火材料工艺学 材料科学与工程学院 主讲：谈国强 教授 （ ,13759878391）,本节内容,本课程的学习对象耐火材料 概念/分类/发展/ 本课程的学习内容是什么？ 学习本课程的要求如何？,本课程的学习内容,耐火材料的结构、成分、力学特性和其他性质； 耐火材料的基本生产工艺； 几类重要耐火材料的性能与制备； 耐火材料的设计和应用,本课程的学习方法和要求,基本要求：全面认识耐火材料的性能/制备/应用之间的关系； 更高要求：掌握制备与开发耐火材料的方法,这门课程要求严格哟！ 平时成绩30 出勤、作业、提问 期末考试成绩70,你知道吗？,Asahi Glass Co. Ltd（日本） $121亿

2、 Compagnie De Saint-Gobain（法国） $48亿 Vesuvius Group（比利时） $12亿 西洋集团 （中国辽宁） 36亿 青花集团 （中国山东） 15亿 我国耐火原料中优质镁矿、高铝矾土和石墨资源，储量和产量居全球之首。 2008年：中国耐火材料产量占到世界的3/4以上。 2011年中国耐火材料制品产量达7184万吨 “大而无当，大而不强”钟香崇 钢铁行业与耐火材料行业：“一荣俱荣，一损俱损”,1.耐火材料的现状和发展 耐火材料高温技术的基础材料 与冶金、水泥、玻璃、陶瓷、化工和能源等基础工业的科学研究和尖端技术发展紧密相关，相互依存，又互为促进。 高温技术的发

3、展 我国钢铁、有色、水泥、玻璃、陶瓷、化工等高温工业用耐火材料已基本立足国内。 32年前，我国耐火材料工业只能出口少量初级原料、1978年全年出口镁砂6.52万吨，创汇612万美元。,推动着耐火材料技术的变革 越出氧化物体系的范畴，发展为含有非氧化物，甚至金属的多元、多相、多颗粒尺寸级配的无机复合材料。,1998年全国共进口耐火材料仅2.38万吨，约占全国耐火材料年消耗量的0.26。 1999年全国耐火材料原材料出口365.04万吨, 创汇4.579亿美元。 耐火材料制品出口33.82万吨，创汇1.215亿美元 出口各种镁砂 168.89万吨，创汇2.085亿美元 甚至连铸用滑板砖、转炉用镁碳

4、砖等高级耐材制品也进入了美、日等发达国家市场，受到用户青睐。 现代化的宝钢，在耐火材料国产化率已达98.50以上的条件下耐火材料消耗（按同口径计算）达9.9千克吨钢，步入世界先进行列。,2.我国耐火材料工业当前存在的问题,1）耐材生产能力过大，供求关系严重失衡。 近10余年来，国内耐材市场迅猛发展，特别是90年代以来，低水平重复建设严重, 导致耐材生产能力呈严重“结构性过剩”，且继续逐年恶性膨胀。 国内耐材年生产能力在1400万吨水平，居世界首位，而国内耐材年耗约800900万吨，国内耐材市场呈供大于求的态势。 在国际上，随着发达国家工业的战略调整，技术进步加快，耐材消费及产量逐年降低。,在全

5、国耐材总量中，普通黏土砖约占60 有节能和广泛适用性，号称“第三代耐材”的不定形耐材仅占约10左右 发达国家黏土砖约占15、不定形耐材占 50以上。 我国吨钢平均耐材消耗约为45千克 日本平均水平小于10千克。,2）普通制品多，优质长寿节能产品少，耐材消耗高。,对中国耐火材料工业来说，是一个经历结构优化，企业重组和品种结构调整的时期。 发展的战略：中国丰富的自然资源为基础，开发高性能的合成原料和更多的高性能和功能性产品，以满足先进的高温工业发展的需要, 重点；连铸和洁净钢生产用。 注重：装备和管理 目的： 使耐火原料和产品质量的稳定性和可靠性提高。,3.我国耐火材料工业面临的机遇,作为耐火材料

6、最大用户的钢铁工业，日、美、欧洲等发达国家的钢产量停滞不前 中国、印度、巴西、伊朗等发展中国家的钢产量却在增加，全球钢产量总体仍呈增长趋势。 其它制造业如水泥、玻璃、有色金属、石油化工、陶瓷等也离不开耐火材料。 发达国家生产的耐火材料的成本远高于发展中国家的 环保要求更严格，只生产高附加值产品或出口技术 大宗产品、劳动密集型产品转移到发展中国家生产。,中国有得天独厚的原材料优势和劳动力成本优势，无疑机会更多一些。 截止2002年底，在中国大陆注册的外国独资、合资、合作企业达50家之多。还有许多境外公司在中国开设了办事处。 我国已宣布从2004年一月份开始对大多数耐火原料出口取消退税，产成品出口

7、也将降低退税幅度。 这意味着重要原料出口进一步受到限制，这将对依赖进口我国耐火原料和产品的一些发达国家的耐材工业产生重要影响。为了降低成本，他们势必把工厂搬到中国来。这对中国耐材工业的发展也将是一个重要的机会。,耐火材料目前和今后的研发及创新面临新的机遇： （1）长寿命、低消耗的钢包系统用耐材； （2）高效连铸连轧系统用耐火材料； （3）炉外精练系统用耐火材料； （4）高性能不定形耐火材料； （5）适应新施工方法的耐火材料； （6）水泥、有色、石化、陶瓷等工业关键设备和关键部位用高性能耐火材料； （7）有利于环保和生态的耐火材料。,耐火材料的发展出现了新的动向 1) 大力发展耐火材料新体系 耐

8、火材料约70用于冶金工业，耐火材料几乎是冶金工业发展的晴雨表。 100多年来，钢铁冶炼技术的重大演变都有赖于耐火材料新品种的开发。,碱性空气转炉成功 白云石耐火材料 平炉成功 高荷重软化温度硅砖 全碱性平炉 良好抗侵蚀和急冷急热性能镁铬砖 20世纪70年代，世界能源危机促进了保温节能材料、不定形耐火材料的发展 转炉炼钢和连铸技术促使功能耐火材料品种迅速增多。 80年代以后，碳结合制品的发明使氧气顶吹转炉的炉龄超过千炉大关和鱼雷罐等寿命的大幅度提高，开创了高效、长寿复合耐火材料的新纪元,氮化物(Si3N4、A1N、BN等)、氮氧化物(Sialon、AION、MgAION等)-碳化物(SiC)之间

9、的复合材料 氮化物(Si3N4、A1N、BN等)、氮氧化物(Sialon、AION、MgAION等)-氧化物之间复合材料 使高炉寿命超过15年，甚至20年，现在还在向更高的目标发展。 为了满足洁净钢冶炼和大型水泥回转窑高温带耐火材料的无铬化的要求，含游离CaO的碱性耐火材料已引起极大的关注。 玻璃工业的全氧熔制，促进了熔铸高锆刚玉制品的发展。,2)加强耐火原料的研究和开发 耐火材料走出了简单的原矿物混合烧成，重视了矿物原材料的精选和预处理，注意均质料和改型处理。 自主开发出采用煤矸石合成sialon或莫来石 铝矾土和镁砂合成MgAlON及其与刚玉、尖晶石复合的制品 利用铝矾土合成矾土基sial

10、on、矾土基刚玉、矾土基烧成尖晶石等高级耐火材料的原料和工艺。,3)重视材料结构和应用基础理论的研究 20世纪7080年代以来，国内外都开始重视耐火材料的应用基础研究，逐步改变“炒菜式”和“经验式”的生产模式。 我国对烧结特征和机理、高温力学性能与显微结构的关系、材料结构与断裂行为的关系、炉渣侵蚀动力学和侵蚀机理、不定形耐火材料的流变行为等进行了较为深入的研究 将耐火材料发展为含有氧化物和非氧化物甚至金属的多元、多相、多粒度级配体系进行热力学、动力学研究；将侵蚀和损毁过程提高到体系与环境质、能交换的动态过程进行研究 从耐火材料主体受损的研究扩展到其对服务对象质量的影响(如与钢液的夹杂和S、P)

11、、O的关系)。这些研究结果对指导耐火材料技术发展起了积极作用。,4) 提高机械化和自动化水平 原料加工、成型和烧成的装备水平均有显著提高。 从精细配料、高效混合的要求出发，采用机电一体化、智能化的高效筛选、混合设备，用计算机控制精确配料、均匀布料的高压、高效、快速成型机械等，已在我国一些耐火材料厂推广。 耐火材料烧成窑炉更是着力研究的重点，一种自动温控、温差小、气氛可控的梭式炉已开始应用于一些先进的耐火 材料企业。 机械手也在传输、搬运过程逐步采用。,5) 世界耐火材料研究及生产中心向中国转移 英国的摩根、美国铝业、法国拉法基、美国维苏威、日本品川、挪威的埃肯等l0多家著名耐火材料公司都在中国

12、设立了分公司。 我国也培养了一大批耐火材料学科的高级科技人才。拥有博士学位以上的耐火材料科技研究人员数量已居世界第一位。这支队伍的科技实力已初步萌发，一些具有较大影响和自主知识产权的科研成果已陆续出现。 国外利用其原有的雄厚基础和先进、完善的工业体系继续在耐火材料领域发挥作用，但我国在高速发展的高温工业推动下，通过蓬勃发展的市场对外国技术的吸引和激发本国的科技力量，逐步使中国成为世界耐火材料的研究、开发与生产中心,4.耐火材料的定义和分类,1）耐火材料的定义 耐火材料：耐火度不低于1580的无机非金属材料。 国际标准化组织(ISO)正式出版的国际标准中规定； “耐火材料是耐火度至少为1500的

13、非金属材料或制品(但不排除那些含有一定比例的金属)” 即耐火材料是用作高温窑炉等热工设备的结构材料，以及工业用高温容器和部件的材料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。,大部分耐火材料是以天然矿石为原料制造的。 (耐火粘土、硅石、菱镁矿、白云石等) 采用某些工业原料和人工合成原料也日益增多。 (工业氧化铝、碳化硅、合成莫来石、合成尖晶石等) 用于纯金属或特殊合金的熔炼及高温技术方面的耐火材料 各种纯氧化物、人工合成的难熔化合物以及金属陶瓷的复合材料等。,2）耐火材料的分类,a.按耐火材料的化学矿物组成进行的分类，表征各种耐火材料的基本组成和特性，在生产、使用和科学研究上均有实际意义,b.根据

14、耐火度：普通耐火制品(15801770)、高级耐火制品(17702000)、特级耐火制品(2000以上)。 c.按照形状和尺寸；标准型砖、异型砖、特异型砖、大异型砖，实验室和工业用坩埚、皿、管等特殊制品。 d.按制造工艺方法：泥浆浇注制品、可塑成型制品、半干压型制品、由粉状非可塑泥料捣固成型制品，由熔融料浇注的制品以及由岩石锯成的制品。 e.按外观分类； 耐火砖(具有一定形状)： 烧成砖、不烧砖，电熔砖(熔铸砖)、耐火隔热砖 不定形耐火材料(简称散状料，无一定形状，按所要求形状施工用材料)： 浇注料、捣打料，投射料，喷射料，可塑料，耐火泥,按主晶相酸碱性质分类,酸性材料制品：以石英（SiO2)

15、为主晶相。硅砖（SiO293%）；60SiO280，半酸性材料。(焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉) 碱性材料制品：以MgO、CaO为主晶相。它们的熔点高，抗碱性渣侵蚀能力很强。镁铬砖、白云石砖、橄榄石砖。(碱性炼钢炉及有色金属冶炼炉) 中性材料制品：以Al2O3、ZrO2为主晶相。黏土砖、高铝砖、莫来石砖、锆英石制品。(高温炉衬材料,石油、化工的高压釜内衬),按主要成分分类,按是否定型分类,炭块 氧化镁砖 氧化锆水口 滑动水口滑板 绝热砖 电铸砖,灰浆 喷吹材料 浇注料 可塑料 捣打料,耐火纤维,耐火材料的概念与分类,15801770,17702000,20003000,按耐火度分类,高铝砖,粘土砖,粘土结合碳化硅,氧化物结合碳化硅,赛隆结合碳化硅,作业： 1.什么是耐火材料？ 2.耐火材料是如何分类的？,