特種耐火磚知識(shí)介紹

特種耐火磚主要有高熔點(diǎn)氧化物、高熔點(diǎn)非氧化物及由此衍生的復(fù)合化合物、金屬陶瓷、高溫涂層、高溫纖維及其增強(qiáng)材料。其中高熔點(diǎn)非氧化物通常稱難熔化合物，它又包括碳化物、氮化物、硼化物、硅化物及硫化物等。
 

 

特種耐火磚的基本生產(chǎn)工藝

特殊耐火磚是無機(jī)非金屬材料的一個(gè)分支材料。它是在傳統(tǒng)陶瓷和—般耐火磚的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型材料，所以也稱高溫陶瓷或高溫材料。為了適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的需要，材料不僅應(yīng)有高熔點(diǎn)、高純度和化學(xué)及熱的穩(wěn)定性，而且滿足各種使用條件所提出的特殊性能，如高溫下持久強(qiáng)度，蠕變極限，極高純度以及中子俘獲截面等性能。

 

特殊耐火磚包括高熔點(diǎn)氧化物和高熔點(diǎn)非氧化物及由此衍生的金屬陶瓷、高溫涂層、高溫纖維及增強(qiáng)材料。其中高熔點(diǎn)非氧化物常稱難熔化合物，它又包括了碳化物、氮化物、硼化物、硅化物及硫化物等。特殊耐火磚的生產(chǎn)工藝與普通耐火磚和傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)工藝相仿，但由于耐火磚的特殊要求及其本身的性質(zhì)（如純度高、低塑性、難燒結(jié)等），在許多方面都超越了現(xiàn)有耐火磚的范疇，并有自己的特色。但就其主要的基本工藝環(huán)節(jié)來說，可用下面流程來概括表示：原料選擇→原料熱處理→粉碎→配料→素坯成型→干燥→素坯預(yù)燒→粗加工→燒成→后加工。1．原料的制備原料的制備包括原料的選擇、預(yù)燒、細(xì)粉碎等工序。

 

生產(chǎn)特殊耐火磚幾乎都采用經(jīng)人工提純的化工原料，極少應(yīng)用天然礦物原料。原料的純度要求很高，一般均在99％左右，同時(shí)對(duì)原料中所含雜質(zhì)的種類和數(shù)量，根據(jù)不同用途的耐火磚也有不同的限制。也可采用電熔原料制得穩(wěn)定性高、燒成收縮小及使用體積穩(wěn)定的耐火磚，但成本較高，并且由于電熔原料的結(jié)晶良好，活性低，使耐火磚燒結(jié)困難。

 

生產(chǎn)特殊耐火磚時(shí)，所用原料特別是氧化物原料一般都要經(jīng)過預(yù)燒（電熔原料除外），預(yù)燒的目的是：（1）除掉揮發(fā)性雜質(zhì)、化合水、吸附水、二氧化碳和有機(jī)雜質(zhì)等，從而提高原料純度。（2）促進(jìn)原料致密化，結(jié)晶長(zhǎng)大，減少耐火磚的燒成收縮，或轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N穩(wěn)定的結(jié)晶相。（3）適當(dāng)控制原料的預(yù)燒溫度，使顆粒獲得表面活化，以促進(jìn)坯體在較低溫度下燒結(jié)。原料預(yù)燒時(shí)，要注意原料預(yù)燒溫度。預(yù)燒溫度過低，則達(dá)不到預(yù)燒目的，過高則由于再結(jié)晶的發(fā)生，使晶體長(zhǎng)大，給耐火磚燒結(jié)帶來困難。所以預(yù)燒溫度取決于原料的性質(zhì)和采用的工藝過程。原料可采用粉狀或制成團(tuán)塊預(yù)燒。特殊耐火磚要求用細(xì)粉原料成型，粉碎后的細(xì)粉顆粒大小，一般應(yīng)為幾微米至幾十微米。如此不但改善塑性，便于成型，可使生坯致密，同時(shí)料粉顆粒小，比表面積增大，表面能增加，有利于燒結(jié)。

 

工業(yè)中粉碎原料常用的主要設(shè)備有球磨機(jī)、振動(dòng)磨機(jī)和氣流粉碎機(jī)等。用前兩種設(shè)備磨碎時(shí)有干法和濕法兩種。濕法是用水或酒精等作為液體介質(zhì)。濕磨適合制備較細(xì)的顆粒，它研磨均勻，效率比干磨高。如在粉碎初期先用干磨然后再用濕磨，粉碎效率將會(huì)更高。濕磨中液體介質(zhì)起著機(jī)械分散作用，楔裂作用和增強(qiáng)研磨作用。粉碎時(shí)為了提高研磨效率，縮短研磨時(shí)間，可以加入能降低研磨原料硬度的表面活性物質(zhì)。如果要求粉碎過程中不混入雜質(zhì)，可以采用橡皮、塑料或相應(yīng)的氧化物作磨機(jī)內(nèi)襯，用相應(yīng)氧化物材料（或其金屬）制成研磨體。但這樣會(huì)由于研磨體的比重小而降低磨機(jī)的粉碎效率，增加磨細(xì)時(shí)間。原料經(jīng)粉碎后要進(jìn)行凈化處理，即通過化學(xué)方法或物理方法的處理，以提高其純度（如鋼質(zhì)研磨體和襯板因磨損混入原料中的鐵質(zhì)）。凈化方法有水洗、酸洗、溶劑洗、磁洗等。

 

2．坯體成型隨著對(duì)耐火磚的要求不同，以及成型工藝的不斷發(fā)展，而有多種成型方法，諸如注漿法、模壓法、擠壓法，熱壓注法、熱壓法、等靜壓法、氣相沉積法和等離子噴涂法等。注漿法又有空心澆注、實(shí)心澆注、壓力澆注、離心澆注和真空澆注法之分。其中空心澆注法和實(shí)心澆注法是生產(chǎn)中基本的澆注法。

3．耐火磚燒成成型后的素坯應(yīng)先在空氣中自然干燥一定時(shí)間后，再在烘箱或烘房中充分干燥，以除去素坯中游離水分。干燥后的坯體可終燒成。但有些成型坯體在燒成之前，先要在低于燒成溫度之下預(yù)燒，通常稱素?zé)?。素?zé)哪康脑谟跓粼诔尚瓦^程中加入的各種有機(jī)物，尤其是熱壓注素坯需要排除其中的蠟質(zhì)；使素坯具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以便于初步加工，如尺寸的修整、切削、打洞等。因在終燒成后，耐火磚的硬度大，機(jī)械加工困難。對(duì)于純氧化物耐火磚來說，因其熔點(diǎn)高，雜質(zhì)量很少，在高溫時(shí)液相量極少，燒結(jié)主要靠晶相的再結(jié)晶作用，所以純氧化物耐火磚在制造過程中很難燒結(jié)。

 

為促進(jìn)燒結(jié)，在工藝上一般采用如下方法：將物料細(xì)粉碎，以增加晶格缺陷，使晶格活化；加入促進(jìn)燒結(jié)的加入物，使之與被燒結(jié)氧化物形成有限固溶體，因而使被燒結(jié)氧化物晶格“松散”，使擴(kuò)散過程容易進(jìn)行。另外燒成氣氛對(duì)耐火磚的燒結(jié)也有顯著影響。如某些氧化物耐火磚中BeO、A12O3等在還原氣氛中，由于氧分壓低，晶體中的氧可直接從表面逸出，通過與氣氛中的H2或CO作用生成H2O或CO2，結(jié)果在晶體中留下空位，加速了氧離子在晶格中的擴(kuò)散速度而促進(jìn)燒結(jié)。

 

．在特殊耐火磚工業(yè)中，燒成設(shè)備除了象普通耐火磚中用的氣體或液體作燃料的高溫倒焰窯和高溫隧道窯外，還經(jīng)常使用各種式樣的電爐，主要有下面三類：（1）電阻爐：電阻元件（發(fā)熱體）是用具有適當(dāng)電阻的耐火磚制成的。可分為金屬及非金屬兩類，形狀可做成絲狀、棒狀、管狀、帶狀。電阻爐的溫度可控制在狹窄的范圍內(nèi)。其中常用的有如下幾類：1）硅碳（SiC）棒爐；2）碳管爐；3）炭粒爐；4）鉬（Mo）絲或鎢（W）絲（帶）爐；5）二硅化鉬（MoSiO：）棒爐；6）二氧化鋯電爐。（2）電弧爐：電弧爐有單相和三相兩種，電弧溫度可達(dá)幾千度。（3）感應(yīng)爐：根據(jù)使用的頻率不同，可分為高頻感應(yīng)爐、中頻感應(yīng)爐和低頻感應(yīng)爐。

 

特種耐火磚的冷加工必要性

很多特種耐火磚制品，不僅形狀復(fù)雜，而且要求耐火磚的規(guī)格及尺寸，垂直度、同心度、平行度 高，能與其他余屬部件裝配或連接。按目前特種耐火磚制品的生產(chǎn)工藝，已遠(yuǎn)不能達(dá)到對(duì)其制品精度的要求。為此，對(duì)燒制后的耐火磚制品再進(jìn)行冷加工。很多特種耐火磚制品都具有硬度大和耐磨性好的特點(diǎn)。采用傳統(tǒng)的加工工具和研磨材料、加工效率很低，甚至無法加工。對(duì)氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、金屬陶瓷等不同類型的特種耐火磚制品，要采用特制的或超硬的切、磨、鉆、研的工具與材料。

 

特種耐火磚的冷加工

特種耐火磚的工序繁多，工藝復(fù)雜，從原料處理、坯料成型，一直到燒成的整個(gè)制造過程，要經(jīng)過大大小小幾十道工序。在一系列工序中，由于復(fù)雜的工藝因素，如原料的組成、顆粒大小、介質(zhì)的多少、成型壓力、燒成制度等的變化，以及由于操作技術(shù)的高低，結(jié)果使終燒成的耐火磚存在著一定的制造誤差。這些誤差包括制品收縮不足而使耐火磚尺寸余量大，制品在燒成時(shí)的收縮不均勻而引起的變形，以及制品表面粗糙、不平等。這種制品不能直接用作尺寸配合要求嚴(yán)格的部件。另外，某些特殊形狀的制件，不能在燒成前定型，而只能在燒成后完成，因此，對(duì)燒成后的特種耐火磚制品用特殊的設(shè)備和工具進(jìn)行后的尺寸加工，以達(dá)到造型和尺寸公差的要求。

 

因?yàn)閷?duì)制件的加工是在冷態(tài)進(jìn)行的，所以簡(jiǎn)稱冷加工。但是，特種耐火磚是一種堅(jiān)硬而脆的多晶體材料，它沒有金屬那樣的韌性和延展性，也沒有像有機(jī)材料那樣的塑性，因而，它的機(jī)械可加工性能很差。雖然近十幾年來，對(duì)特種耐火磚冷加工的工藝、技術(shù)和加工設(shè)備已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但在通常情況下，對(duì)特種耐火磚制件進(jìn)行冷加工仍是一件相當(dāng)困難的事。因此，在目前生產(chǎn)特種耐火磚的工藝水平上，我們盡量根據(jù)制品在整個(gè)制造過程中的總收縮率來控制燒成前的毛坯尺寸精度，減少加工余量；在燒成前的成型及半成品加工中，盡量完成制品的造型，在燒成操作技術(shù)上降低制品變形、彎曲的程度，使燒成后的制品不再需要加工或僅作很少余量的加工。當(dāng)然，做到這一點(diǎn)也不是十分容易的。

 

對(duì)氧化物、碳化物、硼化物、氮化物、金屬陶瓷等不同類型的特種耐火磚，根據(jù)它們的不同材質(zhì)和具有的機(jī)械強(qiáng)度和硬度特性，以及對(duì)耐火磚不同的技術(shù)要求，應(yīng)采用不同的加工設(shè)備和加工方法?？偟膩碚f，特種耐火磚的加工包括：切、車、刨、鉆、銑、磨、拋光等。其中切、車、刨、鉆、銑所用的工具多為切削刀具或刀片，研磨、拋光則用砂輪、磨料、拋光膏等。這些加工操作可分別在普通的或?qū)ｉT設(shè)計(jì)的各種機(jī)床或切割機(jī)上進(jìn)行。對(duì)特種耐火磚的機(jī)械加工主要采用磨削、研磨、拋光的加工方法，所用的磨具磨料已推廣使用人造金剛石。用人造金剛石可加工制成砂輪、刀片、研磨膏、砂紙及各種粒度的散狀磨料。

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