耐火砖原料的煅烧

除某些原料外，大部分用作耐火砖骨料的原料都需经过高温煅烧（如表所列）。原料煅烧时产生一系列物理化学反应，对改善耐火砖的成分、矿物组成和组织结构，保证耐火砖的体积稳定性及外观尺寸的准确性都有十分重要的作用。表征物料烧结的指标有显气孔率、体积密度、吸水率等。

原料煅烧的最终目的是希望达到烧结。烧结是在高温中进行的，物料开始烧结的温度常与质点开始迁移的温度是一致的。烧结过程中常可或多或少出现液相。液相烧结与固相烧结的动力都是表面张力（或表面能）。烧结过程大致可分为三个阶段：

1、颗粒重新排列 产生在烧结过程中的少量液相包裹在颗粒的表面，并在两颗粒接触处形成颈部；

2、颗粒溶解沉析 原料中的固相与液相化学性质相似，液相湿润性好，对固相有一定的溶解能力。当烧结进行到一定程度才开始有溶解沉析现象发生；

3、颗粒成长 颗粒之间的胶结，液相填充孔隙，不同曲面间溶解沉析继续进行。

原料的纯度与烧结是一对矛盾。原料愈纯，烧结愈困难。例如高纯天然白云石真正烧结需要1750℃以上的高温：而经提纯的高纯镁砂，需1900~2000℃以上才能烧结。这显然给原料的煅烧设备、燃料消耗等带来一系列问题。此外，母盐假象也影响原料的烧结，例如我国辽东半岛菱镁矿较之山东半岛的菱镁矿难于烧结，乃前者母盐假象明显较多所致。因而人们研究采用多种方法来促进耐火砖原料的烧结。

1、降低物料的粒度

一般来说，原料越细，其比面积越大，表面能也越高，粉体表面及其内部出现的晶格缺陷也就越多。粉体活性高，增加了烧结推动力，缩短了原子扩散距离，提高了颗粒在液相中的溶解度。表3-1-5为粉体直径与表面积的关系。

2、活化烧结与二步煅烧

活化烧结即通过增加原料的活性而使其容易烧结。降低原料粒度其实也是一种活。但是单靠机械方法来降低原料粒度是有限的，而且能量消耗也大大增加。采用化学方法也能提高物料的活性，如在碱性耐火原料中广泛使用的二步煅烧法，即轻烧—压球（制坯）—死烧， 就非常有效。

二步煅烧法中，轻烧的目的在于活化晶格。比如菱镁矿的轻烧，在600℃出现等轴晶系方镁石，650℃时非等轴晶系方镁石出现，等轴晶系方镁石逐渐消失，850℃时完全消失。这些方镁石的晶格缺陷较多，活性高，在高温下扩散作用强，促进烧结。轻烧温度对原料的活性影响很大，它直接关系到最终熟料（如铝矾土）的烧结温度与体积密度。对于已确定的物料，总有一个最佳的轻烧温度。轻烧温度过高会使结晶度增加，晶粒变大，比表面积和活性下降；温度过低则可能有残留的未分解的母盐存在而妨碍烧结。

二步煅烧法不但为制备高纯高密度镁砂、合成镁白云石砂开辟了新途径，而且对其它难以致密化的原料烧结作用也很大。堇青石烧结范围狭窄，约30℃左右，以高岭土、滑石和氧化铝为原料煅烧合成堇青石过程中有大量结构水排出，烧结体易形成多孔结构，要得到致密高纯度的合成堇青石熟料十分困难。研究发现，在1000℃×4h小时的条件下对配料进行轻烧，即可产生约25%的结晶程度较差的堇青石。再在1390~1450℃下烧结即可得到性能良好的堇青石熟料，对提高堇青石窑具性能十分明显。

二步煅烧与一次烧结相比，其工艺过程复杂，燃料消耗大，成本高。因而对于纯度不高或者结晶水量与煅烧后产生气体量不大的原料，不必强调采用二步煅烧工艺。

3、添加物促进烧结在目前耐火砖原材料的烧结研究中广泛应用。在固相烧结中，少量添加剂可与烧结相生成固溶体，促进缺陷增加而加速烧结；在有液相参加的烧结中，添加剂能改善液相的性质而促进烧结。对已确定的原料，选择何种添加剂，关键看添加剂能否起到以下几方面的作用：

a、与烧结相形成固溶体；

b、与烧结相形成化合物；

c、与烧结相形成液相；

d、阻止多晶转变；

e、扩大烧结温度范围。

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