耐火材料生产基本知识详述

1、技术工人培训教材圣奥耐火材料博奥窑炉节能技术研究所2004年10月 TOC o 1-5 h z 目录绪论一、耐火材料的定义（4）二、耐火材料的分类（4）三、耐火材料的地位和作用（5）四、耐火材料工业的发展概况（6）第一章耐火材料的性质 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第一节化学矿物组成 （7）一、化学组成（7）二、矿物组成与结构（7） HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第二节常温物理性质 （7）一、密度（7）二、常温耐压强度（8） HYPERLINK l bookmark16 o Current

2、Document 第三节高温作业性质 （8）一、耐火度（9）二、荷重软化温度（9）三、其它高温性能（10） HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第四节形状正确性和尺寸准确性 （11）第二章耐火材料生产过程第一节 原料加工 （12 ）一、原料煨烧（12）二、原料的检选（12）三、破粉碎（12）四、筛分（12） HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 第二节醇料的制备 （13 ）一、颗粒配比（13）二、配料（13）三、混合（14）四、胭料（14）第三节 成型（砖坯的压制） （14 ）一、成型方法（14）二、

3、半干成型的压制过程（15）三、压制的不均匀性（层密度现象）（15）四、弹性后效与层裂（15）五、提高成型质量的三个问题（16）1 / 66 TOC o 1-5 h z 六、成型设备与模具尺寸的确定（16） HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 第四节砖坯的干燥 （16）一、干燥过程（16）二、干燥方法与干燥设备（17）三、半成品检验（17） HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第五节烧成 （17）一、装窑（17）二、焙烧（18）三、出窑（18）第六节成品检验与堆放方法 （18）、成品检验（18）二、成

4、品堆放（19） HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第七节防尘与除尘 （19）一、防尘（20）二、除尘（20）第三章粘土质耐火材料 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 第一节 粘土质制品的分类 （21） HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 第二节 粘土原料 （21）一、粘土的分类（21）二、粘土的化学-矿物组成与其矿物影响 （22）三、耐火粘土的工艺性质（22） HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 第三节

5、 粘土质制品的生产工艺 （23）一、结合粘土与其他结合剂的制备（23）二、熟料制备（24）三、坯料的制备（25）四、成型工艺（26）五、干燥（27）六、烧成（27） HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 第四节粘土质制品的一般性质和用途 （29）一、粘土制品的一般性质（29）二、粘土制品的用途（30）第四章高铝质耐火材料 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 第一节 高铝质制品的基本特性和所用原料 （31）一、按制品中的化学一矿物组成分类（31）二、按用途分类（31）第二节 高铝质制品的生产工艺 （31

6、）、tWj铝质品的基本特性（31）二、tWj铝制品原料（32）第三节 高铝质制品的基本特性 （33）一、工艺流程与其特点（33）二、生产工艺要点（34） HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 第四节高铝质制品的用途 （35）第五章硅质耐火材料 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 第一节硅质制品生产的物理一化学原理 （36）2 / 66 TOC o 1-5 h z 一、氧化硅的各种变体与性质（36）二、石英转化的动力学与矿化剂的作用（36） HYPERLINK l bookmark50 o Curren

7、t Document 第二节硅醇生产用原料 （38）、硅质原料的种类（38）二、硅醇生产用硅石性质（38）三、矿化剂的选择和加入量的确定（39）四、结合剂的选择和加入量的确定（39）五、泥料颗粒组成的选择（40） HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 第三节 硅科的生产工艺（40）一、生产硅砖的工艺流程（40）二、生产工艺要求（40）第四节 硅质耐火材料的性质与使用 （43）一、硅质耐火材料的性质（43）二、硅质耐火材料的使用（44）第六章轻质耐火材料第一节概论 （45） HYPERLINK l bookmark54 o Current Docum

8、ent 第二节轻质耐火材料的生产工艺 （45）一、烧尽加入物法（45）二、泡沫法（46）三、化学法（47） HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 第三节轻质制品的主要性质要求与应用 （48）一、主要性质要求（48）二、轻质耐火制品的使用（48）第七章不定型耐火材料 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 第一节耐火混凝土 （49）一、硅酸盐水泥耐火混凝土（49）二、磷酸盐耐火混凝土（52）三、硅酸盐耐火混凝土（53）四、水玻璃耐火混凝土的生产工艺（54）第二节耐火泥 （55）、粘土质耐火泥 （56）二、高

9、铝质耐火泥（56）三、硅质耐火泥（56）四、镁质耐火泥（57）第八章其它耐火材料第一节镁质耐火材料 （58）一、镁质耐火材料的原料（58）二、镁醇的生产工艺（58）第二节半硅质耐火材料 （60）一、石英一粘土制品（61）二、叶腊石制品（61） HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 第三节碳化硅质耐火材料 （61）一、碳化硅（61）二、碳化硅制品的生产工艺（62）3 / 66 TOC o 1-5 h z 三、碳化硅质耐火材料的性能与应用（62）第四节 硅酸铝纤维与其制品 （63）一、硅酸铝纤维的生产工艺（63）二、硅酸铝纤维制品生产工艺（64）三、硅

10、酸铝纤维与其制品的性能（64）第五节磷酸盐结合高铝质耐火醇 （64）绪 论一、耐火材料的定义耐火材料是指耐火度不低于 1580 C的无机非金属材料。耐火材料一般用硅酸铝系统的天然矿石和岩石作为主要原料，它的基本工艺和某些基本特点与硅酸盐系统的其它产品相类似，所以耐火材料列为硅酸盐系统中的一种产品，是硅酸盐工业中的一个重要组成部分。它和水泥、瓷、玻璃等硅酸盐工业一样在国民经济中具有相当重要的地位和作用。耐火材料素有“钢铁之母”之美称，因它具有在热工设备中有抵抗高温的特殊性能，而 在现代工业的发展中占据十分重要的地位。随着科学技术的发现和需要，耐火材料的使用围日益扩大，由冶金（包括钢铁与有色冶金等

11、）、硅酸盐（水泥、瓷等）、化工、动力、机械制造等工业，扩展到一切有高温操作的工矿企业中，其窑炉（燃烧窑、熔池、火道、塔蜗）等 热工设备的受热部分，耐火材料都是不可缺少的重要建筑结构材料。在尖端科学领域里（如火箭、原子反应堆等）同样是不可缺少的耐高温材料或零件。由于耐火材料长期使用于各种不同加热条件的高温设备中，它受着高温以与其它各种不同条件作用，受着复杂的物理化学反应而破坏。因此，耐火材料必须具有以下几个重要性能。1、高温时不易熔化现代化工业窑炉的工作温度一般介于10001800c之间，因此，耐火材料首先要具有在此温度下不易熔化的性能。2、在高温受压的情况下不软化大多数耐火材料的熔化温度都超过

12、16501700 C ,但是它在达到熔化温度前就开始变形（软化），失去结构强度，因此耐火材料不仅要有高的溶化温度，而且还应具有在受高温 荷重的条件下不发生变形的性能。3、高温环境中体积稳定耐火材料在高温条件下使用时， 由于材料部起物理化学反应而使体积发生变化。大部分耐火材料的这种变化是体积收缩， 少数则发生膨胀。不论是体积收缩或膨胀，如超出一定围 均能引起炉体的损坏。因此要求耐火材料具有良好的高温体积稳定性。4、能抵抗温度骤变且受热不均匀而引起炉体损坏在间断作业的窑炉中， 高温时，急剧变化或各部位砌体受热不均匀，砌砖体部会产生应力而使材料开裂，造成炉体损坏。故耐火材料应具有能承受炉温的急剧变化

13、和波动不致开裂 的性能热稳定性。5、高温时能抵抗炉渣的侵蚀作用耐火材料在使用过程中，因变相接触的燃料灰，熔融炉渣与熔融金属等的作用而被侵蚀。 因此，耐火材料应具备抵抗这种侵蚀的能力。在使用耐火材料时， 要根据使用场合主要的要求以与各种耐火材料所具有的特性来合理选择。二、耐火材料的分类4 / 66耐火材料的种类很多，目前耐火材料的分类方法大致有如下几种。1、按耐火度可分为1580 c 1770 C1580 c 1770 C。1770 C 2000 C。2000 C 3000 C。3000 C。按制造工艺可分为天然岩石、泥浆烧注、可塑成型、半干成型、干压成型、捣打、熔铸 等制品。3、按化学一矿物组

14、成可分为(1)硅质制品硅科SiO293%勺制品，石英玻璃 SiO299%勺熔融制品。(2)硅酸铝质制品半硅酸SiO265% AI 2。为1530%之间。粘土穆AI2O3为3048g间。高铝砖AI2Q48%勺制品。(3)镁质制品镁醇：MgO85% 镁铭砖 MgO55- 80% (Cr2O10 30% 的制品。铭镁醇： MgO25- 55% 合较多量铭铁矿的制品；镁铝砖：以镁铝尖晶石(MgO-Al2Q)结合的镁醇； 镁橄榄石(2MgOSO)科，MgO35- 55%白云石制品：CaO40% MgO35%J制品。(4)铭科Cr2Q30%(5)炭质制品炭醇：含炭量7090%勺制品石墨制品：含石墨量 30

15、%上的制品。碳化硅制品：以SiC为原料，耐火粘土或其他无机物结合的制品。(6)特种耐火材料高温瓷材料：金属瓷材料。4、按形状和尺寸分按形状和尺寸可以分为：标、普、异、特型醇，另外，耐火材料按烧制分法，按用途、 按施工特点等，还有别的一些分类。三、耐火材料的地位和作用耐火材料的进步是与工业发展分不开的。近三十多年来，各种工业部门的新技术和新工艺不断涌现，促进了工业窑炉的变革，推动了耐火材料工业的发展。如今，耐火材料广泛应 用于冶金、硅酸盐、化工、动力、机械制造等工业中，随着我国原子能，喷气飞机和火箭等 尖端科学技术的发展，给耐火材料开辟了新的发展天地，使耐火材料在尖端技术的发展上占有重要地位。以

16、上等等这些其重要标志是工业窑炉装备化，自动化和高效化；耐火材料的品种增加，质量提高和消耗降低。同时，施工技术水平显著提高。因此推动了耐火材料工业的 发展。耐火材料作为工业性的辅助材料在冶金工业部门消耗最多约为总数的6070%建材系统包括水泥、瓷等工业部门消耗为 820%机械等其它工业部门消耗比例为总数的 20就右。 因此要强调的是耐火材料的消耗是与各国不同时期的工业结构和技术水平分不开的，各国工业部门耐火材料的消耗比例详见表 15 / 66表一各国工业部门耐火材料的消耗比例（%国名日本西德美国联英国法国钢铁r 69.757.750.760.173.765.0有色1.92.76.54.0-4.0

17、建材10.316.017.88.19.314.5石油化工1.41.52.74.71.34.0发电锅炉0.11.10.8-1.2-机械与其它16.621.021.523.114.512.5同时耐火材料的消耗也与耐火材料的品种质量和生产操作技术分不开，也推动着耐火材料工业的进步。 四、耐火材料工业的发展概况我国是世界上发明和制造瓷最早的国家，是瓷器的故土，瓷器是我国人民的骄傲。 从考古出来的瓷器表明，三千年前我国的祖先就掌握了器的制造法，对人类文化作出了极为重要的贡献。耐火材料在那时就已经制造并首先应用于瓷业。当时烧制瓷器用的匣钵和窑炉衬砖就是一种粘土质耐火材料。然而由于长期的封建统治，特别是近百

18、年来帝国主义的侵入和反 动统治者的腐败无能，我国耐火材料工艺和其它工业部门一样，长期处于落后状态。因此， 解放前我国有许多耐火材料甚至一般锅炉用砖也要靠从外国进口。新中国成产后，随着治金工业的发展， 我国耐火材料工业也发展很快。根据使用需要和原料情况，合理布署遍与全国各地。同时成立了专业科研单位，不少大专院校里设有耐火材 料专业。在我国工人阶级和科技人员的努力下，充分利用本国资源， 积极发展耐火材料工业， 掌握和生产了过去所不能生产的硅质耐火材料和高铝质制品等。1957年我国独创的镁铝砖在钢铁公司，大石桥镁矿等大规模的生产，并在我国炼钢工业中广泛采用，使炼钢平炉顶寿命比硅砖炉顶长2.5倍。比镁

19、铭科长70喊一倍以上。在耐火材料生产技术和生产工艺方面， 为进一步提高耐火材料质量不断改善生产条件，耐火材料的新工艺新技术得到了广泛应用。 原料的破碎、配料、混合工序在一些工厂已实现全部自动化，有的厂已实现自动打砖，并采 用了高吨位的自动油压机，在制品烧成上广泛采用各种类型的隧道窑，设计建造了底式倒焰窑，大型活顶倒焰窑，以与随着特殊耐火材料的发展而发展起来的各种不同类型的高温窑， 广泛采用液体、气体燃料煨烧制品。 我国耐火材料的生产技术已步入世界先进行列，正全面实现全盘机械化，半自动化，自动化。近三十多年来，由于耐火材料工业的发展。各厂努力搞好文明生产管理，加强防尘设施， 使粉尘浓度降低到 2

20、毫米/米3以下，成绩十份显著。主要标志如下：采用优质原料、高压 成型、高温烧成，如我国最大的摩撑压砖机为800吨。因此产品质量提高，品种增加；高级耐火材料，特别是不定形耐火材料和耐火纤维发展迅速，使用普遍；耐火材料生产技术和自动化水平，以与劳动生产率均得到了提高。6 / 66第一章耐火材料的性质耐火制品的性质， 决定制品适合的使用条件， 决定制品质量的好坏。 而它本身则为制品 的化学组成和矿物结构所决定，也就是为制造所用的原料和加工方法所决定。各类不同的耐火制品，都有其独特的性质。 为了充份掌握这些特性和制出新品种的制品，以与做到合理使用的制品，必须研究耐火制品的性质。 作为高温结构材料的耐火

21、材料在各种热工设备经受高 温与各种的物理化学作用，因此，从使用上要求耐火材料应能抵搞作业条件下的高温作用和 在作业时间进行的一系列物理一化学作用。耐火材料低搞各种损毁因素的能力的性质不但是衡量耐火材料的质量，也是决定耐火材料使用条件的生要依据。第一节 化学-矿物组成一、化学组成耐火材料制品（或原料）的化学组成，又称化学成份，一般用化学分析方法进行测定。常用耐火材料一般测定 Al2。、SiO2、Fe2Q、CaO MgO TiO?、NazQ K2O等，并测定烧灼减 量。不同种类的耐火材料与制品具有不同的化学成份。耐火材料的化学组成决定着耐火材料的基本化学特性，如以 SiO2为主体成份的硅醇呈酸性，

22、而以MgO为主体成份的镁醇则呈碱性，这对选用材料和判断在使用中它们之间的化学作用情况，具有特殊意义。但由于耐火材料是非均质体，全体与局部的化学组成不同；而且有时某一化学成份一样的制品，由于所用原料的不同，矿物组成与结构的不同，其性能可能有很大的差别，因些单纯从化学组成出发加以考虑则不够全面，应进一步观察其矿物组成和部的组织结构情况加以全面判断。 二、矿物组成与结构耐火材料制品（和原料）是矿物的组成体。因此，在影响制品性质的主要原因是制品的 矿物组成，而不是化学组成。 耐火材料制品的矿物组成取决于制品化学组成和形成制品时的 外界作用因素（如温度，压力）。为了获得满足各种不同使用要求的耐火材料，必

23、须深入地进行耐火材料矿物组成的研 究，摸清并掌握它们的生存条件和变化规律。对于使用过程中受炉渣侵蚀的砖块进行矿物鉴定，是进行使用研究的重要手段，更能提供改进质量的方向。目前，鉴定耐火材料的矿物组成与结构的方法，一般是通过显微镜观察，以与X射线分析，差热分析和衍射鉴定等。耐火材料的化学-矿物组成是分析原料与制品特性的一个重要方面，所以改变制品特 性，提高制品质量，一般采用调整制品化学一矿物组成的方法。第二节常温物理性质检验耐火材料的组织结构， 主要是检验其常温的物理性质，检验耐火材料宏观组织结构的测试项目，有气孔率（或称空隙度），体积密度（或称容积比重），真比重，假比重，吸水率，透气率等，它们试

24、验测定方法简单，快速方便，费用节省，是鉴定原料煨烧质量，控制 工艺操作，以与成型质量的常规检测项目。对鉴定产品的使用性能也有一定意义；故通常与常温机械强度（耐压极限强度）等项检验，综合用作批量鉴定产品最必需和通用的试验项目。 一、密度7 / 66密度是致密程度的意思。从物理观点来看，耐火制品是固体和气体（以气孔形成存在）的组成体。表示致密程度用体积密度（单位体积物体的重量），即P=w/v。对耐火制品显得更为重要和更有实用意义的是气孔率（气孔体积占制品总体积的百分数）。因为耐火制品中气孔体积量的多少对制品高温工作性质的影响是明显的，至关重要。气孔率指标不仅表明耐火制品质量的好坏，同时它对生产工艺

25、因素的反应是敏感的，所以也是检查和判断原料质量和工艺过程最常用的依据之o耐火制品中存在的气孔，有三种形式：开口气孔（是存在于制品表面，与外界相通的气孔）、闭口气孔（是封闭在制品部，与外界处于隔绝状态的气孔）、贯通气孔（是贯通制品两面与外界相通的气孔，在测定中是归于开品气孔计的）。其中对耐火制品使用过程影响最大的是开口气孔（包括贯气孔），因其在使用过程中直接与外物（如熔渣）相接触，它直接进 入其中并侵入部，加速制品的破坏。另外吸水率（表示充填制品中全部开口气孔体积所需水 的重量占制品重量的百分数）又是表示制品开口气孔量的一个重要指标。开口气孔体积开口气孔率=M00%（显气孔率） 试样的总体积什，

26、生开口气孔吸满水的重 吸水率=试样未吸水前的干重M00%WK=%WK=W吸水率（%G开口气孔吸水重量G试样干燥重量，克。体积密度=试样干重（克）试样总体积（厘米）3=试样总体积（厘米）3x真密度（克）二 W鼠逮,试样干重（克）八中又总体积与其中孔隙所占的体积之差八百 Gp具一U2-U0真比重=真比重=与材料同湿度、同体积水的重（克） 真密度与材料同湿度下纯水的密度（克 /厘米3）、常温耐压强度耐火制品的常温耐压强度是耐火制品在常温下，单位面积上所能承受的最大压力。压碎制品的总压力（公斤）耐压强度=制品受压面积（厘米 2）耐火制品常温耐压强度，取决于制品中各个颗粒本身的强度，颗粒间相互连结的牢固

27、性、气孔的数量和存在形式， 以与加入结合剂所起的结合能力的大小等。因此，它受工艺条件影8 / 66响很大。耐火材料在使用过程中，虽然很少发生在常温下受静荷重而招致破坏的现象，但因测定常温耐压强度的方法简便，可以与时了解生产工艺，如混练，成型，烧成的操作情况； 同时也可以间接了解制品其他性能的好坏（如耐磨、抗冲击、抗冲刷等） ，并能与其它性能 的检验结果综合判断制品的质量。因此常温耐压强度仍为目前常用的检验项目之一。第三节高温作业性能耐火材料的高温作业性质，是在高温下测定的性质，这些性质，有的反应出耐火材料在该温度下的状态（如耐火度，荷重软化温度），有的反应出耐火材料在该温度下对某种外来作用（如

28、溶渣，气体，温度，温度急变等）的反应。总之，这些性质都在某种程度上反应出 耐火材料在使用时的状态。因此，测定和了解耐火材料的高温作业性质，对提高产品质量和合理适用耐火材料都具有直接意义。一、耐火度耐火度是耐火材料抵抗高温作用而不熔化的性质指标。对于耐火材料而言，耐火度代表的意义与熔点不同，熔点是指纯物质熔融成液相的平衡温度，如氧化铝的熔点为2050c，氧化硅为1713c，莫来石为1810C等，但一般耐火材料并非纯物质，而由多种不同矿物组成，并有许多杂质，故无一定的熔点，只有其融熔温度围。决定耐火材料的耐火度的根本因素是其化学一矿物组成和它的分布情况，各种杂质成份是极其有害的。因此在生产中注意提

29、高原料的纯度， 进行原料的检选，对于提高耐火材料的 耐火性能是十分必要的。耐火材料的耐火度， 只能表明其抵抗温度作用的能力， 不能作为使用温度的上限， 因为 制品在实际使用过程中， 在经受高温作用的同时， 还伴随着荷重和外物的熔剂作用， 所以制 品的实际使用温度较耐火度低得多。耐火度可作为评定耐火原料纯度和制品质量的指标。耐火度的测定方法， 是将材料按规定制成三角锥， 在规定的加热条件下， 与标准高温锥 弯倒情况相比较，直至试锥的顶部弯倒接触低座，此时与试锥同时弯倒的标准高温锥所代表的温度即为该试锥的耐火度。常用火锥的锥号与其代表的温度见表（1-1 ）表1-1标准火锥号与温度对照表锥号温度（C

30、）锥号温度（C）锥号温度（C）12312301461460167167012512501481480169169012812801501500171171013013001521520173173013213201541540175175013513501581580177177013813801611610179179014114101361630183183014314301651650标准火锥不但用于测定耐火材料的耐火度，而且在瓷，耐火材料烧成时，经常用以判断和控制窑温。通常耐火度按以下公试计算：（仅供参考）360+AI2C3%- (RO+RO+FQ+TQ) %C t=0.228上式中，

31、RO和RO分别代表碱金属和碱土金属氧化物。式中百分比应折算成， Al2Q+SiO2=100%乍为基准。二、荷重软化温度检验耐火材料的高温结构强度，是测定耐火材料在实际应用中抵抗温度、压力双重作用9 / 66而不变形的能力。通常的测定方法是固定试样所承受的压力（2公斤/厘米2）不断升高温度，测定试样在发生一定变形量（0.6%, 4娥40%）和坍塌时的温度就是荷重软化温度。荷重软化温度是表示制品对高温和荷重的共同作用的抵抗性能。它是评定耐火材料质量的一个重要指标，更是选用确定耐火材料最高使用温度的重要数据。一般情况下，制品总是在高温荷重的条件下使用，往往会在远低于其耐火度（如镁醇）的温度下，由于砖

32、体结合部 分的熔化而发生明显的塑性变形，引起熔炉的变形甚至坍塌，所以测定荷重软化温度，对于耐火材料的实际使用具有重要意义。一般影响耐火材料的实际使用荷重软化温度的主要因素是制品的矿物一一化学组成和生产工艺条件。如提高原料纯度使杂质含量降低，提高液相形成温度可以提高荷重软化温度。几种常见耐火制品的荷重软化开始温度见表（1-2）砖种荷重软化开始温度（C硅砖16201640粘土砖13001400高铝砖14201500半硅砖12501400镁砖14701550镁铝砖15201580几种常见耐火材料的荷重软化开始温度表1-2三、其它高温性能1、重烧线变化重烧线变化是耐火制品加热到高温后，长度的不可逆的减

33、小或增大。其计算可以用下式表示。V2-V1重烧体积变化百分率 V=M00%ViL2-L 1重烧线变化百分率 L= 100%L1式中，V1、V2是一分别表示重烧前后试样的体积L1、L2是一分别表示重烧前后试样的长度按上式计算的结果，可能为正值，也可能为负值，前者代表膨胀，后者代表收缩。耐火制品在高温下使用时， 如果产生过大的重烧收缩会使窑炉砌体的砖缝增大，影响砌体的整体性，甚至会造成炉体结构损坏。相反过大的重烧膨胀也会破坏砌体的几何形状，甚至崩塌。使耐火制品产生重烧线变化的基本原因，是制品在高温使用条件下继续烧结。为了降低耐火制品的重烧变化， 在工艺上一般采取提高砖坯成型密度和适当提高制品烧成温

34、度延 长保温时间。2、热震稳定性（热稳定性）热震稳定性是耐火制品对于急冷急热温度变化的抵抗性能。热稳定性是鉴定耐火材料质量的重要指标之一，耐火材料在使用时常碰到温度波动的情况。由于耐火材料的导热性能较差，造成砖的表面和部的温差很大，又由于材料的受热膨胀或遇冷收缩的作用，均使醇部产生应力，当这种应力超过科本身的结构强度时，就产生开裂、剥落、甚至砖体崩裂。这种破坏作用也往往是耐火材料在使用过程中砌体遇到损坏的重要原 因之一。因此，在生产中采取有效措施以提高制品的稳定性是很重要的。影响耐火制品热稳定性的因素是制品热膨胀性，导热性，弹性模量，制品的组织结构与形状、大小等。可以通过改变制品的矿物组成。提

35、高瘠性物料的临界粒度，使泥料颗粒适当 变粗，以与提高制品烧成质量来提高制品热稳定性。某些耐火材料的热稳定性指标如下表：10 / 66名称重量损失20%寸热冷循环的次数（850 c水冷）硅砖12普通粘土砖10 12粗颗粒粘土砖25 100镁砖23镁铝砖50 1503、抗渣性抗渣性是耐火材料在高温下对于炉渣侵蚀作用的抵抗能力。炉渣的侵蚀作用是十分复杂的，不仅有化学反应，而且有机械磨损和物理化学作用， 是耐火材料在使用过程中损毁的重要原因。同时由于炉温度变化，机械磨损振动冲击等因素， 互相恶化，加剧损坏作用过程，往往是因为化学反应产生低熔物质，不断往耐火材料部扩散。使之软化和熔化，丧失强度，严重时甚

36、至整块淌成流体，或被侵蚀掉而熔入炉渣，因此研究 耐火材料的抗渣性能具有非常重要的意义。鉴别耐火制品抗渣性能的测定方法有：流渣法， 增摒法、浸渣法、熔锥法，喷渣法等五种。影响耐火材料抗渣性的主要因素是耐火材料、熔渣的组成和性质，耐火材料的使用温度以与制品的组织结构等。 因此，在生产工艺上要想有效地提高耐火材料的抗渣性，就应该保证和提高原料的纯度，改善制品的化学矿物组成。选择合适的生产方法以保证制品具有致密 而均匀的组织结构。4、热膨胀耐火材料在使用时也与一般物体一样，会发生热胀冷缩的可逆变化。热膨胀的重要性在于炉子结构总是要留有适当的膨胀缝。一种耐火材料的热膨胀是组成它的各矿物相和玻璃相成份的膨

37、胀的总和，用X射线去测量加热时晶格的变化可以得到晶体膨胀的资料。它也可用公式表示如下：It-IoIt-IoP=100% a=I oI o （t-t o）公式中：P试样线膨胀率 % to-室温，C ；t-加热温度,Lo-试样在室温下长度，毫米；Lt-试样加热至t C时的长度毫米，a一试样的平均线膨胀系数1/ C耐火材料的体膨胀系数约为线膨胀系数的3倍。耐火材料的热膨胀性主要取决于制品的化学一矿物组成。所以不同种类的耐火制品受热时的膨胀情况也不一样。如下是几种常用耐火材料的平均线膨胀系数（291000 c围）粘土砖4.56.0 X10-6高铝砖5.55.8 M0-6镁科1415M0-6刚玉砖88M

38、0-6硅科11.513M0-6第四节形状正确性和尺寸准确性在工业窑炉和燃烧室的实际操作中，耐火制品的形状正确性和尺寸准确性对部的使用寿命有很大的影响。生产外形尺寸符合设计图纸要求的制品，是耐火材料生产工作者的重要任务，制品外形正确与否，尺寸是否符合要求，直接影响筑炉施工质量和窑炉的使用寿命。外形尺寸的正确则是获得较小砌缝的首要条件。工程设计对于砖缝的宽度要求，根据窑炉各部位作业条件不同而有不同的要求，通常最低的要求不大于 3毫米。某些重要部位规定不大于0.5毫米。显然如果制品扭曲变形较大，或尺寸超出了规定允许的围是不能满足要求的。影响制品外形尺寸准确性的因素很多，在生产中，原料质量不稳定， 砖

39、模设计时的缩放尺寸率不合适，装窑方法不当，烧成温度变化较大等都会有影响，往往造成大批废品。制品11 / 66 的尺寸愈大；形状愈复杂，保证制品外形尺寸的准确性就愈困难。因此，在工程设计上，应 尽量简化醇型，控制醇型设计过大，注意砖型统一工作，这对提高产品质量有很大的作用。另外，耐火材料制品的牌号和醇号等可根据国家标准和部颁标准执行。第二章 耐火材料的生产过程耐火材料的种类繁多，所用原料以与对产品的质量要求各不一样。 不同种类的耐火材料 所采用的生产方法也各有特点， 但它们的生产工序和加工方法基本是一致的，而且影响质量因素也大致一样，所以学习耐火材料生产过程中的共同性的工艺过程，有助于了解各种不

40、同耐火材料的工艺特点。耐火材料生产技术的发展是以提高质量、增加品种和降低消耗为中心而进行的，下面按照几个主要工序的特点进行述叙。第一节原料加工一、原料煨烧原料是耐火材料的基础， 没有优质原料就不可能生产优质的产品。 近几年来，国外对耐 火原料的选矿、提纯煨烧技术和合成原料工艺等方面做了大量的研究开发工作，使其纯度提高，熟料密度增大，成份结构均匀和性能稳定。绝大部分耐火材料所用骨料， 在制砖前首先要经过煨烧，这是因为原生矿石在高温下将会发生分解，而使直接制成的砖坯在加工热过程中变得松散和剥裂以至成为废品。也就是说，它们在高温下要进行一系列的物理-化学反应，让这些变化在原料煨烧时完成，保证获得具有

41、良好物理-化学性能和外观质量。 二、原料的检选原料检选通常在破碎前进行，检选目的主要是：（指熟料）1、选出原料中的杂质或生料，未燃尽的燃料块以与熔瘤块（熟料）。2、根据原料的外观进行分级堆放。检选工作目前我国都是用人工检选，这种方法劳动强度大， 检选效率低，不能满足现代化大生产的需要。三、破碎与粉磨进入工厂的原料（矿石）的块度通常具有各种形状与尺寸，其大小不异。小的为粉末状，大的有350毫米左右块状。因此必须经过破碎以达到制备坯料用的颗粒度要求。另外，单一尺寸颗粒组成的泥料不能获得致密堆积，必须按大、中、小颗粒级配才能获得致密的坯体。耐火原料的粉碎主要是用机械方法，将块状物料变成粒状或粉状物料

42、的加工过程。即由350毫米大块料破碎至 5070毫米中块，由 5070毫米粉碎成 35毫米左右的粗粒，再 粉磨成小于0.088毫米的细粉。粉碎的目的在于将块状原料制成有一定颗粒组成的碎粒与细粉，才能将不同组成的粉料配制混合均匀，增加原料的比表面积，提高其物理-化学反应的速度。影响耐火原料粉碎的因素，主要是原料本身的强度、硬度、塑性和水份等，同时也与破 粉碎设备的特性有关。粉碎工艺流程通常有开路流程和闭路流程两种。开路流程的特点是流程简单，但是经过一次粉碎即完成任务，势必造成细粉过多，动力消耗大，产量低。闭路流程是粉碎后的物料 要经过筛选，筛下料作为成品，筛上料回到粉碎机重新粉碎。该流程生产能力

43、大，颗粒容易12 / 66 控制；但流程复杂，需要更多的附属设备。中小型企业粉碎工艺应优选闭路流程为宜，因为 其生产灵活性大，有利于组织生产。其常用的粉碎机械设备有颗式破碎机，它的结构简单， 牢固，工作可靠，操作维修方便，能处理块度变化围很大的物料，圆锥式破碎机是在耐火材 料工业中广泛用作物料的中碎和细碎设备。干碾机是粉碎各种硬质原料和熟料的主要设备， 同时也用它来粉碎粘土等软质和半软质原料。四、筛分耐火原料经粉碎后，一般是大中小颗粒连续混在一起。为了获得符合规定尺寸的组分就需要进行筛分。筛分是指粉碎后的物料， 通过一定尺寸的筛孔， 使不同粒度的物料进行分离 的工艺过程。筛分设备主要有转筒筛、

44、振动筛和固定斜筛，后两种应用较广泛；振动筛的筛 分效率达90%A上，固定筛一般在 70流右。筛分关键在于筛子层数和合理筛网孔径，它取 决于颗粒组成和粒度配合的要求。如果粒度配合要求不高，可采用单层筛；要求严，则采用 双层筛和多层筛。在生产中常用筛的筛孔的表示方法（网目、孔号和筛孔尺寸等）见表（2-1 ）纺织筛网简明规格美国筛制英国筛制德国筛制网目号筛孔尺寸（mrjn网目号筛孔尺寸（mm筛号每平方厘米 的孔数筛孔尺寸（mm44.7662.81211663.3682.05724382.38161.0034161.5161.19300.58640.75300.58600.251162560.3856

45、00.251000.152309000.21000.1491200.1246036000.1021700.0882000.0767049000.088第二节 砖料的制备耐火材料的砖料是按一定比例配合的各种原料的料粉，在混练过程中加入水或其它结合剂而制成的混合料。整个砖料制备过程包括颗粒级配、配料、混合和胭料等几个工序。 一、颗粒配比砖料的颗粒配比对坯体的致密程度有着重大的影响，只有符合紧密堆积颗粒配比， 才有可能获得最致密的成型坯体。从试验的结果来看，两种颗粒的级配比例为6:47:3。三种颗粒的级配比例为 7:1:2时其堆积密度较高。我国多年来耐火材料生产的实践经验表明，制造耐火制品，用的醇料

46、颗粒组成应采取 “两头大，中间小”的粒度配比为好，即在砖料中粗，细颗粒多，中间颗粒少。因此在实际生产 中，无论是原料的粉碎或泥料的制备，在生产操作和工艺检查上，对大多数制品的粉料或泥料，只控制粗颗粒筛分（如13毫米）和细颗粒筛分（如小于 0.5毫米）两部分的数量。另外，为改善制品的某些性能需调整泥料颗粒组成时，也经常是从粗、细两种颗粒的大小和数量上进行调整。 为了简化生产工艺过程和操作，有时对粉碎后的粉料不进行颗粒分级，而是在连续颗粒组成中，规定粗颗粒的临界粒度与数量；以与规定小于0.5毫米的颗粒的含量。 如粉料细颗粒不足，在配料时加入一定量小于 0.088毫米的细粉，以补充粉料中细颗粒不足。

47、 但在生产一些质量要求较高或有特殊用途的制品时，一般不直接取用筛分后只满足临界粒度要求的全部筛下料；而必须将粉料进行颗粒分级，然后以一定的比例进行配合。 二、配料13 / 66根据不同耐火制品的要求和工艺特点，将不同材质和不同粒度的物料按一定比例进行配合的工艺称为配料。配料规定的配合比例就是配方。配料方法一般有二种：容积配料法和重量配料法，前者误差较大。后者较精确，一般误差 不超过2%目前大多数耐火材料生产均采用重量配料法。配料容包括不同原料的配比和颗粒组成的配合。对于颗粒组成配合问题， 各厂都有各自的做法。一般是将多层筛分的不同粒级的粉料分别贮存，在混合时按比例重量法进行配合，既可防止颗粒偏

48、析，且使醇料的粒度组成波动少，保证成型后坯体密度和制品密度。另外，在 确定醇料材质配方时，主要考虑制品的质量要求， 保证制品达到规定的性能指标，经混练后醇料具有必要的成型性能，同时还要注意合理利用原料资源，降低成本。三、混合混合是使不同组分和粒度的物料与适量的结合剂、经混合和挤压作用达到分布均匀和充分湿润的醇料制备过程，达到各组份均匀分布，颗粒均匀分布和水分含量均匀分布。目前，在耐火材料生产中常用的混练设备有： 单轴和双轴搅拌机，混砂机以与湿碾机等。 前两者主要起搅拌混合作用， 而后者除混合搅拌作用外还有挤压作用。 因此，用湿碾机混练 的砖料较致密均匀。影响砖料混合均匀的因素很多，如设备性能、

49、加料量、混合时间、加料顺序、配料中所选用的结合剂、粉料的颗粒形状等。不同性质泥料的混练时间要求不同，粘土砖为510分钟，高铝砖1015分钟，硅科15分钟左右，镁醇2025分钟。加料顺序目前普遍采用(1)颗粒和细粉料-干混 12分钟-结合剂；(2)部分颗粒料-结合剂-细粉-剩余颗粒料；混合后的砖料质量对成型和制品性能影响很大，通常以检查泥料的颗粒组成和水份来衡量合格与否。质量好的醇料中，细粉均匀包附在颗粒表面，泥料密实成型性能好，水份分布 均匀，水份不但存在颗粒表面，而且还渗入颗粒料的孔隙中。如果混合不好用手抓料有松散感。因此，要定时检查泥料的质量，注意颗粒组成、水份含量和各种物料组成的变化。

50、四、胭料胭料就是把初混后的泥料在适当的温度和湿度下贮放一定的时间。醇料需要经过胭料过程， 然后供成型使用。胭料时间的长短主要取决于工艺要求和泥料 的性质，但一般都控制在在 848小时之。胭料的作用各不一样，粘土砖料是为了使结合粘土更进一步分解、水份均匀分布，以提高结合粘土可塑性能和结合性能，改善泥料成型性能。磷酸或硫酸铝作胶结剂的耐火混泥土散装结合料，是为了除去醇料因化学原因产生的气体。如今，随着耐火材料的生产技术发展和原料质量的提高，多数厂已省去了胭料工序(个别品种除外)，从而简化了生产工艺。第三节 成型成型是将泥料加工成具有一定形状的坯体或制品的过程。成型的目的在于使松散的醇料获得一定形状

51、，尺寸与尽可能致密的坯体。 成型时，砖坯的外形尺寸非常重要，所制砖坯的尺寸和质量决定着烧成制品的尺寸和致密度。坯体的密度程度主要取决于泥料的性质、压机压力、压制程序、增压速度和加压时间等几个条件。当泥料性质保持基本稳定的条件下，坯体的密实程度取决于压制过程的几个条件。 这几个条件又取决于压砖机械的特性和操作方法。 一、成型方法耐火材料生产中的成型方法常用以下几种：(1)注浆成型将水份为3545%勺泥浆注入石膏模中，根据制品所需壁厚放置一定时间，然后将多余 泥浆倒出。等坯体具有一定强度时脱模，凉干修坯，这种方法适用于生产薄壁中制品，如生 产热电偶套管，高温炉管与增期和熔融石英质浸入或长水口制品等

52、均用此法。14 / 66此法多为手工操作，劳动强度大，生产周期长，石膏模消耗大。(2)可塑性成型一般是指用含水量在 1617%勺呈塑性状态的泥料制造坯体的方法。它可制成各种复杂形状的制品，但因生产周期长，收缩大，燃料消耗大，成品不够致密等缺点， 已逐步被淘汰。(3)半干成型(或干压成型)指用含水量在37%左右的泥料制备坯体的方法。它具有坯体密度高，强度大，干燥和 烧成收缩小，制品尺寸容易控制等优点。 现在工厂所用的机压成型与空气捶捣打法等均属于 此种生产方法。(4)手工成型手工成型是借助于简单的生产工具用手工制坯的方法。它的泥料含水量较半干成型法要高些，可达1012流种方法适合于形状复杂和批量

53、小的制品生产。(5)熔铸成型指将物料在高温下熔融后铸造成型，此方法用于高级耐火材料生产，如电熔刚玉、电熔莫来石和电熔镁石等。耐火材料的其它成型方法还有热压成型，热压注法成型和等静压成型等多种方法。目前，常用耐火材料的生产，主要是采用半干法成型。 二、半干成型的压制过程半干成型砖坯的过程是一个在外力作用下颗粒密集和空气排出形成致密坯体的过程。可用“压力一一收缩曲线”表示。“压力一一收缩曲线”将压制过程分为三个阶段。第一阶段：在压力作用下，坯体颗粒 发生移动，形成坯体。第二阶段：坯体被压缩到一定密度后，当压力增加时，物料开始发生 脆性与弹性变形，颗粒的棱角被压掉与颗粒受压而变形，使坯体继续被压缩。

54、第三阶段：压 力超过临界压力，即使压力再升高，坯体的致密程度也不再增加。在实际生产中，我们要求 成型时，颗粒不被粉碎，只进行颗粒移动密集，而它只有在第一阶段进行才行，所以希望不 要三个阶段都进行。 生产中的压力主要用来克服泥料颗粒间的摩擦力、泥料与外壁间的外摩擦力与克服压力不均匀分布时所需的过剩压力。砖坯的上述压制特性说明： 坯体自然堆积密度愈大， 愈易压致密。坯料颗粒间的摩擦力 愈小，受单位压力作用时压缩量就愈大。因此，近年来在坯料中加入一些有机活化剂，增大 坯料部的滑动性能， 降低坯料与模壁间的摩擦阻力，在同样压制压力下， 可以改善其致密程度。 三、压制的不均匀性(层密度现象)层密度现象指

55、的是成型后砖坯的密度沿加压主向递变的现象。在压制时，发现沿加压方向颜色深浅不同，上部颜色深，下部则较浅。这是由于其层密度不同所造成的。为什么会造 成由上方单向加压的砖坯上密下疏，同一水平面上中密外疏的密度不同现象呢？这是因为料颗粒间存在摩擦力，料壁间存在外摩擦力。在成型砖坯时，所施加的压力在传递过程中损失 于外摩擦与被压物料的变形，因而在加压方向上压力的分布是不均匀的。随着远离受压面压力逐渐减少，同时在垂直于加压方向的受压面上，由于泥料颗粒与模型间的外磨擦力较颗粒间的磨擦力大，因而同一平面上各点的压强也各不一样。正因为压制时存在着这种压力分布不均匀性，而造成了成型后砖坯密度的不均匀，沿加压方向

56、距受压面距离的增加砖坯密度逐渐减少，而在平行于受压面的同一平面上，靠近模壁的地方砖坯密度较低，靠近中心的地方密度较高。为克服层密度现象。我们通常采用对大厚制品进行两面加压，模壁上涂润滑油， 泥料中加入活性剂(如纸浆废液)等方法。 四、弹性后效与层裂所谓弹性后效是指当砖坯已压紧到一定致密程度时，所施加的压力除去，部产生的弹性15 / 66力使坯体发生膨胀的现象，这种现象是由于泥料含有空气和水份，在成型加压时它们发生压缩和迁移，而在去压后，又发生再迁移和膨胀，而引起坯体的体积膨胀，当坯体的强度抵挡 了这种体积膨胀时，砖坯部就会产生平行于受压面的平行裂纹一一层裂。产生坯体的弹性后效由于颗粒本身的弹性

57、变形，坯体未排出的空气被压缩， 水膜被压缩等三个主要原因引起的。 其中主要是未排出空气与水的作用。试验结果证明，粘土具有最大的弹性膨胀，有一定颗粒组成的熟料，弹性膨胀比粘土低，多熟料的坯料较完全熟料的坯体 弹性膨胀低，实践还证明，当泥料中细粉过多时，弹性后效增大，造成成型的困难。据上述原因，在成型操作中必须掌握先轻后重、 分段加压的操作方法， 使泥料的空气充 分排出，如果采用液压机时初期加压速度不能过快， 在科模的设计上，应注意考虑一定的锥 度，以使排气和取醇，减少层裂的产生。五、提高成型质量的三个问题1、醇料要求有适当而稳定的颗粒组成醇料过粗，易使坯体表面粗糙，边角不严，颗粒脱落。醇料过细，

58、其气膜和水膜大，产 生弹性后效大，易引起层裂。2、压力和水份间必须相适应压力大，醇坏密度大，但也不能超过临界压力，否则引起层裂。水份在砖料中起着结合和润滑作用，但并不意味着水份越多就越好。通常成型压力低，醇料水份可控制在910%压机成型时压力高，水份可控制在46%并随季节变化而有所增减。3、成型操作加料要均匀，对边角外要压实，加压时，应遵循先轻而缓慢，有利于空气的排除，如果 过重过快，表层压密，空气不能外逸，必将会由于弹性效应过大而产生层裂。另外，必须做 到三勤二轻（勤量尺，勤称单重，勤查裂纹，轻拿轻放） 。六、成型设备与模具尺寸的确定国耐火材料生产中广泛采用的成型设备是摩擦压砖机、杠杆压砖机

59、、液压机、回转压科机、震动成型机等，近年来为提高制品的密度， 许多厂家采用了自动化操作的高压力液压机， 不仅成型质量提高，而且改善了劳动环境。在生产中选用何种设备对砖模的结构设计以与模板的材质都是很关键的问题。根据长期的生产实践证明，在设计和制做模具时应考虑以下因素：1、根据醇料的性质放缩尺率：粘土砖放13%硅砖缩34%2、模型应以千分之五的锥度安装，形成下口小，上口大，对称，并要保证尺寸合格。3、模板表面光洁度好，平整，硬度高，模板之间缝隙在0.5毫米以下。4、选最大面积作为受压面。5、有不平面的砖型要做成活楔板。6、模型中的沟棱处要制成孤度，模板死角处可带13毫米圆孤。7、厚度超过1 5

60、0 mnW,应尽量考虑双面加压。8、根据成型方法不同，选用不同的材质。9、遇有模底凸出部份，尽量作为活楔。第四节 砖坯的干燥成型后的半成品一般都要经过干燥工序。然后送往烧成，其干燥目的是排除砖坯的水份、达到规定进窑所要求的残余水份含量，以避免由于砖坯进窑水份高，在烧成升温比较快时， 水份急剧排出而造成砖坯的开裂。另外，砖坯经干燥后，半成品的机械强度可以有较大提高，能够减少装窑搬运码砖时的破损。一、干燥过程砖坯的干燥过程实质上是经预热后的热空气（或热烟气）把热量传递给坯体，坯体吸收16 / 66 热量而提高温度，从而使水份蒸发、逸出坯体之外，并随热气体排出干燥器。干燥过程一般分为两个阶段：等速干