耐火材料生产过程讲解

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1、第三章 耐火材料生产基本工艺过程 绪 言 定型耐火材料的一般生产工艺过程如下： 煅烧、分级和破粉碎是不可缺少的原料预处理加工工序。 原料的煅烧和分级实际上已经在矿业公司进行了，但是在耐火 材料生产企业，这两项加工工序通常仍然是设置有的。 成 型 原 料 配 料混 练 干 燥烧 成 煅 烧 检验包装困 料 拣选分级破粉碎 3-1 耐火原料的加工处理 一、原料的煅烧 1. 原料预烧的必要性目前已无全生料配料的耐火材料生产模式 （1）熟料配料能保证制品烧成后的尺寸准确性，以及制品的体积稳 定性。 （2）熟料配料有利于改善制品的矿物组成及显微组织结构，从而保 证制品具有良好的使用性能。 （3）熟料配料

2、有利于缩短制品的烧成周期，提高生产效率和烧成合 格率。 2. 原料煅烧工艺分类 活化煅烧 死 烧 二步煅烧：轻烧制坯死烧 一次烧结 或者 第三章 耐火材料生产基本工艺过程 （1）活化煅烧：使原料全部或部分组份得到活化，变为活性状态的煅 烧过程。如加入适当的添加剂，促使物料体系发生一些相变或分解反应 而使组份活化。 （2）死烧：使原料全部达到完全烧结。 二、原料的拣选分级 1. 原料分级的必要性 （1）保证优质品的质量（化学矿物组成）避免劣质原料被用来生 产优质品。 （2）保证优质原料被有价值地利用避免优质原料被用来生产低等 级的制品。 2. 拣选分级对象：耐火粘土、高铝矾土、菱镁矿等 方法：根

3、据熟料的外观颜色、有无显而易见的杂质、比重、致密度等 情况进行人工拣选。 三、原料的破粉碎 1. 破粉碎的重要意义 （1）各种原料只有破粉碎到一定细度，才可能充分混合均匀，从而保 证制品组织结构的均匀性。 （2）通过破粉碎将各种原料加工成适当粒度，以保证制品的成型密度 。 2. 破粉碎的一般工艺要求 （3）只有将原料粉碎到一定细度，才能提高原料的反应活性，促进高 温下的固相反应，形成预期的矿物组成和显微组织结构，以及降低烧成 温度。 （1）粗碎：从300 mm左右破碎到5075 mm。鄂式破碎机。 （2）中碎：从5075 mm 破碎到35 mm。圆锥破碎机或对磙破碎机。 （3）细碎：从310

4、mm 粉碎到 0.11.0 mm。圆锥破碎机 （4）粉碎：从13 mm 粉碎到0.088 mm。连续式筒磨机或球磨机。 骨料 3-2 坯料的制备 一、配 料 所谓坯料，是指化学组成和颗粒组成均符合配方要求的一种多组 分均匀混合物。坯料制备包括配料、混练、困料等工序。 1. 配料的含义 （1）按配方准确称取各种原料的质量，使坯料的化学组成满足既定要求 调配化学组成。 （2）按配方准确称取各种粒度的原料质量，使坯料的颗粒组成满足要求 调配颗粒组成。 2. 颗粒组成（颗粒级配）设计 （1）颗粒级配的含义 （2）调配颗粒组成的必要性 保证坯体的成型密度 减小坯体的烧成收缩 保证制品的质量与性能 颗粒组

5、成和制品性质的关系： （a）气孔率；（b）常温耐压强度；（c）烧成收缩 （d）透气率；（e）耐热冲击性 3-2 坯料的制备 2. 颗粒组成（颗粒级配）设计 单一颗粒不可能达到最紧密堆积，只有多种粒径的颗粒合理 配合，才可能获得最紧密堆积。 项项 目 球的组组数 12345 最小球半径R0.414R0.225R0.175R0.117R Dmin/Dmax10040241810 堆积积体中的 气孔率 (%)25.9520.719.015.814.9 可见，增加组份数目可以提高堆积密度，但当组份数目大于 3时 ，实际意义便不大了。 3-2 坯料的制备 2. 颗粒组成（颗粒级配）设计 以取得最紧密堆积

6、为目的，选择耐火材料的颗粒组成，推荐 以下公式： di yi = a+(1a)( )n 100 D yi 粒径为di 的颗粒应配入的数量（%）； a 系数，取决于物料性质及细粉含量等因素，一般情况下，a=00.4。 n 指数，与颗粒分布特性及细粉的比例有关，一般地 n=0.50.9。 D 最大（临界）颗粒尺寸 (mm)。 例如，当a=0.31， n=0.5，D=3 mm时，粒径d0.06 mm的细粉 配比应为： yi = 0.31+(10.31)( 0.06/3)0.5 100 42% 3-2 坯料的制备 一、配 料 综上所述，理想的堆积应该是：粗颗粒构成骨架，中颗粒填 充于大颗粒构成的空隙中

7、，细粉则填充于中间颗粒构成的空隙 中。然而，这种理想堆积在实际生产中不可能实现。因为较小 的颗粒往往密集于大颗粒之间，而且很少产生自由移动，即使 在引入更小的颗粒，情况依然如此。 通过计算和实验，下列几点原则对指导实际生产颇有价值： （1）采取多级别颗粒配料可以达到紧密堆积，而且颗粒尺寸相差 越大越好，一般相差45倍以上效果较好。 （2）虽然增加颗粒粒度的组份数量有利于提高堆积密度，但当组 份数目超过时，效果不再明显。故在实际生产中，通常采取三组份 颗粒配料，有时也采取四组份颗粒配料。 2. 颗粒组成（颗粒级配）设计 一、配 料 （3）临界颗粒尺寸大些对提高抗热震性和颗粒紧密堆积有利，但易出现

8、 颗粒偏析，从而导致砖坯表面结构粗糙、边棱松散。实际生产中，标型 砖的颗粒尺寸上限多取35 mm，但有的大砖和不定型制品可放大到 810 mm，甚至 1520 mm。 （4）实际生产中，既要考虑紧密堆积，又要考虑成型的难易性和制品的 烧结性。例如，三组分颗粒配料时，理论上大、中、小颗粒的配比应为7 ：1：2，但由于细粉不多，成型时颗粒间移动困难，成型质量不好，最 终导致制品的烧成质量差。因此，实际生产中有时可取6：1：3。 粗、中、细颗粒的粒径范围尚无统一规定，通常参考以下标准选择： 粗颗粒：0.5 （35） mm 中颗粒：0.1（或 0.2） 0.5 mm 细颗粒：0 0.1（或0.2） m

9、m 2. 颗粒组成（颗粒级配）设计 一、配 料 3. 配料方法 重量配料法 容积配料法 准确性较好，误差一般小于2%。 准确性较差，不常用。 二、混练 1. 概念：使各种物料分布均匀化（包括颗粒组成），并促进颗粒接触 和塑化的操作过程。 耐火材料生产的混练过程，由于颗粒粒度相差较大及成型的需要，实 际上不是一个单纯的混合过程，而是伴有一定程度的碾压、排气过程。 混练的最终目的是使混合料的任意单位体积内具有相同的化学组成和颗 粒组成（如下图b所示）。 原始状态理想完全状态实际完全状态 3-2 坯料的制备 一、配 料 2. 混练质量要求 各组份原料（包括水分和结合剂）均匀分布； 坯料的结合性得到充

10、分发挥； 空气尽量地排除； 物料再粉碎程度低。 3. 影响混练质量的因素 物料的流动性大小； 外加剂（包括水）的种类及数量； 混练机的结构与性能； 加料及混练方式（或顺序）：中、粗颗粒 干混数分钟 水及 结合剂 混练数分钟 细颗粒及细粉 混练到终态 混练时间。 二、混练 3-2 坯料的制备 达到较好混练质量所需要的混练时间，主要与物料的流动性 、外加剂的种类（性质）、混练机的结构性能等因素有关。对应 于某一种坯料及混练设备，都有一个最佳的混练时间。超过该时 间就会造成 “过混合”。而且，最佳混练时间有时相差较大，例 如 粘土砖：410 min，镁砖：2025 min。 时间/min 混合均匀度

11、 to 0 二、混 练 3-2 坯料的制备 4. 混练过程及混练效率 （1）混练过程 阶段：快速混合过程。配合 料的均匀性随混合时间的增加 迅速提高。 阶段：扩散混合过程。混 合达到一定程度后，配合料 的均匀性增加速度明显降低 。 阶段：后期混合过程，或称逆混合过程。特点是：混合达到一定程度后 ，配合料的均匀性不但不再增加，甚至有所降低。 时间/min 混合不均匀度 0 h1 h2 混练过程中物料混合不均匀度与时间的关系 二、混练 3-2 坯料的制备 4. 混练过程及混练效率 （1）混练过程 阶段包括两种作用： 颗粒偏析。由于重力、 离心力作用，大颗粒产生 偏析现象。 颗粒团聚、捏合。由于 较

12、长时间的混练，受液体 毛细管力、粘结剂附着力、 机械捏合力等作用，物料 产生团聚、捏合。但总体 而言，这两种作用的结果，是使配合料的均匀性波动在一定范围 (h1h2) 之内。 二、混练 3-2 坯料的制备 时间/min 混合不均匀度 0 h1 h2 混练过程中物料混合不均匀度与时间的关系 （2）混练效率 混合效率可用混合指数 i 来表示。在整个坯料的不同部位进 行多点取样，并测定某一组分的含量 C, 就可以计算出整个坯 料的混合效率。方法是： 按有关规定在整个混合料中取 N 个试样并测定某一组分含量 C ； 根据该组分应有的理论含量 C0 和测定量 C，计算混合百分率 x ； 计算混合指数 i

13、 ： X = 当 C0 50% 时 当 C0 50% 时 100 C 100 C0 100% C0 C 100% i = x1+ x2, + xn N i 越接近于 1，表示混合效率越高。 二、混 练 三、困料 1. 概念：将经过混练处理的坯料在一定的温度和湿度环境中储放 一段时间的过程。 2. 困料的作用 （1）可使坯料中的水分、纸浆废液等分布更加均匀。 （2）提高坯料的结合性、可塑性，改善其成型性能。 陶瓷坯料的陈腐 3-3 耐火材料的成型 一、耐火材料成型方法的分类 1. 按坯料含水率分： 半干（压制）法：坯料含水率 5% 左右 可塑法：坯料含水率 15% 左右 注浆法：坯料含水率 40

14、% 左右 3-2 坯料的制备 2. 按成型工艺特点分： 一般压制法； 捣打成型； 热压成型； 等静压成型； 注浆法成型； 熔铸成型； 可塑法成型； 振动成型；. 二、半干法压制成型 1. 压制过程 耐火材料的压制成型过程可 以大致分为以下三个阶段： 阶段A: 在压力作用下，颗粒发生 明显的位移，重新分布形成较紧 密的堆积，坯料被压缩明显。 压缩，mm 压力，MPa ABC P1 P2 一、耐火材料成型方法的分类 阶段B: 当压力增至 P1 后， 颗粒发生脆性及弹性变形， 坯料被进一步压缩，但呈 阶梯式变化坯料被压 缩到一定程度后，即阻碍 进一步压缩，一旦压力继 续增大到使颗粒再度产生 变形的外

15、力时，坯料的体积又得以被压缩。这种增压压缩的 过程短促而频繁，最后，压制过程进入第三阶段。 阶段C: 在极限压力 P2 作用下，坯料不再被压缩，坯体的密度不 再增大。 二、半干法压制成型 1. 压制过程 压缩，mm 压力，MPa ABC P1 P2 影响压制的因素很多，其中 以颗粒的形状和坯料的湿度对 压制的影响最大。同一成型压 力下，圆形颗粒多、湿度较大 的坯料可望获得较大的成型密 度。 二、半干法压制成型 1. 压制过程 压缩，mm 压力，MPa ABC P1 P2 2. 砖坯中的压力分布和层密度现象 成型时施加的压力作功于三个方面： 克服颗粒之间的内摩擦 力；克服颗粒与模具壁面之间的外摩擦力； 使坯料产生变形 。 3-3 耐火材料的成型 二、半干法压制成型 2. 砖坯中的压力分布和层密度现象 由于成型时存在的内外摩擦力，使得成型时坯体中的压强呈 非均匀分布状态。即坯体中某点的压强随其距受压面的距离增 大而降低，从而使得成型坯体的密度亦不均匀，产生所谓的“ 层密度”现象。 压强随砖坯厚度改变的关系如下： Sh = S0exp(-Kh/R) Sh距受压面 h mm 处的压强；S0受压面上的压强； K 与模型结构有关的系数；R坯体截面的当量半径。 由于坯体的气孔率取决于压强大小，故沿坯体厚度方向的 压强落差即在一定程度上确定了坯体密度的均匀性。因此， 坯体密度的均匀性可用 S