优化镁质耐火材料生产工艺的探讨
作者：杨项强,陈秀荣
本文探讨了镁质耐火材料生产中最常见的和典型的废品，尺寸偏差、缺边缺角、粘结、掉角和起因不同的各种裂纹，并提出了相应的解决办法。由于镁质制品品种多，工艺复杂，产生废品的原因也很多，要彻底解决废品问题，仍需做进一步的工作。
镁质耐火材料由于原料质量、生产过程复杂、品种多，因此其废品类型和产生原因是多种多样的。
最多的制品废品是入厂煅烧镁石中含有白云石杂质造成的。个别大颗粒白云石，由于砖坯加热(干燥)过程中氧化钙水化作用，成为产生裂纹的根源，以及颗粒脱落和烧成后制品表面出现黑斑造成的废品。当烧结镁砂中氧化钙含量为3.0%～5.5%和压成的砖坯全部强烈水化时，在砖坯上产生水化裂纹网。在困料时发生水化的过程中白云石粗颗粒裂碎，此时镁砂和氧化钙细颗粒数量增多。在压成的砖坯中出现CaO/SiO2=2.0～2.5的区段，烧成时此区段中形成硅酸二钙，它在冷却过程中发生β向γ的形态转化，造成制品碎裂。
表面上形成30～70μm富集了硅酸钙和铁酸钙保护膜的致密烧结的白云石颗粒及镁砂颗粒具有较强的抗水化性。因此，在困料阶段烧结砂的水化程度是不大的。用纸浆废液作结合剂压制的砖坯的水化作用比较强烈，特别是在砖坯干燥时尤甚，因为比表面积大的未水化的活性方镁石细粉(特别是白云石颗粒)，与水发生强烈的相互作用。在此种条件下，虽然颗粒料经过预先困料处理，但水化进行速度仍然很快，导致裂纹的产生。
显著减少这类废品的方法是，将压好的砖坯装在干燥板上和窑车上，在厂房内于比较低的温度下静置8h以上。制品越大，需要的静置时间越长。此时靠部分蒸发和以不能引起裂纹的允许速度结合成水化物，可使静置阶段砖坯水份降低一半以上。
制品的厚度尺寸，特别是楔形砖尺寸，其厚度误差很大。制品厚度与规定值之间的差异是用调节装料高度和稳定泥料质量的办法来消除的。利用自动定位的液压机压砖，可以将制品压制到固定不变的尺寸，从而使砖坯厚度稳定和减少废品。
在砖垛中因受荷重影响，制品因裂纹和其它缺陷造成的废品率仍很高。在高度1000mm左右的格子式砖垛和密实砖垛中砖坯上出现裂纹和掉边掉角，因为制品中(特别是下层的制品中)产生的应力大于新压成的砖坯强度。如果砖坯具有≥5N/mm2的压强度，它就可以经受得住在砖垛中的应力。
为了减轻制品由砖模中的顶出，在制品纵侧面有1～1.5mm的工艺锥度，它在支撑面上造成倾斜，导致强度低的砖坯边角大量脱落。
烧成前后因机械损伤造成的制品边角废品率很高，特别是在人工取砖、码砖和运输造成的损伤尤甚。砖垛底层制品静荷重为：压力荷重0.025～0.035N/mm2，弯曲荷重0.027～0.036N/mm2，剪力荷重0.12～0.18N/mm2。
窑车间歇多次推车时产生的并能提高总荷重的波动过程和惯性力对制品变形和损坏有较大影响，这必须要考虑进去。格子式砖垛底层单位弯曲荷重σ按下式计算：
σ=Mmax/W
Mmax=qb(a+b/2) W=bh2/6
式中：σ——单位弯曲荷重，N/mm2；
Mmax——最大弯曲力矩，N·mm；
W——截面阻力力矩，N/mm2；
q——悬臂单位荷重，N/mm；
a——砖垛内火道宽度，mm；
b——制品厚度(荷重支撑面)，mm；
h——砖垛格孔高度(制品宽度)，mm。
制品上的横向裂纹是因弯曲和断裂应力造成的，而边角的脱落则是由因剪应力造成的。在脆性断裂时，横向裂纹在拉应力最大的平面上扩展。砖坯初期和逐渐发展的破坏主要是沿结合部分(基体)颗粒界线进行。应当指出，制品越长，弯曲力矩越大，制品中应力越高，横向裂纹废品也就越多。格子式砖垛比密实砖垛受力更大，因此其中产生的变形废品更多。隧道窑车台平面衬砖质量对变形废品率影响很大，任何不平坦和不密实都会造成倾斜，增大弯曲和变形。
为了减少砖垛中制品的变形废品，必须提高砖坯强度。砖坯强度取决于镁砂粉料的密度及水化程度、泥料的颗粒组成及水分、纸浆废液的质量和粘度、成型压力等等。
在制品烧成过程中，在砖垛内形成的裂纹、掉边掉角和结疤废品是比较多的。这类废品率取决于砖垛结构和高度，窑车台面衬砖质量，镁砂和铬矿中二氧化硅的含量，以及形成的钙镁橄榄石的数量和制品的长度。从热工角度来看，最好是由两种型号制品码成密实的、形式相同的柱状砖垛，砖垛下面几层码装不容易变形的小尺寸的制品，而上边几层装大尺寸的制品。但为了减少密实砖垛中制品遮盖面形成欠烧斑，通常用同一型号制品码成格子式砖垛。
制品的变形与收缩率有直接的关系。收缩率是在砖垛上层(自重作用力)和下层(荷重下)制品上沿着上层制品对下层制品重力和压力作用的方向测定的。收缩率随着制品中液相数量的增加而增大，这加重了制品荷重变形。当收缩率与变形量都较小时，它们之间存在着近于比例关系。当收缩率大时，变形比收缩更强烈。
在带孔的制品的孔内表面有时产生局部细裂纹。此裂纹是在制品冷却过程中孔洞表面快速冷却并处于拉应力作用下时形成的，镁质耐火材料对此特别敏感，在制品加热时也可能产生裂纹。
形状复杂的制品在烧成过程中，其上面常常产生大的横向裂纹，造成制品带孔区损裂。此类制品的横断面组织的特点是，在模型横穿结晶或晶间发生损坏，裂纹使方镁石聚集体(颗粒)个别晶体和制品结合(基质)部分裂开。损坏是通过颗粒内部劈裂和沿颗粒界面发展，开始阶段损坏是沿界面方向扩展。在颗粒间界面，杂质和颗粒间气孔及颗粒内部气孔使裂纹受到抑制和衰减，也出现了裂纹扩展时绕过这些障碍的情况。在烧成时，当形状复杂的制品中产生的温度差大时，在加热及用冷空气进行冷却时，制品被砖垛复盖的表面不能被热气体均匀加热，这种类型的裂纹是不可避免的。
另外还有其它类型废品，如：因泥料质量差、配料时颗粒偏析、形成泥团及泥料不均匀造成的裂纹、分层和疏松；过压裂纹；因由装配不正确的砖模顶砖和因干燥制度遭到破坏，而使纵向侧面支承面出现裂纹等等。现有的混练设备不能满足高质量的镁质制品对泥料的要求，为了改善泥料质量和减少废品，必须用先进的混练机来代替老式设备。
纵观以上论述，可得到如下结论：
(1)镁质制品中最常见的和典型的废品是：尺寸偏差，缺边缺角，不均匀性，粘结，斑点，孔洞，裂纹，掉角和起因不同的裂纹。
(2)产生废品的原因，主要有：原料质量低，含有大量应受到限制的二氧化硅及氧化钙的杂质；有时镁砂的体积密度达不到要求；料槽设施，配料、混合和成型设备不符合生产优质耐火材料的要求；纸浆废液尤其是固体纸浆的粘结性能不高；砖坯强度低；窑车台面不平；烧成制度不稳定；砖坯密度差异大；在烧成过程中制品本身和整个砖垛加热和冷却不均匀。制品的烧成废品占总废品量的50%以上。
(3)减少和消除废品的主要途径是：使用优质镁砂、高铝矾土、铬精矿等原料；改进老式混练和压砖设备；提高砖坯强度提高纸浆废液的质量和成型压力；加强工艺操作和隧道窑热工制度的稳定性，减少烧成废品；开发新品种，用不烧砖来代替某些类型的烧成制品等等。
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