材料工艺与设备

材料工艺与设备

1. 2. 3. 4.

三大材料:无机非金属材料，金属材料，有机高分子材料

玻璃的通性:各向同性；无固定熔点；亚稳性；性质变化的连续性与可逆性。 玻璃的结构特点：近程有序，远程无序。 玻璃的结构理论：

（1）晶子学说：玻璃由无数的晶子组成，晶子是具有晶格变形的有序排列区域，分散在无定形介质中，从“晶子”部分到无定形部分是逐步过渡的。它指出了玻璃中存在一定的有序区域。

(2) 无规则网络学说：熔融石英玻璃的基本结构单元也是硅氧四面体[SiO4],石英玻璃是由[SiO4]作为结构单元，相互连接而成的三度空间网络，且[SiO4]排列是无序的。当熔融石英玻璃中加入碱金属或碱土金属离子时，它们会均匀分布在某些[SiO4]之间的空隙中，以维持网络中局部的电中性。比较二者，前者强调了玻璃中多面体间排列的连续性，均匀性和无序性，而后者强调了不连续性，微不均匀性和有序性，综合起来，认为玻璃是一种具有长程无序，短程有序的微观网络结构的固态物质。

5. 玻璃生产工艺中的四大稳，玻璃熔制过程中的四小稳

四大稳：原料稳（成分，含水率，粒度），燃料稳（热值，供应压力，温度），熔化稳（投料量，温度曲线，熔

化质量），成型以及退火稳（拉引速度，原板宽度，板的厚度，退火温度）。四小稳：温度稳，压力稳，液面稳，泡界线稳。

6. 玻璃的熔制过程的五个阶段

硅酸盐的形成，玻璃的形成，玻璃的澄清，玻璃的均化，玻璃的冷却。

7. 成分对玻璃粘度的影响

以浮法玻璃为例来进行说明：1.SiO2 是网络形成体，玻璃的粘度随着它的含量的增加而增加，主要是因为网络连接程度增加。2.R2O对粘度的影响比较明显，主要是因为随着它的加入，会提供较多的游离氧，使硅氧键断裂，从而使粘度降低。3.RO对粘度的影响与R2O基本相同，只是程度不同而已。Al2O3对粘度的影响与它的配位状态有关。当R2O/Al2O3＞=1，Al3+形成[AlO4]进入网络，使玻璃的网络连接成分加大，使结构致密。当R2O/Al2O3

料性表示不同成分的玻璃的粘度与温度的关系，用粘度随温度的变化率来表示。 9. 温度对玻璃粘度的影响

质点要移动，要克服周围其他质点的键力作用，可移动质点按玻尔兹曼分布规律，可移动质点数：Φ=A`e-Δu/KT 因

Δu/KT

为Φ=1/η，所以η= Ae其中Δu—质点的粘度活化能，A—与组分有关的常数，K—玻尔兹曼常数，T—绝对温度。由以上式子可看出：T增加，η降低。 10. 玻璃熔制所用的设备

玻璃熔窑：电热窑，火焰窑，电热+火焰窑。

11. 浮法玻璃的成型原理

让处于高温熔融状态的玻璃液浮在比它重的金属液表面上，受表面张力的作用使玻璃具有光洁平整的表面，并在其后的冷却硬化过程中加以保持，则能生产出接近于抛光表面的平板玻璃。 12. 玻璃浮法工艺为什么选择金属锡作为浮抛介质

用做玻璃液的浮抛金属液必须具有以下条件：（1）在1050ºC温度下的密度要大于玻璃。（2）金属的熔点低于600ºC，沸点高于1050ºC，1000ºC左右的蒸气压尽可能低。（3）在1000ºC左右的温度下，不与玻璃发生化学反应。能满足以上条件的金属有镓，铜，锡三种，其中锡最便宜，无毒。所以选用锡液作为浮抛介质。

13. 玻璃退火的工艺制度

（1）玻璃的退火温度范围 为了消除玻璃中的永久应力，必须将玻璃加热到低于玻璃转变温度Tg附近的某一温度，

使应力松弛，这个选定的保温均热温度称为退火温度，高温退火温度是指在此温度下经过3min能消除应力的95%，最低退火温度是指在此温度下经3min只能消除应力5%。最高退火温度至最低退火温度之间称为退火温度范围。（2）玻璃退火工艺过程：玻璃制品的退火包括加热，保温，慢冷，及快冷四个阶段。

14. 玻璃缺陷及其产生的原因

玻璃缺陷有以下三种：气泡，结石，条纹和节瘤。产生的原因：（1）一次气泡是由澄清不良所产生的，二次气泡的形成有物理和化学两方面的原因。玻璃澄清后，处于气液平衡状态，此时玻璃液中不含气泡。如果降温后的玻璃液又一次升温超过一定限度，原溶解在玻璃液中的气体，由于温度升高引起溶解度降低，析出十分细小，数量很多，均匀分布的气泡。化学上的原因则与化学组成和使用原料有关。耐火材料气泡：由玻璃与耐火材料之间的物理化学作用产生。（2）配合料结石是由未熔化的颗粒产生的。耐火材料受到侵蚀剥落或高温时与玻璃液作用，其碎屑及作用后的新矿物夹杂在玻璃制品中形成耐火材料结石。而玻璃在一定温度范围内由于本身析晶而产生结石。（3）产生条纹和节瘤的原因：熔制不均匀，窑碹玻璃滴，耐火材料被侵蚀，以及结石熔化。 15. 水泥的分类

按用途，性质分为：通用水泥，专用水泥，特性水泥。按所含的主要水硬性矿物分为：硅酸盐水泥，铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥，氟铝酸盐水泥，以工业废渣为主要成分的水泥。 16. 水泥组成材料有哪些

硅酸盐水泥熟料，石膏，活性混合材料，非活性混合材料，窑灰。

17. 水泥的品质指标有哪些

不溶物，烧失量，氧化镁，三氧化硫，细度，凝结时间，安定性，强度，碱。 18. 废品和不合格品有哪些不同

凡氧化镁，三氧化硫，初凝时间。安定性中的任何一项不符合标准规定时，均为废品。凡细度，终凝时间，不溶物和烧失量中的任何一项不符合标准规定，或混合材料掺加量超过最大限度和强度低于商品强度等级规定的指标时，称不合格品，水泥包装标志中，水泥品种，强度等级，工厂名称和出厂编号不全的也属于不合格品。

19. 水泥的生产工艺

（1）生料的制备过程：原料（石灰石，粘土质原料）—>各自系统破碎—>按一定比例配合—>生料磨细—>合格生料 （2）熟料煅烧：生料在水泥窑内煅烧—>水泥熟料

（3）水泥制成：熟料+石膏（或混合材）—>磨细—>水泥粉磨 20. 影响水泥熟料烧结的主要因素有哪些

最低共熔温度，液相量，液相粘度，液相的表面张力，CaO溶解于熟料液相的速率，反应物存在的状态。 21. 水泥生产工艺中的三个率值

（1）石灰饱和系数KH：是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙（C2S+C3S）所需的氧化钙含量与全部二氧化碳理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值，也表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。KH=（C3S+0.8838C2S）/（C3S+1.3256C2S）。

（2）硅率SM：表示熟料中SiO2的百分含量与Al2O3和Fe2O3百分含量之比。 SM= SiO2 /（Al2O3 + Fe2O3） （3）铝率：又称铁率，用IM表示。IM= Al2O3/Fe2O3 它表示熟料中氧化铝与氧化铁的质量比，也表示熟料中铝酸三钙

与铁铝酸四钙的比例关系。 22. 水泥熟料中主要矿物及其水化反应 主要有四种矿物：硅酸三钙（3CaO·SiO2 ），简写为C3S；硅酸二钙（2 CaO·SiO2 ），简写为C2S；铝酸三钙（3CaO·Al2O3 ），简写为C3A；铁相固溶体（4 CaO·Al2O3 ·Fe2O3）简写为C4AF。 23. 水泥的粉磨系统的特点 24. 如何提高水泥的粉磨效率

1.粉磨设备大型化。2.喂料的均匀性：要保持稳定，不能时多时少。入磨物料的温度不能太高，水分以1.0～1.5%为宜。3.加入适当的助磨剂。 25. 什么是两磨一烧

磨生料，磨熟料；生料煅烧成熟料。 26. 推导石灰饱和系数的计算公式 27. 什么是水泥的安定性

用沸煮法检验必须合格。

28. 水泥熟料的烧结过程及其特点

水泥熟料煅烧过程如下：低于150ºC，生料中物理水的蒸发；500ºC左右，粘土质原料释放出化合水，并开始分解出氧化物，如SiO2 ，Al2O3 。900ºC左右，碳酸盐分解放出CO2和新生态CaO；900～1200ºC，粘土的无定形脱水产物结晶，各种氧化物间进行固相反应；1200～1280ºC，所产生的矿物部分熔融出现液相；1280～1450ºC，液相量增多，C2S通过液相吸收CaO形成C3S，直至熟料矿物全部形成；1450～1300ºC，熟料矿物冷却。

特点：在烧成带，硅酸二钙吸收CaO形成硅酸三钙的过程中，其化学反应的热效应基本为零，但为了保证氧化钙充分吸收，获得高质量的熟料，必须使物料保持一定的高温和足够的停留时间。

29. 窑外分解窑干法水泥生产工艺的特点

入窑生料的碳酸钙分解率已经达到85%～95%，一般把窑分为三个带：从窑尾起到物料温度为1300ºC左右的部位，

称为“过渡带”，主要是剩余的碳酸钙完全分解并进行固相反应，为物料进入烧成带做好准备；从物料出现液相到液相凝固止，物料温度约为1300～1450～1300ºC，成为烧成带，其余成为冷却带。 30. 陶瓷的显微结构

31. 陶瓷制品的成型方法

注浆成型：将陶瓷坯料制成能流动的浆体，注入模型，依靠模具的脱水作用而成型的方法成为注浆成型。陶瓷注浆成型的基本方法分空心注浆和实心注浆。 32. 陶瓷施釉的基本方法

施釉的基本方法有：1.浸釉:将坯体浸入釉浆，利用坯体的吸水性使釉料附着。2.淋釉：将釉浆浇于坯体上以形成釉层。3.喷釉利用压缩空气使釉浆通过喷枪形成雾状，使之黏附于坯体上。。 33. 影响粘土可塑性的因素

1.粘土的颗粒愈细，分散度愈大，比表面积愈大，可塑性愈好。2.水化能力越强的粘土颗粒越多，可塑性越好。3.加水量合适，过多或过少，其可塑性降低。4.与颗粒形状有关，薄片颗粒易于结合和相对滑动，其可塑性比棱角形高。5.与液体的化学特性，液体对固体的浸润性，液相的粘度及表面张力等因素有关。 34. 陶瓷生产的主要原料及其作用

1.粘土。矿物组成：高岭石类，蒙脱石类，伊利石类。粘土在陶瓷生产中的作用：a.粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。b.粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。c.粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。d.粘土

是坯体烧结时的主体，其中的Al2O3 含量决定着陶瓷的烧结程度，烧结温度。

2.石英类原料。例如石英砂，砂岩，石英岩。只要成分是SiO2，且常含少量杂质成分。作用：a.在烧结前，石英是瘠性原料，对泥料的可塑性起调节作用，防止坯体变形。b.在高温时部分石英熔解于液相中，增加了熔体的粘度，未熔解的颗粒构成骨架，防止坯体变形。c.由于有石英颗粒存在，大大提高了陶瓷坯体的强度。d.石英的存在使制品耐磨，耐化学侵蚀。

3.长石类原料。如钾长石，钠长石，钙长石。作用：a.降低烧成温度。b.提高机械强度和化学稳定性。c.提高透光度。

4.其他原料：碳酸盐类原料，在高温下起助熔剂的作用。滑石，主要引入MgO。硅灰石，主要引入CaO。

35. 什么是釉的适应性

是指陶瓷坯体与釉层有相互适应的物理化学性质，使釉面不剥脱，不开裂的性能。 36. 已知某陶瓷坯料的组成，如何推断其实验式 37. 如何制定陶瓷的烧成温度制度

1.烧成各阶段的升温速度：

a.加热蒸发期（室温～300ºC）：排除自由水，吸附水，气孔率增加。这段升温主要和坯体中的含水率有关，含水率高，水蒸发，升温速率加快，会使坯体开裂。工艺控制：控制升温速率，在倒焰窑中为30～70ºC/小时，在隧道窑中为100～150ºC/小时；加强通风。

b.氧化分解期（300～950ºC）：结合水的排除，碳酸盐的分解，有机物的氧化，硫化物的氧化，石英多晶转化及少量液相形成。工艺控制：升温速率：倒焰窑中50～120ºC/小时，隧道窑中150～200ºC/小时；温度分布均匀；保证氧化气氛。

c.玻璃化成瓷期（950ºC～烧成温度）：上述反应继续进行，硫酸盐分解，形成大量液相，新相生成。工艺控制：

升温速率慢些：倒焰窑中15～25ºC/小时，隧道窑中50～80ºC/小时。

d.冷却期：900ºC以上可以快速冷却（150～300ºC/小时）防止莫来石晶体转变为粗晶，提高强度，也可使坯体的白度提高。900ºC以下应慢冷（40～70 ºC/小时）防止因收缩过快或较大应力引起的开裂。 2.烧成温度以及保温时间

烧成温度是当坯体的体积，比重，收缩无显著变化时的温度区间。 保温时间：0.5～3小时不等。 38. 论述炼钢的主要过程

炼钢的基本任务：脱碳，脱磷，脱硫，脱氧；去除有害气体和夹杂物；提高温度；调整成分。通过供氧，造渣，

加合金，搅拌，升温等手段完成炼钢任务。炼钢分为装料，吹炼，测温，取样及出钢四个阶段。吹炼前期：硅锰氧

化期，去除P，S。吹炼中期：又称碳的氧化期。终点控制：确保钢中P，S含量符合钢种的要求，钢水温度达到要求；钢水中氧的含量合适。 39. 如何控制炼钢的终点

出钢的时机主要根据钢水的碳含量和温度，所以终点也称“拉碳”。终点碳的控制方法：（1）一次拉碳法：按出钢

要求的终点的碳和温度进行吹炼，当达到要求时提枪。（2）增碳法：所有钢种均吹炼到碳含量为0.05%～0.06%时提枪，

按照钢种要求加入增碳剂，碳粉纯度高，硫和灰分很低。（3）高拉补吹法：冶炼中、高碳钢种时，终点按钢种规格稍高一些进行拉碳，待测温，取样分析后再进行补吹。

温度的判断：电热偶（钨-铼插入式电热偶），火焰判断，取样判断，通过氧枪冷却水温度差判断，根据炉膛情况

判断。

40. 炼钢过程中，脱氧的方法有哪些

（1）沉淀脱氧：铁合金直接加入到钢水中，脱出钢水中的氧。（2）扩散脱氧：脱氧剂加到溶渣中，通过降低溶渣中的Fe含量使钢水中的氧向溶渣中转移扩散，达到降低钢水中氧含量的目的。（3）真空脱氧：将钢水置于真空条件下，通过降低外界CO分压，打破钢水中的碳氧平衡，使钢水中残留的碳氧继续反应。 41. 论述碱性电弧炉炼钢工艺过程

1.补炉期：采用镁砂，白云石，利用上一炉出钢后炉内余热进行补炉。要求“高温，快补，薄补”。 2.装料期：炉顶装料工艺，要求“快装，紧密，布料合理”。 3.熔化期：（1）熔化过程，主要是元素的蒸发和氧化。（2）成分变

化（3）炉渣成分与炉温控制。 4.氧化期：进一步脱磷，脱碳至规定标准并脱除金属液体中的气体和非金属夹杂物，通过脱碳反应促进溶池沸腾，增强溶池内的传质和传热，进行氧化精练。 5.还原期：通过造渣还原渣来完成脱氧，脱硫和合金化等操作，调整钢液温度，保证正常浇注。 6.出钢：采用钢渣混出。 42. 为什么说吹氩搅拌可以提高炼钢的质量

搅拌有利于反应物的接触，产物的迅速排出，也利于钢水成分和温度的均匀化。