耐火原料準備(preliminarytreatmentofrefractoryrawmaterials)

為了使原料達到成型和燒成所需的條件，滿足成品的某些質量要求而對原料進行的一系列加工處理工作。包括天然原料的富集，人工原料的合成，原料的加熱處理，原料的烘干、破碎、粉碎、粒度分級，坯體成型料的制備等。

富集和人工合成選除天然原料中的有害成分，使有用成分得以富集；利用化學分解或合成方法使原料中的有用成分含量進一步提高；加入某些添加成分以改善原料的某些性能；用物料合成方法制造新的和質量更好的原料的工藝過程。原料雜質的選除包括用水漂洗粘土、用水沖洗硅石以及人工揀選煅燒后原料中可見的低熔物。

原料的富集即選礦，見耐火原料選礦。原料的合成工藝有的已不屬于耐火材料的技術范圍，如拜爾法提取氧化鋁；有的雖屬于耐火材料技術范圍，但獨立性十分明顯，如從海水或鹵水提取鎂砂或鎂鈣砂等。其它如氮化物、硼化物、硅化物和碳化物的制備，莫來石、鉻剛玉、尖晶石等的制備皆由耐火材料制造廠或專門工廠加工。

加熱處理在使用前，絕大部分原料需經煅燒或電熔處理。耐火原料有的含有結晶水，有的在自然界以碳酸鹽形式存在。因此，它們在受熱時，或釋放水分或排出二氧化碳，并伴有較大的體積變化。有的原料在加熱時產生結晶形態變化或晶體長大，這時也伴有較大的體積變化。為避免制品在燒成或使用過程中受熱發生體積變化，從而導致砌體損毀，這些原料都需經加熱處理后方能使用。

原料一般采用豎窯或回轉窯煅燒。為避免燃料中的灰分對原料的污染，宜選用低灰分燃料。具有一定強度的原料可破碎至一定的塊度后進行煅燒。對粉狀料可預先加工成塊，或直接用沸騰焙燒爐煅燒。必要時原料可在電弧爐中加熱。物料在電弧加熱熔融時會產生高溫揮發現象，如鋁礬土電熔時低熔雜質及氧化硅可有少量揮發，從而相對地提高了原料的品位。熔融狀態的原料也可直接澆鑄成所需形狀的制品。

經過高溫使用后的耐火制品亦可視為熱處理過的原料，可少量配入并加以利用。在利用前，應清除上面粘附的爐渣等雜物。

烘干、破粉碎、細磨和粒度分級將原料進行烘干、粗碎、細碎并將顆粒分級，以達到成型料配制要求的工序。各種成型方法對配制的成型料有不同的要求。加壓成型用的料要求粗細搭配，以使坯體既能達到一定的致密程度，又不產生分層現象。注漿成型用的料要有必需的細度，以使料漿具有良好的懸浮性能，成型料中不同的粗細料構成坯體結構和組織特征，這些特征將影響燒成工藝及制品的質量。因此，各種需要配合的原料首先要根據工藝特點進行破、粉碎，經過粒度分級后再按照配合要求配制成型料。當原料受潮含有吸附水時常有粘附現象，不便于破、粉碎及粒度分級，因此，需要先行烘干。烘干可在轉筒干燥器或炕式干燥室進行。

根據原料的塊度，先經顎式破碎設備粗碎。投入料的塊度可達數百毫米，粗碎后的粒度為幾十毫米或更小一些；將這些料投入中碎設備(如對輥破碎機、輪碾機、短頭圓錐破碎機、反擊式破碎機)進行中碎，以得到成型料中的粗顆粒部分。制品中粗顆粒的臨界大顆粒一般不超過3～5mm，不定形材料可達10mm或更大一些。成型料的細粉部分可用球磨機或環輥磨加工得到，對于要求更細的細粉則用振動磨加工，微米級的細粉可用氣流磨加工。

對于不同粒度的原料，用相應孔徑的篩網進行分級，一般用振動篩進行篩分。較粗的細粉也可用篩篩分，小于0．088mm的細粉一般采用氣流分級。

成型料的制備坯體成型料制備前的準備包括料漿脫水或料漿制備、原料造粒成球、原料除鐵及鎂砂中氧化鈣的選除等。

為提高球磨機的加工效率，可采用濕式作業。當成型料的配制需用干粉料時，需用板式過濾器將料漿脫水、烘干，然后將其打散備用。有的原料配入成型料的比例較少，為使它能均勻分布(如多熟料成型料中的粘土)，往往在按比例定量稱量的前提下，先將粘土調成泥漿，再配制成型料。調制料漿可用帶有槳葉的打漿桶。為了防止原料過分膨散不便成型，可將細粉料加壓制成假顆粒。

原料破、粉碎時對設備有一定的磨損，因此，原料中會帶有金屬鐵夾雜物。鐵質雜質是低熔有害物質，因此，需對原料進行除鐵處理。在干法工藝流程中可用磁鐵吸除，對于濕法工藝流程或要求嚴格的原料可用酸洗除鐵。

當制造鎂磚的燒結鎂砂中含有集中聚集的氧化鈣夾雜時，在成型后或燒成過程中，會因氧化鈣水化和脫水造成廢品。故需對原料進行預水化困置，使原料中的氧化鈣在氧化鎂還沒有明顯水化情況下，水化成氫氧化鈣，予以篩除。氧化鈣含量低，且分散均勻時，鎂砂則無需預水化處理。

坯體成型料的制備包括不同成型方法的用料、主原料的選用、生料和熟料的選用、原料粒度的選擇、少量添加物、成型結合劑的選擇。

成型方法對用料的要求根據制品生產綜合經濟技術工藝條件，決定采用何種成型方法。(1)注漿法用的注漿成型料要求是流動性良好的均勻懸浮料漿。因此，除有一定細度的耐火主原料外，尚須添加少量電解質或有機膠質材料，坯體含水量一般可達30％左右。注漿法有時也用于大型磚的制造，這時料漿中可含有粗粒原料。該方法一般多用來成型薄壁中空制品，例如熔融石英陶瓷水口等。(2)可塑成型法用的可塑成型料含有較多的塑性良好的原料，如耐火粘土生料。料中水分一般可達20％，以使其具有良好的塑性。塑性料可用手工成型，也可用擠泥機，先擠出坯體再進一步整形，如成型壁厚較大的圓管。(3)半干或干法成型是普遍采用的生產耐火制品的成型方法。一般使用壓磚機加壓成型。成型料加水量9％～5％或更少些。有的成型料不用水作結合介質，如含碳制品經常加入有機高分子材料作為結合介質。成型料的粗顆粒含量比前述兩種方法為多，其臨界尺寸也較大。由于該法對原料塑性的要求不高，因此多用非塑性或瘠化熟料。

主原料的選用配制成型料時選用主要原料的類別和品位的依據是能滿足工藝要求和制品的各項質量要求。要求制品在高溫下應有必需的體積穩定性。原料應有相應的耐火度，較小的加熱殘存線變化率和一定的高溫強度。要求制品有一定的抗爐渣侵蝕能力時，原料應有相應的化學穩定性，如制造耐堿性渣侵蝕的制品，需選用堿性原料。

在配制要求塑性高的成型料時，使用可塑性高的生料量較多。由于生料未經熱處理，在加熱時引起的不穩定性高于熟料。因此，在對塑性影響不大的條件下，多配入熟料可減少制品燒成時的開裂或變形。在可塑成型料中，生料配入量不超過全部原料用量的50％。對于半干成型料，一般生料的加入量約占全部原料用量的5％～10％或更少些。可塑性高的生料在成型料中具有較好的結合性，可提高生坯的強度，同時也有利于成型壓力的傳遞，便于成型。生料一般以細粉的形式加入，生料具有較大的反應活性，可促使坯體燒結，有利于提高制品的強度。

有的生料塑性很低，甚至無塑性。有的生料在加熱時伴有膨脹，有利于補償物料在燒成或使用時的體積收縮，從而使坯體體積穩定性得以改善。常用的生料有石英、葉蠟石、硅線石、藍晶石和紅柱石等。它們不僅用于制造成型制品，更多地用于不定形耐火材料的生產。假如用以配制成型料的原料為單一粒徑的顆粒，形成坯體時，在這些顆粒骨架間存有空隙。為求得坯體的致密，必須配入較小的顆粒來充填空隙。經過充填后，在這些較小顆粒構成的更小一級骨架間仍存在空隙，因而又需要用更小的顆粒充填。因此，成型用料必須用不同級別細度的粉粒組成。堆積試驗表明，以單一球徑球體堆積，平整分層立方型堆積后尚存空隙約占48％；以交叉充填成金字塔形堆積后，存在空隙約為26％。若增加小一級球以充填這些空隙，此時空隙降至14．4％；若增加更小一級球以充填這些空隙，則全部空隙可降至5．4％。

料中粗顆粒的作用在于形成坯體的骨架。粗顆粒數量多，坯體的密度較高，抗熱震性能比較好，但坯體表面比較粗糙，光潔度差。當坯料中細粉部分增加時，對坯體燒結有促進作用，可改善制品的強度。不同制品對粒度分布的要求也有差異，如硅質制品粗粒石英原料對石英加熱轉化不利，燒成時易產生裂紋，鎂質制品中細粉過多，則易于水化，也會影響制品外形，成品率下降。對于注漿成型來講，料漿原料的細度會影響澆注性能，因此必須嚴格控制。

半干成型料主要使用非塑性的瘠化料。為使成型坯體具有良好的致密程度，物料粒度配合非常重要。這種成型料中的粗顆粒臨界粒度一般不超過5mm，多數在2～3mm，所用細粉的細度一般小于幾微米，粗、細料之間再配入幾級中間粒級物料，可獲得較好的坯體。

對生粘土加入量達40％～50％的可塑成型料，成型所施加的壓力借粘土的塑性進行傳遞。成型料中瘠化料的粒度配合沒有像半干料那樣重要，但粗粒臨界粒度一般不超過半干料所用的粒度，多數還略小一些。

經過破、粉碎后的料粒并非球體，經過粒度分級所獲得的各粒級料也是在一個相當范圍內的混合料糨。在用不同的破、粉碎及粒度分級設備時，所得結果也會有較大的差異，因而粒級配合需要經驗，并非理論推算所能決定。半干料一般控制3～4個粒度級別，不定形材料所需控制的粒度級別可更多一些，其大顆粒的臨界粒度也較大，如澆注料有時可大于10mm。

添加物的選用對于主原料的選用應著眼于制品的耐火性能，如耐火度、高溫強度及抗渣蝕能力等。在配料中有時需加入少量添加物，其著眼點并不在于直接提高材料的耐火性能，有時在添加后反而使材料的耐火度有所下降。但從綜合作用來講，有利于改善制品的使用性能。這些添加物的加入量一般不超過1％～2％，有時小于1％。這些添加物包括：硅質材料中添加石灰或鐵鱗以促使石英向鱗石英或方石英轉化；剛玉質材料中添加氧化鎂或氧化鈦，以使結晶細化或易于燒結；添加氧化鈣或氧化鎂于氧化鋯質材料中，以使其晶型穩定。此外，在碳結合材料中添加金屬粉，以減少碳的氧化，改變材料的電性能，以利于電加熱時使用。其他如隔熱材料中添加發泡劑和燒失劑、不定形澆注料中添加金屬纖維或陶瓷纖維、添加表面活化劑以改善水泥的分散狀態，添加防腐劑以防止可塑料中其他有機添加物的腐敗變質。

結合劑的選用成型料一般用水調和均勻，水分可與粘土形成結合體，使成型后的坯體具有一定的強度。當料中水分含量高時，水與粘土共同作為成型壓力的傳遞介質，便于壓制成型，如可塑成型就是如此。注漿成型用料漿絕大多數亦以水調制。為增加結合作用，可加入有機粘結物如飴糖、可溶性淀粉及含木質素和戊醣的紙漿廢液等。

無機酸或鹽類的水溶液在成型料中可形成凝膠，產生結合作用，如磷酸鋁或硫酸鋁。也可加入磷酸，它與主原料中的氧化鋁反應生成鋁鹽。氯化物如鹽鹵中的氯化鎂是鎂質材料常用的結合劑。硅酸鈉即水玻璃水解后形成氧化硅凝膠，也是常用的結合劑。

對于易水化的原料多選用脫水焦油瀝青、石蠟和樹脂等為結合劑。它們普遍應用于氧化鈣、白云石以及含碳制品的生產。用以上結合劑的成型料生產坯體，有的可在200～300℃或更低一些的溫度進行熱處理，即可作為成品使用。

成型料混合各種原料及加入物和結合劑按工藝規定比例加到混合設備進行混煉。各種物料的加料順序根據以能促使物料均勻混合而定。加入量極小的物料可采用預沖淡法以加強混勻效果。預沖淡可用干式作業，如粉料混合細磨后使用；也可用濕法先加在結合劑中混勻，然后隨結合劑加入7昆合料中。

為強化混勻并使結合劑充分濕潤物料，}昆合設備多數具有強力碾捏作用。強力碾捏可能破壞物料原有的粒度。因此碾捏壓力要能調節和控制，并限定混合時間，以保證充分混勻而又不致產生不良的作用(如粒度破壞)等。

有些結合劑需加熱以降低粘度，增加流動性，有利于物料的混勻。為此，設備要有加熱及保溫措施。

經過混合后的成型料有時需經困置后再用來成型，其目的在于使結合劑進一步在物料中均勻分布。對于粘土含量多的成型料，困置后可產生腐植酸，從而增加成型料的塑性，有利于成型操作。經困置后的成型料有時需用專門設備打散，以便成型料在模型中均勻布料。

環境保護原料準備工序是耐火材料制造廠對環境污染和對人員健康危害較重的工序。破粉碎過程會產生物料粉塵的飛揚，從而造成操作人員的塵肺病害，尤其是石英原料造成的粉塵對人體健康危害更大，因此必須有良好的防塵措施。破粉碎設備產生的噪聲很大，為此要對設備進行隔離或采取防噪聲措施。結合劑中有的是有致癌成分的物料，因此也需給予防護，或尋求代用品。有些原料如高價鉻化合物、鈹化合物以及某些原料中可能存在的放射性物質都是危害人體健康的材料，對這些物料的接觸及排放，都要按國家部門及地方有關法規嚴格控制管理。