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1、.第一节耐火原料选择及加工、配料的制备、成型、干燥、烧成耐火材料的品种和质量取决于耐火材料的原料和其生产工艺。在原料确定的情况下，耐火材料的生产工艺方法与制度是否正确与合理，所得耐火制品的质量差别可能极大。耐火材料的特定性能的控制，必须通过特定的工艺手段来实现。因此，耐火材料的生产者必须精于此遣；使用者欲能正确选用具有某一特性的耐火材料，使其物尽其用，也必须对耐火材料的生产工艺有所了解。块状烧成耐火制品的一般生产工艺流程如下：原料的加工配料混练成型干燥烧成拣选成品。1.1耐火原料选择及加工原料的质量是耐火材料质量的基本保证。要发展优质高效的耐火制品，必须有纯净的质量均一和性质稳定的原料。因此，
2、选取适宜作为耐火材料原料的天然矿石，开采后必须再经过加工。原料的加工主要包括原料的精选提纯，或均化或合成；原料的干燥和煅烧；原料的破粉碎和分级。1.原料的精选提纯和均化 为了提高原料纯度，一般需经拣选或冲洗，剔除杂质。有的还需采用适当选矿方法进行精选提纯。有的原料中成分不均，需要均化。有的在精选后还可引人适量有益加人物。高性能的复合原料需采用人工合成方法。2.原料的煅烧 为了保证原料的高温体积稳定性、化学稳定性和高强度。多数天然原料和合成原料，需经高温煅烧制成熟料或经熔融制成熔块。熟料煅烧温度一般多控制在使其达到烧结致密化的范围内。对主晶相为氧化物的原料，烧结温度Ts 约为其熔点Tm的0.70
3、.9，即Ts（0.70.9）Tm，多高于制品的烧成温度，更高于制品的使用温度。熟料煅烧一般在竖窑或回转窑中进行。有的原料，如软质耐火粘土作为粘合剂，虽不经煅烧，但若含水过多，应经干燥，以便破碎和分级。3.原料的破粉碎和分级 原料破粉碎的目的是制成不同粒级的颗粒及细粉，以便于调整成分，进行级配，使多组分间混合均匀，便于相互反应，并获得致密的或具有一定粒状结构的制品坯体。一般先将颗粒破碎到极限颗粒40精品.50mm（粗碎）；再将颗粒破碎到极限颗粒45mm（中碎），然后细碎。细磨是将颗粒破碎到小于0.088mm以下的细粉。生产普通耐火制品所用的颗粒料皆为中碎以后所获得的产品。经破粉碎后的颗粒状产品，
4、需依粒度粗细分级，以便合理配料。通常多以筛分方法将颗粒分级。对粉状料常以风选法分级。1.2坯料的制备耐火材料坯料的制备主要包括配料和泥料的混练两个工序。1.2.1配料耐火材料的配料是将各种不同品种、组分和性质的原料以及将各级粒度的熟料颗粒按一定比例进行配合的工艺。各种原料的配合是为了获得一定性质的制品。粒度的配合是为了获得最紧密堆集的或特定粒状结构的坯体。l.各种原料的配合 各种原料的配合依材料的品种和性质的要求而定，不同制品各有特点。对烧结制品、不烧制品和不定形耐火材料，各种颗粒的熟料或其他瘠性料与各种结合剂的配合是配料中的重要一环。任何结合剂的选用及其加入量皆应严格控制，应保证其既有利于制
5、品的生产，又不会对制品的性质带来危害。2.粒度的配合 各级粒度的颗粒配合对砖坯的致密度影响极大。只有使各级粒度颗粒的堆积体达到最紧密的程度，才能得到致密的制品。欲使多级不同粒度的颗粒组成的堆积体密度得到提高，必须使粗颗粒级中的空隙全部由细颗粒级填充，而细颗粒级中的空隙由更细的颗粒级填充，如此逐级填充即可获得最紧密堆集。（1）各级颗粒的粒径比。以紧密堆积的同径球的间隙而论，若使小球填于其中，小球的粒径必须小于大球堆积体的空隙尺寸。因此，两种球球径之比必须恰当。以圆球交错排列的堆积状态计算，大小两种球的球径比约为6.5。由此可见，若两级颗粒配合成堆积体时，粒径比在此值以上，对实现紧密的堆集是有利的
6、。如此，多级颗粒配合，更可实现致密化。采用此种粒径比很大的各级颗粒的配合常称为间断级配。但在实际生产中为避免颗粒产生严重偏析，并使各级颗粒充分利用，常采用粒级连续的颗粒，并以平均粒径划分为若干级别进行配合。精品.（2）各级颗粒配合的比例（级配）。在保证粗细颗粒粒径比恰当的条件下，由各级颗粒组成的堆积体中，每级颗粒配合的数量，应以细者填满粗者的空隙为宜。以密度相同的同粒径的圆球堆积体为例，其空隙率（P）约为38。三级配合时，粗与细的数量比应为1:0.38。采取多级颗粒配合时，堆积体的空隙率变化如表3-1所示。同粒径的粒状颗粒堆积体的空隙率约为38。由于当多级配合超过4级时，空隙率变化不显著，而且
7、为了简化工艺，普通烧结制品的粒度组成，一般为34级。以粒度粗、中、细三级配合为例，堆积体空隙率变化如图11所示。即以粗颗粒为5565；中颗粒l080；细颗粒1530较宜。通常为获得高密度的制品，并避免由这种级配组成的泥料易于产生颗粒偏析和便于制品的烧结，常采取细粉量较多的配合，如采取粗：中：细（46）：（21）：（48）。（俗称“两头大、中间小”）表21 各级粒度堆积体空隙的变化粒度级数球体实体积，堆积体空隙率，空隙率降率，一级62.038.0-二级85.614.423.6三级94.65.49.0四级98.02.03.4五级99.20.81.2精品.图21 堆积体空隙率变化（3）极限颗粒的确定
8、。耐火制品中颗粒的极限粒径，根据制品形状的复杂程度、断面尺寸大小或成型的方法以及对其组织结构和性质的要求而定。一般而论，形状复杂、断面小者，极限粒度应小；适当提高极限粒径，对制品的耐热震性可能有利。近于标准形状的普通烧结制品，极限粒径一般控制在23.5mm。大型块状制品可相应增大。1.2.2泥料的混练混练是将合理配合的各种物料准确称量后，制成各组分、各种颗粒均匀分布的泥料，并使泥料中各种物料实现结合良好的加工过程。根据物料的组分和性质，采取适当的混练设备与方法，使各种物料通过对流、扩散和剪切等作用达到泥料均化和颗粒料与结合剂等的互相结合，既使泥料获得良好的成型性能，又避免泥料中颗粒的再破碎和某
9、些物料的散失或在混练过程中发生显著反应变质。耐火材料泥料的混练多在湿碾机中进行。虽产量较低，电耗较高，并有使颗粒再破碎等缺点，但可获得均匀致密的泥料。高效行星式强制混合机混练混料，颗粒不再破碎，效率及质量较好。有的也有用双轴混料机的，但泥料质量较差。某些耐火制品在泥料混练过程中还需进行“困料”，即将初混后的泥料在一定温度、一定湿度的条件下贮放一定时间，然后再经二次混练，以改善泥料的质量。1.3坯体的成型与干燥1.3.1坯体的成型成型的目的是把泥料制成具有一定形状和适当密度与强度的砖坯。对烧结制品和不烧砖，砖坯的致密度决定着制品的致密度，从而影响制品的许多物理性质、力学性质和使用性质。因此，成型
10、是这类耐火材料生产中很重要的一项工序。砖坯成型方法很多，主要依泥料的性质、制品形状和对制品性质的要求而定。如对有流动性的泥料，采用注浆成型；对有可塑性的混料，采用可塑法成型；对有触变性的混料，经振动成型；对含水量较低（36）的半干泥料，采用半干压成型或捣打成型；干粉料用等静压成型等等。对普通烧结制品和不烧砖，最普遍采用的方法为借助外力排除大部空气，将泥料中的各级颗粒重新分布，使其致密化的半干压成型。对形状复杂的大型制品，也常采用可塑法、振动法或捣打法成型。精品.半干压成型后砖坯的密实度，除受泥料组成与性质影响以外，也受压制外力、增压速度和加压时间等压制制度所控制。压制方法与制度不当，易使砖坯出
11、现缺陷，如开始加压压力过大过快，气体未及排出，易产生层裂。经成型后的砖坯，由于其中各种物料间的机械结合力、静电引力及摩擦力，使砖坯的形状保持下来，并具有一定的强度。1.3.2坯体的干燥坯体干燥的目的在于提高其机械强度，有利于装窑操作并保证烧成初期能够顺利进行。 干燥过程可分为三个阶段。在此之前有一个加热阶段。一般加热阶段时间很短，坯体温度上升到湿球温度。此阶段中水分和自坯体中排出水量的变化不大。 第一阶段是干燥过程最主要的阶段，此阶段排出大量水分，在整个阶段中，排出速度始终是恒定的，故称等速干燥阶段。在此阶段中，水分的蒸发仅发生在否体表面上，干燥速度等于自由的蒸发速度，故凡足以影响表面蒸发速度
12、的因素都可以影响干燥速度。因此，在等速干燥阶段中，干燥速度与坯体的厚度（或粒度）及最初含水量无关。而与干燥介质（空气）的温度、湿度及运动速度有关。第二阶段是降速干燥阶段，随着干燥时间的延长，或坯体含水量的减少，坯体表面的有效蒸发面积逐渐减少，干燥速度逐渐降低。此时水分从表面蒸发的速度超过自坯体内部向表面扩散的速度，因此干燥速度受空气的温度、湿度及运动的影响较小。水分向表面扩散速度取决于含水量、坯体内部结构（毛细管状况）、水的粘度和物料性质等。第三个阶段干燥速度逐渐接近零，最终坯体水分不再减少，当空气中干球温度小于100时，此时保留在坯体中的水分称为平衡水分。这部分水分被固体颗粒牢固地吸附着。平
13、衡水分的多少，取决于物料性质、颗粒大小和干燥介质的温度与相对湿度。以上三个阶段的明显程度，依坯体中水分的多少而定，一般对可塑法成型的坯体来说，三个阶段比较明显，而对水分不大的半干法成型的坯体，如多熟料砖、硅砖、镁砖等，就不大明显。干燥制度是砖坯进行干燥的条件总和。它包括干燥时间、进入和排出干燥剂的温度和相对湿度，砖坯干燥前的水分和干燥终了后的参与水分。干燥多采用隧道干燥器。也可采用室式干燥器和电热干燥。有的也采用炕室干燥器。但后一种设备效率较低。精品.1.4制品的烧成1.4.1制品的烧成烧成是绝大多数烧结耐火材料生产的最后一道工序，也是关系制品质量最重要的工序。烧成的目的是使砖坯在高温下发生一
14、系列物理化学反应达到烧结，即砖坯变成具有一定尺寸、形状和结构强度的制品。另外，通过烧成过程中的一系列物理化学变化，形成稳定的组织结构和矿物相，具有适用于不同条件下对制品所要求的各种性质。一般烧结制品在烧成过程中，除可能排除残余水分外，其中全部或部分物相可能首先发生矿物的分解和新矿物的形成，有的晶体可能发生晶型转变。随着温度的提高，可能发生固相反应、液相形成、新晶体形成和晶体长大，达到固相烧结和液相烧结。1.固相烧结 砖坯中的晶体结构皆存在缺陷。这些晶体在温度升高到使其中质点的活动能力达到克服周围质点的作用力时，就会发生扩散。由于质点扩散作用而使互相接触的同晶体或异晶体间进行固相反应，使晶体长大
15、或形成新的晶体。最后，经较充分的再结晶和聚集再结晶作用，使晶体长大和结合而烧结。微小晶粒的晶格缺陷多，比表面较高，随温度的提高，固相反应易于进行。因此，砖坯中粉粒愈细，其含量愈多，并互相充分接触，愈有利于砖坯的烧结。这种固相反应对由较纯原料组成的高级耐火材料的烧结具有重要的实际意义。2，液相烧结 当温度升高到一定程度时，原料中的杂质或与砖坯中其他组分，可共同作用形成液相。此种液相可将砖坯中的晶体润湿。在晶体之间，由于表面张力的作用，能使其互相靠近，并填充于砖坯的孔隙中，从而使其致密度提高。液相的存在有助于减缓砖坯内因受热不均或新相的形成或晶相转化可能产生的内应力。另外，液相的存在可使砖坯内溶解
16、度较大的细小的和缺陷较多的晶体溶于其中，并使其重结晶由液相中析出。总之，液相的存在有助于砖坯的烧结。此种烧结作用称为液相烧结。液相烧结作用与液相的性质和数量有关。一般而论，液相粘度低和数量多有利于液相烧结。普通耐火材料的烧结多是由此种烧结完成的。但是，液相粘度低、数量多对制品的高温性能危害很大。因此，优质耐火制品应严格控制。精品.耐火材料的烧成通常在隧道窑和间歇式室窑中进行。前者生产效率及热效率较高；后者工艺灵活，适应性强。在控制烧成制度时应考虑窑炉构造及热工特点。1.4.2 影响烧结的因素影响烧结的因素很多，主要有以下几方面。1物料的结晶化学特性。物料的结晶化学特性是决定烧结难易的内在因素。
17、表示晶体健强大小的晶格能是决定物料烧结和再结晶难易的重要参数。晶格能大的键力强，结构牢固，高温下质点的可动性小，烧结困难。2.物料的分散度。物料的分散度高则比表面积越大，表面自由能越大，使质点的迁移具有强大的动力。为了达到高度分散，必须对物料进行细磨。由于细磨过程中的机械作用，使物料晶体表面和内部缺陷增加，晶格活化，增加质点的可动性。3.温度和保温时间。温度和保温时间是烧结的重要外因条件。提高温度和延长保温时间，都有利于烧结的进行。4.物料颗粒的接触情况和压力的影响。物料颗粒接触情况良好有利于质点的扩散，促进烧结。生产实践证明，将粉料高压成型为致密的坯体大大有利于烧结的进行。烧结过程中采用的高
18、压煅烧也能促进烧结。物料在高压外力的作用下能够在高温下促进塑性流动和加快质点的扩散过程，能够增强高温下物料的相对移动和相互结合能力，因而促进烧结的进行。5.加入物的作用。在烧结物料中加入适当的加入物，有如下几种作用：1）加入物与烧结相（主晶相）形成固溶体。固溶体的形成可以增加晶格缺陷，活化晶格促进烧结。2）加入物促进液相的形成，有利于烧结的进行。3）加入物与烧结相生成化合物时，如果该化合物不能与烧结相形成固溶体而且又是高耐火度的，则烧结相将被这化合物层所隔开，使颗粒间的接触和质点间的扩散受到阻碍，不利于烧结进行。若生成的化合物的密度与烧结相相差较大，产生较大的体积效应也是不利于烧结的。另外除加
19、入物的性质外，加入物的数量对烧结也有一定的影响。6.液相的作用。液相对烧结作用的机理主要是在液相表面张力的作用下固体颗粒的重排过程，以及重排过程中结束后的溶解沉析和颗粒成长作用。精品.7.气相在烧结中的作用。烧结过程中在有加入物的情况下，若加入物具有高温挥发性，就会形成一部分气相，往往不利于烧结。这是由于加入物气相的存在和逸出会增加坯体的气孔率，而不利于烧结。8.气氛的影响。烧结末期，当气孔已处于封闭状态，气氛（气孔中气体的类型）对烧结是有影响的。研究AL2O3的烧结时发现，当气体在晶体中的溶解度很小因而扩散很慢时，则孤立的气孔不易从坯体中排除。必须指出，气氛的影响对于不同材料的不同的条件，其
20、影响是不同的。所以对具体问题必须具体分析。在实际烧结过程中上述这些因素不可能是彼此孤立的，二是相互影响相互制约的。在不同条件下其主要作用的因素也可以是不同的。1.4.3烧成制度的确定耐火制品的烧成制度，即升温速率、最高烧成温度、在最高烧成温度下的保温时间以及冷却速率和烧成气氛等。对制品内物相和结构的形成，从而对制品的性质影响极大。应根据砖坯在高温下可能发生的化学和物理变化及变化速率与程度，如各组分间发生何种化学反应和伴有何种附加效应，及其在变化中可能产生的内应力以及砖坯在烧成过程中的强度等情况，采取相应的方法与制度。另外，也应与制品的形状和尺寸相对应。在烧成制度中，升温速度或冷却速度的允许值取
21、决于坯料在烧成或冷却时所受到的应力作用。这种应力主要来源于两个方面，一种主要是由烧成过程中的温度梯度和热膨胀或冷缩造成的。即所谓的热应力；另一种是由于内部一系列物理化学反应、晶型转变、重结晶、晶体长大等因素造成的。耐火制品的最高烧成温度主要由使用原料的性质和使用条件下对制品的各种性质要求所决定的。原料越纯品位越高，则烧成温度越高。保温时间与最高烧成温度一样，都是烧成的重要因素。在烧成过程中为使制品获得均一的烧成并使反应充分，在最高烧成温度下通常应进行必要时间的保温。一般认为保温时间越长，反应进行的越充分。但延长保温时间，必然使能耗增大。因此就烧成而言，在不损坏制品性质的前提下，缩短必要的保温时
22、间，对节约能源是很重要的。通常根据砖坯的烧成性、形状尺寸、窑温均匀性、装窑密度和高温阶段的升温速度等因素来确定适宜的保温时间。烧成时窑内气氛分为氧化、还原和中性三种。气氛性质与制品的烧成有很大关系。它直接影响到制品烧成时一系列物理化学反应。例如氧化气氛影响到物料内氧化铁的氧化程度，黄铁矿中硫的烧尽和有机杂质的烧掉等等。精品.气氛性质对物料的烧结也有显著影响。烧成时采取什么气氛，要根据物料的组成和性质，加入物等因素决定。如硅砖烧成时在高温状态下（1000），要求窑内保持还原性气氛，使制品烧成较为缓和，形成足够的液相，有利于鳞石英的成长。而镁砖烧成时则应在弱氧化性气氛下进行。砖坯在窑内的安放（装窑）对烧成制度的确定、制品烧成的均匀性和烧成废品的产生也有很大影响。装窑的基本要求是砖垛稳固，火道布置合理以减少烟气运动阻力，并使气流按各部位装砖量分布，达到均匀加热。装窑的技术指标有装窑密度（t/m3）有效断面积（%）、加热有效面积（m2/m3）等等。制品在窑中的加热速度与有效断面积、加热有效面积和沿窑高度加热的均匀性有关。如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！精品