耐火砖裂纹成因及防治

耐火砖裂纹是影响耐火砖质量的一个关键因素，轻者影响耐火砖质量等级的评定；重者危及用户销售困难；严重的甚至造成大批耐火砖报废，给经营者带来不可挽回的经济损失。

有的耐火砖生产厂家投产多年一直受耐火砖裂纹的困扰，究其原因，主要是没有找准裂纹的成因，无法对症下药，所以问题也得不到根治。

成品耐火砖裂纹按生产工序划分主要有四大成因：

一、 原料原因造成的耐火砖裂纹；

二、 成型原因造成的耐火砖裂纹；

三、 干燥原因造成的耐火砖裂纹；

四、 焙烧原因造成的耐火砖裂纹；

下面逐项剖析。

一、 原料原因造成的耐火砖裂纹

1、原料本身特性造成的耐火砖裂纹

① 干燥敏感性系数过高

干燥敏感性系数用来衡量耐火砖裂纹倾向性的大小干敏系数越高耐火砖形成裂纹的倾向性越大反之越小。当干敏系数大于2时裂纹几乎不可避免。当干敏系数小于1时耐火砖一般不易形成裂纹。同样的干敏系数自然干燥不容易产生裂纹而人工干燥却很难控制。主要原因是人工干燥时间短一般在10-30个小时、自然干燥时间长是人工干燥时间的20-40倍。所以有些耐火砖生产厂家自然干燥很正常而改为人工干燥后裂纹却难以控制。

这种类型的裂纹在一些粘土耐火砖和一些粘土掺量高的耐火砖生产厂家最为常见。

防治措施

a 、建厂前必须事先对准备使用的原料进行化验慎用干敏系数高的原料。

b、适量掺加瘠化剂炉渣、煤矸石、粉煤灰、铁矿渣等都是很好的瘠化剂。

② 塑性太差

原料塑性太差会造成成型困难成型时裂纹严重，即便勉强成型因坯体质量差、机械强度低抵抗裂纹的能力就差在干燥、焙烧过程中就容易产生裂纹。

这种情况就好比有的人身体素质差，一遇天气变冷就容易感冒，而身体素质好的人抵抗气温变化的能力强遇冷就不容易感冒。

防治措施

a、砂性黏土可掺加增塑剂如膨润土、高塑性黏土、造纸黑液等。

b、煤矸石、页岩等可降低其粒度增加塑性也可采用掺加增塑剂的方法。

③ 泥料的颗粒级配不合理

所谓颗粒级配即指泥料中各种粒径颗粒所占的比例。一般要求有三种粒径细粉料也称塑性颗粒0.053mm以下填充性颗粒0.053-1.2mm粗骨料饰纹性颗粒1.2-2.4mm。细粉料的含量决定了泥料的塑性一般应占35-50%填充性颗粒应占20-65%这部分颗粒的作用是限制坯体产生过渡的收缩、裂纹、变形粗骨料应占0-30%不做粗骨料饰纹时可不用。

我们生产内墙砖时一般只要求前两种颗粒细粉料、填充性颗粒的比例若这一比例失调生产出的砖可能会产生裂纹。 使用河、湖淤泥时经常会遇到这样的问题。

防治措施使用两种以上的原料调整粒径组成确保颗粒级配合理。

 2、 管理原因造成的耐火砖裂纹

① 生产工艺不合理主要是掺混不匀

两种或两种以上的原料用来造砖时如果掺混不均匀会造成耐火砖的裂纹。因为两种原料的干燥和焙烧收缩不可能一样很容易形成内应力干燥和焙烧后产生裂纹就不可避免。

防治措施

改进工艺设法掺混均匀。最好在进破碎机之前按比例掺混好这样再通过破碎机、筛分、搅拌三道工序掺混后原料的掺混效果会更佳。两种以上的原料单独破碎、筛分再到搅拌机后掺混很难达到理想的效果。而且原料的比重差别越大,其掺混效果越差,耐火砖产生裂纹的可能性就越大。

② 陈化条件不充分

陈化条件不充分即陈化效果不好也会造成耐火砖的裂纹。

陈化也叫闷料,困存目的是使水分充分渗透、泥料疏解、松散匀化。陈化必须具备四个条件粒度、水分、时间、温度这四个条件缺一不可。粒度越小陈化效果会越好，进陈化库时的水分以达到成型水分为最佳时间必须保证72小时以上。陈化库环境温度也应该尽量保持在10℃以上，温度越低需要的陈化时间越长。

我们在生产中都有这样的经验停产检修前存下的泥料下次再生产时特别好用，这是因为陈化时间延长的原因，同样的泥料夏天比冬天好用这是因为夏季气温比冬季高的原因。

二、成型原因造成的耐火砖裂纹

1、设备原因

① 设备本身缺陷

由于设备本身某些参数设计不合理会造成耐火砖裂纹，如搅拌机设计或制作不合理造成搅拌不匀、搅拌强度不够、搅拌时间短等。曹世璞老师在其讲义中曾举过这样的例子同样的泥料搅拌2分钟挤出砖坯的干燥裂纹为4%，而搅拌到3分钟以上在同样的干燥条件下干燥裂纹只有1%。 挤出机绞龙、机头俗称机脖子、机口等如设计不合理或加工不合格也会造成耐火砖的裂纹。

防治措施

合理选择设备

② 模具不合格

生产空心砖时由于模具不合格会造成砖坯裂纹轻者形成隐形裂纹到干燥或焙烧后才会显现严重时直接影响成型。

防治措施

选购合格的模具。

空心砖的模具最好不要自己加工。个别耐火砖生成厂家为图省钱自己加工空心砖摸具看似省钱其实得不偿失。因为自己加工的模具运行阻力大、调试时间长、砖坯废品率高、产量低综合算起来还是买专业制造厂家的省钱。

2、真空度太低

根据实验测试结果成型前泥料中空气的含量一般10-12%体积比成型时要用真空泵把这些空气尽量抽出来。因为不可能达到绝对的真空所以总有一部分空气滞留在砖坯中。

实验表明真空度在50-85%时砖坯最容易分层，75%时分层最严重，而且真空度低的砖坯密实度差这样的砖坯干燥过程最容易产生裂纹。

生产过程中真空度应该越高越好，目前国外设备的真空度已经达到96-98%即0.096-0.098MPa。真空度越高砖坯密实度越好，机械强度越高，抵抗裂纹的能力也就越强。

有的专家说真空度不能太高了，太高了影响干燥实际上这是不切实际的。这种说法和“原料不是越细越好”的观点是出于同一个理由。那就是过分密实的坯体原料颗粒，会堵塞水分子的通道，造成干燥困难。水分子的直径为2.8×10^-10 m而原料颗粒最小也不过是微米级即10^-6 m假设泥料的颗粒直径全部是1微米实际上是不可能的那么它仍然是水分子直径的3571倍即相当于直径3米多的大石头挤在一起不管这些石头挤得多紧小蚂蚁仍能从它们的间隙里进出自如。所以说“坯体密实度高影响干燥效果”的说法是不正确的。

当然泥料粒度越小，其比表面积越大，和水结合的能力越强成型含水率越高干燥难度会有所增加。

防治措施

合理选择真空泵加强管理防止挤出机漏气确保真空度在85%以上。

3、润滑不正常

挤出机机口处的润滑非常重要。润滑不好会使泥流速度不一致造成耐火砖砖坯裂纹。生产空心砖时尤为明显。

防范措施

加强管理确保润滑正常。

三、 干燥原因造成的耐火砖裂纹

1、急干

① 送风温度太高 一般干燥窑送风温度为105-130℃如果送风温度太高会造成砖坯急干裂纹。因砖坯外层接触热空气吸热快温升比内部要快得多，其脱水速度也就相应的比内部快得多造成内外收缩不一致，从而产生裂纹。

防治措施调

整送风温度

② 干燥窑预热段太短

即便送风温度合适，但如果预热段太短，砖坯内部还没有达到相应的温度内扩散与外扩散速度差别太大，这时如果砖坯被强行送入送风段砖坯仍然会产生急干裂纹。

防治措施调整预热段长度

一般应占干燥窑总长度的30%左右。冬季适当缩短夏季适当延长。

③ 通风量太大

如果干燥窑通风量太大，即便送风温度和预热段长度都符合要求，砖坯仍然会产生裂纹，这种裂纹也是急干造成的。因为预热段的作用是加热砖坯，而不是排除水分，当然这只是理想状态实际上是不可能的。但我们可以控制预热段砖坯的脱水速度。砖坯脱水速度的快慢跟空气的相对湿度成反比，即空气的相对湿度越高，砖坯的排水速度越慢，反之越快。如果保持预热段前端空气的相对湿度尽量大90-95%砖坯的脱水速度就会很慢，我们的目的就基本能达到。但过高的通风量会带走大量的水分，会使窑内空气的相对湿度变小，砖坯就会加速脱水从而产生急干裂纹。

防治措施

合理控制通风量

在排潮口按湿度计确保排潮口湿度保持在90-95%之间。

 ④ 窑车台面温度过高

一次码烧隧道窑，由于窑车担负干燥和焙烧双重任务，经过焙烧窑后的窑车台面储存了大量的热量，如果卸完车后冷却时间过短，大量的热量散发不出来这样的窑车码好砖坯后底层砖坯往往因急干造成严重裂纹，尤其夏季最为明显。

防治措施

窑车台面施工时尽量使用绝热效果好的耐火材料延长空车线长度增加散热降温时间。

2、凝露也叫回潮

凝露的主要原因就是干燥窑预热段湿空气产生饱和，即相对湿度达到100%。砖坯表面吸收空气中的水分后膨胀从而产生网状裂纹。造成预热段湿空气饱和的主要原因有三项

①         预热段太长 预热段一般设计为干燥窑总长度的30%太长的预热段容易使湿空气产生饱和；

②         送风温度太低 送风温度太低会造成排潮温度低，预热段湿空气很容易产生饱和；

③         通风量不足 热风带走水蒸气的能力是有限的，1立方100℃的热风在标准状态下能带走水蒸气588.17克，而1立方30℃的热风在标准状态下只能带走30.36克水蒸气。如果通风量太小，送风量太小或排风量太小，会使预热段湿空气产生饱和。

防治措施

针对以上三项采取相应措施。

3、砖坯收缩拉裂

砖坯在干燥过程中要产生收缩,含水率越高收缩量越大。坯垛中间的砖坯要受到相邻砖坯的收缩拉力,当收缩拉力大于其机械强度时砖坯便被拉裂。
防治措施

增加砖坯的机械强度采用硬塑成型、提高泥料塑性、提高真空度等、降低一次码坯的高度。 4、压裂

坯垛中下层砖坯要承受上层砖坯的重力层数越高，下层砖坯承受的重力越大，当砖坯承受的重力超过其自身强度时砖坯便会断裂。当窑车台面不平整时这种现象尤为严重。

防治措施

增加砖坯的机械强度同上加强管理确保窑车台面平整。

四、 焙烧原因产生的裂纹

1、预热带急干炸裂

干燥后的砖坯进入焙烧窑后仍有两种水分需要缓慢排除，一是自由水，即干燥后的残余水分二是原料各化合物中的化合水。如果砖坯在预热带升温过急，急剧膨胀的水蒸气会把砖坯撑裂，从而形成急干裂纹严重时砖坯会断为数块俗称爆坯。

主要原因有两项

①闸不合理 用闸太少使砖坯在低温阶段得不到预热直接进入中温阶段8℃一般轮窑用闸不低于个焙烧窑设计的闸应尽量用全。 防治措施 合理用闸确保预热带缓慢升温。 ② 轮窑揭纸挡不及时 轮窑预热带的纸挡必须及时揭掉否则热风抽不过去砖坯得不到预热等纸挡被自然烧穿时热风温度已经高达℃以上其后果和用闸太少造成的后果一样。 防治措施 及时揭纸挡闸用到哪里纸挡就揭到哪里。

2、急火 急火即预热带升温过急。

预热带中后部若升温过急砖坯也会产生裂纹。制砖原料中的石英在573℃和870℃时要发生晶型转变，转变的同时伴随着体积的膨胀，573℃时由β-石英转变为α-石英，体积膨胀4.68%。870℃时由α-石英转变为α-鳞石英，体积膨胀13.68%。若升温过急石英膨胀速度太快会把砖坯“撑裂”。尤其是573℃-870℃时的晶型转变因其体积膨胀率大13.68%最容易产生裂纹。所以这一阶段要缓慢升温升温，速度最好控制在60-80℃/h。

防治措施

适当延长预热带中后部升温速度不要过急。

3、冷却过急

经过高温焙烧的砖坯进入冷却带后，要缓慢降温，若冷却过急粘土耐火砖表面急剧降温，而内部仍处于高温状态，由于收缩不一致势必产生内应力内应力超过砖坯的机械强度时，制品便产生裂纹。

冷却过程伴随石英晶型转变带来的体积收缩也会造成成品的裂纹石英晶型转变过程是可逆的其体积膨胀产生的后果也是一样的。主要原因轮窑打门过早隧道窑设计太短或在冷却带开急冷风口。

防治措施

轮窑严禁早打门冷却带不能低于50m 隧道窑设计长度不能太短根据不同原料性质确定窑的长度最短不应低于50m 隧道窑冷却带不要开急冷风口冷却风机应安装在出车端窑门处。

3、预热带凝露 预热带用闸不合理，使湿烟气流程过长容易导致湿空气产生饱和，使砖坯回潮产生裂纹性质，同干燥窑凝露。

防治措施

合理用闸及时排出，湿烟气用桥式闸或正桥梯式闸参见本刊年第期《浅谈隧道窑的用闸》。

综上所述耐火砖裂纹的成因还是比较复杂的，为了直观起见我们可以借鉴安全管理中事故树的模式把耐火砖裂纹的成因，以框图的形式画出来这样分析起来就简单多了图附后。

我们在生产过程中往往耐火砖出现了裂纹但却很难查找其成因。如何根据裂纹的性质判断其成因呢下面根据经验简要说明一下。

耐火砖的裂纹根据其性质可以分为两大类即显纹和暗纹。显纹是指一眼就能看到的裂纹。暗纹一般用肉眼难以看到，但可以通过仪器来辨别，也可以用敲击的方式通过听声音来判断。如果一块没有显纹的砖，用金属敲击其声音沉闷、不清脆俗，称哑音，则证明有暗纹存在。欠火砖除外。成型时出现的暗纹和显纹在干燥和焙烧后会明显扩大大，部分暗纹会变成显纹。 原料原因陈化条件不充分、干敏系数过高、塑性太差、掺混不匀、颗粒级配不合理产生的裂纹只有在后续工序中才能发现，因为这些原因处在生产工序的上游，所以判断较为困难。比较简单的办法，就是邻近耐火砖生成厂家之间互换原料做试验。如甲厂生产的耐火砖裂纹严重，而乙厂生产的耐火砖质量较好，两厂可互换部分原料做试验。若乙厂的原料在甲厂生产的砖不裂纹，而甲厂的原料到乙厂做的耐火砖仍然裂纹则可以判断甲厂砖裂纹是由于原料原因引起的。同样的办法可以很快判断成型、干燥和焙烧方面原因引起的裂纹查到原因后就可以采取针对性的措施。

成型主机绞龙、模具、润滑等原因造成的裂纹最大的特点就是规律性强裂纹的深度、位置、方向基本一致，其他原因产生的裂纹则规律性不强。

凝露产生的裂纹一般呈网格状，称为网状裂纹。都发生在砖坯的表面深度较浅，干燥过程中发生的网状裂纹，出干燥窑就可以发现。

干敏系数过高产生的裂纹多在迎风面和边棱处，有的在存坯线上就可以发现。干燥效果越好裂纹越严重。

干燥窑内产生的急干裂纹多发生在坯垛的迎风面和边部背风面和中下部，相对较轻。

干燥收缩产生的拉裂发生在坯垛中下部为纵向裂纹。

压裂多发生在坯垛的中下部横向和纵向都有底层、窑车台面不平处尤为明显。

焙烧窑预热带产生的炸纹多发生在砖坯的大面、中部裂纹处粗糙深度大坯垛干燥不好的部位背风面、中下部最严重。

冷却过急产生的裂纹较细、较直也称发纹裂纹处比较平滑有的外观不明显属于暗纹敲击有哑音坯垛边部、迎风面较其他部位严重。