耐火材料工艺-含碳耐火材料1.pptVIP

本节课主要内容 了解碳复合耐火材料发展的背景、历程及地位 理解“碳”与“炭”的区别 掌握石墨的特性及含碳耐火材料的优点 熟知目前含碳耐火材料急需解决的问题 已学知识点回顾 1、耐火材料制备过程中的物理、化学以及工程学问题； 2、耐火材料的组成、结构与性质以及它们之间的关系； 3、耐火材料使用过程中的物理与化学过程及其损毁机理。 已学知识点回顾 1、使用寿命、降低消耗——过去及大多现在； 2、耐火材料的功能化——现在及未来； 3、节能减排——未来。 已学知识点回顾 高炉炼铁——将铁矿石制备还原成含碳铁水的过程： Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2, Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2 炼钢过程——将含碳铁水中的碳氧化、除杂、合金化的过程 已学知识点回顾 1、考虑耐火材料的耐火度。例如粘土砖的耐火度为1730℃，而其使用温度仅为1350℃。? 2、考虑耐火材料的高温结构强度，通过其荷重软化点来表征。耐火材料的使用温度必须要低于其荷重软化点。例如粘土砖的耐火度为1730℃，而其荷重软化点为1350℃，因此最高使用温度仅为1350℃。 3、考虑耐火材料要具有高的热稳定性； 已学知识点回顾 具有高温化学稳定性 。例如，硅砖只能做酸性熔渣的耐火材料，而不能做为碱性熔渣的耐火材料；而镁砖则恰好相反，只能做碱性熔渣的耐火材料。 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。 （3）地位 Ironmaking——torpedo ladle（鱼雷罐） 思考题 1、什么叫碳复合耐火材料(含碳耐火材料)？ 2、含碳复合耐火材料(碳复合耐火材料)与传统耐火材料相比，突出的优点是什么？为什么？ 3、在高温及冶金工业中，选择耐火材料的依据是什么？ 4、What do you call(or How do you say) “magnesia carbon brick” and “carbon brick” in Chinese? 5、石墨及其它炭素材料在高温下均可被氧化成CO或CO2，但为什么还可作为耐火材料的原料？ 6、含碳耐火材料目前急需要解决的问题是什么，你认为该如何解决？ （5） 石墨的特性及含碳耐火材料的优点 石墨是元素碳的一种同素异形体（金刚石、C60、石墨烯、纳米碳管）。 天然石墨类型 致密结晶状石墨 （块状）:结晶明显,晶体肉眼可见，直径0.1毫米 ，品位高，含碳量为60～65%，有时达80～98%。 鳞片石墨，呈鳞片状，有大鳞片和细鳞片之分。品位10～25%之间。可浮性好。 隐晶质石墨（土状石墨）。晶体直径1微米，特点是表面呈土状，缺乏光泽，润滑性差。品位较高。一般的60～85%。少数高达90%以上。 石墨外观 是以石油焦、沥青焦等为主要原料，以沥青为结合剂，压制成型后，经2500~3000℃高温非氧化气氛下进行石墨化处理而得。 特点：含碳量高（99％以上），灰分少（不超过0.5％），但其结晶程度不如天然鳞片状石墨，且生产工艺复杂。 含碳耐火材料中大量使用的是天然鳞片石墨（自然界的薄片石墨）。 人造石墨 石墨结构示意图 石墨（Graphite）的基本性质 真空中熔点为3850℃,挥发点为4250℃；低压下升华温度:2200 ℃,其强度随温度的升高而增加。 六角网状平面上的每个碳原子与周围碳原子形成三个共价键,另一个电子在该平面上自由移动,且与相邻平面上碳原子的剩余电子作为电子云存在于网状平面间,使石墨具有良好的导热和导电性。 石墨具有各向异性,宏观膨胀系数不大;在温度骤变时其体积变化小,同时具有良好的导热性能,因而石墨抗热震性能优良。 ①耐高温性能好； ②导热、导电性好； ③特殊的抗热震性能； ④润滑性，石墨层间结合力弱,使之具有润滑性;鳞片越大,润滑性越好。石墨在常温下具有很好的化学稳定性,不受任何强酸强碱及有机溶剂的侵蚀. ⑤良好的化学稳定性和抗侵蚀能力。但石墨在空气中易氧化，用于碳复合耐火材料时应该采取必要的防氧化措施。 石墨结构 石墨的性质 （1）对炉渣的不湿润性（ non-wetting for slag ） （2）高的导热性（ high thermal conductivity ） （3）低的热膨胀性（ low thermal expansion ） 此处，石墨与耐火材料在高温下不发生共熔。 石墨作为耐火原料时的特性 抗渣性 热震稳定性 湿润角与润湿性的关系 接触角或润湿角?