耐火制品燒成(firingofrefractoryproducts)

對耐火制品的坯體進行加熱處理，使其達到燒結的工藝過程。燒成的目的是使坯體在高溫作用下，經過一系列物理化學變化，氣孔率降低、體積密度增大、強度增加，獲得在使用溫度下體積穩定并具有其它必要性能指標的耐火制品。

燒成過程的物理化學變化耐火材料在加熱和冷卻過程中，進行著一系列物理化學變化。這些變化取決于耐火制品種類、所使用原料和制品的化學礦物組成。耐火制品的燒成一般分為升溫、保溫和冷卻3個階段。制品的燒結主要在前兩個階段進行。

升溫階段從開始加熱至最高燒成溫度的階段。這一階段的溫度變化范圍較大。坯體內產生下列物理化學變化。

(1)水分排除。在溫度范圍為室溫至200℃期間，排出磚坯中殘存的自由水和大氣吸附水。水分的排除使磚中留下氣孔，具有透氣性。有利于下一階段反應的進行。

(2)分解、氧化。在溫度范圍為200～1000℃期間，各種制品因原料不同而發生不同的物理化學變化。粘土磚和高鋁磚中結合粘土的雜質礦物及有機物質的分解和氧化，粘土礦物分解脫水并開始生成低熔液相，硅磚中的Ca(OH)2分解，石英發生晶型轉變，β石英轉變為a石英，CaO與SiO2的反應亦在此階段進行；鎂磚則主要是氫氧化物及結構水的排除。磚坯質量減小，氣孔率進一步增大，強度有較大的下降(如粘土磚、鎂磚)或稍有提高(如硅磚)。

(3)形成液相或新的耐火相。溫度在1000℃以上，分解作用繼續進行。隨溫度升高其液相生成量增加，新的耐火相開始形成，并進行溶解、重結晶。粘土磚及高鋁磚在此階段液相量大量增加，坯體劇烈收縮及燒結；硅磚中石英相轉變速度大大增加，坯體密度顯著下降；鎂磚中出現固相反應，制品開始燒結。在這階段由于擴散、流動和溶解一沉析等傳質過程的進行，顆粒在液相表面張力作用下進一步靠攏而使坯體致密、體積縮小、氣孔率降低、強度增大，燒結急劇進行。

保溫階段亦稱為燒結階段，這時溫度為最高燒成溫度。在此階段中各種反應趨于完全、充分，液相量繼續增加，結晶相進一步長大而達到致密化即所謂“燒結”。特種耐火材料的固相反應及燒結亦在此階段內完成。

冷卻階段從最高燒成溫度降至室溫的冷卻過程。此階段中主要發生耐火相的析晶、某些晶相的晶型轉變和玻璃相的固化等過程。粘土制品在冷卻過程中莫來石緩慢析出，液相固化變成玻璃相并伴有收縮。硅磚冷卻至低溫階段有方石英和鱗石英的快速晶型轉變，體積收縮。在此階段中，坯體的強度、密度和體積，依品種的不同都有相應的變化，從而使燒成時產生的結構和化學反應產物穩定下來，形成耐火材料燒成后的最終性能指標。

影響燒結的因素影響耐火制品燒結的因素很多，主要有燒成溫度和保溫時間；燒成氣氛；原料特性、粒度、加入物等。

燒成溫度和保溫時間燒成溫度和保溫時間是耐火制品燒結的重要外因條件。提高燒成溫度、延長保溫時間都有利于燒結的進行。燒結過程中隨溫度不斷升高，坯體的氣孔率不斷降低，密度和強度不斷提高。當氣孔率下降到一定程度后，下降速度便會減慢。磚坯氣孔率、密度和強度變化開始趨于平穩的溫度稱為該制品的燒結溫度。在生產工藝中，耐火制品的燒成最高溫度應控制在燒結溫度的范圍內，在此溫度下應保持適當的時間以使燒結完全，若繼續升高溫度會使磚坯軟化變形。從燒結溫度到坯體開始變形的溫度范圍稱為燒結溫度范圍。

燒成氣氛氣氛的性質直接影響燒成效果及制品的質量。不同材質的坯體選擇不同的燒成氣氛，以保證坯體中某些物理化學反應過程的進行。適當的氣氛不但可以促進燒結，而且能降低燒成溫度。

原料的結晶化學特性坯料的結晶化學特性是決定燒結難易的內在因素。物料的結晶化學特性包括：晶格能的大小、晶體的結構類型、晶粒的組成以及晶體生長速度等。一般來說，晶格能大的鍵力強，結構牢固，燒結較困難，晶體的陽離子極性低，它們所形成的化合物(如氧化物)的晶格構造較穩定，質點的可移動性較小，不容易燒結。多晶體比單晶體容易燒結，因為多晶體的晶界多，是原子或離子擴散的快速通道。

原料的粒度原料的粒度愈細，則比表面積愈大，表面自由能也愈大，這使質點的遷移具有強大的動力。對原料進行細磨加工，可使其高度分散，并通過細磨的機械作用，增加晶體表面和內部缺陷，降低燒結溫度。磚坯內顆粒接觸良好有利于質點的擴散，在生產中采用高壓成型，可使坯體致密，促進燒結的進行；相反，任何妨礙顆粒之間接觸的因素都不利于燒結。

加入物往耐火制品的配料中，加入適當的其它物質，可改善坯體燒結性能和其它性能。如加入能與主晶相形成固溶體的物質，可使主晶相的晶格變形、缺陷增加、能量升高，有利于離子的擴散和燒結的進行。往硅磚配料中加入礦化劑，以加速石英的晶型轉變而不降低耐火度。鎂磚生產則可加入少量鐵的氧化物，生成有限固溶體以促進燒結。純氧化鋁制品中加入微量TiO2可大大降低燒結溫度。

燒成制度的確定耐火制品的燒成制度包括升溫速度、燒成最高溫度和氣氛、保溫時間和冷卻速度。根據制品種類不同合理制定燒成溫度曲線。

升溫速度和冷卻速度加熱時的升溫速度和冷卻時的降溫速度的允許值取決于在燒成或冷卻時磚坯所受到的應力作用，這種應力來源于兩方面：一是由燒成過程中溫度梯度和熱膨脹或冷縮造成；另一是由制品內部的物理化學變化造成。在產生上述應力的階段，升、降溫速度應緩慢，在實際生產中可測定磚坯加熱時的線性變化值，作為確定各溫度范圍的升溫速度和制定合理的燒成曲線的依據。

燒成最高溫度和保溫時間耐火制品的最高燒成溫度主要依制品種類、所用原料的性質和使用條件下對制品的各種性能要求所決定。原料越純、品位越高，則燒成溫度越高。當要求制品在使用中有高的耐蝕性、抗渣性和耐沖擊性時，燒成溫度也應提高。一般情況下，各類耐火制品的燒成溫度為：粘土制品1200～1450℃，高鋁制品1400～1550℃，硅磚1380～1430℃，鎂質制品1500～1600℃，直接結合堿性制品1700℃。其他高級耐火制品的燒成溫度可更高，如純氧化鋁制品為1600～1800℃。

保溫時間與最高燒成溫度一樣，都是燒成的重要因素。在最高燒成溫度下進行一定時間的保溫，一般來說，保溫時間越長，燒結進行得越充分，但過分延長保溫時間不僅將使燃料消耗增大而且會使制品變形，因此應根據各種因素來確定適宜的保溫時間。

氣氛燒成時的氣氛有氧化氣氛、中性氣氛、還原氣氛、惰性氣氛等，應按燒結要求進行控制。如硅磚燒成時，高溫階段要求還原性氣氛，鎂磚則需要弱氧化氣氛，含碳制品由于避免碳的氧化，要求在隔絕空氣的還原性氣氛中燒成，氧化鋁制品燒成的最好氣氛是一氧化碳或氫。

燒成設備及工序耐火制品的燒成一般在各種間歇式或連續式的燒成窯爐中進行。間歇式窯爐有倒焰窯、梭式窯等，連續式窯爐有隧道窯。特殊耐火制品的燒成經常使用倒焰窯和各種電阻爐、感應爐等。

燒成工藝過程包括裝窯、燒窯、出窯3個工序。

裝窯燒成的第1道工序。裝窯的方法及質量對燒窯的操作及制品的質量有密切關系，它直接影響窯內制品的傳熱速率，燃燒空間大小及氣流分布的均勻情況，它又關系到燒成時間及燃料消耗量。裝窯的原則是磚垛應穩固，火道分布合理，并使氣流按各部位裝磚量分布達到均勻加熱，不同規格、品種的制品應裝在窯內適當的位置，最大限度地利用窯內的有效空間以增加裝窯量。裝窯操作按照預先制訂的裝窯圖進行，裝窯圖規定磚坯垛高度、排列方式、間距、不同品種的碼放位置、火道的尺寸及數量等。

燒窯燒窯操作按照已確定的燒成制度進行。對間歇窯來說，燒成都要經過升溫、保溫、降溫3個不同階段，而連續式窯爐則只需要保持窯內各部位有一定的溫度及推車速度。兩種窯的相同之處是燒火操作時必須盡量保持窯內溫度均勻一致。

出窯將燒好的制品從窯內取出或從窯車上卸下的操作過程。出窯操作應保持制品的外形質量，經揀選合格的制品即為成品。