特种耐火砖知识介绍
2020-09-28 17:50:34 点击：
特种耐火砖主要有(yǒu)高熔点氧化物(wù)、高熔点非氧化物(wù)及由此衍生的复合化合物(wù)、金属陶瓷、高温涂层、高温纤维及其增强材料。其中高熔点非氧化物(wù)通常称难熔化合物(wù)，它又(yòu)包括碳化物(wù)、氮化物(wù)、硼化物(wù)、硅化物(wù)及硫化物(wù)等。
特种耐火砖的基本生产工艺
特殊耐火砖是无机非金属材料的一个分(fēn)支材料。它是在传统陶瓷和—般耐火砖的基础上发展起来的新(xīn)型材料，所以也称高温陶瓷或高温材料。為(wèi)了适应现代工业的需要，材料不仅应有(yǒu)高熔点、高纯度和化學(xué)及热的稳定性，而且满足各种使用(yòng)条件所提出的特殊性能(néng)，如高温下持久强度，蠕变极限，极高纯度以及中子俘获截面等性能(néng)。
特殊耐火砖包括高熔点氧化物(wù)和高熔点非氧化物(wù)及由此衍生的金属陶瓷、高温涂层、高温纤维及增强材料。其中高熔点非氧化物(wù)常称难熔化合物(wù)，它又(yòu)包括了碳化物(wù)、氮化物(wù)、硼化物(wù)、硅化物(wù)及硫化物(wù)等。特殊耐火砖的生产工艺与普通耐火砖和传统的陶瓷生产工艺相仿，但由于耐火砖的特殊要求及其本身的性质（如纯度高、低塑性、难烧结等），在许多(duō)方面都超越了现有(yǒu)耐火砖的范畴，并有(yǒu)自己的特色。但就其主要的基本工艺环节来说，可(kě)用(yòng)下面流程来概括表示：原料选择→原料热处理(lǐ)→粉碎→配料→素坯成型→干燥→素坯预烧→粗加工→烧成→后加工。1．原料的制备原料的制备包括原料的选择、预烧、细粉碎等工序。
生产特殊耐火砖几乎都采用(yòng)经人工提纯的化工原料，极少应用(yòng)天然矿物(wù)原料。原料的纯度要求很(hěn)高，一般均在99％左右，同时对原料中所含杂质的种类和数量，根据不同用(yòng)途的耐火砖也有(yǒu)不同的限制。也可(kě)采用(yòng)電(diàn)熔原料制得稳定性高、烧成收缩小(xiǎo)及使用(yòng)體(tǐ)积稳定的耐火砖，但成本较高，并且由于電(diàn)熔原料的结晶良好，活性低，使耐火砖烧结困难。
生产特殊耐火砖时，所用(yòng)原料特别是氧化物(wù)原料一般都要经过预烧（電(diàn)熔原料除外），预烧的目的是：（1）除掉挥发性杂质、化合水、吸附水、二氧化碳和有(yǒu)机杂质等，从而提高原料纯度。（2）促进原料致密化，结晶長(cháng)大，减少耐火砖的烧成收缩，或转变為(wèi)另一种稳定的结晶相。（3）适当控制原料的预烧温度，使颗粒获得表面活化，以促进坯體(tǐ)在较低温度下烧结。原料预烧时，要注意原料预烧温度。预烧温度过低，则达不到预烧目的，过高则由于再结晶的发生，使晶體(tǐ)長(cháng)大，给耐火砖烧结带来困难。所以预烧温度取决于原料的性质和采用(yòng)的工艺过程。原料可(kě)采用(yòng)粉状或制成团块预烧。特殊耐火砖要求用(yòng)细粉原料成型，粉碎后的细粉颗粒大小(xiǎo)，一般应為(wèi)几微米至几十微米。如此不但改善塑性，便于成型，可(kě)使生坯致密，同时料粉颗粒小(xiǎo)，比表面积增大，表面能(néng)增加，有(yǒu)利于烧结。
工业中粉碎原料常用(yòng)的主要设备有(yǒu)球磨机、振动磨机和气流粉碎机等。用(yòng)前两种设备磨碎时有(yǒu)干法和湿法两种。湿法是用(yòng)水或酒精等作為(wèi)液體(tǐ)介质。湿磨适合制备较细的颗粒，它研磨均匀，效率比干磨高。如在粉碎初期先用(yòng)干磨然后再用(yòng)湿磨，粉碎效率将会更高。湿磨中液體(tǐ)介质起着机械分(fēn)散作用(yòng)，楔裂作用(yòng)和增强研磨作用(yòng)。粉碎时為(wèi)了提高研磨效率，缩短研磨时间，可(kě)以加入能(néng)降低研磨原料硬度的表面活性物(wù)质。如果要求粉碎过程中不混入杂质，可(kě)以采用(yòng)橡皮、塑料或相应的氧化物(wù)作磨机内衬，用(yòng)相应氧化物(wù)材料（或其金属）制成研磨體(tǐ)。但这样会由于研磨體(tǐ)的比重小(xiǎo)而降低磨机的粉碎效率，增加磨细时间。原料经粉碎后要进行净化处理(lǐ)，即通过化學(xué)方法或物(wù)理(lǐ)方法的处理(lǐ)，以提高其纯度（如钢质研磨體(tǐ)和衬板因磨损混入原料中的铁质）。净化方法有(yǒu)水洗、酸洗、溶剂洗、磁洗等。
2．坯體(tǐ)成型随着对耐火砖的要求不同，以及成型工艺的不断发展，而有(yǒu)多(duō)种成型方法，诸如注浆法、模压法、挤压法，热压注法、热压法、等静压法、气相沉积法和等离子喷涂法等。注浆法又(yòu)有(yǒu)空心浇注、实心浇注、压力浇注、离心浇注和真空浇注法之分(fēn)。其中空心浇注法和实心浇注法是生产中基本的浇注法。
3．耐火砖烧成成型后的素坯应先在空气中自然干燥一定时间后，再在烘箱或烘房中充分(fēn)干燥，以除去素坯中游离水分(fēn)。干燥后的坯體(tǐ)可(kě)终烧成。但有(yǒu)些成型坯體(tǐ)在烧成之前，先要在低于烧成温度之下预烧，通常称素烧。素烧的目的在于烧掉在成型过程中加入的各种有(yǒu)机物(wù)，尤其是热压注素坯需要排除其中的蜡质；使素坯具有(yǒu)足够的机械强度，以便于初步加工，如尺寸的修整、切削、打洞等。因在终烧成后，耐火砖的硬度大，机械加工困难。对于纯氧化物(wù)耐火砖来说，因其熔点高，杂质量很(hěn)少，在高温时液相量极少，烧结主要靠晶相的再结晶作用(yòng)，所以纯氧化物(wù)耐火砖在制造过程中很(hěn)难烧结。
為(wèi)促进烧结，在工艺上一般采用(yòng)如下方法：将物(wù)料细粉碎，以增加晶格缺陷，使晶格活化；加入促进烧结的加入物(wù)，使之与被烧结氧化物(wù)形成有(yǒu)限固溶體(tǐ)，因而使被烧结氧化物(wù)晶格“松散”，使扩散过程容易进行。另外烧成气氛对耐火砖的烧结也有(yǒu)显着影响。如某些氧化物(wù)耐火砖中BeO、A12O3等在还原气氛中，由于氧分(fēn)压低，晶體(tǐ)中的氧可(kě)直接从表面逸出，通过与气氛中的H2或CO作用(yòng)生成H2O或CO2，结果在晶體(tǐ)中留下空位，加速了氧离子在晶格中的扩散速度而促进烧结。
．在特殊耐火砖工业中，烧成设备除了象普通耐火砖中用(yòng)的气體(tǐ)或液體(tǐ)作燃料的高温倒焰窑和高温隧道窑外，还经常使用(yòng)各种式样的電(diàn)炉，主要有(yǒu)下面三类：（1）電(diàn)阻炉：電(diàn)阻元件（发热體(tǐ)）是用(yòng)具有(yǒu)适当電(diàn)阻的耐火砖制成的。可(kě)分(fēn)為(wèi)金属及非金属两类，形状可(kě)做成丝状、棒状、管状、带状。電(diàn)阻炉的温度可(kě)控制在狭窄的范围内。其中常用(yòng)的有(yǒu)如下几类：1）硅碳（SiC）棒炉；2）碳管炉；3）炭粒炉；4）钼（Mo）丝或钨（W）丝（带）炉；5）二硅化钼（MoSiO：）棒炉；6）二氧化锆電(diàn)炉。（2）電(diàn)弧炉：電(diàn)弧炉有(yǒu)单相和三相两种，電(diàn)弧温度可(kě)达几千度。（3）感应炉：根据使用(yòng)的频率不同，可(kě)分(fēn)為(wèi)高频感应炉、中频感应炉和低频感应炉。
特种耐火砖的冷加工必要性
很(hěn)多(duō)特种耐火砖制品，不仅形状复杂，而且要求耐火砖的规格及尺寸，垂直度、同心度、平行度 高，能(néng)与其他(tā)余属部件装配或连接。按目前特种耐火砖制品的生产工艺，已遠(yuǎn)不能(néng)达到对其制品精度的要求。為(wèi)此，对烧制后的耐火砖制品再进行冷加工。很(hěn)多(duō)特种耐火砖制品都具有(yǒu)硬度大和耐磨性好的特点。采用(yòng)传统的加工工具和研磨材料、加工效率很(hěn)低，甚至无法加工。对氧化物(wù)、碳化物(wù)、氮化物(wù)、硼化物(wù)、金属陶瓷等不同类型的特种耐火砖制品，要采用(yòng)特制的或超硬的切、磨、钻、研的工具与材料。
特种耐火砖的冷加工
特种耐火砖的工序繁多(duō)，工艺复杂，从原料处理(lǐ)、坯料成型，一直到烧成的整个制造过程，要经过大大小(xiǎo)小(xiǎo)几十道工序。在一系列工序中，由于复杂的工艺因素，如原料的组成、颗粒大小(xiǎo)、介质的多(duō)少、成型压力、烧成制度等的变化，以及由于操作技术的高低，结果使终烧成的耐火砖存在着一定的制造误差。这些误差包括制品收缩不足而使耐火砖尺寸余量大，制品在烧成时的收缩不均匀而引起的变形，以及制品表面粗糙、不平等。这种制品不能(néng)直接用(yòng)作尺寸配合要求严格的部件。另外，某些特殊形状的制件，不能(néng)在烧成前定型，而只能(néng)在烧成后完成，因此，对烧成后的特种耐火砖制品用(yòng)特殊的设备和工具进行后的尺寸加工，以达到造型和尺寸公差的要求。
因為(wèi)对制件的加工是在冷态进行的，所以简称冷加工。但是，特种耐火砖是一种坚硬而脆的多(duō)晶體(tǐ)材料，它没有(yǒu)金属那样的韧性和延展性，也没有(yǒu)像有(yǒu)机材料那样的塑性，因而，它的机械可(kě)加工性能(néng)很(hěn)差。虽然近十几年来，对特种耐火砖冷加工的工艺、技术和加工设备已经有(yǒu)了很(hěn)大的发展，但在通常情况下，对特种耐火砖制件进行冷加工仍是一件相当困难的事。因此，在目前生产特种耐火砖的工艺水平上，我们尽量根据制品在整个制造过程中的总收缩率来控制烧成前的毛坯尺寸精度，减少加工余量；在烧成前的成型及半成品加工中，尽量完成制品的造型，在烧成操作技术上降低制品变形、弯曲的程度，使烧成后的制品不再需要加工或仅作很(hěn)少余量的加工。当然，做到这一点也不是十分(fēn)容易的。
对氧化物(wù)、碳化物(wù)、硼化物(wù)、氮化物(wù)、金属陶瓷等不同类型的特种耐火砖，根据它们的不同材质和具有(yǒu)的机械强度和硬度特性，以及对耐火砖不同的技术要求，应采用(yòng)不同的加工设备和加工方法。总的来说，特种耐火砖的加工包括：切、車(chē)、刨、钻、铣、磨、抛光等。其中切、車(chē)、刨、钻、铣所用(yòng)的工具多(duō)為(wèi)切削刀(dāo)具或刀(dāo)片，研磨、抛光则用(yòng)砂轮、磨料、抛光膏等。这些加工操作可(kě)分(fēn)别在普通的或专门设计的各种机床或切割机上进行。对特种耐火砖的机械加工主要采用(yòng)磨削、研磨、抛光的加工方法，所用(yòng)的磨具磨料已推广使用(yòng)人造金刚石。用(yòng)人造金刚石可(kě)加工制成砂轮、刀(dāo)片、研磨膏、砂纸及各种粒度的散状磨料。
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