耐火材料在生产过程中，虽然不同耐火制品所使用的原料不同，具体控制工艺条件也不同，但它们的生产工序和加工方法基本上是一致的。如在制品生产过程中一般都要经过原料破碎、细磨、筛分、配料、混练、成型、干燥和烧成等加工工序，而且在这些加工工序中影响制品质量的基本因素也大致相同。
因此，学习和了解耐火材料生产过程中带有共同性的工艺过程，将有助于掌握各种不同耐火制品的生产工艺特点。基于此，找耐火材料网将分多个系列将耐火材料制品的生产过程详细的介绍给大家，干货多多，不可错过哦。
生产耐火材料用耐火熟料(或生料)的块度，通常具有各种不同的形状和尺寸，其大小可由粉末状至350mm左右的大块。另外，由实验和理论计算表明，单一尺寸颗粒组成的泥料不能获得紧密堆积，必须由大、中、小颗粒组成的泥料才能获得致密的坯体。因此，块状耐火原料经拣选后必须进行破粉碎，以达到制备泥料的粒度要求。
耐火原料的破粉碎，是用机械方法(或其他方法)将块状物料减小成为粒状和粉状物料的加工过程，习惯上又称为破粉碎，具体分为粗碎、中碎和细碎。粗碎、中碎和细碎的控制粒度根据需要进行调整。粗碎、中碎和细碎分别选用不同的设备。
（一）粗碎
粗碎——物料块度从350mm破碎到小于50～70mm。粗碎通常选用不同型号的颚式破碎机。其工作原理是靠活动颚板对固定颚板作周期性的往复运动，对物料产生挤压、劈裂、折断作用而破碎物料的。
（二）中碎
中碎——物料块度从50～70mm粉碎到小于5～20mm。中碎设备主要有圆锥破碎机、双辊式破碎机、冲击式破碎机、锤式破碎机等。圆锥破碎机的破碎部件是由两个不同心的圆锥体，即不动的外圆锥体和可动的内圆锥体组成的，内圆锥体以一定的偏心半径绕外圆锥中心线作偏心运动，物料在两锥体间受到挤压和折断作用被破碎。双辊式破碎机是物料在两个平行且相向转动的辊子之间受到挤压和劈碎作用而破碎。冲击式破碎机和锤式破碎机是通过物料受到高速旋转的冲击锤冲击而破碎，破碎的物料获得动能，高速冲撞固定的破碎板，进一步被破碎，物料经过反复冲击和研磨，完成破碎过程。
（三）细碎
细碎（细磨）——物料粒度从5～30mm细磨到小于0.088mm或0.044mm，甚至约0.002mm。细碎设备有筒磨机、雷蒙磨机（又称悬辊式磨机）、振动磨机、气流磨机和搅拌式磨机等。几种细碎机的特点见表3-1。
影响耐火原料破粉碎的因素，主要是原料本身的强度、硬度、塑性和水分等，同时也与破粉碎设备的特性有关。
在耐火材料生产过程中，将耐火原料从350mm左右的大块破粉碎到3～0.088mm的各粒度料，通常采用连续粉碎作业，并根据破粉碎设备的结构和性能特点，采用相应的设备进行配套，例如采用颚式破碎机、双辊式破碎机、筛分机、筒磨机，或者采用颚式破碎机、圆锥破碎机、筛分机、筒磨机等进行配套，对耐火原料进行连续破粉碎作业。
连续破粉碎作业的流程通常有两种，即开流式(单程粉碎)和闭流式(循环粉碎)。
开流式粉碎的流程简单，原料只通过破碎机一次。但是，要使原料只经过一次粉碎后完全达到要求的粒度，其中必然会有一部分原料成为过细的粉料，这称之为过粉碎现象。它不但降低粉碎设备的粉碎效率，而且不利于提高制品的质量。
闭流式粉碎时，原料经过破碎机后被筛分机将其中粗粒分开，使其重新返回破碎机与新加入的原料一起再进行粉碎。显然，闭流式粉碎作业的流程较复杂，并需要较多的附属设备。但采用闭流式粉碎时，破碎机的粉碎效率较高，并可减少原料的过粉碎程度。在耐火材料生产中，原料破碎通常采用开流式，而粉碎系统采用闭流式循环粉碎。
原料在破粉碎过程中不可避免地带入一定量的金属铁杂质。这些金属铁杂质对制品的高温性能和外观造成严重影响，必须采用有效方法除去。除铁方法有物理除铁法和化学除铁法。物理除铁法是用强磁选机除铁，对颗粒和细粉选用不同的专用设备。化学除铁法是采用酸洗法除铁。对于白刚玉等高纯原料，用该方法除铁才能保证原料的高纯度。除铁设备有耐酸泵、耐酸缸、搅拌机、离心机、干燥机和打粉机等。
耐火原料经破碎后，一般是大中小颗粒连续混在一起。为了获得符合规定尺寸的颗粒组分，需要进行筛分。筛分是指破粉碎后的物料，通过一定尺寸的筛孔，使不同粒度的原料进行分离的工艺过程。
筛分过程中，通常将通过筛孔的粉料称为筛下料，残留在筛孔上粒径较大的物料称为筛上料，在闭流循环粉碎作业中，筛上料一般通过管道重返破碎机进行再粉碎。
根据生产工艺的需要，借助于筛分可以把颗粒组成连续的粉料，筛分为具有一定粒度上下限的几种颗粒组分，如3~1mm的组分和小于1mm的组分等。有时仅筛出具有一定粒度上限(或下限)的粉料，如小于3mm的全部组分或大于1mm的全部组分等。要达到上述要求，关键在于确定筛网的层数和选择合理的筛网孔径。前者应采用多层筛，后者可采用单层筛。筛分时，筛下料的粒度大小不仅取决于筛孔尺寸，同时也与筛子的倾斜角、粉料沿筛面的运动速度、筛网厚度、粉料水分和颗粒形状等因素有关。在生产时，改变筛子的倾斜角或改变粉料沿筛面的运动速度，就可在一定程度上调整筛下料的颗粒大小。各厂在实际生产中对筛网孔尺寸大小的表示方法不尽相同，常用的表示方法有目、孔、号和筛孔实际尺寸mm数等，见表3-2。
目前，耐火材料生产用的筛分设备主要有振动筛和固定斜筛两种，前者筛分效率高达90%以上，后者则低，一般为70%左右。
耐火原料经粉碎、细磨、筛分后，一般存放的贮料仓内供配料使用。粉料贮存在料仓内的最大问题是颗粒偏析。因为在粉料颗粒中一般都不是单一粒级，而是由粗到细的连续粒级组成的，只是各种粉料之间颗粒大小和粒级之间的比例不同而已。当粉料卸入料仓时，粗细颗粒就开始分层，细粉集中在卸料口的中央部位，粗颗粒则滚到料仓周边。当从料仓中放料时，中间的料先从出料口流出，四周的料随料层下降，而分层流向中间，然后从出料口流出而造成颗粒偏析现象。
目前生产中解决贮料仓颗粒偏析的方法，主要有以下几种：1)对粉料进行多级筛分，使同一料仓内的粉料粒级差值小些。2)增加加料口，即多口上料。3）将料仓分隔。
生产耐火制品的泥料(也称砖料)是按一定比例配合的各种原料的粉料，在混练机混炼过程中加入水或其他结合剂而制得的混合料。它应具有砖坯成型时所需要的性能，如塑性和结合性等。泥料制备工序包括配料和混练两个工艺过程。
根据耐火制品的要求和工艺特点，将不同材质和不同粒度的物料按一定比例进行配合的工艺称为配料。配料规定的配合比例也称配方。
确定泥料材质配料时，主要考虑制品的质量要求，保证制品达到规定的性能指标；经混练后砖料具有必要的成型性能，同时还要注意合理利用原料资源，降低成本。
（一）粒度组成
泥料中颗粒组成的含意包括：颗粒的临界尺寸、各种大小颗粒的百分含量和颗粒的形状等。颗粒组成对坯体的致密度有很大影响。只有符合紧密堆积的颗粒组成，才有可能得到致密坯体。
计算不同尺寸的圆球体堆积状态表明，通常向大颗粒的组分中加入一定数目尺寸较小的颗粒，使其填充于大颗粒的间隙中，则堆积物间隙可进一步降低。假如向第一组球内引入第二组球，其尺寸比第一组球小，第二组球在空隙内也能以配位数为8的方式堆积，则混合物的空隙下降为14.4%。依此类推，再加入体积更小的第三、第四组球，则空隙还会进一步下降，见表3-3。当三组分球作最紧密堆积时，气孔率下降显著，当组分大于3时，则气孔率下降幅度减小。
在工艺上主要是用来满足耐火制品气孔率、热震稳定性以及透气性的要求，但实际应用时，除考虑最紧密堆积原理外，还须根据原料的物理性质、颗粒形状、制品的成型压力、烧成条件和使用要求全面考虑并加以修正。
最紧密堆积的颗粒，可分为连续颗粒和不连续颗粒。
图3-1给出不连续三组分填充物堆积密度的计算值和实验值，由图可见，堆积密度最大的组成为：55~65%粗颗粒，10~30%中颗粒，15~30%细颗粒。
用不连续颗粒可以得到最大的填充密度，但其缺点是将产生严重的颗粒偏析，而且也是不实际的。实际生产中，还是选择级配合理的连续颗粒，通过调整各粒级配合的比例量，达到尽可能高的填充密度。
在连续颗粒系列中，设D是最大颗粒粒径，d是任意大小颗粒的粒径，y是粒径d以下的含有量，若取配合料总量为100%，则
y＝100(d/D)q
式中q值随颗粒形状等因素变化，实际上取0.3~0.5时，该颗粒系列构成紧堆积。
文献报导适应于耐火材料颗粒组成的计算公式：
y＝[α+(1-α)(d1/D)n]100
式中 α——系数，取决于物料的种类和细粉的数量等因素，一般情况下，0＜α＜0.4；
n——指数，与颗粒的分布及细粉比例有关，n＝0.5~0.9；
D——临界颗粒尺寸；
d1——最小颗粒尺寸。
从式中不难看出，物料的堆积密度与物理一化学性质以及D、n和α值有关。
在一定范围内，试样显气孔率随细粉的增加而降低。当α＝0.31和α＝0.32时，临界粒度为3和4mm的物科，从其紧密堆积时的颗粒组成计算得知，＜0．06mm的颗粒应占34％和42％。
在耐火制品生产中，通常力求制得高密度砖坯，为此常要求泥料的颗粒组成应具有较高的堆积密度。要达到这一目的，只有当泥料内颗粒堆积时形成的孔隙被细颗粒填充，后者堆积时形成的孔隙又被更细的颗粒填充，在如此逐级填充条件下，才可能达到泥料颗粒的最紧密堆积。在实际配制泥料时，要按照理论直接算出达到泥料最紧密堆积时的最适宜的各种粒度的直径和数量比是困难的，但是按照紧密堆积原理，通过实验所给出的有关颗粒大小与数量的最适宜比例的基本要求，对于生产是有重要的指导意义。
通过大量的试验结果表明，在下述条件下能获得具有紧密堆积特征的颗粒组成：
1)颗粒的粒径是不连续的，即各颗粒粒径范围要小。
2)大小颗粒间的粒径比值要大些，当大小粒径间的比值达5～6以上时，即可产生显著的效果。
3)较细颗粒的数量，应足够填充于紧密排列的颗粒构成的间隙中。当两种组分时，粗细颗粒的数量比为7∶3；当三种组分时为7∶1∶2，其堆积密度较高。
4)增加组分的数目，可以继续提高堆积密度，使其接近最大的堆积密度。
上述最紧密堆积理论，只是对获得堆积密度大的颗粒组成指出了方向，在实际生产中并不完全按照理论要求的条件去做。这首先是因为粉料的粒级是连续的，要进行过多的颗粒分级将使得粉碎和筛分程序变得很复杂；其次，虽然能紧密堆积的颗粒组成是保证获得致密制品具有决定性意义的条件，但在耐火制品生产过程中还可以采用其他工艺措施，也同样能提高制品的致密度。另外，原料的性质，制品的技术要求和后道工序的工艺要求等，都要求泥料的颗粒组成与之相适应。因此，在生产耐火制品时，通常对泥料颗粒组成提出的基本要求是：
1)应能保证泥料具有尽量大的堆积密度。
2)满足制品的性质要求，如要求热稳定性好的制品，应在泥料中适当增加颗粒部分的数量和增大临界粒度；对于要求强度高的制品，应增加泥料的细粉量；对于要求致密的抗渣性好的制品，可以采取增大粗颗粒临界粒度和增加颗粒部分的数量，从而提高制品的密度，降低气孔率，如镁碳砖。
3)原料性质的影响，如在硅砖泥料内，要求细颗粒多些，使砖坯在烧成时易于进行多晶转化；而镁砖泥料中的细颗粒过多则就易于水化，对制品质量不利。
4)对后道工序的影响。如泥料的成型性能，用于挤泥成型应减小临界粒度，并增大中间粒度数量；用于机压成型大砖，应增加临界粒度。
普通耐火制品为三级配料，这类制品如普通粘土砖、高铝砖等。制造耐火制品用泥料的颗粒组成多采取“两头大，中间小”的粒度配比，即在泥料中粗、细颗粒多，中间颗粒少。因此，在实际生产中，无论是原料的粉碎或泥料的制备，在生产操作和工艺检查上，对大多数制品的粉料或泥料，只控制粗颗粒筛分(如3～2mm或2～1mm)和细颗粒筛分(如小于0.088mm或小于0.5mm)两部分的数量。
中、高档耐火制品采用多级配料，如镁碳砖、铝碳滑板砖、刚玉砖等，根据制品的性能要求配料更为细致。
（二）原料组成
配料组成的除规定原料粒度比例外，还有原料种类比例。所用原料的性质及工艺条件应满足制品类型和性能要求。
1.从化学组成方面看，配料的化学组成必须满足制品的要求，并且要求应高于制品的指标要求。因为要考虑到原料的化学组成有可能波动，制备过程中可能引入的杂质等因素。
2.配料必须满足制品物理性能及使用要求。选择原料的纯度、体积密度、气孔率、类型（烧结料或电熔料）等；选择原料的材质。
3.坯料应具有足够的结合性，因此配料中应含有结合成分。有时结合作用可有配料中的原料来承担，但有时主体原料是瘠性的，则要有具有粘结能力的结合剂来完成，如纸浆废液、糊精、结合粘土和石灰乳等。纸浆废液不影响制品化学组成，而结合粘土和石灰乳影响制品化学组成。所选用的结合剂应当对制品的高温性能无负面作用，粘土和石灰乳可分别用作高铝砖和硅砖的结合剂。
（三）配料方法
通常配料的方法有重量配料法和容积配料法两种。
重量配料的精确度则较高，一般误差不超过2%，是目前普遍应用的配料方法。重量配料用的秤量设备有手动称量秤、自动定量秤、电子秤和光电数字显示秤等。上述设备中，除手动称量秤外，其它设备都可实现自动控制。它们的选用应根据工艺要求、自动控制水平以及操作和修理技术水平而定。
容积配料是按物料的体积比来进行配料，各种给料机均可作容积配料设备，如皮带给料机、圆盘给料机、格式给料机和电磁振动给料机(不适用于细粉)等。容积配料一般多使用于连续配料，其缺点是配料精确性较差。
混练是使不同组分和粒度的物料同适量的结合剂经混合和挤压作用达到分布均匀和充分润湿的泥料制备过程。混练是混合的一种方式，伴随有一定程度的挤压、捏和、排气过程在内。
影响泥料混练均匀的因素很多，如合理选择混练设备，适当掌握混练时间，以及合理选择结合剂并适当控制其加入量等，都有利于提高泥料混练的均匀性。另外，加料顺序和粉料的颗粒形状等对泥料混练的均匀性也有影响，如近似球形颗粒的内摩擦力小，在混练过程中相对运动速度大，容易混练均匀，棱角状颗粒料的内摩擦力大，不易混练均匀，故与前者相比都需要较长的混练时间。
（一）混合混练设备
目前，在耐火材料生产中根据不同用途和目的，常用的混合混练设备有：预混合设备、造粒设备、混练设备等。
1.预混合设备
预混合设备是生产各类耐火材料过程中，混合细粉、微粉和微量添加剂时所使用的设备，可使细粉和微量添加剂充分混合均匀。常用的预混合设备有螺旋锥型混合机、双锥型混合机及V型混合机等。
（1）螺旋锥型混合机
螺旋锥型混合机结构简单、能耗低、混合均匀，适合于粉料及密度相差小的各种物料的干混合。螺旋锥型混合机有单螺旋、双螺旋、三螺旋等多种，每批次混合量较大、混合均匀度要求较高时可选用双螺旋或三螺旋锥型混合机。螺旋锥型混合机由固定的锥形筒体、螺旋轴和传动装置等部分组成，容积为0.5~6m3。其结构见图3-2。
（2)双锥型混合机
双锥型混合机是通过回转罐体将各种微细粉混合均匀的混合设备。双锥型混合机适合于混合具有流动性好的干粉物料。如设置套管，还可以对混合物料进行加热和干燥等作业。双锥型混合机由罐体、驱动装置、滑环箱、支撑台和机架组成,容积为0.5~2.2m3。其结构见图3-3。
（3）V型混合机
V型混合机是通过同时回转筒体及搅拌轴高速旋转将各种微细粉混合均匀的混合设备。
V型混合机由筒体、驱动装置、螺旋轴和机架等组成。其结构见图3-4。
2.混练设备
（1）湿碾机
湿碾机是利用碾轮与碾盘之间的转动对泥料进行碾压、混练及捏合的混合设备。主要常见老型号是底部下传动盘转湿碾机Ф1600×450及Ф1600×400两种及少量上部传动碾砣转的湿碾机，这些设备笨重，混合过程中物料易被粉碎，动力消耗大。但由于其结构简单，在耐火材料厂尚未被完全替代。新型号的湿碾机有某公司设计的Ф2400及SJH-28型二种。SJH-28型湿碾机外形图见图3-5。
（2）行星式强制混合机
行星式强制混合机的中心立轴担有一对悬挂轮、两付行星铲和一对侧括板，盘不转，中心立轴转，带动悬挂轮、行星铲和侧括板顺时针转，行星铲又作逆时针自转，泥料在三者之间为逆流相对运动,在机内既作水平运动又被垂直搅拌,5～6min可得到均匀混合,而颗粒不破碎。根据工艺需要，可以增添加热装置。
该机效率高、能耗低、混合均匀；整机密封好，无粉尘、噪音低；出料迅速、干净。可混合干料、半干料、湿料或胶状料。主要型号有PZM-750，QHX-250。
（3）600L高速混合机
高速混合机由混合槽、旋转叶片、传动装置、出料门以及冷却、加热装置等部分组成。结构见图3-6。
混合槽是由空心圆柱形碾盘、锥台形壳体和圆球形顶盖等组成的容器。下部碾盘为夹套式结构，由冷却、加热装置向夹套供给冷水或热水，控制物料混合温度。
主轴上安装特殊形状的搅拌桨叶，构成旋转叶片。旋转叶片的转速有两种，分别是60r•min-1和120 r•min-1，在工作过程中可以变换速度，从而使物料得到充分的混合。
参与混合的各种原料及结合剂，由上部入料口投入。电动机通过皮带轮、减速机带动旋转叶片旋转，在离心力的作用下，物料沿固定混合槽的锥壁上升，向混合机中心作抛物线运动，同时随旋转叶片作水平回转，处于一种立体旋流状态，对于不同密度、不同种类的物料易于在短时间内混合均匀，混合比率比一般混合机高一倍以上。混合后的物料由混合槽的侧面出料门排出。为适应某些物料混合温度要求，由冷却、加热装置对物料进行冷却、加热和保温等调控，从而获得高质量的混料。
高速混合机不破碎泥料颗粒，混合均匀，混料效率高，能控制混料温度，特别适应混合含石墨的耐火泥料。该机已在生产高级含碳耐火材料制品的厂家得到推广。
（4）强力逆流混合机
强力逆流混合机是应用逆流相对运动原理，使物料反复分散、掺和的混合设备。由旋转料盘、搅拌星高速转子、固定刮板、卸料门、液压装置、机架及密封护罩等部分组成。底盘直径为ф1400~2200mm，围圈侧壁高一般为料层厚度的2~3倍。不同盘径的混练量一般为500~1500L。
在混合机的料盘中，偏心安装搅拌星与高速转子。料盘以低速顺时针方向旋转，连续不断地将物料送入中速逆时针转动的搅拌星的运动轨迹内，借助料盘旋转及刮料板的作用，将物料翻转送入高速逆时针旋转的高速转子运动的轨迹内进行混料。在连续的、逆流相对运动的高强度混练过程中，物料能够在很短的时间内混合均匀一致。通常在60-120s内即可达到所需的混合程度。
（二）混练时间
在泥料混练时，通常混练时间越长，混合得越均匀。在泥料混合初期，均匀性增加很快，但当混合到一定时间后，再延长混合时间对均匀性的影响就不明显了。因此，对于不同类型混合机械所需混合时间是有一定限度的。
物料中脊性料的比例、结合剂与物料的润湿性等影响混练的难易程度，因此不同性质的泥料对混练时间的要求也不同。如用湿碾机混练时，粘土砖料为4～10分钟，硅砖料为15分钟左右，镁砖料则20分钟左右，铝碳料约为30分钟。混练时间太短，会影响泥料的均匀性；而混练时间太长，又会因颗粒的再粉碎和泥料发热蒸发而影响泥料的成型性能。因此，对不同砖种泥料的混练时间应加以适当控制。为了减少湿碾机混练时的再粉碎现象，通常可调节湿碾机的碾砣与底盘间的间距，使碾砣与底盘之间留有40～50mm的间隙。
泥料在单轴或双轴搅拌机内的混练时间长短，取决于浆叶的形状和倾斜角，适当安装部分反流向倾斜的浆叶，可延长搅拌时间，提高泥料混合的均匀性。
（三）混练顺序
用湿碾机混练泥料时，加料顺序会影响混练效果。通常先加入颗粒料，然后加结合剂，混合2~3分钟后，再加细粉料，混合至泥料均匀。若粗细颗粒同时加入，易出现细粉集中成小泥团及“白料”。
泥料的混练质量对成型和制品性能影响很大。混练泥料的质量表现为泥料成分的均匀性（化学成分、粒度）和泥料的塑性。在高铝砖实际生产中，通常以检查泥料的颗粒组成和水分含量来评定其合格与否。混练质量好的泥料，细粉形成一层薄膜均匀地包围在颗粒周围，水分分布均匀，不单存在于颗粒表面，而且渗入颗粒的孔隙中；泥料密实，具有良好的成型性能。如果泥料的混练质量不好，则用手摸料时有松散感，这种泥料的成型性能就较差。
“困料”就是把初混后的泥料在适当的温度和湿度下贮放一定的时间。泥料困料时间的长短，主要取决于工艺要求和泥料的性质。困料的主要目的是增加泥料的塑性，改善成型性能。通常困料时，应避免泥料水分的散失。
困料的作用还随泥料性质不同而异，如粘土砖料，是为了使泥料内的结合粘土进一步分散，从而使结合粘土和水分分布得更均匀些，充分发挥结合粘土的可塑性能和结合性能，以改善泥料的成型性能；而对氧化钙含量较高的镁砖泥料进行困料，则为了使CaO在泥料中充分消化，以避免成型后的砖坯在干燥和烧成初期由于CaO的水化而引起坯体开裂；又如，对用磷酸或硫酸铝作胶结剂的泥料进行困料，主要是去除料内因化学反应产生的气体等等。
随着耐火材料生产技术水平的发展和原料质量的提高(如半干料机压成型法的普遍应用和高压力液压机的采用)，使大部分耐火制品在生产过程中省略了困料工序，从而简化了耐火材料生产工艺。
未完，敬请关注后续《教你生产耐火砖系列》。
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