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1、耐火制品烧成(firing of refractory products)对耐火制品的坯体进行加热处理，使其达到烧结的工艺过程。烧成的目的是使坯体在高温作用下，经过一系列物理化学变化，气孔率降低、体积密度增大、强度增加，获得在使用温度下体积稳定并具有其它必要性能指标的耐火制品。烧成过程的物理化学变化 耐火材料在加热和冷却过程中，进行着一系列物理化学变化。这些变化取决于耐火制品种类、所使用原料和制品的化学矿物组成。耐火制品的烧成一般分为升温、保温和冷却 3 个阶段。制品的烧结主要在前两个阶段进行。升温阶段 从开始加热至最高烧成温度的阶段。这一阶段的温度变化范围较大。坯体内产生下列物理化学变化。(
2、1)水分排除。在温度范围为室温至 200期间，排出砖坯中残存的自由水和大气吸附水。水分的排除使砖中留下气孔，具有透气性。有利于下一阶段反应的进行。(2)分解、氧化。在温度范围为 2001000 期间，各种制品因原料不同而发生不同的物理化学变化。粘土砖和高铝砖中结合粘土的杂质矿物及有机物质的分解和氧化，粘土矿物分解脱水并开始生成低熔液相，硅砖中的 Ca(OH)2 分解，石英发生晶型转变，%26beta;石英转变为 a 石英，CaO 与 SiO2 的反应亦在此阶段进行；镁砖则主要是氢氧化物及结构水的排除。砖坯质量减小，气孔率进一步增大，强度有较大的下降(如粘土砖、镁砖)或稍有提高(如硅砖)。(3)
3、形成液相或新的耐火相。温度在 1000以上，分解作用继续进行。随温度升高其液相生成量增加，新的耐火相开始形成，并进行溶解、重结晶。粘土砖及高铝砖在此阶段液相量大量增加，坯体剧烈收缩及烧结；硅砖中石英相转变速度大大增加，坯体密度显著下降；镁砖中出现固相反应，制品开始烧结。在这阶段由于扩散、流动和溶解一沉析等传质过程的进行，颗粒在液相表面张力作用下进一步靠拢而使坯体致密、体积缩小、气孔率降低、强度增大，烧结急剧进行。保温阶段 亦称为烧结阶段，这时温度为最高烧成温度。在此阶段中各种反应趋于完全、充分，液相量继续增加，结晶相进一步长大而达到致密化即所谓%26ldquo;烧结%26rdquo;。特种耐火
4、材料的固相反应及烧结亦在此阶段内完成。冷却阶段 从最高烧成温度降至室温的冷却过程。此阶段中主要发生耐火相的析晶、某些晶相的晶型转变和玻璃相的固化等过程。粘土制品在冷却过程中莫来石缓慢析出，液相固化变成玻璃相并伴有收缩。硅砖冷却至低温阶段有方石英和鳞石英的快速晶型转变，体积收缩。在此阶段中，坯体的强度、密度和体积，依品种的不同都有相应的变化，从而使烧成时产生的结构和化学反应产物稳定下来，形成耐火材料烧成后的最终性能指标。影响烧结的因素 影响耐火制品烧结的因素很多，主要有烧成温度和保温时间；烧成气氛；原料特性、粒度、加入物等。烧成温度和保温时间 烧成温度和保温时间是耐火制品烧结的重要外因条件。提高
5、烧成温度、延长保温时间都有利于烧结的进行。烧结过程中随温度不断升高，坯体的气孔率不断降低，密度和强度不断提高。当气孔率下降到一定程度后，下降速度便会减慢。砖坯气孔率、密度和强度变化开始趋于平稳的温度称为该制品的烧结温度。在生产工艺中，耐火制品的烧成最高温度应控制在烧结温度的范围内，在此温度下应保持适当的时间以使烧结完全，若继续升高温度会使砖坯软化变形。从烧结温度到坯体开始变形的温度范围称为烧结温度范围。烧成气氛 气氛的性质直接影响烧成效果及制品的质量。不同材质的坯体选择不同的烧成气氛，以保证坯体中某些物理化学反应过程的进行。适当的气氛不但可以促进烧结，而且能降低烧成温度。原料的结晶化学特性坯料
6、的结晶化学特性是决定烧结难易的内在因素。物料的结晶化学特性包括：晶格能的大小、晶体的结构类型、晶粒的组成以及晶体生长速度等。一般来说，晶格能大的键力强，结构牢固，烧结较困难，晶体的阳离子极性低，它们所形成的化合物(如氧化物)的晶格构造较稳定，质点的可移动性较小，不容易烧结。多晶体比单晶体容易烧结，因为多晶体的晶界多，是原子或离子扩散的快速通道。原料的粒度 原料的粒度愈细，则比表面积愈大，表面自由能也愈大，这使质点的迁移具有强大的动力。对原料进行细磨加工，可使其高度分散，并通过细磨的机械作用，增加晶体表面和内部缺陷，降低烧结温度。砖坯内颗粒接触良好有利于质点的扩散，在生产中采用高压成型，可使坯体
7、致密，促进烧结的进行；相反，任何妨碍颗粒之间接触的因素都不利于烧结。加入物 往耐火制品的配料中，加入适当的其它物质，可改善坯体烧结性能和其它性能。如加入能与主晶相形成固溶体的物质，可使主晶相的晶格变形、缺陷增加、能量升高，有利于离子的扩散和烧结的进行。往硅砖配料中加入矿化剂，以加速石英的晶型转变而不降低耐火度。镁砖生产则可加入少量铁的氧化物，生成有限固溶体以促进烧结。纯氧化铝制品中加入微量 TiO2 可大大降低烧结温度。烧成制度的确定 耐火制品的烧成制度包括升温速度、烧成最高温度和气氛、保温时间和冷却速度。根据制品种类不同合理制定烧成温度曲线。升温速度和冷却速度 加热时的升温速度和冷却时的降温
8、速度的允许值取决于在烧成或冷却时砖坯所受到的应力作用，这种应力来源于两方面：一是由烧成过程中温度梯度和热膨胀或冷缩造成；另一是由制品内部的物理化学变化造成。在产生上述应力的阶段，升、降温速度应缓慢，在实际生产中可测定砖坯加热时的线性变化值，作为确定各温度范围的升温速度和制定合理的烧成曲线的依据。烧成最高温度和保温时间 耐火制品的最高烧成温度主要依制品种类、所用原料的性质和使用条件下对制品的各种性能要求所决定。原料越纯、品位越高，则烧成温度越高。当要求制品在使用中有高的耐蚀性、抗渣性和耐冲击性时，烧成温度也应提高。一般情况下，各类耐火制品的烧成温度为：粘土制品12001450，高铝制品 1400
9、1550 ，硅砖 13801430，镁质制品15001600，直接结合碱性制品 1700。其他高级耐火制品的烧成温度可更高，如纯氧化铝制品为 16001800。保温时间与最高烧成温度一样，都是烧成的重要因素。在最高烧成温度下进行一定时间的保温，一般来说，保温时间越长，烧结进行得越充分，但过分延长保温时间不仅将使燃料消耗增大而且会使制品变形，因此应根据各种因素来确定适宜的保温时间。气氛 烧成时的气氛有氧化气氛、中性气氛、还原气氛、惰性气氛等，应按烧结要求进行控制。如硅砖烧成时，高温阶段要求还原性气氛，镁砖则需要弱氧化气氛，含碳制品由于避免碳的氧化，要求在隔绝空气的还原性气氛中烧成，氧化铝制品烧成
10、的最好气氛是一氧化碳或氢。烧成设备及工序 耐火制品的烧成一般在各种间歇式或连续式的烧成窑炉中进行。间歇式窑炉有倒焰窑、梭式窑等，连续式窑炉有隧道窑。特殊耐火制品的烧成经常使用倒焰窑和各种电阻炉、感应炉等。烧成工艺过程包括装窑、烧窑、出窑 3 个工序。装窑 烧成的第 1 道工序。装窑的方法及质量对烧窑的操作及制品的质量有密切关系，它直接影响窑内制品的传热速率，燃烧空间大小及气流分布的均匀情况，它又关系到烧成时间及燃料消耗量。装窑的原则是砖垛应稳固，火道分布合理，并使气流按各部位装砖量分布达到均匀加热，不同规格、品种的制品应装在窑内适当的位置，最大限度地利用窑内的有效空间以增加装窑量。装窑操作按照预先制订的装窑图进行，装窑图规定砖坯垛高度、排列方式、间距、不同品种的码放位置、火道的尺寸及数量等。烧窑 烧窑操作按照已确定的烧成制度进行。对间歇窑来说，烧成都要经过升温、保温、降温 3 个不同阶段，而连续式窑炉则只需要保持窑内各部位有一定的温度及推车速度。两种窑的相同之处是烧火操作时必须尽量保持窑内温度均匀一致。出窑 将烧好的制品从窑内取出或从窑车上卸下的操作过程。出窑操作应保持制品的外形质量，经拣选合格的制品即为成品。
