耐火磚出窯

燒制是指對耐火磚坯進行煅燒的熱處理過程。磚坯經過燒成，可使其中的某些組分發生分解和化合等化學反應，使磚坯燒結形成玻璃質或晶體結合的制品，從而使制品獲得較好的體積穩定性和強度，以及其他特性。 

耐火制品的性質不僅取決于原料的成分和性質、配料組成和生產方法，而且在很大程度上取決于燒成質量的好壞。燒成是耐火制品生產過程中的重要一道工序，無論是制品的質量或是企業的技術經濟指標，如產品質量、勞動生產率、單位產品燃料消耗定額和產品成本等，都在很大程度上取決于燒成的好壞。所以，燒成是耐火材料生產過程中特別關鍵的工序。

一、燒成窯爐類型 

耐火材料燒成窯爐的種類很多，但目前耐火制品燒成時，常用的燒成設備有隧道窯、梭式窯、倒焰窯和熱處理窯。此外還有用于特種要求的窯爐，如電加熱式窯爐，根據需要控制窯爐內的氣氛。通常采用氣體燃料（如天然氣、煤氣）和液體燃料（如重油、輕柴油等），我國已基本取締直接使用固體燃料。 

（一）隧道窯

隧道窯屬于連續作業的窯爐，是目前耐火材料生產中比較先進和普遍使用的窯爐。它的主要優點是機械化、自動化程度高，生產能力較大，熱效率也高。但隧道窯在燒制不同品種的磚時，其燒成制度的更換不如梭式窯和倒焰窯靈活。 

隧道窯沿窯長度方向有預熱帶、燒成帶和冷卻帶。根據制品類型和工藝要求，有普通隧道窯和高溫隧道窯兩大類型。高溫隧道窯燒成溫度可達1800~1900℃，窯長50~130m，窯寬1.1~3.2m，年生產能力5000~32000噸，單位產品熱耗6600~6900KJ/Kg。 

（二）倒焰窯

倒焰窯屬于間歇式窯爐。間歇式窯爐具有燒成制度可根據生產需要靈活調整，適合多品種、小批量生產。倒焰窯形狀有方形和圓形兩種，目前生產上常用的有容積為100m3、150m3、200m3、250m3等倒焰窯，也有幾立方米和10m3左右的高溫倒焰窯。由于倒焰窯適合燒制大型、特異型制品和多種燒成制度、小批量的耐火制品，因此有它的特點和優勢。倒焰窯的主要缺點是熱效率低、生產能力低、勞動強度大、操作條件差和周轉時間長等。該窯型將逐漸被淘汰。 

（三）梭式窯

梭式窯是一種配有窯車的倒焰窯，由于制品在窯車上燒制，可以提高窯車周轉率，達到提高產能的目的，是替代倒焰窯的新型間歇式窯爐。梭式窯的容積在10~300m3范圍內。燒成溫度可達到1750℃。梭式窯特點：1）可實現快速燒成，系統調節靈活，窯溫均勻。2）燃料消耗低。由于梭式窯采用輕質磚、薄壁，蓄熱量小；燒成周期短；設置了煙氣余熱回收裝置。同樣是間歇式窯爐，燃料消耗為倒焰窯的30~40%。3）由于裝卸磚在窯外進行，勞動條件改善，機械化和自動化程度達到隧道窯水平。

（四）熱處理窯

熱處理窯的熱源有熱煙氣和電加熱。生產方式有連續操作和間歇操作兩種。

隧道式連續操作熱處理窯，一般采用熱煙氣加熱方式。熱煙氣從窯中間送入，前后兩端排出，出窯廢氣一部分循環使用，其送風及排風系統設有調節閥，能靈活控制窯內各點的風量和溫度。進車端排出的廢氣經雙重管(套管)換熱器返回燃燒室，對結合劑的揮發份及有害氣體進行焚燒處理。

近年來，電加熱爐窯的應用在逐步增多，大多用于鎂碳磚、長水口和滑板等制品的熱處理，也用于滑板、長水口的焙燒及氮化硅等特種耐火材料的燒制。電加熱爐生產靈活，溫度控制方便可靠，生產環境好。

電加熱處理窯采用乳白石英遠紅外管加熱器或電阻絲加熱，窯內溫度一般在200～350℃，裝機功率150～300kW。其大特點是結構簡單、成本低、煙塵及噪聲危害輕，操作靈活、窯溫均勻，便于控制熱工制度。

電加熱焙燒爐窯多為間歇作業，使用溫度大多在400～700℃，裝機功率隨產品品種和升溫速率要求差異較大，多為250～500kW。生產氮化硅結合碳化硅磚的電加熱爐窯溫度約1400℃，窯體密封，并控制在氮氣氛進行燒成。

二、燒成工序

耐火制品燒成工序包括：裝窯、焙燒和出窯。 

（一）裝窯

過去在燒成工人中常流傳著這樣一句話：燒磚質量的好壞是“七分碼，三分燒”，這種講法雖然不夠科學，但它卻反映了碼窯與燒成的密切關系。裝窯時磚垛碼得不好，絕不會燒出好的產品來。 

所謂裝窯就是指按窯爐結構特點和制品燒成時熱工制度的要求，在窯內將符合半成品技術條件的磚坯合理排列碼放的操作過程。對于隧道窯也稱裝(窯)車。 

為了達到上述目的，就需要制定裝窯圖和裝窯技術操作規程，以便統一裝窯操作。隧道窯和倒焰窯裝窯圖的制定雖然有著它們各自的特點，如隧道窯是將磚坯裝在窯車上，而倒焰窯則將磚還直接裝入窯內，但在制訂它們的裝窯圖時應該掌握的基本原則還是一致的。如傳熱，不同品種磚坯的裝窯部位等。下面以隧道窯裝窯為例，說明制訂裝窯圖的一些基本原則。 

在制訂隧道窯裝窯方案時，通常考慮以下幾方面的問題： 

1)根據不同磚種，確定裝窯高度和裝窯方法。通常鎂磚和一等高鋁磚的裝窯高度為1～1.1m；硅磚為1～1.7m；粘土磚介于兩者之間。裝磚方法多數采取平裝，硅磚采用立裝和粘土磚采用側裝的方法。 

2)根據不同磚型，確定普型磚和異型磚的裝窯比例，一般異型磚與普型磚在同一窯車上的比例為4∶6左右。同時，還要根據不同磚型，確定不同品種的裝窯部位。一般將標、普型磚裝在下部，異型磚裝在上部，而對某些特異型磚或燒成時容易開裂的磚坯進行包裝(以磚包磚)。 

3)在保證燒成質量的前提下，提高裝磚密度(即單位窯車裝磚量)以達到提高產量和降低燃耗。 

4)保證磚坯在焙燒時氣體正常流通和具有良好的傳熱條件。為此，在制定裝窯圖時，還應控制以下兩個因素，即K值和m值。

K值是指隧道窯外通道截面積與內通道截面積之比。若外通道截面積為了f外，內通道截面積為f內，則K值可表示為：

K＝f外/f內 

這個比值，反映了隧道窯中氣流在外、內通道的分布情況。選擇適當的K值有利于磚垛溫度的均勻。在耐火材料生產中，由于各廠生產的品種不同，以及窯爐結構和散熱等條件不一樣，所以各廠在燒成耐火制品時規定的K值也不一致，但對某一個廠來說，應保持相對穩定。一般規定燒成粘土磚、硅磚時的K值為1.3～1.6；而高鋁磚、鎂質制品為1.3～1.4。 

K值大于1，說明外通道面積大于內通道面積，其目的在于使磚垛外表面有足夠的火焰流過，但外通道面積也不能太大，過大則使磚垛中心部位火焰流量減少，而造成磚垛中心部位制品欠燒。 

m值又稱隧道窯的有效斷面系數。它是指裝磚時縱向通道(包括外通道和內通道)橫截面積總和與窯的橫截面積之比，用百分率來表示。若以f總代表隧道窯的橫截面積，則m值可表示為：

m＝（f外+f內）/f總×100%

m值越大，說明氣流通道相對面積越大，氣體流通時的阻力就越小，但窯車裝磚量將隨之減少。通常燒成粘土磚、硅磚時，m值為25～35%，燒成高鋁磚和鎂磚時為35～50%。 

近年來，在制定裝窯圖時，有時隧道窯在磚垛內采取留均勻小通道的辦法，其原理基本相同。 

制定合理的裝窯圖是保證裝窯質量的前提，但如果裝窯操作不當也會使燒成后的制品外形合格率降低。因此，在耐火材料生產中，對裝窯質量的基本要求是保證磚垛得平、穩、直和避免磚坯間因高溫燒成時粘結在一起，以及減少燒成制品的扭曲變形。為了達到上述要求，裝窯時通常在每層磚之間均勻地撒一層粒度為0.5～3mm的填砂。不同性質的制品，對裝窯填砂的要求也不同，通常粘土磚、高鋁磚使用硅砂、礬土屑、稻殼或稻殼灰；硅磚使用廢硅磚砂或硅砂；鎂磚質使用鎂砂或鉻礦砂。 

（二）燒成

磚坯在燒成過程中進行一系列的物理－化學反應，使磚坯變得致密，強度增加，體積穩定，并保證有準確的外形尺寸。 

1.燒成過程三個階段

耐火材料在燒成時，根據制品發生變化的特征，整個燒成過程可分為三個階段：

（1）加熱階段，即從制品進窯或點火時起至達到制品燒成的高溫度時為止。在這個階段中進行著磚坯加熱，殘余水分和化學結晶水分的排出，某些物質的分解和新的化合物的形成，多晶轉變以及液相生成等，包括有機和無機結合劑、添加劑的分解、氧化燃燒等，放出CO2和水及其它小分子。在這個階段，由于上述原因，坯體的重量減輕，氣孔率增大，強度降低。

隨溫度增加，達到液相形成溫度和物相合成溫度，由于液相的擴散、流動、溶解沉析傳質過程的進行，顆粒在液相表面張力作用下，進一步靠攏而促使坯體致密化，使其強度增加，體積縮小，氣孔率降低，坯體進行燒結。 

（2）高燒成溫度時的保溫階段。坯體中各種反應趨于完全、充分、液相數量增加，結晶相進一步成長，磚坯達到致密化。

制品在燒成過程中，不僅要使表面達到燒成溫度，而且要使制品內部也達到燒成溫度。這個溫度均勻化的過程是靠傳熱來實現的，為此需要一定的時間。由此可見，制品越大，裝窯密度越高，則此時間就越長。此外，由于窯爐內各部位溫度的不均勻性，也需要一定的保溫時間。 

（3）冷卻階段是指從燒成高溫度至出窯溫度。在此階段中，制品在高溫時進行的結構和化學變化基本上得到了固定。在此階段的初期，制品中還進行著一些物理－化學變化，發生物相的析晶、某些晶體的晶型轉變、玻璃相固化、微裂紋產生等過程。冷卻制度會影響制品的強度、抗熱震性等物理性能。 

2.燒成制度

為了合理地進行各種耐火制品的燒成，應預先確定每種制品的燒成制度，其內容包括：燒成的高溫度；在各階段的升溫速度；在高溫度下的保溫時間；制品冷卻下的降溫速度；在上述各階段中窯內的氣氛性質。 

燒成制度可以制成橫坐標為時間(小時)，縱坐標為溫度(℃)的曲線，也可以由溫度范圍、升溫速度和時間為內容的列表形式表示。

耐火制品燒成溫度主要取決于：1）使用的原料的性質。原料的主要礦物相的熔點、礦物相之間的低共熔點溫度和數量與燒成溫度直接相關。耐火制品參考燒成溫度約為主要礦物相熔點溫度的0.8倍。因此，高純鎂磚燒成溫度高于鎂尖晶石磚；剛玉磚燒成溫度高于莫來石磚；堿性耐火制品的燒成溫度高于高鋁耐火制品；2）對于相同材質，原料純度越高，燒成溫度越高。純度高的直接結合堿性制品燒成溫度高于硅酸鹽結合的堿性制品。3）原料細粉的粒度。分散度高則比表面積越大，表面自由能越大，燒結動力越大。因此微粉可促進燒結，降低燒成溫度。 

耐火制品燒成時，在加熱和冷卻過程中許可的升(降)溫速度以及需要的保溫時間，取決于：1）加熱和冷卻時制品內進行的物理化學變化過程中所產生的內應力大小；2）完成這一物理化學變化所需的溫度和時間；3）燒成過程中耐火制品的溫度梯度、熱膨脹和冷收縮產生的應力。 

耐火制品的燒成過程可以用兩種加熱方式來完成，即制品在較低溫度下用較長時間燒成，或在較高的溫度下用較短的時間燒成。但實際上由于窯爐內傳熱緩慢，以及制品在窯爐內受熱的不均勻性，所以用快速燒成耐火制品是有限度的。 

燒成時的窯內氣氛有氧化氣氛、中性氣氛、還原氣氛、惰性氣氛等，應按燒結要求進行控制。燒成時的窯內氣氛，會影響制品在燒成過程中的化學變化。例如在氧化氣氛下燒成粘土磚，可使制品內FeO轉變為Fe2O3，有利于提高粘土制品的耐火度，以及使磚坯內有機物燃燒揮發；而燒成硅磚時，通常采用還原性氣氛，可使加入的鐵質礦化劑增強礦化作用；含碳制品由于避免碳的氧化，要求在隔絕空氣的還原氣氛中燒成，或控制的氮氣中燒成。因此，不同制品燒成時要求的氣氛也不同。 

耐火制品的燒成制度不僅與耐火制品的品種、形狀尺寸有關，還與燒成設備的類型密切相關。比如大型倒焰窯，需要較緩慢的升溫速度，較長的保溫時間，以保障磚坯溫度的均勻性。不適宜的燒成制度，會增大廢品率，降低制品質量。合適燒成制度建立在理論指導和實踐經驗之上。 

（三）出窯

出窯是將燒好的制品經冷卻后從窯內取出來，或從窯車上卸下來的操作過程。出窯操作的好壞，對成品外形質量有著直接影響。在出窯過程中，如果操作不注意或不熟練，往往會造成制品缺邊掉角，從而降低成品合格率。 

在耐火材料生產中，出窯操作一般應注意如下幾點： 

（1）取磚和放磚時，應做到輕拿輕放，避免由于出窯操作不慎而造成的制品外形缺陷。

（2）不同磚號的制品應嚴格分開堆放，也就是說，不同磚號的制品出窯時不能放在同一塊磚板上，否則，在成品檢選時易造成混亂。因為有些不同磚號制品的外形可以完全相同，只是在某一尺寸有不大的差別(幾個mm或十幾個mm)，如果將它們混放在一塊磚板上，檢選時就容易把其中一個磚號的制品誤認為廢品，這樣不但會造成浪費，還會影響使用。

不同型號磚的堆放后，注明標識。

（3）應將工具磚(架磚、拉坯磚等)整理堆放好，以供裝窯時繼續使用。

（4）出窯、運磚時應注意安全操作和勞動防護。 

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