第二章第一节耐火原料选择及加工、坯料的制备、成型、干燥、烧成

第一节耐火原料选择及加工、配料的制备、成型、干燥、烧成耐火资料的品种和质量取决于耐火资料的原料和其生产工艺。在原料确立的状况下，耐火资料的生产工艺 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 与制度能否正确与合理，所得耐火制品的质量差异可能极大。耐火资料的特定性能的控制，一定经过特定的工艺手段来实现。所以，耐火资料的生产者一定精于此遣；使用者欲能正确采纳拥有某一特征的耐火资料，使其物尽其用，也一定对耐火资料的生产工艺有所认识。块状烧成耐火制品的一般生产工艺流程以下：原料的加工→配料→混练→成型→干燥→烧成→挑选→成品。耐火原料选择及加工原料的质量是耐火资料质量的基本保证。要发展优良高效的耐火制品，一定有纯净的质量均一和性质稳固的原料。所以，选用适合作为耐火资料原料的天然矿石，开采后一定再经过加工。原料的加工主要包含原料的优选提纯，或均化或合成；原料的干燥和煅烧；原料的破粉碎和分级。1.原料的优选提纯和均化为了提升原料纯度，一般需经挑选或冲刷，剔除杂质。有的还需采纳适入选矿方法进行优选提纯。有的原猜中成分不均，需要均化。有的在优选后还可引人适当有利加人物。高性能的复合原料需采纳人工合成方法。2.原料的煅烧为了保证原料的高温体积稳固性、化学稳固性和高强度。多半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ms≈（～）T的～，即TTm，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展转窑中进行。有的原料，如软质耐火黏土作为粘合剂，虽不经煅烧，但若含水过多，应经干燥，以便破裂和分级。3.原料的破粉碎和分级原料破粉碎的目的是制成不一样粒级的颗粒及细粉，以便于调整成分，进行级配，使多组分间混淆均匀，便于相互反响，并获取致密的或拥有必定粒状结构的制品坯体。一般先将颗粒破裂到极限颗粒40～50mm（粗碎）；再将颗粒破裂到极限颗粒4～5mm（中碎），而后细碎。细磨是将颗粒破裂到小于0.088mm以下的细粉。生产一般耐火制品所用的颗粒料皆为中碎此后所获取的产品。经破粉碎后的颗粒状产品，需依粒度粗细分级，以便合理配料。往常多以筛分方法将颗粒分级。对粉状料常以风选法分级。坯料的制备耐火资料坯料的制备主要包含配料和泥料的混练两个工序。配料耐火资料的配料是将各样不一样品种、组分和性质的原料以及将各级粒度的熟料颗粒按必定比率进行配合的工艺。各样原料的配合是为了获取必定性质的制品。粒度的配合是为了获取最密切堆集的或特定粒状结构的坯体。l.各样原料的配合各样原料的配合依资料的品种和性质的要求而定，不一样制品各有特色。对烧结制品、不烧制品和不定形耐火资料，各样颗粒的熟料或其余瘠性料与各样联合剂的配合是配料中的重要一环。任何联合剂的采纳及其加入量皆应严格控制，应保证其既有利于制品的生产，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聚积体达到最密切的程度，才能获取致密的制品。欲使多级不一样粒度的颗粒构成的聚积体密度获取提升，一定使粗颗粒级中的缝隙全部由细颗粒级填补，而细颗粒级中的缝隙由更细的颗粒级填补，这样逐级填补即可获取最密切堆集。1）各级颗粒的粒径比。以密切聚积的同径球的空隙而论，若使小球填于此中，小球的粒径一定小于大球聚积体的缝隙尺寸。所以，两种球球径之比一定适合。以圆球交织摆列的聚积状态计算，大小两种球的球径比约为。因而可知，若两级颗粒配合成聚积体时，粒径比在此值以上，对实现密切的堆集是有利的。这样，多级颗粒配合，更可实现致密化。采纳此种粒径比很大的各级颗粒的配合常称为中断级配。但在实质生产中为防止颗粒产生严重偏析，并使各级颗粒充分利用，常采纳粒级连续的颗粒，并以均匀粒径区分为若干级别进行配合。2）各级颗粒配合的比率（级配）。在保证粗细颗粒粒径比适合的条件下，由各级颗粒构成的聚积体中，每级颗粒配合的数目，应以细者填满粗者的缝隙为宜。以密度同样的同粒径的圆球聚积体为例，其缝隙率（P）约为38％。三级配合时，粗与细的数目比应为1:。采纳多级颗粒配合时，聚积体的缝隙率变化如表3-1所示。同粒径的粒状颗粒聚积体的缝隙率约为38％。因为当多级配合超出4级时，缝隙率变化不明显，并且为了简化工艺，一般烧结制品的粒度构成，一般为3～4级。以粒度粗、中、细三级配合为例，聚积体缝隙率变化如图1－1所示。即以粗颗粒为55～65％；中颗粒l0～80％；细颗粒15～30％较宜。往常为获取高密度的制品，并防止由这种级配构成的泥料易于产生颗粒偏析和便于制品的烧结，常采纳细粉量许多的配合，如采纳粗：中：细＝（4～6）：（2～1）：（4～8）。（俗称“两端大、中间小”）表2－1各级粒度聚积体缝隙的变化球体实体聚积体缝隙缝隙率降粒度级数积，％率，％率，％一级-二级三级四级五级图2－1聚积体缝隙率变化（3）极限颗粒确实定。耐火制品中颗粒的极限粒径，依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；适合提升极限粒径，对制品的耐热震性可能有利。近于 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 形状的一般烧结制品，极限粒径一般控制在2～3.5mm。大型块状制品可相应增大。泥料的混练混练是将合理配合的各样物料正确称量后，制成各组分、各样颗粒均匀散布的泥料，并使泥猜中各样物料实现联合优秀的加工过程。依据物料的组分和性质，采纳适合的混练设施与方法，使各样物料经过对流、扩散和剪切等作用达到泥料均化和颗粒料与联合剂等的相互联合，既使泥料获取优秀的成型性能，又防止泥猜中颗粒的再破裂和某些物料的消散或在混练过程中发生明显反响变质。耐火资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弊端，但可获取均匀致密的泥料。高效行星式强迫混淆机混练混料，颗粒不再破裂，效率及质量较好。有的也实用双轴混料机的，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”，马上初混后的泥料在必定温度、必定湿度的条件下贮放一准时间，而后再经二次混练，以改良泥料的质量。坯体的成型与干燥坯体的成型成型的目的是把泥料制成拥有必定形状和适合密度与强度的砖坯。对烧结制品和不烧砖，砖坯的致密度决定着制品的致密度，进而影响制品的很多物理性质、力学性质和使用性质。所以，成型是这种耐火资料生产中很重要的一项工序。砖坯成型方法好多，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，采纳注浆成型；对有可塑性的混料，采纳可塑法成型；对有触变性的混料，经振动成型；对含水量较低（3～6％）的半干泥料，采纳半干压成型或捣打成型；干粉料用等静压成型等等。对一般烧结制品和不烧砖，最广泛采纳的方法为借助外力清除大部空气，将泥猜中的各级颗粒从头散布，使其致密化的半干压成型。对形状复杂的大型制品，也常采纳可塑法、振动法或捣打法成型。半干压成型后砖坯的密实度，除受泥料构成与性质影响之外，也受压制外力、增压速度和加压时间等压制制度所控制。压制方法与制度不妥，易使砖坯出现缺点，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，因为此中各样物料间的机械结协力、静电引力及摩擦力，使砖坯的形状保持下来，并拥有必定的强度。坯体的干燥坯体干燥的目的在于提升其机械强度，有利于装窑操作并保证烧成早期能够顺利进行。干燥过程可分为三个阶段。在此以前有一个加热阶段。一般加热阶段时间很短，坯体温度上涨到湿球温度。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，此阶段排出大批水分，在整个阶段中，排出速度一直是恒定的，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的要素都能够影响干燥速度。所以，在等速干燥阶段中，干燥速度与坯体的厚度（或粒度）及最先含水量没关。而与干燥介质（空气）的温度、湿度及运动速度相关。第二阶段是降速干燥阶段，跟着干燥时间的延伸，或坯体含水量的减少，坯体表面的有效蒸发面积渐渐减少，干燥速度渐渐降低。此时水分从表面蒸发的速度超出自坯体内部向表面扩散的速度，所以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渐渐凑近零，最后坯体水分不再减少，当空气中干球温度小于100℃时，此时保存在坯体中的水分称为均衡水分。这部分水分被固体颗粒坚固地吸附着。均衡水分的多少，取决于物料性质、颗粒大小和干燥介质的温度与相对湿度。以上三个阶段的显然程度，依坯体中水分的多少而定，一般对可塑法成型的坯体来说，三个阶段比较显然，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，就不大显然。干燥制度是砖坯进行干燥的条件总和。它包含干燥时间、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加水分。干燥多采纳地道干燥器。也可采纳室式干燥器和电热干燥。有的也采纳炕室干燥器。但后一种设施效率较低。制品的烧成制品的烧成烧成是绝大部分烧结耐火资料生产的最后一道工序，也是关系制质量量最重要的工序。烧成的目的是使砖坯在高温下发生一系列物理化学反响达到烧结，即砖坯变为拥有必定尺寸、形状和结构强度的制品。此外，经过烧成过程中的一系列物理化学变化，形成稳固的组织结构和矿物相，拥有合用于不一样条件下对制品所要求的各样性质。一般烧结制品在烧成过程中，除可能清除剩余水格外，此中所有或部分物相可能第一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。跟着温度的提升，可能发生固相反响、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点。这些晶体在温度高升到使此中质点的活动能力达到战胜四周质点的作使劲时，就会发生扩散。因为质点扩散作用而使相互接触的同晶体或异晶体间进行固相反响，使晶体长大或形成新的晶体。最后，经较充分的再结晶和齐集再结晶作用，使晶体长大和联合而烧结。渺小晶粒的晶格缺点多，比表面较高，随温度的提升，固相反响易于进行。所以，砖坯中粉粒愈细，其含量愈多，并相互充分接触，愈有利于砖坯的烧结。这种固相反响对由较纯原料构成的高级耐火资料的烧结拥有重要的实质意义。2，液相烧结当温度高升到必定程度时，原猜中的杂质或与砖坯中其余组分，可共同作用形成液相。此种液相可将砖坯中的晶体湿润。在晶体之间，因为表面张力的作用，能使其相互凑近，并填补于砖坯的孔隙中，进而使其致密度提升。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变可能产生的内应力。此外，液相的存在可使砖坯内溶解度较大的渺小的和缺点许多的晶体溶于此中，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目相关。一般而论，液相粘度低和数目多有利于液相烧结。一般耐火资料的烧结多是由此种烧结达成的。可是，液相粘度低、数目多对制品的高温性能危害很大。所以，优良耐火制品应严格控制。耐火资料的烧成往常在地道窑和间歇式室窑中进行。前者生产效率及热效率较高；后者工艺灵巧，适应性强。在控制烧成制度时应试虑窑炉结构及热工特色。影响烧结的要素影响烧结的要素好多，主要有以下几方面。物料的结晶化学特征。物料的结晶化学特征是决定烧结难易的内在要素。表示晶体健强盛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，结构坚固，高温下质点的可动性小，烧结困难。2.物料的分别度。物料的分别度高则比表面积越大，表面自由能越大，使质点的迁移拥有强盛的动力。为了达到高度分别，一定对物料进行细磨。因为细磨过程中的机械作用，使物料晶体表面和内部缺点增添，晶格活化，增添质点的可动性。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。提升温度和延伸保温时间，都有利于烧结的进行。4.物料颗粒的接触状况和压力的影响。物料颗粒接触状况优秀有利于质点的扩散，促使烧结。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。烧结过程中采纳的高压煅烧也能促使烧结。物料在高压外力的作用下能够在高温下促使塑性流动和加速质点的扩散过程，能够加强高温下物料的相对挪动和相互联合能力，因此促进烧结的进行。5.加入物的作用。在烧结物猜中加入适合的加入物，有以下几种作用：1）加入物与烧结相（主晶相）形成固溶体。固溶体的形成能够增添晶格缺点，活化晶格促使烧结。2）加入物促使液相的形成，有利于烧结的进行。3）加入物与烧结相生成化合物时，假如该化合物不可以与烧结相形成固溶体并且又是高耐火度的，则烧结相将被这化合物层所分开，使颗粒间的接触和质点间的扩散遇到阻挡，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。此外除加入物的性质外，加入物的数目对烧结也有必定的影响。6.液相的作用。液相对烧结作用的机理主假如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。7.气相在烧结中的作用。烧结过程中在有加入物的状况下，若加入物拥有高温挥发性，就会形成一部分气相，常常不利于烧结。这是因为加入物气相的存在和逸出会增添坯体的气孔率，而不利于烧结。8.氛围的影响。烧结末期，当气孔已处于关闭状态，氛围（气孔中气体的种类）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此扩散很慢时，则孤立的气孔不易从坯体中清除。一定指出，氛围的影响关于不一样资料的不一样的条件，其影响是不一样的。所以对详细问 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一定详细剖析。在实质烧结过程中上述这些要素不行能是相互孤立的，二是相互影响相互限制的。在不一样条件下其主要作用的要素也能够是不一样的。烧成制度确实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氛围等。对制品内物相和结构的形成，进而对制品的性质影响极大。应依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响和伴有何种附带效应，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状况，采纳相应的方法与制度。此外，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同意值取决于坯料在烧成或冷却时所遇到的应力作用。这种应力主要根源于两个方面，一种主假如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；另一种是因为内部一系列物理化学反响、晶型转变、重结晶、晶体长大等要素造成的。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样性质要求所决定的。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同样，都是烧成的重要要素。在烧成过程中为使制品获取均一的烧成并使反响充分，在最高烧成温度下往常应进行必需时间的保温。一般以为保温时间越长，反响进行的越充分。但延伸保温时间，必定使能耗增大。所以就烧成而言，在不破坏制品性质的前提下，缩短必需的保温时间，对节俭能源是很重要的。往常依据砖坯的烧成性、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向来确立适合的保温时间。烧成时窑内氛围分为氧化、复原和中性三种。氛围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响。比如氧化氛围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。氛围性质对物料的烧结也有明显影响。烧成时采纳什么氛围，要依据物料的构成和性质，加入物等要素决定。如硅砖烧成时在高温状态下（＞1000℃），要求窑内保持复原性氛围，使制品烧成较为和缓，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氛围下进行。砖坯在窑内的安置（装窑）对烧成制度确实定、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坚固，火道部署合理以减少烟气运动阻力，并负气流按各部位装砖量散布，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相关。