耐火厂原料仓库课设综述.docx
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耐火厂原料仓库课设综述
说明：
本文主要介绍了硅质耐火材料的原料，生产过程原理应用等。
并注重介绍了生产硅砖的机械设备及它们的工作原理。
以及简单介绍了硅砖的回顾与展望，硅砖在实际生产中的应用等。
关键词：
硅砖生产原理应用
1.硅质耐火材料
硅质耐火材料主要由鳞石英、方石英以及少量残余石英和玻璃相组成的酸性耐火材料。
二氧化硅含量94％以上。
真密度2.35g/cm3。
具有抗酸性渣侵蚀性能。
较高的高温强度。
荷重软化开始温度1620～1670℃。
在高温下长期使用不变形。
热震稳定性低以，天然硅石为原料，外加适量矿化剂，以促进坯体中的石英转化为磷石英。
在还原气氛下经1350～14硅砖30℃缓慢烧成。
加热到1450℃时约有1.5~2.2%的总体积膨胀，这种残余膨胀会使切缝密合，保证砌筑体有良好的气密性和结构强度。
硅砖属酸性耐火材料，具有良好的抗酸性渣侵蚀的能力，荷重软化温度高达1640～1670℃，在高温下长期使用体积比较稳定。
硅砖的矿相组成主要为鳞石英和方石英，还有少量石英和玻璃质。
鳞石英、方石英和残存石英在低温下因晶型变化，体积有较大变化，因此硅砖在低温下的热稳定性很差。
使用过程中,在800℃以下要缓慢加热和冷却，以免产生裂纹。
所以不宜在800℃以下有温度急变的窑炉上使用。
真比重小，反映砖中鳞石英和方石英数量多，残余石英量小，因而残余线膨胀小，使用中强度下降也少。
硅砖二氧化硅有七个结晶型变体和一个非晶型变体。
这些变体可分两大类：
第一类变体是石英、鳞石英和方石英，它们的晶型结构极不相同，彼此间转化很慢；第二类变体是上述变体的亚种──αβ和γ型，它们的结构相似，相互间转化较快。
在理论上，它们之间的相互转变关系如图1所示。
制造硅砖的原料为硅石。
硅石原料的SiO2含量越高，耐火度也越高。
最有害的杂质是Al2O3、K2O、Na2O等，它们严重地降低耐火制品的耐火度。
硅砖以SiO2含量不小于96％的硅石为原料，加入矿化剂（如铁鳞、石灰乳）和结合剂（如糖蜜、亚硫酸纸浆废液），经混练、成型、干燥、烧成等工序制得。
主要用于炼焦炉的炭化室和燃烧室的隔墙、炼钢平炉的蓄热室和沉渣室、均热炉、玻璃熔窑、耐火硅砖材料和陶瓷的烧成窑等窑炉的拱顶和其他承重部位。
也用于热风炉的高温承重部位和酸性平炉炉顶。
2.硅质耐火砖生产：
硅质耐火砖一般硅含量高达95%以上，根据用途不同有不同规格的砖。
其生产流程如下：
粉碎→混炼→成型→干燥→烧成→检验→包装
（1）．将原料粉碎便于生产。
（2）．将配好的料混炼均匀避免局部成分过多，产生缺陷。
（3）．分为手工和机械成型。
形状简单大批量生产的可以采用机械成型。
这样的产品致密良好，气孔少。
（4）．隧道窑中进行干燥一般温度在120℃左右
（5）．烧成，在隧道窑中烧成温度1500℃左右，燃料为城市煤气或者煤气。
梭式窑自动化程度高产量大。
（6）．冷却后对产品进行检验。
检验分为物检验和化检。
物检验包括对硅质砖的长，宽，高，气孔以及高温蠕变的检验。
化检一般对产品的成分是否达到要求的含量进行细致的检验。
（7）．检验合格进行包装，不合格的重新进入第一步再利用。
2.1设备及其原理
2.1.1破粉碎车间主要设备的构造及工作原理
（1）振动式喂料机
振动式喂料机的激振方式一般为电磁振动，所以又称电磁振动喂料机。
电磁振动喂料机由斜槽、电磁激振器、减震器和电器控制箱组成。
工作原理：
电磁振动喂料机是属于双质点定向强迫振动机械。
由槽体、连接叉、衔铁、工作弹簧的一部分以及约占斜槽容积10%~20%的物料等组成工作质量m1；由激振器壳体、铁芯、线圈及工作弹簧的另一部分等组成对衡质量m2。
质量m1和m2之间用激振器主弹簧连接起来，形成一个双质点定向强迫振动的弹性系统。
激振器电磁线圈的电流一般是经过单相半波整流。
电磁振动喂料机的供电，目前广泛使用可控硅调节的电流通过，在衔铁和铁芯之间便产生相互吸引的脉冲电磁力，使槽体向后运动，激振器的主弹簧发生变形而贮存了一定势能。
在负半周内线圈中无电流通过，电磁力消失，借助弹簧贮存的势能使衔铁和铁芯朝相反方向离开，斜槽就向前运动。
这样电磁喂料机就以交流电源的频率作3000次/min的往复振动。
由于激振力作用线与槽底成一定角度，激振力在任一瞬间可分解为垂直分力和水平分力。
前者使物料颗粒以大于重力加速度的加速度向上抛弃，而后者使物料颗粒在上抛期间作水平运动，综合效应就使物料间歇向前作抛物线式的跳跃运动。
（2）颚式破碎机
颚式破碎机是由固定颚（又是机架的前壁），悬挂在轴上的可动颚板，偏心轴，垂直连杆，肘板，传动飞轮。
两颚板上的衬板，带有弹簧的拉杆，肘板座，调节块构成。
工作原理：
电动机通过皮带使偏心轴旋转时，垂直连杆即向上向下运动，当垂直连杆向上时，带动两块肘板逐渐伸平，肘板迫使可动颚板向固定颚板推进，破碎腔（即由固定颚板和动颚组成的空间）中的矿石受到挤压、劈裂、折屈作用而破碎。
垂直连杆向下运动，肘板和可动颚板借弹簧和拉杆之力向后退，此时排矿口增大，被破碎的矿石由此排出。
可见颚式破碎机是间断破碎矿石的。
偏心轴每转一转只有半个周期用于破碎，其后半个周期用于排矿，两颚板靠近时物料即被破碎，当两颚板离开时小于排料口的料块由底部排出。
它的破碎动作是间歇进行的。
（3）圆锥破碎机
中细碎圆锥破碎机主要部件是定锥（又称外锥）和动锥（又称内锥）。
定锥主要由调整套和定锥衬板组成；动锥主要由动锥驱体、主轴、动锥衬板和分配盘组成。
工作原理：
圆锥破碎机中，破碎物料的部件是两个截锥体，动锥固定在主轴上，定锥是机架的一部分，是静置的。
主轴的中心线与定锥的中心线成一定角度。
主轴悬挂在它们的焦点上，轴的下方活动地插在偏心衬套中。
衬套以一定偏心距绕定锥中心轴旋转，是动锥沿定锥的内表面作偏旋运动。
当靠近定锥时，物料受到动锥挤压和弯曲作用而被破碎；在偏离定锥处，已破碎的物料由于重力的作用从锥底落下。
因为偏心衬套连续转动，动锥也就连续旋转，故破碎过程和卸料过程沿着定锥的内表面连续依次进行。
（4）振动筛
振动筛的筛面振动方向与筛面成一定角度，振动筛工作时，物料在筛面上主要是作相对滑动。
振动筛的运动特性有助于筛面上的物料分层，减少筛孔堵塞现象，强化筛分过程。
筛体以小振幅（振幅一般为0.5~5mm），高频率（振动为600~3000次/min）作强烈振动，消除物料堵塞现象，使筛机具有较高的筛分效率和处理能力；动力消耗小，构造简单，维修方便；使用范围广，不仅可以用于细筛，也可用于中、粗筛分。
并且还可用于脱水和脱泥分力作业。
振动筛因其结构不和筛框运动轨迹不同，大致分为下列类型：
单轴惯性振动筛：
偏心振动筛、自定中心振动筛、圆形空间旋转筛。
工作原理：
由于激振器的偏心质量作回转运动，它所产生的离心惯性力（称激振力）传递给筛箱，激起筛箱的振动，筛上物料受筛面运动的作用力而连续的作抛掷运动，即物料被抛起前进一段距离后再落至筛面上，这样实现了物料颗粒垂直于筛面的运动，从而提高了筛分效率和处理能力。
双轴惯性振动筛：
双轴强制式机械同步振动筛、双电机自同步振动筛、电磁筛、概率筛。
工作原理：
双轴惯性振动筛筛箱的振动是由双激振器来实现的。
激振器的两个主轴分别装有相同质量和偏心距的重块，两轴之间用一对速比为1的齿轮连接和一台电机驱动，因两轴回转方向相反，转速相等，故两偏心重块产生的离心惯性力在平行于筛面方向相互抵消，在垂直于筛面方向合成。
（5）球磨机
球磨机主要由筒体、衬板、隔仓板、主轴承、进料卸料装置构成。
工作原理：
球磨机一般为卧式筒形旋转装置，外沿齿轮传动，两仓，格子型球磨机。
物料由进料装置经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机第一仓，该仓内有阶梯衬板或波纹衬板，内装不同规格钢球，筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后落下，对物料产生重击和研磨作用。
物料在第一仓达到粗磨后，经单层隔仓板进入第二仓，该仓内镶有平衬板，内有钢球，将物料进一步研磨。
粉状物通过卸料箅板排出，完成粉磨作业。
（6）斗式提升机
斗式提升机主要由牵引构件、料斗、传动装置、张紧装置、机壳构成。
工作原理：
被输送的物料由进料口喂入后，连续被料斗舀起、提升，由机头出料口卸出。
（7）胶带输送机
胶带输送机是工业生产过程中最为普遍的一种连续输送机械，可用于水平方向和坡度不大的倾斜方向对粉体或成件物料的输送。
它主要由输送带、托辊、驱动装置、改向装置、拉紧装置、装料及卸料装置、清理装置、制动装置构成。
2.1.2成型车间主要设备的构造及工作原理
（1）湿碾机
轮碾机通常用于粉碎中等硬度物料，也可作为混合物料之用。
主要由碾轮和碾盘组成。
为能将物料充分混合均匀，加料时应遵循“先粗后细”“先干后湿”的原则。
工作原理：
物料是在碾盘平面与碾轮圆柱形表面之间受到挤压和研磨作用而被粉碎，被粉碎后的物料由固定刮板刮到筛板上，能够通过筛孔的物料
在斜槽中由活动刮板送至卸料口卸出。
用作破碎时，产品的平均尺寸3～8mm；粉磨时为0.3～0.5mm。
（2）摩擦压砖机
主要由主动轮（左右对称的一组）、从动轮、传动螺杆、控制手柄、成型模具组成。
工作原理：
主动轮一直旋转着，有一组控制手臂能够控制其在水平方向移动。
当一个主动轮靠在从动轮时，由于摩擦力的存在，从动轮转动，带动传动螺杆转动，完成在垂直方向的上（或下）移动。
当另一个主动轮靠在从动轮上时，则向相反的方向转动，进而完成在垂直方向的反向移动。
操作人员将混合好的物料装入模具中，由于砖坯（标准件）的四角和八条楞容易破坏，装料时要遵循“四角扒料”原则，压成时也要遵循“先轻后重”的原则，即第一次轻压。
2.1.3隧道窑的构造及工作原理
隧道窑一般是一条长的直线形隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车。
燃烧设备设在隧道窑的中部两侧，构成了固定的高温带--烧成带，燃烧产生的高温烟气在隧道窑前端烟囱或引风机的作用下，沿着隧道向窑头方向流动，同时逐步地预热进入窑内的制品，这一段构成了隧道窑的预热带。
在隧道窑的窑尾鼓入冷风，冷却隧道窑内后一段的制品，鼓入的冷风流经制品而被加热后，再抽出送入干燥器作为干燥生坯的热源，这一段便构成了隧道窑的冷却带。
在台车上放置装入陶瓷制品的匣钵，连续地由预热带的入口慢慢地推入（常用机械推入），而载有烧成品的台车，就由冷却带的出口渐次被推出来（约1小时左右，推出一车）。
耐火材料用隧道窑按使用温度可分为三类：
1）低温隧道窑－烧成温度约1000℃，主要用于焙烧滑板砖和其它一些有特殊工艺要求的制品。
2）中温隧道窑：
烧成温度1300℃～1650℃，主要用于烧成普通碱性砖、粘土砖、高铝砖、滑板砖、水口砖、硅砖等制品。
3）高温隧道窑：
烧成温度大于1700℃，一般介于1800℃～1900℃，主要用于烧成中档镁砖、高纯镁砖、直接结合镁铬砖、镁铝质及刚玉质等制品。
硅砖隧道窑一般长150m～180m，车台面至窑顶的高度为1.6m～1.9m；碱性砖隧道窑一般长80m～100m，车台面至窑顶的高度～1m等。
硅3.砖生产的物理化学原理
硅砖属于硅质耐火材料范畴，硅质耐火材料是以二氧化硅为主要成分的耐火材料，包括硅砖、特种硅砖、石英玻璃及其制品。
氧化硅质耐火材料突出特性是硅质制品属于酸性耐火材料，对酸性炉渣抵抗能力强，但受碱性渣强烈侵蚀，易被含AI2O3、K2O、Na2O等氧化物作用而破坏，对CaO、FeO、Fe2O3等氧化物有良好的抵抗性，其中典型的产品硅砖具有荷重变形温度高，波动在1640℃~1680℃之间,接近鳞石英,方石英熔点（1670℃、1713℃），残余膨胀保证了砌筑体有良好的气密性和结构强度。
最大的缺点是热震稳定性低，其次是耐火度不高。
硅质耐火材料主要原料有硅石，硅石原料有绞结硅石（胶结石英岩）和结晶硅石（结晶石英岩），此外还有脉石英；生产过程中废硅砖可作为原料使用，减少砖坯烧成膨胀，从而降低烧成废品；石灰是以石灰乳的形式加入坯料中；矿化剂主要有轧钢皮（铁鳞），平炉渣，硫酸渣，软锰矿等。
SiO2的同质多晶转变
据资料报道，SiO2系中有11种主要变体，总共变体有22种，加上方英石为23种，其中包括9种鳞石英,5种非晶质变体。
但研究得最多的有七个结晶变体和一个非晶型变体，即β-石英、α-石英；γ-鳞石英、α-鳞石英、β-鳞石英；方石英、α-石英和石英玻璃（非晶型）。
上述晶型变体又可分为两类：
第一类变体是石英、鳞石英和方石英。
它们在结构上和物理性质上极不相同，相互间的转化很慢；第二类变体是上述变体的亚种α、β、γ型。
它们在结构和性质方面很相似，相互间的转变很快。
在理论上它们之间的相互转变关系如图所示。
石英变体的理论转变关系
图中水平方向的相互转变为慢速转变，这种转变一般是从晶体的表面边缘开始，极其缓慢地进展到晶体中心。
垂直方向的转变为快速转变。
这种转变在转变温度下会骤然发生，且是整个晶体骤然转变。
各种变体的基本性质如表所示。
上述慢速转化的温度界限只是在加热时间很长，原料粉碎很细，有强矿化剂存在的条件下，才是正确的。
实际上看到的转变关系是按图所示进行的
氧化硅变体实际转变图
图中所示石英转变为鳞石英的转化速度和程度，不仅与温度的高低和矿化剂的存在（种类和数量）有关，而且也与温度的作用时间、原料的颗粒大小、显微组织结晶大小）等因素有关。
温度高、高温作用时间长、颗粒小、结晶小、矿化剂作用强，则转化快，反之则慢。
无论是慢速转变或快速转变，都伴随有体积变化。
这是因为SiO2各变体的真密度不同，由真密度大的变体向真密度小的变体转化时，产生体积膨胀，反之则出现收缩。
体积的变化直接影响到硅砖的生产和使用过程。
各变体转变时发生的体积变化值列
耐火材料的坯料和砖坯，都是由固体物质、水（或其它结合剂）和空气组成的三相系统。
在整个压制过程中，固相和液相量没有改变，而坯料中空气的数量则由于压力的作用被压缩和减少，被压缩的坯料容积亦相应减少。
压制的过程可用压力压缩曲线（图）表示。
压制是按如下三阶段进行的
压力压缩曲线
（1）第一阶段，在压力的作用下，坯料中的颗粒开始移动，重新配置成较紧密堆积。
该过程的特点是压缩明显。
当压力增至某一数值后，进入第二阶段。
（2）第二阶段，颗粒发生脆性及弹性变形，此过程具有阶段特性，坯料的压缩呈阶梯式。
坯料被压缩到一定程度后，即阻碍进一步压缩。
当压力增加，达到使颗粒再度发生变形的外力时，由于颗粒的变形，才引起坯料的压缩，并伴随有坯体致密度增加。
这种压缩及增压的阶段，变得短促而频繁。
（3）第三阶段，在极限压力下，坯料的致密度不再提高。
由于压制压力用于克服颗粒之间的内摩擦力、颗粒与模壁间的外摩擦力以及被压坯料的变形，所以，物料内压力分布是不均匀的。
随远离受压面压强逐渐降低，导致坯体的致密度和气孔率分布也不均匀。
影响坯体均匀程度的因素很多，大致可归为如下几点：
①坯体的均匀程度随坯体内、外摩擦系数的降低而增高。
②坯体的均匀程度随受压面的增大，以及坯体厚度和周边长度的减小而提高。
所以，双面加压制品的密度较均匀。
对一般耐火制品而言，其密度差允许有1%～2%。
③向坯料中引入某些塑化剂及表面活性剂，有助于提高坯体密度的均匀性。
④在一定范围内，坯料颗粒较粗，水分较大，有助于提高坯体密度的均匀性。
坯体被压制时，施加于坯体上的外力被与其方向相反、大小相等的内部弹力所均衡。
内部弹性力不仅产生于施加方向，而且向其它所有方向发展（如侧向力），并为模壁所均衡。
当外力取消时，内部弹性力被释放出来，使坯体力图在所有方向膨胀，这种作用称弹性后效。
弹性后效在压制过程中往往是造成废品的直接原因。
耐火制品烧成时，在加热和冷却过程中许可的升（降）温速度以及必需的保温时间，取决于加热和冷却时制品内进行的物理化学变化过程中所产生的内应力大小，以及完成物理化学变化所需的温度和时间。
烧成时的窑内气氛，会影响制品在烧成过程中的化学变化。
烧成硅砖时，通常采用还原性气氛，可使加入的铁质矿化剂增强矿化作用。
氧化硅质耐火材料的主晶相为鳞石英。
鳞石英熔点1670℃，但鳞石英具有较高的体积稳定性。
硅砖中鳞石英具有矛头状双晶相互交错的网络状结构，因而使砖具有较高的荷重软化点及机械强度。
当硅砖中有残余石英存在时，由于在使用中它会继续进行晶型转变，体积膨胀大，易引起砖体结构松散。
综上所述，一般希望烧成后硅砖中含有大量鳞石英，方石英次之，而残余石英越少越好。
氧化硅质耐火材料采用矿化剂。
石英转变为鳞石英或方石英时，在矿物剂很少或几乎没有时，α-石英就形成α-方石英，这种转变称为“干转化”。
在干转化时，由于砖体的不均匀的体积膨胀很大，而又无液相缓冲应力，因而引起制品结构松散和开裂，不可能制得良好性能的制品。
当有足够数量的矿化剂存在时，α-石英、亚稳定方石英和矿化剂及杂质等相互作用形成液相，并侵入（石英颗粒在形成亚稳定方石英时出现）裂纹中，促进以α-石英和亚稳定方石英不断地溶解于所形成的液相中，使之成为硅氧的过饱和溶液，然后以稳定的鳞石英形态不断地从溶液中结晶出来。
这个转变速度取决于所加矿化剂的性质和数量，所形成的液相缓冲着由于体积膨胀所产生的应力，提高砖坯的加热体积稳定性和强度，防止焙烧过程中制品的松散和开裂现象。
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