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1、第三章,耐火材料生产工艺及主要设备,3.1,耐火材料生产工艺概述,3.2,原料的加工,3.3,坯料的制备,3.4,耐火材料成型工艺,3.5,砖坯干燥,3.6,耐火制品的烧成,3.1,耐火材料生产工艺概述：,耐火材料是为高温技术服务的重要的基础材料。,随着高温窑炉技术，要求耐火材料满足日益苛刻的使用,条件及要求，,品种繁多、,性质各异的耐火材料制品。,所用原料以及对产品质量要求的不同，不同类型耐火材,料的,生产方法也各有特点。,耐火材料的生产方法随其品种而异。,耐火材料的生产是有共性的。,生产工序：原料的煅烧、破粉碎、细磨、筛分、配料、混合、,成型、干燥、烧成主要工序。,耐火材料生产工艺及主要设
2、备概述,耐火材料生产工艺及主要设备概述,3.2,原料的加工,1.,原料的煅烧,大多数原生矿石不能直接用来制砖，在高温作用下发生物,理化学反应,(,分解、化合和烧结等,),，,高温作用下重量和体积都会发生变化，引起砖坯的体积变,化，甚至会出现大量的变形和开裂的废品。,在原料煅烧时完成,(,或基本完成,),，保证获得符合一定质量,要求的成品。,原料煅烧目的,:,达到烧结,，,原料煅烧基本原理,:,在表面张力作用下，通过物质迁移,煅烧设备,:,竖窑和回转窑，,耐火材料生产工艺及主要设备,原料加工,几种原料在煅烧时的分解反应,原,料,组,成,分解产物,重量损失,要求煅烧,温度,耐火粘土,高铝矾土,菱镁
3、石,白云石,石灰石,A1,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O,A1,2,O,3,2H,2,O,+A1,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O,MgCO,3,CaMg(CO,3,),2,CaCO,3,3A1,2,O,3,2SiO,2,、,SiO,2,、,H,2,O,3A1,2,O,3,2SiO,2,、,A1,2,O,3,、,SiO,2,、,H,2,O,MgO,、,CO,2,CaO,、,MgO,、,CO,2,CaO,、,CO,2,14,约,15,52,47.7,44,13001400,14501550,16001650,16001650,12001300,耐火材料生产工艺及主要设备,原料加工,
4、注：石灰石只达到完全分解，不需要烧结,实际煅烧中，纯净的物料是很难烧结的,对煅烧设备的使用寿命不利并需消耗大量能源。,高纯白云石,1700,的高温烧结,高纯镁砂,19002000,烧结。,纯净原料的煅烧方法,:,a,增加物料的比表面积的方法降低烧结温度,靠单纯的降低物料粒度增加比表面积是有一定限度的，磨粉,的能耗很大,。,耐火材料生产工艺及主要设备,原料加工,b,轻烧活化解决纯净的物料难烧结的问题。,轻烧活化,:,将物料在一定温度下进行轻烧。,使晶格缺陷增加。,活性提高，再进行死烧，,轻烧压球或压块死烧，也称二步煅烧法。,在,1600,以下，制成高纯度，高密度的烧结镁砂，,MgO,含,量高达,
5、99.9,，密度可达,3.4g,cm,3,。,物料纯度不高，杂质含量大于,4,的镁砂，不采用二步煅烧法,有些矿物，硅石、叶蜡石等在加热过程中体积变化很小，不,必预先煅烧而直接用于制砖。,耐火材料生产工艺及主要设备,原料加工,2.,破、粉碎,原料的破、粉碎：,用机械方法,(,或其它方法,),对原料施以外力,(,包,括压、剪切、弯曲、撞击、研磨等作用力,),，克服固体物料各质,点间的内聚力，碎成小块或细粉的过程。,耐火原料：,350mm,左右的大块，粉末状的、,块料不能直接用于生产耐火制品，需经过破、粉碎处理。,破、粉碎的目的：,将块状原料制备成具有,一定粒度组成,的,颗粒,料,或,细粉,，以便将
6、不同配合的物料混合均匀；增加物料的比表,面积，提高其物理化学反应的速度，促进烧结。,耐火材料生产工艺及主要设备,原料加工,破、粉碎过程：,耐火材料生产工艺及主要设备,原料加工,粗破碎,250,300mm,大块碎成,40,50mm,中块,细破碎,40,50mm,中块粉碎至小于,5mm,的颗粒,一级细磨,10mm,左右粗粒磨细成小于,0.088mm,以下的细粉,二级破碎,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,3.3,坯料的制备,耐火材料制品由粉料颗粒经加工制备而成。,耐火材料涉及的颗粒，是指毫米至微米级的颗粒。,颗粒的堆积物称粉体，粉体性质取决颗粒的本质及颗粒大小,粉料的颗粒组成,粒度，,mm,
7、平均粒度,mm,颗粒数量，,物料累积数量，,5.25,5.252.8,2.81.7,1.70.54,0.540.20,0.200.00,4.03,2.25,11.12,0.37,0.10,4.0,8.3,10.2,36.6,18.2,22.8,4.0,12.3,22.5,59.0,77.2,100.0,1.,坯料的颗粒组成,坯料的颗粒组成对坯体的致密度有很大影响。,在不考虑颗粒本身变形的前提下，从粉料制成坯体的总收缩，,等于原始气孔的体积。,符合紧密堆积的颗粒组成，才有得到致密坯体的可能。,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,尺寸相同的圆球堆积,颗粒间的相互结合，遵循着内能最低的原则,相同
8、尺寸的球，有五种堆积方式,:,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,对单一尺寸的圆球来说，其堆积密度、气孔率与圆球尺寸大,小，材料性质无关，按六方型以配位数为,8,的方式堆积。,在任何情况下，其气孔率均为,38,1,。,序,号,堆积方式,配位数,气孔率，,1,2,3,4,5,立,方,六方型,复六方型,角锥型,四面体型,6,8,10,12,12,47.64,39.55,30.20,25.75,25.95,单一颗粒的堆积方式与气孔率,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,尺寸不同的圆球体堆积,大颗粒的组成中加入一定数目尺寸较小的颗粒，填充于大,颗粒的间隙
9、，则堆积物间空隙可进一步降低。,假如向第一组球内引入第二组球，其尺寸比第一组球小，,第二组球在空隙内也能以配位数为,8,的方式堆积，则混合物的,空隙下降为,14.4,。,再加入体积更小的第三、第四组球，空隙还会进一步下降,当三组分球作最紧密堆积时，气孔率下降显著，当组分大,于,3,时，则气孔率下降不明显。,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,多组分球体堆积特征,球体组分,球体体积，,气孔率，,气孔率下降，,1,2,3,4,5,62,85.6,94.6,98.0,99.2,38,14.4,5.4,2.0,0.8,23.6,9.0,3.4,1.2,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,理想的
10、堆积,:,粗颗粒构成框架,中间颗粒填充于大颗粒构成的空隙间，与大颗粒相切，,细粉填充于中间颗粒构成的空隙中，,1),采用单一的颗粒不能达到紧密堆积，,2),采用多组分可达紧密堆积，而且组分颗粒尺寸相差越大越好，,一般相差,4,5,倍以上效果方显著,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,3),较细颗粒的数量，应足够填充于紧密排列的颗粒构成的间隙之,中，该数量取决于颗粒的形状和填充方式。,当有两种组分时，粗细颗粒的数量比为,7:3,，,当有三种组分时,7:1:2,；,4),增加组分的数目可提高堆积密度，使它接近于最紧密堆积,当组,分大于,3,时，实际意义不大,5),在可能条件下，应适当增大临界颗
11、粒尺寸，以使各组分颗粒尺,寸相差大些。,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,在耐火材料生产中,通常多采取三种组分颗粒配合,粗颗粒,中颗粒,细颗粒,细颗粒，从,0,到,0.2mm(,或,0.1mm),中颗粒：从,0.2(,或,0.1)mm,到,0.5mm,粗颗粒,:,从,0.5mm,到,3,4mm,，,2,配料,1,配料的组成,配料的组成：,按规定比例配合的各种原料是和同一原料,的各不同颗粒组成的粉料,。它随制品的类型和性能要求、所,用原料的性质及工艺条件而改变。,耐火材料生产工艺及主要设备,配料,这一句话的如何理解？,(1),从化学组成方面看，配料的化学组成必须能满足制,品的要求，并且应比
12、制品的指标要求高此。,(2),现在生产中一般采用半干压制法，它要求的坯料具,有足够的结合性，在配料中应含有结合成分。有时结合作用,可由配料中的主体原料来承担，但有时主体原料是瘠性的，,则要由具有粘结能力的结合剂来完成，如纸浆废液、结合粘,土和石灰乳等。,(3),原料中含有水分和灼减成分时，使得原料、配料和,制品的化学组成之间出现换算关系。,耐火材料生产工艺及主要设备,配料,耐火材料生产工艺及主要设备,配料,颗粒,mm,成分,2.0,0.5,0.5,0,0.075,合计,堇青石,(wt%),26,6,13,45,莫来石,(wt%),15,4,6,25,结合剂,(wt%),30,30,结合剂的化学
13、矿物组成组成,堇青石莫来石耐火材料配料,结合剂,各种原料的组成,滑石,高岭土,铝矾土,Al,2,O,3,合计,堇青石基,38.4,30,47,30,10.6,30,4,30,30,莫来石基,20,10,30,颗粒,mm,成分,2.0,0.5,0.5,0,0.075,合计,堇青石,(wt%),26,6,13,45,莫来石,(wt%),15,4,6,25,1,结合剂,(wt%),滑石,11.52,高岭土,14.1,铝矾土,3.18,Al,2,O,3,1.2,2,结合剂,(wt%),高岭土,20,Al,2,O,3,10,30,耐火材料生产工艺及主要设备,配料,碳化硅细颗粒对碳化硅粘土质砖坯密度的影响
14、,泥,料,组,成，,气孔率，,耐压强度,MPa,碳化硅颗粒，,mm,砖坯,制品,粘土,0.6,0.5,0.3,0.25,0.150.125,0.06,10,10,10,10,10,10,50,50,40,40,30,30,10,10,10,20,10,20,30,30,40,30,50,40,23.6,17.0,17.0,16.1,17.4,17.5,15.3,16.2,15.6,16.2,16.7,990,1130,1000,1500,1100,耐火材料生产工艺及主要设备,配料,配,料组,成，,碳化硅颗粒组成,1.4,0.5mm,0.3mm,碳化硅,粘,土,数量，,(100,碳化硅,),97
15、,90,80,3,10,20,40,50,60,60,50,40,耐火材料生产工艺及主要设备,配料,SiC,粒度,wt/%,12,30,目,30,20,36,目,26,0.5,0mm,20,325F,24,编号,SiC,SiO,2,微粉,Si,微粉,V,2,O,5,CaO,A,1,100,4,0,0,0,A,2,100,4,1.5,0,0,A,3,100,4,0,2,0,A,4,100,4,0,0,1,A,5,100,4,1.5,2,1,耐火材料生产工艺及主要设备,配料,2,配料方法,容积配料法和重量配料法。,重量配料法,应用得较普遍，重量配料设备的结构虽较容积,配料设备复杂，但配料准确度高，
16、配料误差一般不超过,2,。,在实际生产中采用重量配料法时，应注意原料含水量波动带,来的影响。,容积配料法,是按体积比来配料的，各种给料机几乎都能适,应作为容积配料的设备，,工厂中常用的有带式、板式、槽式、圆盘式、格式、螺,旋式和振动式给料机等。,容积配料设备结构简单，易于调节，可连续配料，有的,密封性好，有利于防尘措施的实施，但,配料的精确度较差,一些。,耐火材料生产工艺及主要设备,坯料的制备,3.2,混练,使两种以上不均匀物料的成分和颗粒均匀化，促进颗粒,接触和塑化的操作过程称混练。,耐火材料的混练是混合的一种方式，伴随有一定程度的,挤压、捏和、排气过程在内。,坯料混合的目的：,使坯料中成分
17、和性质均匀，即在单位质量或体积内具有,同样的成分和颗粒组成。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,混练质量好时的坯料：,1),各个成分应该是均匀分布的,(,包括不同原料的颗,粒，同一原料的不同大小的颗粒和水分等）,2,）配料的结合性应得到充分的发挥,3,）空气充分排除,4,）再粉碎程度小,。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,混合机理,：,1),对流混合,(,亦称移动混合,),，颗粒成团的移动，,2),扩散混合，颗粒分散到新出现的粉料面上，,3),剪切混合，在物料团块内部颗粒之间相对的缓慢移动，在,物料中形成若干滑移面,在混合过程中，三种机理不能截然分开，主要以混合设备的,不同，取主导地位的混合
18、机理各异。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,混合过程：,1,）快速混合阶段，,不同成分，不同粒度的颗粒移动，均匀度,提高很快，,2,）扩散混合阶段：,混合达一定程度后，有的颗粒扩散到新出,现的物料上，这阶段表现为均匀程度的增加比上一阶段小,3,）后期混合阶段,(,或称逆混合过程,),两种作用，,颗粒偏析,主要由重力、离心力作用，大颗粒偏离析出，,团聚、捏合,由于较长时间的混合，受以下四种力的作用，物,料产生团聚，捏合，均匀度波动在一定范围内。,四种力为,a,液体架桥和毛细管引力，,b,粘结剂附着力，,c,范德华引力；,d,机械捏合力,。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,混练时的加料顺序：,
19、混料时的加料顺序对于泥料混合的均匀性影响很大。,先加入粗颗粒料，,加水或泥浆、纸浆废液，混合,1,2min,后，,再加细粉，,若粗细颗粒同时加入，易出现细粉集中成小泥团及“白料”。,但能否执行上述加料顺序，还受配料方式的限制。,如果采用配料车配料，按配料比分别称量好各组分的料后，,一次同时加入湿碾机中混合，,经一段时间干混后再润湿颗粒，,加水润湿时，,以喷雾状加入混合质量最好。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,坯料的塑化处理：,耐火材料的配料中瘠性料所占比例很大，所以提高泥料的可塑,性，改善其成型性能是很重要的。,简单可行的塑化处理方法之一是困料。,困料：,将混练后或经过挤泥处理的坯料，在一
20、定的温度和湿,度的环境中贮放一定时间。,困料方法简单，是一个复杂的物理化学反应过程。,在这个过程中，水分分布更均匀，坯料表面蒸发的水分很少。,在坯料中分布不均匀的水分，,靠毛细管的作用从水分较多的地,方移向较少处，,原来被空气填充的毛细管空间可能被水分重新填充，捉高了,泥料的可塑性。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,在潮湿的环境中，细菌的作用使有机物变质并生成有,机酸，起着表面活性剂的作用，使坯料均化。,困料中的水化反应，有时能产生胶体物质,例如含,CaO,偏高的镁质坯料在困料时有下述化学反应发生：,MgO+H,2,O,Mg(OH),2,CaO+H,2,O Ca(OH),2,生成物呈胶体性质
21、，提高坯料的结合性和可塑性，降低,体积效应的危性。,困料的条件要严格控制，温度过高，时间过长，都会,使生成的胶体老化，水分散失。另外，困料时间太长，占,用场地面积大，会给连续人生产造成一定的困难。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,目前对特殊要求的一些坯料采用真空塑化处理。,坯料可塑性在很大程度上取决于颗粒周围的水溶剂化,膜的作用，因为它起润滑剂的作用，降低颗粒间的摩擦，,促使其滑动。,颗粒周围的空气则使颗粒分离，降低其可塑性。,排除气泡可使可塑性提高，,真空处理能起到排除气泡的作用。,加入表面活性物质，塑化剂等亦能提高可塑性。,耐火材料生产工艺及主要设备,混练,3.4,耐火材料成型工艺,耐火
22、坯料借助于外力和模型，成为具有一定尺寸、形状和强,度的坯体或制品的过程叫成型。,压制和成型是耐火材料生产工艺过程中的重要环节。,按坯料含水量的多少，成型方法可分如下三种：,半干法坯料水分,5,左右，,可塑法坯料水分,15,左右，,注浆法坯料水分,40,左右。,振动成型,500,1500的热压成型,等静压成型。,耐火材料生产工艺及主要设备,成型工艺,1.,半干法压制的理论基础,1,）半干法压制的物理实质,压制过程中，松散的物料没有足够的水分，,施以较大的压力，借助于压力的作用坯料颗粒重新分布,在,机械结合力,、,静电引力,以及,摩擦力,的作用下，,坯料颗粒紧密结合，发生弹性形变和脆性形变，,空气
23、排出,坯料颗粒结合,形成具有一定尺寸及形状和一定强度的制品,耐火材料生产工艺及主要设备,成型工艺,2,）压制的动力学过程,压制按三段进行的：,(1),在压力的作用下，坯料中的颗粒开始移动，重新配臵成较紧,密的堆积，当压力增至某一数值后，进入第二阶段，该过程的,特点是压缩明显。,(2),第二阶段，颗粒发生脆性及弹性变形，此过程具有阶段特性，,坯料的压缩呈阶梯式。坯料被压缩到一定程度后，即阻碍进一,步压缩，当压力增加达到使颗粒再度发生变形的外力时，由于,颗粒的变形，才引起坯料的压缩，并伴随有坯体致密度增加，,这种压缩及增压的阶段，变得短促而频繁，最后，压制进入到,第三阶段。,(3),第三阶段，在极
24、限压力下，坯料的致密度,不再提高。,耐火材料生产工艺及主要设备,成型工艺,3,）压制压力,(1),克服坯料颗粒间内摩擦力的压力,P,1,，,(2),克服坯料颗粒与模壁问的外摩擦力,P,2,，,(3),由于坯料水分、颗粒组成及其在模内填充的不均匀性，使,压力的分布在某些部分呈现不均匀性，为克服这种压力分布不,均匀性，需要过剩压力,P,3,总压力应为,P,总,=P,1+,P,2,+P,3,耐火材料生产工艺及主要设备,成型工艺,耐火材料生产工艺及主要设备,成型工艺,半干压成型方法，分机压和手工成型两种。,泥料为半干状态的颗粒料水分含量一般为,3,10,。,手工,(,或振动,),成型主要用于生产一些大
25、型或特异型的制品，,所用泥料的水分含量偏高，为,10,12,。,采用半干法成型应注意“层密度”和“弹性后效”问题,。,层密度：,在压制过程中，因为压强在坯体内不遵守巴斯卡,定律，距受压面近的地方密度大，而随着距受压面距离的,增加，气孔率逐渐增大、密度下降的现象。,弹性后效：,外力取消后，压制过程中产生的弹性力而引起,坯体膨胀的作用。,弹性后效在压制过程中往往是造成废品的直接原因。,耐火材料生产工艺及主要设备,成型工艺,2,注浆法,注浆成型法是将含水量在,40,左右的泥浆注入到有吸水性的,模型,(,一般为石膏模,),中，石膏模吸收泥浆水分，在表面形成一,层泥料膜，当泥料膜随时间延长而达到一定厚度
26、要求，倒掉多,余泥浆，放臵一段时间，待坯体达到一定强度时脱模，凉干并,修坯后，送入下道工序。此法主要用于生产薄壁中空的高级制,品及特殊制品，如热电偶套管、高温炉管以及坩埚等。,3,可塑法,可塑法是指用含水量为,16,以上呈塑性状态的泥料制成坯体,的方法。通常是将预制好的坯料投入挤泥机中。挤成泥条，然,后切割，再按所需要的尺寸制成荒坯，将荒坯用再压机压制,+,使坯体具有规定的尺寸和形状。,4,振动成型法,振动成型是物料在每分钟,3000,次频率振动下，质点互相碰撞，,使颗粒密集充满模内空间，得到较高致密度耐火制品的成型方,法。它一般还要辅以加压，又称加压振动法。,振动成型法中的振动力、结合剂种类
27、及数量、颗粒配比、水,分含量和加大小，对耐火制品的性能和质量均有影响,振动成型粘土砖、高铝砖和焦油镁质砖时，一定要有足够的,细粉量；,0.088mm,细颗粒要占物料的,30,，或者,35,，否则，,不能达到较为理想的体积密度。,5,等静压成型,应用巴斯卡原理，对液体加压，通过橡皮模将其压力均匀地传,给粉料。特点是消除了其它机械压制时的层密度现象。由于其,加压无方向性，因而可以得到密度均匀的坯体。坯体密度均匀，,烧成时收缩无方向性，故不致因密度差产生应力而出现烧成裂,纹。易于加工形状复杂的制品。,耐火材料生产工艺及主要设备,成型工艺,大型加压振动成型机,1,两个汽缸，既起到加压,作用，又是气弹簧
28、,2,是活动横梁用以安装上,锤头,3,模型,4,装在模型台,5,上,6,为下模板,7,为传振杆,8,是双轴惯性激振器,9,是空气弹簧,加压振动成型的原理,1),振动成型的原理：,泥料在频率很高的振动力,F,1,的作用下，泥料各质点,间将产生运动而先碰撞，动摩擦代替了静摩擦，使得泥料,中各颗粒的内摩擦得以降低,有利于颗粒的流动，使之具有类似于流体的特性，,因而有利于被密实和脱气。,当结合剂的比例和成分选择合适的时候，更有利,于密实过程。,耐火材料生产工艺及主要设备,成型工艺,加压振动成型的原理,2),加压振动的原理：,泥料受到一个振动力,F,l,在泥料上方再施加一个向下的力，即是一个支持振动力的
29、,作用，使整个振动过程类似于加压成型或风锤捣固成型一,样的效果，有利于密实,。,耐火材料生产工艺及主要设备,成型工艺,3),双面加压振动成型的原理：,如果上述的力是一个不变的力，那么打击的效,果则将是单面加压的结果，泥料的下面密实度好，而,越到上面就越差，,如果施加一个与振动力,F,l,反相位的力,F,2,，必然产,生一个双向打击的效果，而有利于提高半成品密实度,的均匀性。只要在锤头上增加一个特殊的弹簧，可以,得到这一效果,这一弹簧应能根据泥料的特性进行调整，以得到,更好的效果。,加压振动成型的原理,耐火材料生产工艺及主要设备,成型工艺,1.,上加压油缸,2.,泥料,3.,弹簧,4.,上模板,
30、5.,模型,6.,下模板,7.,模型台,8.,传振杆,耐火材料生产工艺及主要设备,成型工艺,1.,可调整压力的液压,缸,3.,装有一组特殊弹簧,的上锤头，用以使上,锤头能够响应正弦振,动,耐火材料生产工艺及主要设备,成型工艺,双轴惯性激振器,产生高频率的振动力,1,是振动台面，,2,是弹簧，,3,是弹簧座，,4,是轴承座，,5,是联轴,器，,6,是电机，,7,是偏心块，,8,是轴。,耐火材料生产工艺及主要设备,成型工艺,1,是振动台面，,2,是弹簧，,3,是弹簧座，,4,是轴承座，,5,是联轴器，,6,是电机，,7,是偏心块，,8,是轴。,耐火材料生产工艺及主要设备,成型工艺,6,热压成型和电
31、熔铸法,热压成型是烧结时施以压力，以保证足够的推动力，,从而获得致密度很高的特殊制品，其密度值几乎可达理论,值。,电熔铸法是将原料在电弧炉内高温熔融后，铸入模内，,缓慢冷却成型。这种方法主要用于生产电熔锆莫来石砖和,电熔锆刚玉砖及熔融石英砖等。缺点是耗电量大，生产成,本高。,耐火材料生产工艺及主要设备,成型工艺,3.5,砖坯干燥,成型砖坯,:,含水量,3.5,以上，强度较低，直接进入烧成工序，,烧成初期升温速度较快，水分急骤排出而产生裂纹废品，在运,输、装窑过程中也容易产生较多的破损。,干燥的目的：提高其机械强度和保证烧成初期能够顺利进行。,1.,干燥过程,砖坯在干燥器中通过介质,(,热空气或
32、烟气,),获得热量而升温，,水分逸出坯体排出。于物料性质，颗粒大小和干燥介质的温度,与相对湿度。,耐火材料生产工艺及主要设备,砖坯干燥,干燥过程可分为三个阶段：,第一阶段为等速干燥阶段,第二阶段为降速干燥阶段,第三阶段为平衡干燥阶段,耐火材料生产工艺及主要设备,砖坯干燥,第一阶段,排出大量水分，排水速度平稳,干燥速度与坯体厚度及最初含水量无关,与干燥介质,(,空气,),的温度、湿度及运动速度有关。,第二阶段,水分主要是从坯体内部向表面扩散而蒸发排出。,主要取决于含水量，坯体内部结构,(,毛细管状况,),水的粘度和物料性质等。,第三阶段,坯体水分不再减少,取决,物料性质、颗粒大小、干燥介质的温度
33、与相对湿度,耐火材料生产工艺及主要设备,砖坯干燥,2,干燥制度,干燥时间,进入干燥介质的温度和相对湿度,排出干燥介质的温度和相对湿度，,砖坯干燥前的水分,干燥终了后的残余水分,耐火材料生产工艺及主要设备,砖坯干燥,确定干燥时间考虑的因素：,1),物料的性质和结构：,以粘土砖为例，配料中结合粘土的可塑性越强，,加入量,越多，颗粒组成越细时，干燥越困难。,2),砖坯的形状和大小：,砖坯单重越大，形状越复杂，干燥越要缓慢进行,。,3),坯体最初含水量和干燥后残余水分的要求。,4),干燥介质的温度、湿度和流速以及在干燥器中的温度降,耐火材料生产工艺及主要设备,砖坯干燥,砖坯干燥残余水分确定因素：,1)
34、,砖坯的机械强度应能满足运输装窑的要求。,2),满足烧成初期快速升温的要求,(,不致因过热蒸汽发生裂纹,),3),制品大小和厚度，形状复杂大型和异型制品残余水分应低些,4),不同类型烧成窑有不同的要求，残余水分过低是不必要的,耐火材料生产工艺及主要设备,砖坯干燥,耐火制品的干燥设备：,隧道干燥器,室式干燥器。,半干法压制,粘土砖,在隧道窑烧成，残余水分低于,2,3,在其它窑烧成时要低于,4,5,。,硅砖,残余水分于,1,2,，,镁砖,残余水分为,0.6,1.0,。,耐火材料生产工艺及主要设备,砖坯干燥,制品类型,干燥介质温度，,干燥时间，,min,残余水分,进,口,出,口,可塑法成型粘土制品,
35、标型,异型,半干法成型粘土制品,流钢砖、一般砖,高炉砖、衬砖,硅砖,高铝砖,镁砖,120,140,100,120,120,160,190,220,120,10,或,180,10,140,160,100,105,35,40,30,35,30,100,60,90,50,10,或,70,10,60,90,60,90,375,750,375,990,一般砖及衬砖,3.0,流钢砖及高炉砖,2.0,1.0,2.0,0.6,1.5,耐火材料生产工艺及主要设备,砖坯干燥,隧道干燥器干燥某些制品的参数,3.6,耐火制品的烧成,制品在烧成过程中发生一系列物理化学变化,随着这些变化的进行，气孔率降低，体积密度增大，
36、,坯体变成具有一定尺寸形状和结构强度的制品,。,形成稳定的组织结构和矿物相，,提供适用于不同使用条件下对制品所要求的性质,耐火材料生产工艺及主要设备,耐火制品的烧成,1,烧成过程中的物理化学变化,1),温度范围为,10,200,：,坯体排除残余水分阶段,2),温度范围为,200,1000,：,排除化学结合水，发生分解，氧化等反应,伴随有晶型转变或少量液相的开始生成,耐火材料生产工艺及主要设备,耐火制品的烧成,3),温度一般在,1000,以上,液相形成和耐火相合成阶段：,分解作用继续完成,液相生成量增加,某些新耐火矿物相开始形成，并进行溶解重结晶，。,4),一般在,1200,以上，,坯体烧结,。
37、,晶体长大，各种反应趋于完全、充分。,5),冷却阶段：,最高烧成温度至室温的冷却过程中，,耐火相的析晶、晶相的晶型转变、玻璃相的固化,耐火材料生产工艺及主要设备,耐火制品的烧成,2,影响烧结的因素,1),液相和重结晶作用：,高温作用下，有适量的液相产生，可促进制品的烧成,液相拉近、拉紧固体颗粒，填充孔隙，坯体的致密度提高,液相的缓冲烧结不均等产生的应力作用；,有晶格缺陷细小晶体在液相中溶解，大晶体不断长大,液相中的成分越多，越复杂，不利于晶体的重结晶；,液相的粘度越低，利于重结晶的进行；,耐火材料生产工艺及主要设备,耐火制品的烧成,2),固相反应,：,固相反应：质点扩散作用使相互接触物质进行反
38、应，生成,新的反应产物。,影响固相反应的关键：物质质点的迁移扩散,。,加速扩散，加速了反应，促进了烧结。,影响扩散的能力：,反应物的晶体结构,晶粒大小和缺陷、,反应物之间的接触面。,具体方法：,物料的细粉碎、均匀混合,在反应物中加少量的矿化物,耐火材料生产工艺及主要设备,耐火制品的烧成,3),再结晶和聚集再结晶作用：,在高温作用下，在同一晶体内部进行，能够消除组成晶,格质点的空位，校正晶体的缺陷；,若在晶粒间接触面进行，则使接触界面逐渐扩大，达到,晶粒间的聚集和粘合。这就是再结晶和聚集再结晶的作用。,再结晶和聚集再结晶结果：,促进晶体长大和坯体密度提高，使坯体烧结,促进再结晶和聚集再结晶作用的
39、措施：,细粉碎、增加晶粒结构的缺陷，扩大接触面；,加入少量矿化物、与主晶相反应，形成固溶体,加速再结晶；提高烧成温度，促使反应强化激烈。,耐火材料生产工艺及主要设备,耐火制品的烧成,3,烧成制度的确定,耐火制品的烧成制度：,升温速度,烧成最高温度,在最高烧成温度下的保温时间,冷却速度,烧成气氛等。,耐火材料生产工艺及主要设备,耐火制品的烧成,升温速度或冷却速度取决坯料受到的应力作用。,应力来源：,烧成过程中温度梯度、热膨胀或冷缩制品、内,部的物理化学反应、晶型转变、重结晶、晶体长大等,低温阶段,200以前应缓慢升温。,排除坯体内的残余水分。,升温过快，水分急剧蒸发,产生过热蒸汽压力会造成坯体开
40、裂或炸裂,坯体中残余水分愈多制品愈厚，愈应缓慢升温,冷却速度，除粘土制品外，应控制速度不能太快,否则会产生冷却裂纹。,耐火材料生产工艺及主要设备,耐火制品的烧成,各阶段升温速率控制：,中温阶段：,可快速升温速度，,保持氧化气氛,。,坯体中有机物质氧化烧掉，,以免产,生“黑心”和“红心”,。,高温阶段,原料越纯，晶位越高，烧成温度越高。,最高烧成温度下应进行必要时间的保温。,保温时间越长，反应得越充分。,粘土砖保温时间是,6,8h,，而硅砖则是,36,40h,。,耐火材料生产工艺及主要设备,耐火制品的烧成,烧成时窑内气氛,氧化,还原,中性。,气氛由物料的组成和性质、,加入物决定。,硅砖高温状态下
41、(1000)、还原性气氛,烧成缓和，形成足够的液相，利于鳞石英的成长。,镁砖烧成弱氧化性气氛,耐火材料生产工艺及主要设备,耐火制品的烧成,砖坯在窑内的码放,(,装窑,),装窑密度,有效断面积,加热有效面积等。,码放（装窑）要求：,砖垛稳固,火道布臵合理,减少烟气运动阻力,使气流按各部位装砖量分布达到均匀加热,耐火材料生产工艺及主要设备,耐火制品的烧成,大多数制品重烧都是收缩，为什么砌筑窑炉时还要留膨胀缝？,留膨胀缝的依据是什么？,耐火材料在烧成过程中，其间的物理化学变化一般都未达到,烧成温度下的平衡状态，当制品在长期使用中，受高温作用时，,一些物理化学变化仍然会继续进行；制品在实际烧成过程中，
42、,由于各种原因，会有烧成不充分的制品，此种制品在窑炉上使,用再受高温作用时，由于一些烧成变化继续进行，结果使制品,的体积发生变化一膨胀或收缩。这种不可逆的体积变化称为残,余收缩或膨胀，,随着材料的使用此收缩会减小或消失，不再发,生收缩。,热膨胀性是指耐火制品在加热过程中的长度变化，炉窑在常,温下砌筑，而在高温下使用时炉体要膨胀。为抵消热膨胀造成,的应力，需预留膨胀缝。线膨胀率和线膨胀系数是预留膨胀缝,和砌体总尺寸结构设计计算的关键参数。,耐火材料生产工艺及主要设备,耐火制品的烧成,耐火材料生产工艺及主要设备,耐火制品的烧成,设产品的尺寸为：,300,300,10mm,产品的成型压强为,500kg/cm,2,产品所受的压力为,30,30,500,450000kg,设油压机的油缸直径为,500mm,则：油压机压力表读数为,450000/25,2,3.14=229.3kg/cm,2,=23Mpa,
