耐火材料的成型

耐火材料的成型技術(shù)部2015.3一、耐火磚基礎(chǔ)知識(shí)（1）定義：耐火度不小于1580℃的無機(jī)非金屬材料；（2）耐火材料的分類：有化學(xué)屬性分類法、化學(xué)礦物組成分類法、生產(chǎn)工藝分類法、材料形態(tài)分類法等多種方法。按制造方法耐火材料可分為：一、耐火磚基礎(chǔ)知識(shí)耐火材料化學(xué)屬性分類：

（1）酸性耐火材料通常是指其中含有相當(dāng)數(shù)量二氧化硅的耐火材料。（2）中性耐火材料中性耐火材料按嚴(yán)格意義講是指碳質(zhì)耐火材料。但通常也將以三價(jià)氧化物為主體的高鋁質(zhì)、剛玉質(zhì)、鋯剛玉質(zhì)、鉻質(zhì)耐火材料歸入中性耐火材料。（3）堿性耐火材料一般是指以MgO、CaO或以MgO·CaO為主要成分的耐火材料。一、耐火磚基礎(chǔ)知識(shí)按化學(xué)礦物組成分類：一、耐火磚基礎(chǔ)知識(shí)耐火材料是一個(gè)很大的概念范疇。不僅僅是我們生產(chǎn)中看到的滑板、水口、座磚，還有各種形狀，各種結(jié)構(gòu)，多種材料的有機(jī)復(fù)合等。一、耐火磚基礎(chǔ)知識(shí)一、耐火磚基礎(chǔ)知識(shí)（3）耐火材料的應(yīng)用領(lǐng)域耐火材料是鋼鐵、有色金屬、建材、石化、能源、環(huán)保、電子和國防等基礎(chǔ)工業(yè)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)材料，是高溫工業(yè)熱工設(shè)備不可或缺的重要支撐材料。鋼鐵冶金

70%建材

17%有色、化工

13%一、耐火磚基礎(chǔ)知識(shí)（4）耐火材料的組織結(jié)構(gòu)耐火材料是由固相（包括結(jié)晶相和玻璃相）和氣孔兩部分構(gòu)成的非均質(zhì)體。一、耐火磚基礎(chǔ)知識(shí)（5）耐火材料的基本性能指標(biāo)體積密度：表示干燥制品的質(zhì)量與其總體積之比，即制品單位體積(表觀體積)的質(zhì)量。氣孔率：耐火材料中氣孔體積與總體積之比稱為氣孔率。耐火材料的氣孔可分為開口氣孔（顯氣孔）和封閉氣孔兩類，由于顯氣孔率的測(cè)定較為容易，所以耐火材料氣孔率的指標(biāo)常以顯氣孔率來表示。耐壓強(qiáng)度：是材料在單位截面所能承受的極限壓力。抗折強(qiáng)度：是指材料在單位截面所能承受的極限彎曲應(yīng)力。二、滑板與水口在鋼廠的使用1、滑板磚：滑板磚是連鑄用功能耐火材料，廣泛使用于電爐、轉(zhuǎn)爐、爐外精煉等鋼包和連鑄中間包滑動(dòng)水口系統(tǒng)中。它作為控制鋼水流量和流速的開關(guān)?；逡蟮男阅埽孩倩鍖?duì)鋼水和爐渣要有很強(qiáng)的抗浸蝕性和沖刷性；②抗熱震性；③高耐磨性和高溫強(qiáng)度；④與鋼水接觸具有低潤濕性；⑤高抗氧化性。二、滑板與水口在鋼廠的使用二、滑板與水口在鋼廠的使用2、上水口：高溫下鋼液流經(jīng)上水口，其位置直接鑲在鋼包座磚中，要求材質(zhì)耐高溫、抗侵蝕、耐沖刷與鋼包座磚同步；因此，要求使用壽命比滑板磚更長(zhǎng)。

3、下水口：下水口是鋼液流出的通道。要求高溫下具有良好的耐沖刷性，高溫下體積穩(wěn)定性，并有一定的自熔性。下水口在使用中，鋼包中的鋼液因靜壓力隨著鋼水量減少而下降，但要求澆注的速率保持與開澆初期相似，這就要求材質(zhì)具有相應(yīng)的溶損率，以保證鋼水穩(wěn)定的流量。為提高下水口的抗熱震性，將下水口安裝在鐵套內(nèi)，防止開裂。

二、滑板與水口在鋼廠的使用二、滑板與水口在鋼廠的使用二、滑板與水口在鋼廠的使用如圖在連鑄工作的工人頭頂就是溫度高達(dá)1580℃的鋼水，如果耐材質(zhì)量不合格他們的人身安全會(huì)受到嚴(yán)重威脅！二、滑板與水口在鋼廠的使用三、成型工藝三、成型工藝1、破粉碎耐火材料泥料是由各種不同大小粒徑和不同含量的物料組成的，因此，各種原料都需要經(jīng)過粉碎篩分這一工序。破粉碎的重要意義：（1）各種原料只有破粉碎到一定細(xì)度，才可能充分混合均勻，從而保證制品組織結(jié)構(gòu)的均勻性。（2）通過破粉碎將各種原料加工成各種粒度，才能形成大小顆?；旌系木o密堆積，保證制品的成型密度。（3）只有將原料粉碎到一定細(xì)度，才能提高原料的反應(yīng)活性，促進(jìn)高溫下的固相反應(yīng)。篩分：是把物料中大小不同粒度進(jìn)行分離。三、成型工藝1、配料要使制品具有一定的化學(xué)礦物組成和達(dá)到一定的致密度，必須將各種原料按不同粒徑、一定比例配合在一起制成泥料，泥料質(zhì)量的好壞很大程度上取決于這一道工序。在耐火材料生產(chǎn)中，通常多采取三種組分顆粒配合細(xì)顆粒，從0到0.2mm(或0.1mm)中顆粒：從0.2(或0.1)mm到0.5mm粗顆粒:從0.5mm到3～4mm。重量配料法應(yīng)用得較普遍，重量配料法配料準(zhǔn)確度高，要求配料誤差不超過1％。三、成型工藝主要原料的作用剛玉、高鋁釩土：中性耐火原料，主要耐火原料；鎂砂：堿性耐火原料，主要耐火原料；石墨：抗浸蝕；酚醛樹酯：結(jié)合劑，硬化后起骨架作用，提高強(qiáng)度；金屬鋁粉：防氧化劑；綠鉻：提高耐火度，提高強(qiáng)度；碳化硼、碳化硅：防氧化劑、提高耐磨性；微硅粉：提高流動(dòng)性，強(qiáng)度和抗熱震性；活性氧化鋁：在澆注料中提高坯體密度、流動(dòng)性、強(qiáng)度，提高二次莫來石生成量等，降低加水量和氣孔率。有機(jī)纖維：防爆劑。三、成型工藝2、混料混料耐火材料的混練是混合的一種方式，伴隨有一定程度的擠壓、捏和、排氣過程在內(nèi)。坯料混合的最終目的，旨在使坯料中成分和性質(zhì)均勻，即在單位質(zhì)量或體積內(nèi)具有同樣的成分和顆粒組成。理想的完全混合狀態(tài)如圖所示，即不同的物料的互相接觸面積達(dá)到最大值。在實(shí)際操作中，不可能達(dá)到理想的完全均勻混合狀態(tài)。統(tǒng)計(jì)的完全均勻混合狀態(tài)如圖所示。原始狀態(tài)理想完全狀態(tài)實(shí)際完全狀態(tài)三、成型工藝坯料的配比合適，混練質(zhì)量好，才能獲得質(zhì)量好的坯料?；炀氋|(zhì)量好的坯料應(yīng)該是：（1）各個(gè)成分應(yīng)該是均勻分布的（包括不同原料的顆粒），同一原料的不同大小的顆粒和水分等；（2）坯料的結(jié)合性應(yīng)得到充分的發(fā)揮；（3）空氣充分排除；（4）再粉碎程度小?；炝蠒r(shí)的加料順序?qū)τ谀嗔匣旌系木鶆蛐杂绊懞艽?。先加入中、粗顆粒料，干混數(shù)分鐘，加酚醛樹酯，混合數(shù)分鐘后，再加細(xì)粉，若粗細(xì)顆粒同時(shí)加入，易出現(xiàn)細(xì)粉集中成小泥團(tuán)及“白料”。對(duì)應(yīng)于某一種坯料及混練設(shè)備，都有一個(gè)最佳的混練時(shí)間。超過該時(shí)間就會(huì)造成“過混合”。三、成型工藝混合過程：1）快速混合階段，不同成分，不同粒度的顆粒移動(dòng)，均勻度提高很快；

2）擴(kuò)散混合階段：混合達(dá)一定程度后，有的顆粒擴(kuò)散到新出現(xiàn)的物料上，這階段表現(xiàn)為均勻程度的增加比上一階段??；

3）后期混合階段(或稱逆混合過程)

混合達(dá)到一定程度后，配合料的均勻性不但不再增加，甚至有所降低。①時(shí)間/min混合不均勻度ⅠⅡⅢ②0h1h2三、成型工藝3、困料困料就是把混合好的泥料，在一定的溫度和濕度條件下貯放一定時(shí)間充分反應(yīng)，以改善泥料的成型性能。困料方法簡(jiǎn)單，但是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程。在這個(gè)過程中，在坯料中分布不均勻的水分（樹酯），逐漸擴(kuò)散均勻，排出空氣（揮發(fā)分），捉高了泥料的可塑性和結(jié)合性。坯料可塑性在很大程度上取決于顆粒周圍的水分（樹酯）的作用，因?yàn)樗饾櫥瑒┑淖饔?，降低顆粒間的摩擦，促使其滑動(dòng)。顆粒周圍的空氣則使顆粒分離，降低其可塑性。排除氣泡可使可塑性提高。三、成型工藝質(zhì)量好的泥料，細(xì)粉應(yīng)均勻包圍在顆粒周圍，形成一層薄膜，泥料密實(shí)，水分（樹酯）分布均勻，不單存在顆粒表面，滲入顆粒料空隙中，用手一捏不松散，易成團(tuán)。如果泥料混合不好，用手摸時(shí)有松散感，這種泥料成型性能不好。混料及困料中出現(xiàn)的問題：目前，泥料短時(shí)間的發(fā)熱變干是混料工序的主要質(zhì)量問題。措施：①盡量避免頻繁變換原料；②精確稱量，穩(wěn)定混料工藝，真實(shí)做好記錄；③干料使用量控制在50kg以內(nèi)；④使用新廠家原料要進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)。三、成型工藝4、成型機(jī)壓成型過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)使坯料內(nèi)顆粒密集和空氣排出、形成致密坯體的過程。機(jī)壓成型時(shí)為獲得致密的坯體，必須給予坯料足夠的壓力。這壓力的大小應(yīng)能夠克服坯料顆粒間的內(nèi)摩擦力，克服坯料顆粒與模壁間的外摩擦力，克服由于坯料水分、顆粒及其在模具內(nèi)填充不均勻而造成的壓力分布不均勻性。三、成型工藝（1）從壓磚技術(shù)的觀點(diǎn)看，有三種方法：HPF系統(tǒng)：上模板用V0的速度壓入模的加料口，下模板保持不動(dòng)，但是在上模板向下移動(dòng)的同時(shí)，模框板也以V0/2的速度向下移動(dòng)。三、成型工藝①最大致密度區(qū)；②中等致密度區(qū)；③低致密度區(qū)或中性區(qū)。三、成型工藝（2）壓制過程耐火材料的壓制成型過程可以大致分為以下三個(gè)階段：階段A:在壓力作用下，顆粒發(fā)生明顯的位移，重新分布形成較緊密的堆積，坯料被壓縮明顯。壓縮，mm壓力，MPaABCP1P2三、成型工藝階段B:當(dāng)壓力增至P1后，顆粒發(fā)生脆性及彈性變形，坯料被進(jìn)一步壓縮，但呈階梯式變化——坯料被壓縮到一定程度后，即阻礙進(jìn)一步壓縮，一旦壓力繼續(xù)增大到使顆粒再度產(chǎn)生變形的外力時(shí)，坯料的體積又得以被壓縮。這種增壓—壓縮的過程短促而頻繁，最后，壓制過程進(jìn)入第三階段。階段C:在極限壓力P2作用下，坯料不再被壓縮，坯體的密度不再增大。壓縮，mm壓力，MPaABCP1P2三、成型工藝影響壓制的因素很多，其中以顆粒的形狀和坯料的濕度對(duì)壓制的影響最大。同一成型壓力下，圓形顆粒多、濕度較大的坯料可望獲得較大的成型密度。磚坯中的壓力分布和層密度現(xiàn)象:層密度現(xiàn)象即成型過程中上部料層先受壓，壓力沿受力方向一層層往下傳遞，部分壓力消耗在內(nèi)外摩擦力的作用上，因此出現(xiàn)壓力遞減現(xiàn)象，磚坯的密度也沿加壓方向遞減。由上方單向加壓的磚坯一般是上密下疏，同一水平面上是中密外疏。采用雙面加壓（縮短壓力傳遞距離）及在模具四壁涂潤滑油降低外摩擦力的方法，可減少此種現(xiàn)象并降低坯體的氣孔率。三、成型工藝（3）彈性后效與層裂概念：壓制成型過程中，外加壓力取消后，坯體內(nèi)部的彈性力引起坯體膨脹的作用?！皬椥院笮А碑a(chǎn)生的原因：“彈性后效”的危害——造成磚坯的“層裂”缺陷：在加壓過程中形成的垂直于加壓方向的層狀裂紋。坯料的水分過高、細(xì)粉過量、結(jié)合劑（樹酯）過少、壓力過高、壓制過快（空氣未排出）都會(huì)導(dǎo)致層裂的產(chǎn)生。內(nèi)部彈性力被阻滯于坯體內(nèi)部的、被壓縮的空氣被壓縮的、產(chǎn)生一定程度彈性變形的細(xì)粉顆粒三、成型工藝防止“層裂”、改善磚坯成型質(zhì)量的措施：①調(diào)配合理的顆粒級(jí)配，提高坯料的自然堆積密度。②選用適當(dāng)、適量的潤滑劑，以及控制適當(dāng)?shù)暮?，減小坯料顆粒的內(nèi)外摩擦力?！侍咭滓饘恿选目蓧嚎s性小且具一定彈性。③模具結(jié)構(gòu)合理，且模壁光潔度高；——有利于空氣逸出，減小外摩擦力④加壓方式及加壓次數(shù)。——先輕后重、多次加壓、適當(dāng)延長(zhǎng)加壓時(shí)間有利——物料在持續(xù)負(fù)載作用下產(chǎn)生的塑性變形大。⑤壓力大小及卸載方式。——坯體在壓力較小但作用時(shí)間長(zhǎng)的情況下成型時(shí)，比大壓力一次性加壓產(chǎn)生的塑性變形大。多次間斷地卸壓比一次性突然卸壓好。三、成型工藝5、主要質(zhì)量問題和措施下水口質(zhì)量問題：①鋼廠使用易折斷；②體密和顯氣孔率梯度變化大；③中間部位疏松。操作措施：①控制體密和顯氣孔率在合適范圍內(nèi)；②均勻倒料，細(xì)長(zhǎng)水口（長(zhǎng)度大于200mm）要進(jìn)行插料；③要注意第一錘緩慢壓下，充分排氣；④注意不同水口用的插板厚度。上水口質(zhì)量問題：易出現(xiàn)層狀裂紋（斷面）。操作措施：①嚴(yán)格按操作規(guī)程操作，放緩節(jié)奏；②注意泥料的干濕和粒級(jí)，泥料太濕或太細(xì)易產(chǎn)生層裂；③要注意第一錘緩慢壓下，充分排氣。三、成型工藝三、成型工藝三、成型工藝三、成型工藝滑板質(zhì)量問題：①區(qū)域疏松，使用中工作區(qū)（舌形區(qū)）掉料；②孔周圍掉邊，擴(kuò)孔較快；③有斷面；④使用中有板面斷裂；⑤鐵箍掉落。操作措施：①在扒料時(shí)舌形區(qū)堆高，以增強(qiáng)孔周圍此區(qū)域體密和強(qiáng)度，注意兩側(cè)料扒勻；②發(fā)干泥料堅(jiān)決不能使用，泥料顯濕需延長(zhǎng)困料時(shí)間，成型時(shí)注意緩壓排氣；③打箍嚴(yán)格控制尺寸，在高溫下保證有緊固力。三、成型工藝。三、成型工藝三、成型工藝三、成型工藝如何穩(wěn)定提高成型質(zhì)量：①對(duì)不同品種制定不同的磚料，也就是說，要求適當(dāng)而穩(wěn)定的不同顆粒組成