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型材料，所以也称高温陶瓷或高温材料。

为了适应现代工业的需要，材料不仅应有高熔点、高纯度和化学及热的稳定性，而且必须满足各种使用条件所提出的特殊性能，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。

特殊耐火砖包括高熔点氧化物和高熔点非氧化物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常称难熔化合物，它又包括了碳化物、氮化物、硼化物、硅化物及硫化物等。

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），在许多方面都超越了现有耐火砖的范畴，并有自己的特色。但就其主要的基本工艺环节来说，可用下面流程来概括表示：

原料选择→原料热处理→粉碎→配料→素坯成型→干燥→素坯预烧→粗加工→烧成→最后加工。

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经人工提纯的化工原料，极少应用天然矿物原料。原料的纯度要求很高，一般均在99％左右，同时对原料中所含杂质的种类和数量，根据不同用途的耐火砖也有不同的限制。也可采用电熔原料制得稳定性高、烧成收缩小及使用体积稳定的耐火砖，但成本较高，并且由于电熔原料的结晶良好，活性低，使耐火砖烧结困难。

生产特殊耐火砖时，所用原料特别是氧化物原料一般都要经过预烧（电熔原料除外），预烧的目的是：

（1）除掉挥发性杂质、化合水、吸附水、二氧化碳和有机杂质等，从而提高原料纯度。

（2）促进原料致密化，结晶长大，减少耐火砖的烧成收缩，或转变为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，以促进坯体在较低温度下烧结。

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，使晶体长大，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的工艺过程。原料可采用粉状或制成团块预烧。

特殊耐火砖要求用细粉原料成型，粉碎后的细粉颗粒大小，一般应为几微米至几十微米。如此不但改善塑性，便于成型，可使生坯致密，同时料粉颗粒小，比表面积增大，表面能增加，有利于烧结。

工业中粉碎原料常用的主要设备有球磨机、振动磨机和气流粉碎机等。用前两种设备磨碎时有干法和湿法两种。湿法是用水或酒精等作为液体介质。湿磨适合制备较细的颗粒，它研磨均匀，效率比干磨高。如在粉碎初期先用干磨然后再用湿磨，粉碎效率将会更高。湿磨中液体介质起着机械分散作用，楔裂作用和增强研磨作用。

粉碎时为了提高研磨效率，缩短研磨时间，可以加入能降低研磨原料硬度的表面活性物质。

如果要求粉碎过程中不混入杂质，可以采用橡皮、塑料或相应的氧化物作磨机内衬，用相应氧化物材料（或其金属）制成研磨体。但这样会由于研磨体的比重小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，即通过化学方法或物理方法的处理，以提高其纯度（如钢质研磨体和衬板因磨损混入原料中的铁质）。净化方法有水洗、酸洗、溶剂洗、磁洗等。

2．坯体成型

随着对耐火砖的要求不同，以及成型工艺的不断发展，而有多种成型方法，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。

注浆法又有空心浇注、实心浇注、压力浇注、离心浇注和真空浇注法之分。其中空心浇注法和实心浇注法是生产中最基本的浇注法。

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干燥，以除去素坯中游离水分。干燥后的坯体可最终烧成。但有些成型坯体在烧成之前，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机物，尤其是热压注素坯需要排除其中的蜡质；使素坯具有足够的机械强度，以便于初步加工，如尺寸的修整、切削、打洞等。因在最终烧成后，耐火砖的硬度大，机械加工困难。

对于纯氧化物耐火砖来说，因其熔点高，杂质量很少，在高温时液相量极少，烧结主要靠晶相的再结晶作用，所以纯氧化物耐火砖在制造过程中很难烧结。为促进烧结，在工艺上一般采用如下方法：将物料细粉碎，以增加晶格缺陷，使晶格活化；加入促进烧结的加入物，使之与被烧结氧化物形成有限固溶体，因而使被烧结氧化物晶格“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显著影响。如某些氧化物耐火砖中BeO、A12O3等在还原气氛中，由于氧分压低，晶体中的氧可直接从表面逸出，通过与气氛中的H2或CO作用生成H2O或CO2，结果在晶体中留下空位，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的气体或液体作燃料的高温倒焰窑和高温隧道窑外，还经常使用各种式样的电炉，主要有下面三类：

（1）电阻炉：电阻元件（发热体）是用具有适当电阻的耐火砖制成的。可分为金属及非金属两类，形状可做成丝状、棒状、管状、带状。电阻炉的温度可控制在狭窄的范围内。其中常用的有如下几类：

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）二氧化锆电炉。

（2）电弧炉：电弧炉有单相和三相两种，电弧温度可达几千度。

（3）感应炉：根据使用的频率不同，可分为高频感应炉、中频感应炉和低频感应炉。

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