1、耐火材料的成型技術部2015.3一、耐火磚基礎知識（1）定義：耐火度不小于）定義：耐火度不小于1580的無機非金屬材料；的無機非金屬材料；（2）耐火材料的分類：有化學屬性分類法、化學礦物組成分類法、）耐火材料的分類：有化學屬性分類法、化學礦物組成分類法、生產工藝分類法、材料形態分類法等多種方法。生產工藝分類法、材料形態分類法等多種方法。 按制造方法耐火材料可分為：按制造方法耐火材料可分為：一、耐火磚基礎知識耐火材料化學屬性分類： （1）酸性耐火材料）酸性耐火材料 通常是指其中含有相當數量通常是指其中含有相當數量二氧化二氧化硅硅的耐火材料。的耐火材料。（2）中性耐火材料）中性耐火材料 中性耐火材

2、料按嚴格意義講是指中性耐火材料按嚴格意義講是指碳碳質質耐火材料。但通常也將以三價氧化物耐火材料。但通常也將以三價氧化物為主體的為主體的高鋁質、剛玉質、鋯剛玉質、高鋁質、剛玉質、鋯剛玉質、鉻質鉻質耐火材料歸入中性耐火材料。耐火材料歸入中性耐火材料。（3）堿性耐火材料）堿性耐火材料 一般是指以一般是指以MgO、CaO或以或以MgOCaO為主要成分的耐火材料。為主要成分的耐火材料。一、耐火磚基礎知識按化學礦物組成分類：按化學礦物組成分類：一、耐火磚基礎知識 耐火材料是一個很大的概念范疇。不僅僅是我們生產中看到的滑板、水耐火材料是一個很大的概念范疇。不僅僅是我們生產中看到的滑板、水口、座磚，還有各種形

3、狀，各種結構，多種材料的有機復合等。口、座磚，還有各種形狀，各種結構，多種材料的有機復合等。一、耐火磚基礎知識一、耐火磚基礎知識（3）耐火材料的應用領域耐火材料的應用領域 耐火材料是鋼鐵、有色金屬、耐火材料是鋼鐵、有色金屬、建材、石化、能源、環保、電子建材、石化、能源、環保、電子和國防等基礎工業領域的重要基和國防等基礎工業領域的重要基礎材料，是高溫工業熱工設備不礎材料，是高溫工業熱工設備不可或缺的重要支撐材料。可或缺的重要支撐材料。鋼鐵冶金鋼鐵冶金 70%建材建材 17%有色、化工有色、化工 13%一、耐火磚基礎知識（4）耐火材料的組織結構耐火材料的組織結構 耐火材料是由固相（包括結晶相和玻璃

4、相）和氣孔兩部分構成的耐火材料是由固相（包括結晶相和玻璃相）和氣孔兩部分構成的非均質體。非均質體。一、耐火磚基礎知識（5）耐火材料的基本性能指標）耐火材料的基本性能指標 體積密度：表示干燥制品的質量與其總體積之比，即制品單位體積體積密度：表示干燥制品的質量與其總體積之比，即制品單位體積(表觀體積表觀體積)的質量。的質量。 氣孔率：耐火材料中氣孔體積與總體積之比稱為氣孔率。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，由于顯氣孔率的測定較為容易，所以耐火材料氣孔率的指標常以顯于顯氣

5、孔率的測定較為容易，所以耐火材料氣孔率的指標常以顯氣孔率來表示。氣孔率來表示。 耐壓強度：是材料在單位截面所能承受的極限壓力。耐壓強度：是材料在單位截面所能承受的極限壓力。 抗折強度：是指材料在單位截面所能承受的極限彎曲應力。抗折強度：是指材料在單位截面所能承受的極限彎曲應力。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、轉爐、滑板磚：滑板磚是連鑄用功能耐火材料，廣泛使用于電爐、轉爐、爐外精煉等鋼包和連鑄中間包滑動水口系統中。它作為控制鋼水爐外精煉等鋼包和連鑄中間包滑動水口系統中。它作為控制鋼水流量和流速的開關。流量和流速的開關。 滑板要求的性能：滑板要求的

6、性能： 滑板對鋼水和爐渣要有很強的抗浸蝕性和沖刷性；滑板對鋼水和爐渣要有很強的抗浸蝕性和沖刷性； 抗熱震性；抗熱震性； 高耐磨性和高溫強度；高耐磨性和高溫強度； 與鋼水接觸具有低潤濕性；與鋼水接觸具有低潤濕性； 高抗氧化性。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：高溫下鋼液流經上水口，其位置直接鑲在鋼包座磚中，、上水口：高溫下鋼液流經上水口，其位置直接鑲在鋼包座磚中，要求材質耐高溫、抗侵蝕、耐沖刷與鋼包座磚同步；因此，要求要求材質耐高溫、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。使用壽命比滑板磚更長。 3、下水口：下水口是鋼液流出的通道

7、。要求高溫下具有良好的耐沖、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，高溫下體積穩定性，并有一定的自熔性。下水口在使用中，刷性，高溫下體積穩定性，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，這就要求材質具有相應的溶損率，以保率保持與開澆初期相似，這就要求材質具有相應的溶損率，以保證鋼水穩定的流量。為提高下水口的抗熱震性，將下水口安裝在證鋼水穩定的流量。為提高下水口的抗熱震性，將下水口安裝在鐵套內，防止開裂。鐵套內，防止開裂。 二、滑板與水口在鋼廠的使用

8、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三、成型工藝三、成型工藝1、破粉碎、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，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，各種原料都需要經過粉碎篩分這一工序。因此，各種原料都需要經過粉碎篩分這一工序。u破粉碎的重要意義：破粉碎的重要意義：（1）各種原料只有破粉碎到一定細度，才可能充分混合均勻，從而）各種原料只有破粉碎到一定細度，才可能充分混合均勻，從而保證制品組織結構的均勻性。保證制品組織結構的均勻性。（2）通過破粉碎將各種原料加工成各種粒度，才能形成大小顆粒混）通過破粉碎將各

9、種原料加工成各種粒度，才能形成大小顆粒混合的緊密堆積，保證制品的成型密度。合的緊密堆積，保證制品的成型密度。（3）只有將原料粉碎到一定細度，才能提高原料的反應活性，促進）只有將原料粉碎到一定細度，才能提高原料的反應活性，促進高溫下的固相反應。高溫下的固相反應。u篩分：是把物料中大小不同粒度進行分離。篩分：是把物料中大小不同粒度進行分離。三、成型工藝1、配料、配料 要使制品具有一定的化學礦物組成和達到一定的致密度，必要使制品具有一定的化學礦物組成和達到一定的致密度，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，泥料質量的好壞很大程度

10、上取決于這一道工序。質量的好壞很大程度上取決于這一道工序。u在耐火材料生產中，通常多采取三種組分顆粒配合在耐火材料生產中，通常多采取三種組分顆粒配合u 細顆粒，從細顆粒，從0到到0.2mm(或或0.1mm)u 中顆粒：從中顆粒：從0.2(或或0.1)mm到到0.5mmu 粗顆粒粗顆粒: 從從0.5mm到到34mm。u重量配料法重量配料法應用得較普遍，重量配料法配料準確度高，要求配料應用得較普遍，重量配料法配料準確度高，要求配料誤差不超過誤差不超過1。三、成型工藝o主要原料的作用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；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

11、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；石墨：抗浸蝕；酚醛樹酯：結合劑酚醛樹酯：結合劑 ，硬化后起骨架作用，提高強度；，硬化后起骨架作用，提高強度；金屬鋁粉：防氧化劑；金屬鋁粉：防氧化劑；綠鉻：提高耐火度，提高強度；綠鉻：提高耐火度，提高強度；碳化硼、碳化硅：防氧化劑、提高耐磨性；碳化硼、碳化硅：防氧化劑、提高耐磨性；微硅粉：提高流動性，強度和抗熱震性；微硅粉：提高流動性，強度和抗熱震性；活性氧化鋁：在澆注料中提高坯體密度、流動性、強度，提高二次莫活性氧化鋁：在澆注料中提高坯體密度、流動性、強度，提高二次莫來石生成量等，降低加水量和氣孔率。來石生成量等，降低加水量和氣

12、孔率。有機纖維：防爆劑。有機纖維：防爆劑。三、成型工藝 2、混料、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。坯料混合的最終目的，旨在使坯料中壓、捏和、排氣過程在內。坯料混合的最終目的，旨在使坯料中成分和性質均勻，即在單位質量或體積內具有同樣的成分和顆粒成分和性質均勻，即在單位質量或體積內具有同樣的成分和顆粒組成。理想的完全混合狀態如圖所示，即不同的物料的互相接觸組成。理想的完全混合狀態如圖所示，即不同的物料的互相接觸面積達到最大值。在實際操作中，不可能達到理想的完全均勻混面積達到最大值。在實際操作中

13、，不可能達到理想的完全均勻混合狀態。統計的完全均勻混合狀態如圖所示。合狀態。統計的完全均勻混合狀態如圖所示。原始狀態原始狀態理想完全狀態理想完全狀態實際完全狀態實際完全狀態三、成型工藝u 坯料的配比合適，混練質量好，才能獲得質量好的坯料。混練質坯料的配比合適，混練質量好，才能獲得質量好的坯料。混練質量好的坯料應該是：（量好的坯料應該是：（1）各個成分應該是均勻分布的（包括不同）各個成分應該是均勻分布的（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；（原料的顆粒），同一原料的不同大小的顆粒和水分等；（2）坯料）坯料的結合性應得到充分的發揮；（的結合性應得到充分的發揮；（3）空氣充分排除

14、；（）空氣充分排除；（4）再粉碎）再粉碎程度小。程度小。u混料時的加料順序對于泥料混合的均勻性影響很大。先加入中、混料時的加料順序對于泥料混合的均勻性影響很大。先加入中、粗顆粒料，干混數分鐘粗顆粒料，干混數分鐘 ，加酚醛樹酯，混合數分鐘后，再加細粉，加酚醛樹酯，混合數分鐘后，再加細粉，若粗細顆粒同時加入，易出現細粉集中成小泥團及若粗細顆粒同時加入，易出現細粉集中成小泥團及“白料白料”。 對對應于某一種坯料及混練設備，都有一個最佳的混練時間。超過該應于某一種坯料及混練設備，都有一個最佳的混練時間。超過該時間就會造成時間就會造成 “過混合過混合”。三、成型工藝u混合過程：混合過程：1）快速混合階段

15、，不同成分，）快速混合階段，不同成分，不同粒度的顆粒移動，均勻度不同粒度的顆粒移動，均勻度提高很快；提高很快； 2）擴散混合階段：混合達一）擴散混合階段：混合達一定程度后，有的顆粒擴散到新定程度后，有的顆粒擴散到新出現的物料上，這階段表現為出現的物料上，這階段表現為均勻程度的增加比上一階段小；均勻程度的增加比上一階段小； 3）后期混合階段）后期混合階段(或稱逆混合過程或稱逆混合過程) 混合達到一定程度后，配合料的均勻性不但不再增加，甚至有所降低。混合達到一定程度后，配合料的均勻性不但不再增加，甚至有所降低。時間時間/min混合不均勻度混合不均勻度0h1h2三、成型工藝 3、困料、困料 困料就是

16、把混合好的泥料，在一定的溫度和濕度條件下貯放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間充分反應，以改善泥料的成型性能。困料方法簡單，但一定時間充分反應，以改善泥料的成型性能。困料方法簡單，但是一個復雜的物理化學反應過程。在這個過程中，在坯料中分布是一個復雜的物理化學反應過程。在這個過程中，在坯料中分布不均勻的水分（樹酯），逐漸擴散均勻，排出空氣（揮發分），不均勻的水分（樹酯），逐漸擴散均勻，排出空氣（揮發分），捉高了泥料的可塑性和結合性。捉高了泥料的可塑性和結合性。u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，坯料可塑性在很大程度上取決于顆粒周圍的水分（樹酯）的

17、作用，因為它起潤滑劑的作用，降低顆粒間的摩擦，促使其滑動。因為它起潤滑劑的作用，降低顆粒間的摩擦，促使其滑動。u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。塑性提高。三、成型工藝u質量好的泥料，細粉應均勻包圍在顆粒周圍，形成一層薄膜，泥質量好的泥料，細粉應均勻包圍在顆粒周圍，形成一層薄膜，泥料密實，水分（樹酯）分布均勻，不單存在顆粒表面，滲入顆粒料密實，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。如果泥料混合不好，用手料空隙中，用手一捏不松散，易成團。如果泥料混合不好，用手摸時有

18、松散感，這種泥料成型性能不好。摸時有松散感，這種泥料成型性能不好。u混料及困料中出現的問題：目前，泥料短時間的發熱變干是混料混料及困料中出現的問題：目前，泥料短時間的發熱變干是混料工序的主要質量問題。工序的主要質量問題。u措施：措施：盡量避免頻繁變換原料；盡量避免頻繁變換原料；精確稱量，穩定混料工藝，精確稱量，穩定混料工藝，真實做好記錄；真實做好記錄；干料使用量控制在干料使用量控制在50kg以內；以內；使用新廠家原使用新廠家原料要進行生產試驗。料要進行生產試驗。三、成型工藝4、成型、成型 機壓成型過程實質上是一個使坯料內顆粒密集和空氣排出、機壓成型過程實質上是一個使坯料內顆粒密集和空氣排出、形

19、成致密坯體的過程。機壓成型時為獲得致密的坯體，必須給予形成致密坯體的過程。機壓成型時為獲得致密的坯體，必須給予坯料足夠的壓力。這壓力的大小應能夠克服坯料顆粒間的內摩擦坯料足夠的壓力。這壓力的大小應能夠克服坯料顆粒間的內摩擦力，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、顆粒及其在模具內填充不均勻而造成的壓力分布不均勻性。粒及其在模具內填充不均勻而造成的壓力分布不均勻性。三、成型工藝（1）從壓磚技術的觀點看，有三種方法：）從壓磚技術的觀點看，有三種方法：HPF系統：上模板用V0的速度壓入模的加料口，下模板保持不動，但是在上模板向下移動

20、的同時，模框板也以V0/2的速度向下移動。三、成型工藝最大致密度區；中等致密度區；低致密度區或中性區。三、成型工藝（2） 壓制過程壓制過程耐火材料的壓制成型過程可耐火材料的壓制成型過程可以大致分為以下三個階段：以大致分為以下三個階段：階段階段A: 在壓力作用下，顆粒發生在壓力作用下，顆粒發生明顯的位移，重新分布形成較緊明顯的位移，重新分布形成較緊密的堆積，坯料被壓縮明顯。密的堆積，坯料被壓縮明顯。壓縮，壓縮，mm壓力，壓力，MPaABCP1P2三、成型工藝階段階段B: 當壓力增至當壓力增至 P1 后，后，顆粒發生脆性及彈性變形，顆粒發生脆性及彈性變形，坯料被進一步壓縮，但呈坯料被進一步壓縮，但

21、呈階梯式變化階梯式變化坯料被壓坯料被壓縮到一定程度后，即阻礙縮到一定程度后，即阻礙進一步壓縮，一旦壓力繼進一步壓縮，一旦壓力繼續增大到使顆粒再度產生續增大到使顆粒再度產生變形的外力時，坯料的體積又得以被壓縮。這種增壓變形的外力時，坯料的體積又得以被壓縮。這種增壓壓縮的壓縮的過程短促而頻繁，最后，壓制過程進入第三階段。過程短促而頻繁，最后，壓制過程進入第三階段。階段階段C: 在極限壓力在極限壓力 P2 作用下，坯料不再被壓縮，坯體的密度作用下，坯料不再被壓縮，坯體的密度不再增大。不再增大。壓縮，壓縮，mm壓力，壓力，MPaABCP1P2三、成型工藝u影響壓制的因素很多，其中以顆粒的形狀和坯料的濕

22、度對壓制的影響壓制的因素很多，其中以顆粒的形狀和坯料的濕度對壓制的影響最大。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。獲得較大的成型密度。u磚坯中的壓力分布和層密度現象磚坯中的壓力分布和層密度現象: 層密度現象即成型過程中上部料層密度現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，部分壓力消耗在內外摩擦力的作用上，因此出現壓力遞減現象，磚坯的密度也沿加外摩擦力的作用上，因此出現壓力遞減現象，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

23、密下疏，同一水平壓方向遞減。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，可減少此種現象并降低坯體四壁涂潤滑油降低外摩擦力的方法，可減少此種現象并降低坯體的氣孔率。的氣孔率。三、成型工藝（3）彈性后效與層裂）彈性后效與層裂 概念：壓制成型過程中，外加壓力取消后，坯體內部的彈性力引概念：壓制成型過程中，外加壓力取消后，坯體內部的彈性力引起坯體膨脹的作用。起坯體膨脹的作用。 “ 彈性后效彈性后效” 產生的原因：產生的原因：u “彈性后效彈性后效”的危害的危害

24、造成磚坯的造成磚坯的“層裂層裂”缺陷：在加壓過缺陷：在加壓過程中形成的垂直于加壓方向的層狀裂紋。程中形成的垂直于加壓方向的層狀裂紋。u 坯料的水分過高、細粉過量、結合劑（樹酯）過少、壓力過高、坯料的水分過高、細粉過量、結合劑（樹酯）過少、壓力過高、壓制過快（空氣未排出）都會導致層裂的產生。壓制過快（空氣未排出）都會導致層裂的產生。內部彈性力內部彈性力被阻滯于坯體內部的、被壓縮的空氣被阻滯于坯體內部的、被壓縮的空氣被壓縮的、產生一定程度彈性變形的細粉顆粒被壓縮的、產生一定程度彈性變形的細粉顆粒三、成型工藝u防止防止“層裂層裂”、改善磚坯成型質量的措施：、改善磚坯成型質量的措施： 調配合理的顆粒級

25、配，提高坯料的自然堆積密度。調配合理的顆粒級配，提高坯料的自然堆積密度。 選用適當、適量的潤滑劑，以及控制適當的含水率，減小坯料顆粒選用適當、適量的潤滑劑，以及控制適當的含水率，減小坯料顆粒的內外摩擦力。的內外摩擦力。含水率太高易引起層裂含水率太高易引起層裂水的可壓縮性小水的可壓縮性小且具一定彈性。且具一定彈性。 模具結構合理，且模壁光潔度高；模具結構合理，且模壁光潔度高；有利于空氣逸出，減小外摩有利于空氣逸出，減小外摩擦力擦力 加壓方式及加壓次數。加壓方式及加壓次數。先輕后重、多次加壓、適當延長加壓時先輕后重、多次加壓、適當延長加壓時間有利間有利物料在持續負載作用下產生的塑性變形大。物料在持

26、續負載作用下產生的塑性變形大。 壓力大小及卸載方式。壓力大小及卸載方式。 坯體在壓力較小但作用時間長的情況坯體在壓力較小但作用時間長的情況下成型時，比大壓力一次性加壓產生的塑性變形大。多次間斷地下成型時，比大壓力一次性加壓產生的塑性變形大。多次間斷地卸壓比一次性突然卸壓好。卸壓比一次性突然卸壓好。三、成型工藝5、主要質量問題和措施、主要質量問題和措施u下水口質量問題下水口質量問題：鋼廠使用易折斷；鋼廠使用易折斷；體密和顯氣孔率梯度變體密和顯氣孔率梯度變化大；化大；中間部位疏松。中間部位疏松。u操作措施：操作措施：控制體密和顯氣孔率在合適范圍內；控制體密和顯氣孔率在合適范圍內；均勻倒料，均勻倒料

27、，細長水口（長度大于細長水口（長度大于200mm）要進行插料；）要進行插料；要注意第一錘緩慢要注意第一錘緩慢壓下，充分排氣；壓下，充分排氣；注意不同水口用的插板厚度。注意不同水口用的插板厚度。u上水口質量問題：易出現層狀裂紋（斷面）。上水口質量問題：易出現層狀裂紋（斷面）。u操作措施：操作措施：嚴格按操作規程操作，放緩節奏；嚴格按操作規程操作，放緩節奏；注意泥料的干注意泥料的干濕和粒級，泥料太濕或太細易產生層裂；濕和粒級，泥料太濕或太細易產生層裂；要注意第一錘緩慢壓要注意第一錘緩慢壓下，充分排氣。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o滑板質量問題：滑板質量問題：區域疏松，使