耐火材料的成型

1、耐火材料的成型技术部2015.3一、耐火砖基础知识（1）定义：耐火度不小于）定义：耐火度不小于1580的无机非金属材料；的无机非金属材料；（2）耐火材料的分类：有化学属性分类法、化学矿物组成分类法、）耐火材料的分类：有化学属性分类法、化学矿物组成分类法、生产工艺分类法、材料形态分类法等多种方法。生产工艺分类法、材料形态分类法等多种方法。 按制造方法耐火材料可分为：按制造方法耐火材料可分为：一、耐火砖基础知识耐火材料化学属性分类： （1）酸性耐火材料）酸性耐火材料 通常是指其中含有相当数量通常是指其中含有相当数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、料按严格意义讲是指中性耐火材料按严格意义讲是指碳碳质质耐火材料。但通常也将以三价氧化物耐火材料。但通常也将以三价氧化物为主体的为主体的高铝质、刚玉质、锆刚玉质、高铝质、刚玉质、锆刚玉质、铬质铬质耐火材料归入中性耐火材料。耐火材料归入中性耐火材料。（3）碱性耐火材料）碱性耐火材料 一般是指以一般是指以MgO、CaO或以或以MgOCaO为主要成分的耐火材料。为主要成分的耐火材料。一、耐火砖基础知识按化学矿物组成分类：按化学矿物组成分类：一、耐火砖基础知识 耐火材料是一个很大的概念范畴。不仅仅是我们生产中看到的滑板、水耐火材料是一个很大的概念范畴。不仅仅是我们生产中看到的滑板、水口、座砖，还有各种形

3、状，各种结构，多种材料的有机复合等。口、座砖，还有各种形状，各种结构，多种材料的有机复合等。一、耐火砖基础知识一、耐火砖基础知识（3）耐火材料的应用领域耐火材料的应用领域 耐火材料是钢铁、有色金属、耐火材料是钢铁、有色金属、建材、石化、能源、环保、电子建材、石化、能源、环保、电子和国防等基础工业领域的重要基和国防等基础工业领域的重要基础材料，是高温工业热工设备不础材料，是高温工业热工设备不可或缺的重要支撑材料。可或缺的重要支撑材料。钢铁冶金钢铁冶金 70%建材建材 17%有色、化工有色、化工 13%一、耐火砖基础知识（4）耐火材料的组织结构耐火材料的组织结构 耐火材料是由固相（包括结晶相和玻璃

4、相）和气孔两部分构成的耐火材料是由固相（包括结晶相和玻璃相）和气孔两部分构成的非均质体。非均质体。一、耐火砖基础知识（5）耐火材料的基本性能指标）耐火材料的基本性能指标 体积密度：表示干燥制品的质量与其总体积之比，即制品单位体积体积密度：表示干燥制品的质量与其总体积之比，即制品单位体积(表观体积表观体积)的质量。的质量。 气孔率：耐火材料中气孔体积与总体积之比称为气孔率。气孔率：耐火材料中气孔体积与总体积之比称为气孔率。 耐火材料的气孔可分为开口气孔（显气孔）和封闭气孔两类，由耐火材料的气孔可分为开口气孔（显气孔）和封闭气孔两类，由于显气孔率的测定较为容易，所以耐火材料气孔率的指标常以显于显气

5、孔率的测定较为容易，所以耐火材料气孔率的指标常以显气孔率来表示。气孔率来表示。 耐压强度：是材料在单位截面所能承受的极限压力。耐压强度：是材料在单位截面所能承受的极限压力。 抗折强度：是指材料在单位截面所能承受的极限弯曲应力。抗折强度：是指材料在单位截面所能承受的极限弯曲应力。二、滑板与水口在钢厂的使用1、滑板砖：滑板砖是连铸用功能耐火材料，广泛使用于电炉、转炉、滑板砖：滑板砖是连铸用功能耐火材料，广泛使用于电炉、转炉、炉外精炼等钢包和连铸中间包滑动水口系统中。它作为控制钢水炉外精炼等钢包和连铸中间包滑动水口系统中。它作为控制钢水流量和流速的开关。流量和流速的开关。 滑板要求的性能：滑板要求的

6、性能： 滑板对钢水和炉渣要有很强的抗浸蚀性和冲刷性；滑板对钢水和炉渣要有很强的抗浸蚀性和冲刷性； 抗热震性；抗热震性； 高耐磨性和高温强度；高耐磨性和高温强度； 与钢水接触具有低润湿性；与钢水接触具有低润湿性； 高抗氧化性。高抗氧化性。二、滑板与水口在钢厂的使用二、滑板与水口在钢厂的使用 2、上水口：高温下钢液流经上水口，其位置直接镶在钢包座砖中，、上水口：高温下钢液流经上水口，其位置直接镶在钢包座砖中，要求材质耐高温、抗侵蚀、耐冲刷与钢包座砖同步；因此，要求要求材质耐高温、抗侵蚀、耐冲刷与钢包座砖同步；因此，要求使用寿命比滑板砖更长。使用寿命比滑板砖更长。 3、下水口：下水口是钢液流出的通道

7、。要求高温下具有良好的耐冲、下水口：下水口是钢液流出的通道。要求高温下具有良好的耐冲刷性，高温下体积稳定性，并有一定的自熔性。下水口在使用中，刷性，高温下体积稳定性，并有一定的自熔性。下水口在使用中，钢包中的钢液因静压力随着钢水量减少而下降，但要求浇注的速钢包中的钢液因静压力随着钢水量减少而下降，但要求浇注的速率保持与开浇初期相似，这就要求材质具有相应的溶损率，以保率保持与开浇初期相似，这就要求材质具有相应的溶损率，以保证钢水稳定的流量。为提高下水口的抗热震性，将下水口安装在证钢水稳定的流量。为提高下水口的抗热震性，将下水口安装在铁套内，防止开裂。铁套内，防止开裂。 二、滑板与水口在钢厂的使用

8、二、滑板与水口在钢厂的使用二、滑板与水口在钢厂的使用二、滑板与水口在钢厂的使用三、成型工艺三、成型工艺1、破粉碎、破粉碎 耐火材料泥料是由各种不同大小粒径和不同含量的物料组成的，耐火材料泥料是由各种不同大小粒径和不同含量的物料组成的，因此，各种原料都需要经过粉碎筛分这一工序。因此，各种原料都需要经过粉碎筛分这一工序。u破粉碎的重要意义：破粉碎的重要意义：（1）各种原料只有破粉碎到一定细度，才可能充分混合均匀，从而）各种原料只有破粉碎到一定细度，才可能充分混合均匀，从而保证制品组织结构的均匀性。保证制品组织结构的均匀性。（2）通过破粉碎将各种原料加工成各种粒度，才能形成大小颗粒混）通过破粉碎将各

9、种原料加工成各种粒度，才能形成大小颗粒混合的紧密堆积，保证制品的成型密度。合的紧密堆积，保证制品的成型密度。（3）只有将原料粉碎到一定细度，才能提高原料的反应活性，促进）只有将原料粉碎到一定细度，才能提高原料的反应活性，促进高温下的固相反应。高温下的固相反应。u筛分：是把物料中大小不同粒度进行分离。筛分：是把物料中大小不同粒度进行分离。三、成型工艺1、配料、配料 要使制品具有一定的化学矿物组成和达到一定的致密度，必要使制品具有一定的化学矿物组成和达到一定的致密度，必须将各种原料按不同粒径、一定比例配合在一起制成泥料，泥料须将各种原料按不同粒径、一定比例配合在一起制成泥料，泥料质量的好坏很大程度

10、上取决于这一道工序。质量的好坏很大程度上取决于这一道工序。u在耐火材料生产中，通常多采取三种组分颗粒配合在耐火材料生产中，通常多采取三种组分颗粒配合u 细颗粒，从细颗粒，从0到到0.2mm(或或0.1mm)u 中颗粒：从中颗粒：从0.2(或或0.1)mm到到0.5mmu 粗颗粒粗颗粒: 从从0.5mm到到34mm。u重量配料法重量配料法应用得较普遍，重量配料法配料准确度高，要求配料应用得较普遍，重量配料法配料准确度高，要求配料误差不超过误差不超过1。三、成型工艺o主要原料的作用主要原料的作用刚玉、高铝钒土：中性耐火原料，主要耐火原料；刚玉、高铝钒土：中性耐火原料，主要耐火原料；镁砂：碱性耐火原

11、料，主要耐火原料；镁砂：碱性耐火原料，主要耐火原料；石墨：抗浸蚀；石墨：抗浸蚀；酚醛树酯：结合剂酚醛树酯：结合剂 ，硬化后起骨架作用，提高强度；，硬化后起骨架作用，提高强度；金属铝粉：防氧化剂；金属铝粉：防氧化剂；绿铬：提高耐火度，提高强度；绿铬：提高耐火度，提高强度；碳化硼、碳化硅：防氧化剂、提高耐磨性；碳化硼、碳化硅：防氧化剂、提高耐磨性；微硅粉：提高流动性，强度和抗热震性；微硅粉：提高流动性，强度和抗热震性；活性氧化铝：在浇注料中提高坯体密度、流动性、强度，提高二次莫活性氧化铝：在浇注料中提高坯体密度、流动性、强度，提高二次莫来石生成量等，降低加水量和气孔率。来石生成量等，降低加水量和气

12、孔率。有机纤维：防爆剂。有机纤维：防爆剂。三、成型工艺 2、混料、混料 混料耐火材料的混练是混合的一种方式，伴随有一定程度的挤混料耐火材料的混练是混合的一种方式，伴随有一定程度的挤压、捏和、排气过程在内。坯料混合的最终目的，旨在使坯料中压、捏和、排气过程在内。坯料混合的最终目的，旨在使坯料中成分和性质均匀，即在单位质量或体积内具有同样的成分和颗粒成分和性质均匀，即在单位质量或体积内具有同样的成分和颗粒组成。理想的完全混合状态如图所示，即不同的物料的互相接触组成。理想的完全混合状态如图所示，即不同的物料的互相接触面积达到最大值。在实际操作中，不可能达到理想的完全均匀混面积达到最大值。在实际操作中

13、，不可能达到理想的完全均匀混合状态。统计的完全均匀混合状态如图所示。合状态。统计的完全均匀混合状态如图所示。原始状态原始状态理想完全状态理想完全状态实际完全状态实际完全状态三、成型工艺u 坯料的配比合适，混练质量好，才能获得质量好的坯料。混练质坯料的配比合适，混练质量好，才能获得质量好的坯料。混练质量好的坯料应该是：（量好的坯料应该是：（1）各个成分应该是均匀分布的（包括不同）各个成分应该是均匀分布的（包括不同原料的颗粒），同一原料的不同大小的颗粒和水分等；（原料的颗粒），同一原料的不同大小的颗粒和水分等；（2）坯料）坯料的结合性应得到充分的发挥；（的结合性应得到充分的发挥；（3）空气充分排除

14、；（）空气充分排除；（4）再粉碎）再粉碎程度小。程度小。u混料时的加料顺序对于泥料混合的均匀性影响很大。先加入中、混料时的加料顺序对于泥料混合的均匀性影响很大。先加入中、粗颗粒料，干混数分钟粗颗粒料，干混数分钟 ，加酚醛树酯，混合数分钟后，再加细粉，加酚醛树酯，混合数分钟后，再加细粉，若粗细颗粒同时加入，易出现细粉集中成小泥团及若粗细颗粒同时加入，易出现细粉集中成小泥团及“白料白料”。 对对应于某一种坯料及混练设备，都有一个最佳的混练时间。超过该应于某一种坯料及混练设备，都有一个最佳的混练时间。超过该时间就会造成时间就会造成 “过混合过混合”。三、成型工艺u混合过程：混合过程：1）快速混合阶段

15、，不同成分，）快速混合阶段，不同成分，不同粒度的颗粒移动，均匀度不同粒度的颗粒移动，均匀度提高很快；提高很快； 2）扩散混合阶段：混合达一）扩散混合阶段：混合达一定程度后，有的颗粒扩散到新定程度后，有的颗粒扩散到新出现的物料上，这阶段表现为出现的物料上，这阶段表现为均匀程度的增加比上一阶段小；均匀程度的增加比上一阶段小； 3）后期混合阶段）后期混合阶段(或称逆混合过程或称逆混合过程) 混合达到一定程度后，配合料的均匀性不但不再增加，甚至有所降低。混合达到一定程度后，配合料的均匀性不但不再增加，甚至有所降低。时间时间/min混合不均匀度混合不均匀度0h1h2三、成型工艺 3、困料、困料 困料就是

16、把混合好的泥料，在一定的温度和湿度条件下贮放困料就是把混合好的泥料，在一定的温度和湿度条件下贮放一定时间充分反应，以改善泥料的成型性能。困料方法简单，但一定时间充分反应，以改善泥料的成型性能。困料方法简单，但是一个复杂的物理化学反应过程。在这个过程中，在坯料中分布是一个复杂的物理化学反应过程。在这个过程中，在坯料中分布不均匀的水分（树酯），逐渐扩散均匀，排出空气（挥发分），不均匀的水分（树酯），逐渐扩散均匀，排出空气（挥发分），捉高了泥料的可塑性和结合性。捉高了泥料的可塑性和结合性。u坯料可塑性在很大程度上取决于颗粒周围的水分（树酯）的作用，坯料可塑性在很大程度上取决于颗粒周围的水分（树酯）的

17、作用，因为它起润滑剂的作用，降低颗粒间的摩擦，促使其滑动。因为它起润滑剂的作用，降低颗粒间的摩擦，促使其滑动。u颗粒周围的空气则使颗粒分离，降低其可塑性。排除气泡可使可颗粒周围的空气则使颗粒分离，降低其可塑性。排除气泡可使可塑性提高。塑性提高。三、成型工艺u质量好的泥料，细粉应均匀包围在颗粒周围，形成一层薄膜，泥质量好的泥料，细粉应均匀包围在颗粒周围，形成一层薄膜，泥料密实，水分（树酯）分布均匀，不单存在颗粒表面，渗入颗粒料密实，水分（树酯）分布均匀，不单存在颗粒表面，渗入颗粒料空隙中，用手一捏不松散，易成团。如果泥料混合不好，用手料空隙中，用手一捏不松散，易成团。如果泥料混合不好，用手摸时有

18、松散感，这种泥料成型性能不好。摸时有松散感，这种泥料成型性能不好。u混料及困料中出现的问题：目前，泥料短时间的发热变干是混料混料及困料中出现的问题：目前，泥料短时间的发热变干是混料工序的主要质量问题。工序的主要质量问题。u措施：措施：尽量避免频繁变换原料；尽量避免频繁变换原料；精确称量，稳定混料工艺，精确称量，稳定混料工艺，真实做好记录；真实做好记录；干料使用量控制在干料使用量控制在50kg以内；以内；使用新厂家原使用新厂家原料要进行生产试验。料要进行生产试验。三、成型工艺4、成型、成型 机压成型过程实质上是一个使坯料内颗粒密集和空气排出、机压成型过程实质上是一个使坯料内颗粒密集和空气排出、形

19、成致密坯体的过程。机压成型时为获得致密的坯体，必须给予形成致密坯体的过程。机压成型时为获得致密的坯体，必须给予坯料足够的压力。这压力的大小应能够克服坯料颗粒间的内摩擦坯料足够的压力。这压力的大小应能够克服坯料颗粒间的内摩擦力，克服坯料颗粒与模壁间的外摩擦力，克服由于坯料水分、颗力，克服坯料颗粒与模壁间的外摩擦力，克服由于坯料水分、颗粒及其在模具内填充不均匀而造成的压力分布不均匀性。粒及其在模具内填充不均匀而造成的压力分布不均匀性。三、成型工艺（1）从压砖技术的观点看，有三种方法：）从压砖技术的观点看，有三种方法：HPF系统：上模板用V0的速度压入模的加料口，下模板保持不动，但是在上模板向下移动

20、的同时，模框板也以V0/2的速度向下移动。三、成型工艺最大致密度区；中等致密度区；低致密度区或中性区。三、成型工艺（2） 压制过程压制过程耐火材料的压制成型过程可耐火材料的压制成型过程可以大致分为以下三个阶段：以大致分为以下三个阶段：阶段阶段A: 在压力作用下，颗粒发生在压力作用下，颗粒发生明显的位移，重新分布形成较紧明显的位移，重新分布形成较紧密的堆积，坯料被压缩明显。密的堆积，坯料被压缩明显。压缩，压缩，mm压力，压力，MPaABCP1P2三、成型工艺阶段阶段B: 当压力增至当压力增至 P1 后，后，颗粒发生脆性及弹性变形，颗粒发生脆性及弹性变形，坯料被进一步压缩，但呈坯料被进一步压缩，但

21、呈阶梯式变化阶梯式变化坯料被压坯料被压缩到一定程度后，即阻碍缩到一定程度后，即阻碍进一步压缩，一旦压力继进一步压缩，一旦压力继续增大到使颗粒再度产生续增大到使颗粒再度产生变形的外力时，坯料的体积又得以被压缩。这种增压变形的外力时，坯料的体积又得以被压缩。这种增压压缩的压缩的过程短促而频繁，最后，压制过程进入第三阶段。过程短促而频繁，最后，压制过程进入第三阶段。阶段阶段C: 在极限压力在极限压力 P2 作用下，坯料不再被压缩，坯体的密度作用下，坯料不再被压缩，坯体的密度不再增大。不再增大。压缩，压缩，mm压力，压力，MPaABCP1P2三、成型工艺u影响压制的因素很多，其中以颗粒的形状和坯料的湿

22、度对压制的影响压制的因素很多，其中以颗粒的形状和坯料的湿度对压制的影响最大。同一成型压力下，圆形颗粒多、湿度较大的坯料可望影响最大。同一成型压力下，圆形颗粒多、湿度较大的坯料可望获得较大的成型密度。获得较大的成型密度。u砖坯中的压力分布和层密度现象砖坯中的压力分布和层密度现象: 层密度现象即成型过程中上部料层密度现象即成型过程中上部料层先受压，压力沿受力方向一层层往下传递，部分压力消耗在内层先受压，压力沿受力方向一层层往下传递，部分压力消耗在内外摩擦力的作用上，因此出现压力递减现象，砖坯的密度也沿加外摩擦力的作用上，因此出现压力递减现象，砖坯的密度也沿加压方向递减。由上方单向加压的砖坯一般是上

23、密下疏，同一水平压方向递减。由上方单向加压的砖坯一般是上密下疏，同一水平面上是中密外疏。采用双面加压（缩短压力传递距离）及在模具面上是中密外疏。采用双面加压（缩短压力传递距离）及在模具四壁涂润滑油降低外摩擦力的方法，可减少此种现象并降低坯体四壁涂润滑油降低外摩擦力的方法，可减少此种现象并降低坯体的气孔率。的气孔率。三、成型工艺（3）弹性后效与层裂）弹性后效与层裂 概念：压制成型过程中，外加压力取消后，坯体内部的弹性力引概念：压制成型过程中，外加压力取消后，坯体内部的弹性力引起坯体膨胀的作用。起坯体膨胀的作用。 “ 弹性后效弹性后效” 产生的原因：产生的原因：u “弹性后效弹性后效”的危害的危害

24、造成砖坯的造成砖坯的“层裂层裂”缺陷：在加压过缺陷：在加压过程中形成的垂直于加压方向的层状裂纹。程中形成的垂直于加压方向的层状裂纹。u 坯料的水分过高、细粉过量、结合剂（树酯）过少、压力过高、坯料的水分过高、细粉过量、结合剂（树酯）过少、压力过高、压制过快（空气未排出）都会导致层裂的产生。压制过快（空气未排出）都会导致层裂的产生。内部弹性力内部弹性力被阻滞于坯体内部的、被压缩的空气被阻滞于坯体内部的、被压缩的空气被压缩的、产生一定程度弹性变形的细粉颗粒被压缩的、产生一定程度弹性变形的细粉颗粒三、成型工艺u防止防止“层裂层裂”、改善砖坯成型质量的措施：、改善砖坯成型质量的措施： 调配合理的颗粒级

25、配，提高坯料的自然堆积密度。调配合理的颗粒级配，提高坯料的自然堆积密度。 选用适当、适量的润滑剂，以及控制适当的含水率，减小坯料颗粒选用适当、适量的润滑剂，以及控制适当的含水率，减小坯料颗粒的内外摩擦力。的内外摩擦力。含水率太高易引起层裂含水率太高易引起层裂水的可压缩性小水的可压缩性小且具一定弹性。且具一定弹性。 模具结构合理，且模壁光洁度高；模具结构合理，且模壁光洁度高；有利于空气逸出，减小外摩有利于空气逸出，减小外摩擦力擦力 加压方式及加压次数。加压方式及加压次数。先轻后重、多次加压、适当延长加压时先轻后重、多次加压、适当延长加压时间有利间有利物料在持续负载作用下产生的塑性变形大。物料在持

26、续负载作用下产生的塑性变形大。 压力大小及卸载方式。压力大小及卸载方式。 坯体在压力较小但作用时间长的情况坯体在压力较小但作用时间长的情况下成型时，比大压力一次性加压产生的塑性变形大。多次间断地下成型时，比大压力一次性加压产生的塑性变形大。多次间断地卸压比一次性突然卸压好。卸压比一次性突然卸压好。三、成型工艺5、主要质量问题和措施、主要质量问题和措施u下水口质量问题下水口质量问题：钢厂使用易折断；钢厂使用易折断；体密和显气孔率梯度变体密和显气孔率梯度变化大；化大；中间部位疏松。中间部位疏松。u操作措施：操作措施：控制体密和显气孔率在合适范围内；控制体密和显气孔率在合适范围内；均匀倒料，均匀倒料

27、，细长水口（长度大于细长水口（长度大于200mm）要进行插料；）要进行插料；要注意第一锤缓慢要注意第一锤缓慢压下，充分排气；压下，充分排气；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上水口质量问题：易出现层状裂纹（断面）。上水口质量问题：易出现层状裂纹（断面）。u操作措施：操作措施：严格按操作规程操作，放缓节奏；严格按操作规程操作，放缓节奏；注意泥料的干注意泥料的干湿和粒级，泥料太湿或太细易产生层裂；湿和粒级，泥料太湿或太细易产生层裂；要注意第一锤缓慢压要注意第一锤缓慢压下，充分排气。下，充分排气。三、成型工艺三、成型工艺三、成型工艺三、成型工艺o滑板质量问题：滑板质量问题：区域疏松，使