【工艺】耐火原料的工艺性质

    耐火原料的工艺性质

耐火原料的工艺性质

2009.03.17

耐火原料的公益性质主要取决于原料的矿务组成与颗粒组成，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（particle size distribution,简写psd）是指连续的、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量百分比。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）的颗粒分布测定。颗粒分析仪通常用于黏土及微分等级细颗粒的尺寸分布测定。

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状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m2/g。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，如黏土加水后，由于在大量黏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：

可塑性指标 s＝（d－b）g

式中：d——泥球原始直径，cm。

b——受重力压缩后泥球的高度，cm。

g——泥球受压而出现第一条裂纹时的载荷，kg

粘土的可塑性按可塑性指数或可塑性指标可以分为四级，其对应关系如表1所列。

表1粘土的可塑性等级

可塑性等级

可塑性指数/％

可塑性指标/kg·cm

强塑性

中塑性

弱塑性

非塑性

>15

7～15

1～7

>3.6

2.5～3.6

－

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２中。

粘土名称

生成年代

高岭石有序度

粒度

可塑性指数/％

耐火粘土

软质

古生代

有序及无序

细

一般7～15，可达26

半软质

古生代

有序及无序

稍细

一般1～7，可达12

硬质

古生代

常为有序

粗

深加工后，可达12～24

高岭土

新、中生代

无序及有序

稍细

一般3～9，加工后可达24

多水高岭土

新生代

10a埃洛石

很细

一般15～38，可达45

球粘土

新生代

常为无序

很细

一般20～36，可达47

在实际生产中，增加原料可塑性的主要方法有：

① 选料，除去其中的非可塑性杂质，如石英等。

② 将选料细磨，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，产成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。

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