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陶瓷窑炉和耐火材料的选择

作者:admin 发布日期: 2021-01-21 二维码分享

现代陶瓷工艺对陶瓷的化学成分、原料的种类和窑炉的结构都进行了很大的调整。

(1)化学成分变化的特点:增强熔剂作用,降低液相的高温黏度,但又不大幅度影响烧成温度范围。以卫生陶瓷为例:总溶剂含量从5%~6%提高至6%~8%;熔剂物质中,RO的含量由1.3%增加至3%左右,R₂O的总量增加不大,但增加的主要是Na₂O的含量。

(2)原料方面的特点:使用导热好,干燥收缩、烧成收缩和线膨胀系数小的原料,减少石英含量和灼烧减量。

现代陶瓷窑炉采用了高速烧嘴、气流搅拌、空气急冷;采用了支柱-横梁-棚板组成的构架来支撑坯件;采用了低蓄热、高强度、高导热和高抗热震性的窑具材料,采用了超轻质、低蓄热的窑车和高保温的窑体。因有效传热显著增强和无效传热大为减少,窑的产量、燃耗、成本、寿命等技术经济指标均得到极大的改善。

A 常见陶瓷耐火材料的性能

氮化硼的抗氧化性能不佳;石英玻璃制品抗热震性很好,但在1100℃以上存在析晶倾向。堇晶石材料的使用温度虽然不高,强度也不很高,但有很好的抗热震性。氮化硅和碳化硅材料存在氧化问题,但有很高的强度、导热性和抗热震性。莫来石-刚玉材料的使用温度很高,无氧化问题,但强度、导热性和抗热震性不够理想。氧化锆材料烧结困难、价格较高、抗热震性也不够理想。

现代陶瓷窑炉选择碳化硅、堇青石-莫来石和莫来石-刚玉作为主体窑具材料,以陶瓷耐火纤维作主体的隔热材料。特殊情况下可使用镁铝尖晶石、氧化锆和钛酸铝材料。镁铝尖晶石材料适用于作接触碱性物料的垫片、容器。在莫来石制品中引入氧化锆可提高抗热震性。钛酸铝的使用温度高、抗热震性好,但强度低、中温易分解、特别在还原气氛下分解加速。经改进后,钛酸铝材料减少了缺点,可于高温、温度急速变化和使用时间不很长的场合,如制作特种坩埚、过滤器和流量调节装置等。

B 现代陶瓷窑炉用主体耐火材料

堇青石-莫来石系材料适用于温度较低、工作应力不大,要求有高抗热震性的场合。低温快烧窑的棚板、立柱、垫板等常常使用堇青石-莫来石材料制作。

碳化硅系材料适用于温度不很高,要求有高工作应力、高导热和高抗热震性的场合。碳化硅系的材料分为氧化物结合、反应烧结和重结晶碳化硅材料以及氮化物结合几类。氧化物结合碳化硅为低中档窑具。反应烧结碳化硅的气孔率几乎为零,有很高的强度,但使用温度不宜高于1350℃,很适合用于低温快烧窑炉。重结晶碳化硅有良好的尺寸稳定性和高温承载能力,适合于温度高于1350℃的场合。氮化物结合碳化硅的使用效果依纯度、矿物组成和显微结构有很大的差异。莫来石-刚玉系列的材料适用于煅烧温度高的场合,如烧成氧化铝陶瓷和铁氧体陶瓷。

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