耐火原料的工艺性质
发布日期： 2019-03-19 10:40:17 阅读量（460） 作者：耐火原料的工艺性质主要取决于原料的矿物组成与颗粒组成，与耐火材料的制造工艺密切相关。这类性质主要有粒度与颗粒尺寸分布，细度与比表面积，可塑性与结合性，干燥收缩与烧成收缩，烧结温度与烧结范围等。
一、粒度与颗粒尺寸分布
粒度是指耐火原料的颗粒大小.颗粒尺寸分布(简写PSD)是报连续的、不同粒度级别(以mm，μm或筛孔网目表示)范围内，各粒度级别的颗粒所占的重里百分比。粘土类原料的颗粒尺寸，分布对其可塑性、干燥性能、烧成性能都有很大影响。原料的颗粒尺寸分布对耐火制品的体积密度、气孔率、机械强度及热震稳定性等的影响也十分明显。要想得到质量稳定的耐火材料，除对原料的化学矿物组成有所要求外，对其颗粒尺寸，分布也应有明确要求。
颗粒尺寸分布的测定通常用筛分分析与颗粒分析仪，筛分分析有干法筛分与水法筛分。由于受筛网孔径的限制，筛分分析适合于做较粗颗粒(>10μm)的粒度分布测定。颗粒分析仪通常用于粘土及微粉等极细颗粒的尺寸，分布测定。
物料的颗粒尺寸，分布可以用直方图表示(图1a)，也可以用连续曲线表示(图1b、图1c)，但累计分布曲线是最常用的方法，因为这种形式的曲线更容易添改和归—化，曲线可以被绘制成小于某颗粒尺寸的分布(图1d)或大于某颗粒尺寸的分布(图1e)。
图1颗粒尺寸分布的典型图形
对颗粒尺寸分布曲线进行归纳分析可以得到表述相关颗粒尺寸大小程度的参数，如中位径、平均颗粒尺寸和众数直径等。中位径是累计颗粒尺寸分布曲线中值点的直径，通常用D50或d50表示：平均颗粒尺寸是尺寸分布的平均值;众数直径为出现频率最高的直径，它是分布的数最高呤的值，多峰PSD有多个众数直径。具有宽范围及多峰PSD的物料，其堆积密度较大，
二、细度与比表面积
细度表示粉状原料的粗细程度，常以标准筛的筛余百分数或比表面积表示，也可用颗粒大小的百分比组成或单位重量物料的平均直径来表示，细度与粒度没有严格的区别，只是前者习惯于细粉牌原料粗细程度的表示。
比表面积是指单位质量的原料所具有的表面积，单位为，比表面积分外表面积和内表面积.理想的非孔性原料只有外表面积：但带有气孔的原料除外表面积之外尚有内表面积，比表面积的测定方法较多，常用的有气体吸附法、有机分子吸附法和透气法等。
三、可塑性与结合性
物质受外力作用后发生变形而不产生裂纹，在外力解除后，变形的形态仍然保留而不再恢复原状的性能称为可塑性，可塑性是结合粘土的一个重要的成型工艺指标，可塑性与固体颗粒吸附水的性能、比表面积和水量有关，如粘土加水后，由于在大量粘土颗粒表面吸附一层水膜，使颗粒间既便于在外力作用下滑移，又具有一定的结合力，因而具有较高的可塑性。
可塑性的测量有可塑性指数法与可塑性指标法，也有用可塑水分来衡量的，可塑性指数是指泥料呈可塑状态时，含水量的变化范围，其值等于液性限度(液限)和塑性限度(塑限)之差，液限是泥料呈可塑状态时的上限含水量，当含水量超过液限时，泥料即呈流动状态：塑限是泥料呈可塑状态时的下限含水量，当含水量低于塑限时，泥料呈半固体状态，液限与塑限之差，以百分数表示即为可塑性指数。
可塑性指标代表泥料的成型性能，方法是将泥团加工成直径为45mm的球体，置入可塑仪中，加重力压缩至开始出现裂纹为止，可塑性指标是泥球在外力作用下的变形程度，即应力与应变之乘积，计算公式如下：
粘土的可塑性按可塑性指数或可塑性指标可以分为四级，影响粘土可塑性的因素很多，一种是粘土矿物的生成年代、矿物种类、结晶形态和结晶度。由有序度高的高岭石组成的高岭土，可塑性低;由有序度低的高岭石组成的高岭土则与之相反，另外粘土的粒度、阳离子交换性、可交换性阳离子种类均影响其可塑性。几种常用结合粘土的可塑性对比列于表1中。
表1结合粘土的可塑性
①选料，除去其中的羊可塑性杂质，如石英等;
②将原料细磨，增加其分散度;
③加入适量可塑性物质结合剂，如纸浆废液、糊精等;
④对泥料进行真空挤出处理;
⑤延长困料时间。
原料的结合性是指粘土类原料与非塑性原料结合，形成可塑性泥团并具有一.定的干燥强度的能力，结合粘土的结合性通常以能够形成可塑性泥团时所加入标准石英砂(颗粒组成0.25〜0.15mm占70%，0.15〜0.09mm占30%)的数量和干燥后的抗折强度来反映。一般可塑性强的粘土，其结合能力也强(也有例外，如南宁球粘土很纯而粒度细，可塑性很好。但因表面能大吸附水多，干燥时脱水收缩大，产生的裂隙多致使干燥强度差。其可塑性指数可达36〜47，而抗折强度仅为0.48MPa。
四、干燥收缩与烧成收缩
干燥收缩是指原料在干燥失水后所发生的尺寸变化，原料的干燥过程是在常温下(105〜110℃)进行的脱去吸附水、层间水的过程，将原料按要求制做试样，测定其干燥至恒重后的尺寸，变化，即可计算得到其干燥线收缩率(%)和干燥体收缩率(%)，干燥收缩是粘土的重要工艺技术指标。干燥收缩大，坯体容易变形或开裂，不同种类的粘土其干燥收缩率不同，高岭土干燥收缩率一般为3%〜10%(高岭土中埃洛石含量愈高，干燥收缩率愈大)，蒙脱石粘土为12%〜23%，粘土粒度愈细，干燥收缩也愈大，
烧成收缩是原料经煅烧后的尺寸形变，以百分率表示。烧成收缩是原料失去结构水，矿物品体发生结构破坏或物相转变的综合反映。烧成收缩是耐火原料与制品烧成工艺流程设计的重要参数。
高岭土的烧成收缩率与脱水温度区间有关。以高岭石为主的高岭土，脱水温度区间较窄(400~600℃)，收缩率低：以埃洛石为主的高岭土，脱水温度区间稍宽(<150℃，400~800℃)，收缩率偏高：含水云母较多的高岭土，脱水温度区间也宽(100~300℃和500~800℃)，收缩率也高。高岭石的有序程度也影响烧成收缩。有序度高时，破坏其晶格所需能量大，烧成收缩较小，形成的莫来石呈针状;有中度低的高岭石，易于烧成，烧成收缩较大，形成的莫来石晶体较粗大，表2为两种粘土的烧成收缩率。
表2高岭土与球粘土的烧成收缩率
五、烧结温度与烧结范围
粉状或非致密性原料经加热到低于其熔点的一定温度范围，发生少量易熔成分逐渐液化、顆粒粘结或允填空隙、结构致密度增加、晶粒长大、强度和化学稳定性提商等物理化学变化，成为坚实集结体的过程称为烧结，当气孔率下降到最低值，密度达到最大值时的状态称为烧结状态，对应的温度称为烧结温度。达到烧结温度后若继续加热，原料密度将持续一段时间无显著变化，但超过一定温度，由于重结晶及结晶转化，气孔率就开始增大，密度开始下降，出现过烧膨胀现象，间时原料中出现新的液相，且不断堆多，以至原料坯体发生变形，出现这种情况的最低温度称为软化温度。烧结温度与软化温度之间的温度范围称为烧结范围。
原料的烧结温度和烧结范围与原料的化学组成、矿物晶体结构及杂质含量有关，这组数据是决定原料配比、确定烧成工艺流程、选择窑炉类型的重要工艺参数，这一点对人工合成耐火原料尤为重要。
在耐火原料的煅烧与合成中，希望烧结温度低(节能)，烧结范围宽(易于控制质量)，经常采用的方法有：
①细磨使原料粒度变小，活性增加，利于烧结：
②采用二步煅烧工艺，消除母盐假象，提高活性，如菱镁矿和白云石的烧结：
③添加合适数量的添加剂，如合成堇青石时加入15%左石的ZrSiO4，可使烧结范围扩大15℃;
④添加晶核，即在合成原料的配料中预先加入少量极细的欲合成矿物作为晶核，如合成堇青石时加入堇青石微粉，其烧结温度显著降低。
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