【文章內(nèi)容簡介】 火材料的高溫結(jié)構(gòu)強度，是測定耐火材料在實際應(yīng)用中抵抗溫度、壓力雙重作用而不變形的能力。通常的測定方法是固定試樣所承受的壓力（2公斤/厘米2）不斷升高溫度，測定試樣在發(fā)生一定變形量（%，4%或40%）和坍塌時的溫度就是荷重軟化溫度。荷重軟化溫度是表示制品對高溫和荷重的共同作用的抵抗性能。它是評定耐火材料質(zhì)量的一個重要指標，更是選用確定耐火材料最高使用溫度的重要數(shù)據(jù)。一般情況下，制品總是在高溫荷重的條件下使用，往往會在遠低于其耐火度（如鎂磚）的溫度下，由于磚體結(jié)合部分的熔化而發(fā)生明顯的塑性變形，引起熔爐的變形甚至坍塌，所以測定荷重軟化溫度，對于耐火材料的實際使用具有重要意義。一般影響耐火材料的實際使用荷重軟化溫度的主要因素是制品的礦物——化學組成和生產(chǎn)工藝條件。如提高原料純度使雜質(zhì)含量降低，提高液相形成溫度可以提高荷重軟化溫度。幾種常見耐火制品的荷重軟化開始溫度見表（12）表12 幾種常見耐火材料的荷重軟化開始溫度磚種荷重軟化開始溫度（℃硅磚粘土磚高鋁磚半硅磚鎂磚鎂鋁磚1620～16401300～14001420～15001250～14001470～15501520～1580三、其它高溫性能重燒線變化V2V1重燒線變化是耐火制品加熱到高溫后，長度的不可逆的減小或增大。其計算可以用下式表示。V1重燒體積變化百分率△V= 100%L2L1L1重燒線變化百分率△L= 100%式中，V1、V2——分別表示重燒前后試樣的體積LL2——分別表示重燒前后試樣的長度按上式計算的結(jié)果，可能為正值，也可能為負值，前者代表膨脹，后者代表收縮。耐火制品在高溫下使用時，如果產(chǎn)生過大的重燒收縮會使窯爐砌體的磚縫增大，影響砌體的整體性，甚至會造成爐體結(jié)構(gòu)損壞。相反過大的重燒膨脹也會破壞砌體的幾何形狀，甚至崩塌。使耐火制品產(chǎn)生重燒線變化的基本原因，是制品在高溫使用條件下繼續(xù)燒結(jié)。為了降低耐火制品的重燒變化，在工藝上一般采取提高磚坯成型密度和適當提高制品燒成溫度延長保溫時間。熱震穩(wěn)定性（熱穩(wěn)定性）熱震穩(wěn)定性是耐火制品對于急冷急熱溫度變化的抵抗性能。熱穩(wěn)定性是鑒定耐火材料質(zhì)量的重要指標之一，耐火材料在使用時常碰到溫度波動的情況。由于耐火材料的導(dǎo)熱性能較差，造成磚的表面和內(nèi)部的溫差很大，又由于材料的受熱膨脹或遇冷收縮的作用，均使磚內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，當這種應(yīng)力超過磚本身的結(jié)構(gòu)強度時，就產(chǎn)生開裂、剝落、甚至磚體崩裂。這種破壞作用也往往是耐火材料在使用過程中砌體遇到損壞的重要原因之一。因此，在生產(chǎn)中采取有效措施以提高制品的穩(wěn)定性是很重要的。影響耐火制品熱穩(wěn)定性的因素是制品熱膨脹性，導(dǎo)熱性，彈性模量，制品的組織結(jié)構(gòu)及形狀、大小等?？梢酝ㄟ^改變制品的礦物組成。提高瘠性物料的臨界粒度，使泥料顆粒適當變粗，以及提高制品燒成質(zhì)量來提高制品熱穩(wěn)定性。某些耐火材料的熱穩(wěn)定性指標如下表： 名稱重量損失20%時熱冷循環(huán)的次數(shù)（850℃水冷）硅磚普通粘土磚粗顆粒粘土磚鎂磚鎂鋁磚1～210～1225～1002～350～150抗渣性抗渣性是耐火材料在高溫下對于爐渣侵蝕作用的抵抗能力。爐渣的侵蝕作用是十分復(fù)雜的，不僅有化學反應(yīng)，而且有機械磨損和物理化學作用，是耐火材料在使用過程中損毀的重要原因。同時由于爐內(nèi)溫度變化，機械磨損振動沖擊等因素，互相惡化，加劇損壞作用過程，往往是因為化學反應(yīng)產(chǎn)生低熔物質(zhì)，不斷往耐火材料內(nèi)部擴散。使之軟化和熔化，喪失強度，嚴重時甚至整塊淌成流體，或被侵蝕掉而熔入爐渣，因此研究耐火材料的抗渣性能具有非常重要的意義。鑒別耐火制品抗渣性能的測定方法有：流渣法，坩堝法、浸渣法、熔錐法，噴渣法等五種。影響耐火材料抗渣性的主要因素是耐火材料、熔渣的組成和性質(zhì)，耐火材料的使用溫度以及制品的組織結(jié)構(gòu)等。因此，在生產(chǎn)工藝上要想有效地提高耐火材料的抗渣性，就應(yīng)該保證和提高原料的純度，改善制品的化學礦物組成。選擇合適的生產(chǎn)方法以保證制品具有致密而均勻的組織結(jié)構(gòu)。熱膨脹耐火材料在使用時也與一般物體一樣，會發(fā)生熱脹冷縮的可逆變化。熱膨脹的重要性在于爐子結(jié)構(gòu)內(nèi)總是要留有適當?shù)呐蛎浛p。一種耐火材料的熱膨脹是組成它的各礦物相和玻璃相成份的膨脹的總和，用X射線去測量加熱時晶格的變化可以得到晶體膨脹的資料。它也可用公式表示如下：ItIoItIoIo (tto)IoP= 100% a=公式中：P——試樣線膨脹率%，t0室溫，℃。t加熱溫度℃，L0試樣在室溫下長度，毫米；Lt試樣加熱至t℃時的長度毫米，a—試樣的平均線膨脹系數(shù)1/℃耐火材料的體膨脹系數(shù)約為線膨脹系數(shù)的3倍。耐火材料的熱膨脹性主要取決于制品的化學－礦物組成。所以不同種類的耐火制品受熱時的膨脹情況也不一樣。如下是幾種常用耐火材料的平均線膨脹系數(shù)（29～1000℃范圍內(nèi)）～106 ～106 鎂磚14～15106剛玉磚8～8106 ～13106第四節(jié) 形狀正確性和尺寸準確性在工業(yè)窯爐和燃燒室的實際操作中，耐火制品的形狀正確性和尺寸準確性對內(nèi)部的使用壽命有很大的影響。生產(chǎn)外形尺寸符合設(shè)計圖紙要求的制品，是耐火材料生產(chǎn)工作者的重要任務(wù)，制品外形正確與否，尺寸是否符合要求，直接影響筑爐施工質(zhì)量和窯爐的使用壽命。外形尺寸的正確則是獲得較小砌縫的首要條件。工程設(shè)計對于磚縫的寬度要求，根據(jù)窯爐各部位作業(yè)條件不同而有不同的要求，通常最低的要求不大于3毫米。顯然如果制品扭曲變形較大，或尺寸超出了規(guī)定允許的范圍是不能滿足要求的。影響制品外形尺寸準確性的因素很多，在生產(chǎn)中，原料質(zhì)量不穩(wěn)定，磚模設(shè)計時的縮放尺寸率不合適，裝窯方法不當，燒成溫度變化較大等都會有影響，往往造成大批廢品。制品的尺寸愈大；形狀愈復(fù)雜，保證制品外形尺寸的準確性就愈困難。因此，在工程設(shè)計上，應(yīng)盡量簡化磚型，控制磚型設(shè)計過大，注意磚型統(tǒng)一工作，這對提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大的作用。另外，耐火材料制品的牌號和磚號等可根據(jù)國家標準和部頒標準執(zhí)行。第二章 耐火材料的生產(chǎn)過程耐火材料的種類繁多，所用原料以及對產(chǎn)品的質(zhì)量要求各不一樣。不同種類的耐火材料所采用的生產(chǎn)方法也各有特點，但它們的生產(chǎn)工序和加工方法基本是一致的，而且影響質(zhì)量因素也大致相同，所以學習耐火材料生產(chǎn)過程中的共同性的工藝過程，有助于了解各種不同耐火材料的工藝特點。耐火材料生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展是以提高質(zhì)量、增加品種和降低消耗為中心而進行的，下面按照幾個主要工序的特點進行述敘。第一節(jié) 原料加工一、原料煅燒原料是耐火材料的基礎(chǔ)，沒有優(yōu)質(zhì)原料就不可能生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。近幾年來，國內(nèi)外對耐火原料的選礦、提純煅燒技術(shù)和合成原料工藝等方面做了大量的研究開發(fā)工作，使其純度提高，熟料密度增大，成份結(jié)構(gòu)均勻和性能穩(wěn)定。絕大部分耐火材料所用骨料，在制磚前首先要經(jīng)過煅燒，這是因為原生礦石在高溫下將會發(fā)生分解，而使直接制成的磚坯在加工熱過程中變得松散和剝裂以至成為廢品。也就是說，它們在高溫下要進行一系列的物理－化學反應(yīng)，讓這些變化在原料煅燒時完成，保證獲得具有良好物理－化學性能和外觀質(zhì)量。二、原料的檢選原料檢選通常在破碎前進行，檢選目的主要是：（指熟料）選出原料中的雜質(zhì)或生料，未燃盡的燃料塊以及熔瘤塊（熟料）。根據(jù)原料的外觀進行分級堆放。檢選工作目前我國都是用人工檢選，這種方法勞動強度大，檢選效率低，不能滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。三、破碎與粉磨 進入工廠的原料（礦石）的塊度通常具有各種形狀及尺寸，其大小不異。小的為粉末狀，大的有350毫米左右塊狀。因此必須經(jīng)過破碎以達到制備坯料用的顆粒度要求。另外，單一尺寸顆粒組成的泥料不能獲得致密堆積，必須按大、中、小顆粒級配才能獲得致密的坯體。耐火原料的粉碎主要是用機械方法，將塊狀物料變成粒狀或粉狀物料的加工過程。即由350毫米大塊料破碎至50～70毫米中塊，由50～70毫米粉碎成3～5毫米左右的粗粒。粉碎的目的在于將塊狀原料制成有一定顆粒組成的碎粒及細粉，才能將不同組成的粉料配制混合均勻，增加原料的比表面積，提高其物理－化學反應(yīng)的速度。影響耐火原料粉碎的因素，主要是原料本身的強度、硬度、塑性和水份等，同時也與破粉碎設(shè)備的特性有關(guān)。粉碎工藝流程通常有開路流程和閉路流程兩種。開路流程的特點是流程簡單，但是經(jīng)過一次粉碎即完成任務(wù)，勢必造成細粉過多，動力消耗大，產(chǎn)量低。閉路流程是粉碎后的物料要經(jīng)過篩選，篩下料作為成品，篩上料回到粉碎機重新粉碎。該流程生產(chǎn)能力大，顆粒容易控制；但流程復(fù)雜，需要更多的附屬設(shè)備。中小型企業(yè)粉碎工藝應(yīng)優(yōu)選閉路流程為宜，因為其生產(chǎn)靈活性大，有利于組織生產(chǎn)。其常用的粉碎機械設(shè)備有顎式破碎機，它的結(jié)構(gòu)簡單，牢固，工作可靠，操作維修方便，能處理塊度變化范圍很大的物料，圓錐式破碎機是在耐火材料工業(yè)中廣泛用作物料的中碎和細碎設(shè)備。干碾機是粉碎各種硬質(zhì)原料和熟料的主要設(shè)備，同時也用它來粉碎粘土等軟質(zhì)和半軟質(zhì)原料。四、篩分耐火原料經(jīng)粉碎后，一般是大中小顆粒連續(xù)混在一起。為了獲得符合規(guī)定尺寸的組分就需要進行篩分。篩分是指粉碎后的物料，通過一定尺寸的篩孔，使不同粒度的物料進行分離的工藝過程。篩分設(shè)備主要有轉(zhuǎn)筒篩、振動篩和固定斜篩，后兩種應(yīng)用較廣泛；振動篩的篩分效率達90%以上，固定篩一般在70 %左右。篩分關(guān)鍵在于篩子層數(shù)和合理篩網(wǎng)孔徑，它取決于顆粒組成和粒度配合的要求。如果粒度配合要求不高，可采用單層篩；要求嚴，則采用雙層篩和多層篩。在生產(chǎn)中常用篩的篩孔的表示方法（網(wǎng)目、孔號和篩孔尺寸等）見表（21）紡織篩網(wǎng)簡明規(guī)格美國篩制英國篩制德國篩制網(wǎng)目號篩孔尺寸（mm）網(wǎng)目號篩孔尺寸（mm）篩號每平方厘米的孔數(shù) 篩孔尺寸（mm）468163060100170681630601001202001248163060701416642569003600490063第二節(jié) 磚料的制備耐火材料的磚料是按一定比例配合的各種原料的料粉，在混練過程中加入水或其它結(jié)合劑而制成的混合料。整個磚料制備過程包括顆粒級配、配料、混合和睏料等幾個工序。一、顆粒配比磚料的顆粒配比對坯體的致密程度有著重大的影響，只有符合緊密堆積顆粒配比，才有可能獲得最致密的成型坯體。從試驗的結(jié)果來看，兩種顆粒的級配比例為6:4～7:3。三種顆粒的級配比例為7:1:2時其堆積密度較高。 我國多年來耐火材料生產(chǎn)的實踐經(jīng)驗表明，制造耐火制品，用的磚料顆粒組成應(yīng)采取“兩頭大，中間小”的粒度配比為好，即在磚料中粗，細顆粒多，中間顆粒少。因此在實際生產(chǎn)中，無論是原料的粉碎或泥料的制備，在生產(chǎn)操作和工藝檢查上，對大多數(shù)制品的粉料或泥料，只控制粗顆粒篩分（如1～3毫米）和細顆粒篩分（ 毫米）兩部分的數(shù)量。另外，為改善制品的某些性能需調(diào)整泥料顆粒組成時，也經(jīng)常是從粗、細兩種顆粒的大小和數(shù)量上進行調(diào)整。為了簡化生產(chǎn)工藝過程和操作，有時對粉碎后的粉料不進行顆粒分級，而是在連續(xù)顆粒組成中，規(guī)定粗顆粒的臨界粒度及數(shù)量；。如粉料內(nèi)細顆粒不足，以補充粉料中細顆粒不足。但在生產(chǎn)一些質(zhì)量要求較高或有特殊用途的制品時，一般不直接取用篩分后只滿足臨界粒度要求的全部篩下料；而必須將粉料進行顆粒分級，然后以一定的比例進行配合。二、配料 根據(jù)不同耐火制品的要求和工藝特點，將不同材質(zhì)和不同粒度的物料按一定比例進行配合的工藝稱為配料。配料規(guī)定的配合比例就是配方。 配料方法一般有二種：容積配料法和重量配料法，前者誤差較大。后者較精確，一般誤差不超過2%，目前大多數(shù)耐火材料生產(chǎn)均采用重量配料法。 配料內(nèi)容包括不同原料的配比和顆粒組成的配合。對于顆粒組成配合問題，各廠都有各自的做法。一般是將多層篩分的不同粒級的粉料分別貯存，在混合時按比例重量法進行配合，既可防止顆粒偏析，且使磚料的粒度組成波動少，保證成型后坯體密度和制品密度。另外，在確定磚料材質(zhì)配方時，主要考慮制品的質(zhì)量要求，保證制品達到規(guī)定的性能指標，經(jīng)混練后磚料具有必要的成型性能，同時還要注意合理利用原料資源，降低成本。三、混合 混合是使不同組分和粒度的物料與適量的結(jié)合劑、經(jīng)混合和擠壓作用達到分布均勻和充分濕潤的磚料制備過程，達到各組份均勻分布，顆粒均勻分布和水分含量均勻分布。 目前，在耐火材料生產(chǎn)中常用的混練設(shè)備有：單軸和雙軸攪拌機，混砂機以及濕碾機等。前兩者主要起攪拌混合作用，而后者除混合攪拌作用外還有擠壓作用。因此，用濕碾機混練的磚料較致密均勻。影響磚料混合均勻的因素很多，如設(shè)備性能、加料量、混合時間、加料順序、配料中所選用的結(jié)合劑、粉料的顆粒形狀等。不同性質(zhì)泥料的混練時間要求不同，粘土磚為5～10分鐘，高鋁磚10～15分鐘，硅磚15分鐘左右，鎂磚20～25分鐘。加料順序目前普遍采用（1）顆粒和細粉料→干混1～2分鐘→結(jié)合劑；（2）部分顆粒料→結(jié)合劑→細粉→剩余顆粒料；混合后的磚料質(zhì)量對成型和制品性能影響很大，通常以檢查泥料的顆粒組成和水份來衡量合格與否。質(zhì)量好的磚料中，細粉均勻包附在顆粒表面，泥料密實成型性能好，水份分布均勻，水份不但存在顆粒表面，而且還滲入顆粒料的孔隙中。如果混合不好用手抓料有松散感。因此，要定時檢查泥料的質(zhì)量，注意顆粒組成、水份含量和各種物料組成的變化。四、睏料睏料就是把初混后的泥料在適當?shù)臏囟群蜐穸认沦A放一定的時間。磚料需要經(jīng)過睏料過程，然后供成型使用。睏料時間的長短主要取決于工藝要求和泥料的性質(zhì)，但一般都控制在在8～48小時之內(nèi)。睏料的作用各不相同，粘土磚料是為了使結(jié)合粘土更進一步分解、水份均勻分布，以提高結(jié)合粘土可塑性能和