耐火磚裂紋是影響耐火磚質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素，輕者影響耐火磚質(zhì)量等級(jí)的評(píng)定；重者危及用戶銷售困難；嚴(yán)重的甚至造成大批耐火磚報(bào)廢，給經(jīng)營(yíng)者帶來(lái)不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。
有的耐火磚生產(chǎn)廠家投產(chǎn)多年一直受耐火磚裂紋的困擾，究其原因，主要是沒(méi)有找準(zhǔn)裂紋的成因，無(wú)法對(duì)癥下藥，所以問(wèn)題也得不到根治。
成品耐火磚裂紋按生產(chǎn)工序劃分主要有四大成因：
一、 原料原因造成的耐火磚裂紋；
二、 成型原因造成的耐火磚裂紋；
三、 干燥原因造成的耐火磚裂紋；
四、 焙燒原因造成的耐火磚裂紋；
下面逐項(xiàng)剖析。
一、 原料原因造成的耐火磚裂紋
1、原料本身特性造成的耐火磚裂紋
① 干燥敏感性系數(shù)過(guò)高
干燥敏感性系數(shù)用來(lái)衡量耐火磚裂紋傾向性的大小干敏系數(shù)越高耐火磚形成裂紋的傾向性越大反之越小。當(dāng)干敏系數(shù)大于2時(shí)裂紋幾乎不可避免。當(dāng)干敏系數(shù)小于1時(shí)耐火磚一般不易形成裂紋。同樣的干敏系數(shù)自然干燥不容易產(chǎn)生裂紋而人工干燥卻很難控制。主要原因是人工干燥時(shí)間短一般在10-30個(gè)小時(shí)、自然干燥時(shí)間長(zhǎng)是人工干燥時(shí)間的20-40倍。所以有些耐火磚生產(chǎn)廠家自然干燥很正常而改為人工干燥后裂紋卻難以控制。
這種類型的裂紋在一些粘土耐火磚和一些粘土摻量高的耐火磚生產(chǎn)廠家最為常見(jiàn)。
防治措施
a 、建廠前必須事先對(duì)準(zhǔn)備使用的原料進(jìn)行化驗(yàn)慎用干敏系數(shù)高的原料。
b、適量摻加瘠化劑爐渣、煤矸石、粉煤灰、鐵礦渣等都是很好的瘠化劑。
② 塑性太差
原料塑性太差會(huì)造成成型困難成型時(shí)裂紋嚴(yán)重，即便勉強(qiáng)成型因坯體質(zhì)量差、機(jī)械強(qiáng)度低抵抗裂紋的能力就差在干燥、焙燒過(guò)程中就容易產(chǎn)生裂紋。
這種情況就好比有的人身體素質(zhì)差，一遇天氣變冷就容易感冒，而身體素質(zhì)好的人抵抗氣溫變化的能力強(qiáng)遇冷就不容易感冒。
防治措施
a、砂性黏土可摻加增塑劑如膨潤(rùn)土、高塑性黏土、造紙黑液等。
b、煤矸石、頁(yè)巖等可降低其粒度增加塑性也可采用摻加增塑劑的方法。
③ 泥料的顆粒級(jí)配不合理
所謂顆粒級(jí)配即指泥料中各種粒徑顆粒所占的比例。一般要求有三種粒徑細(xì)粉料也稱塑性顆0.053mm以下填充性顆粒0.053-1.2mm粗骨料飾紋性顆粒1.2-2.4mm。細(xì)粉料的含量決定了泥料的塑性一般應(yīng)占35-50%填充性顆粒應(yīng)占20-65%這部分顆粒的作用是限制坯體產(chǎn)生過(guò)渡的收縮、裂紋、變形粗骨料應(yīng)占0-30%不做粗骨料飾紋時(shí)可不用。
我們生產(chǎn)內(nèi)墻磚時(shí)一般只要求前兩種顆粒細(xì)粉料、填充性顆粒的比例若這一比例失調(diào)生產(chǎn)出的磚可能會(huì)產(chǎn)生裂紋。 使用河、湖淤泥時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到這樣的問(wèn)題。
防治措施使用兩種以上的原料調(diào)整粒徑組成確保顆粒級(jí)配合理。
2、 管理原因造成的耐火磚裂紋
① 生產(chǎn)工藝不合理主要是摻混不勻
兩種或兩種以上的原料用來(lái)造磚時(shí)如果摻混不均勻會(huì)造成耐火磚的裂紋。因?yàn)閮煞N原料的干燥和焙燒收縮不可能一樣很容易形成內(nèi)應(yīng)力干燥和焙燒后產(chǎn)生裂紋就不可避免。
防治措施
改進(jìn)工藝設(shè)法摻混均勻。最好在進(jìn)破碎機(jī)之前按比例摻混好這樣再通過(guò)破碎機(jī)、篩分、攪拌三道工序摻混后原料的摻混效果會(huì)更佳。兩種以上的原料單獨(dú)破碎、篩分再到攪拌機(jī)后摻混很難達(dá)到理想的效果。而且原料的比重差別越大,其摻混效果越差,耐火磚產(chǎn)生裂紋的可能性就越大。
② 陳化條件不充分
陳化條件不充分即陳化效果不好也會(huì)造成耐火磚的裂紋。
陳化也叫悶料,困存目的是使水分充分滲透、泥料疏解、松散勻化。陳化必須具備四個(gè)條件粒度、水分、時(shí)間、溫度這四個(gè)條件缺一不可。粒度越小陳化效果會(huì)越好，進(jìn)陳化庫(kù)時(shí)的水分以達(dá)到成型水分為最佳時(shí)間必須保證72小時(shí)以上。陳化庫(kù)環(huán)境溫度也應(yīng)該盡量保持在10℃以上，溫度越低需要的陳化時(shí)間越長(zhǎng)。
我們?cè)谏a(chǎn)中都有這樣的經(jīng)驗(yàn)停產(chǎn)檢修前存下的泥料下次再生產(chǎn)時(shí)特別好用，這是因?yàn)殛惢瘯r(shí)間延長(zhǎng)的原因，同樣的泥料夏天比冬天好用這是因?yàn)橄募練鉁乇榷靖叩脑颉?
二、成型原因造成的耐火磚裂紋
1、設(shè)備原因
① 設(shè)備本身缺陷
由于設(shè)備本身某些參數(shù)設(shè)計(jì)不合理會(huì)造成耐火磚裂紋，如攪拌機(jī)設(shè)計(jì)或制作不合理造成攪拌不勻、攪拌強(qiáng)度不夠、攪拌時(shí)間短等。曹世璞老師在其講義中曾舉過(guò)這樣的例子同樣的泥料攪拌2分鐘擠出磚坯的干燥裂紋為4%，而攪拌到3分鐘以上在同樣的干燥條件下干燥裂紋只有1%。 擠出機(jī)絞龍、機(jī)頭俗稱機(jī)脖子、機(jī)口等如設(shè)計(jì)不合理或加工不合格也會(huì)造成耐火磚的裂紋。
防治措施
合理選擇設(shè)備
② 模具不合格
生產(chǎn)空心磚時(shí)由于模具不合格會(huì)造成磚坯裂紋輕者形成隱形裂紋到干燥或焙燒后才會(huì)顯現(xiàn)嚴(yán)重時(shí)直接影響成型。
防治措施
選購(gòu)合格的模具。
空心磚的模具最好不要自己加工。個(gè)別耐火磚生成廠家為圖省錢自己加工空心磚摸具看似省錢其實(shí)得不償失。因?yàn)樽约杭庸さ哪＞哌\(yùn)行阻力大、調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)、磚坯廢品率高、產(chǎn)量低綜合算起來(lái)還是買專業(yè)制造廠家的省錢。
2、真空度太低
根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果成型前泥料中空氣的含量一般10-12%體積比成型時(shí)要用真空泵把這些空氣盡量抽出來(lái)。因?yàn)椴豢赡苓_(dá)到絕對(duì)的真空所以總有一部分空氣滯留在磚坯中。
實(shí)驗(yàn)表明真空度在50-85%時(shí)磚坯最容易分層，75%時(shí)分層最嚴(yán)重，而且真空度低的磚坯密實(shí)度差這樣的磚坯干燥過(guò)程最容易產(chǎn)生裂紋。
生產(chǎn)過(guò)程中真空度應(yīng)該越高越好，目前國(guó)外設(shè)備的真空度已經(jīng)達(dá)到96-98%即0.096-0.098MPa。真空度越高磚坯密實(shí)度越好，機(jī)械強(qiáng)度越高，抵抗裂紋的能力也就越強(qiáng)。
有的專家說(shuō)真空度不能太高了，太高了影響干燥實(shí)際上這是不切實(shí)際的。這種說(shuō)法和“原料不是越細(xì)越好”的觀點(diǎn)是出于同一個(gè)理由。那就是過(guò)分密實(shí)的坯體原料顆粒，會(huì)堵塞水分子的通道，造成干燥困難。水分子的直徑為2.8×10-10 m而原料顆粒最小也不過(guò)是微米級(jí)即10-6 m假設(shè)泥料的顆粒直徑全部是1微米實(shí)際上是不可能的那么它仍然是水分子直徑的3571倍即相當(dāng)于直徑3米多的大石頭擠在一起不管這些石頭擠得多緊小螞蟻仍能從它們的間隙里進(jìn)出自如。所以說(shuō)“坯體密實(shí)度高影響干燥效果”的說(shuō)法是不正確的。
當(dāng)然泥料粒度越小，其比表面積越大，和水結(jié)合的能力越強(qiáng)成型含水率越高干燥難度會(huì)有所增加。
防治措施
合理選擇真空泵加強(qiáng)管理防止擠出機(jī)漏氣確保真空度在85%以上。
3、潤(rùn)滑不正常
擠出機(jī)機(jī)口處的潤(rùn)滑非常重要。潤(rùn)滑不好會(huì)使泥流速度不一致造成耐火磚磚坯裂紋。生產(chǎn)空心磚時(shí)尤為明顯。
防范措施
加強(qiáng)管理確保潤(rùn)滑正常。
三、 干燥原因造成的耐火磚裂紋
1、急干
① 送風(fēng)溫度太高 一般干燥窯送風(fēng)溫度為105-130℃如果送風(fēng)溫度太高會(huì)造成磚坯急干裂紋。因磚坯外層接觸熱空氣吸熱快溫升比內(nèi)部要快得多，其脫水速度也就相應(yīng)的比內(nèi)部快得多造成內(nèi)外收縮不一致，從而產(chǎn)生裂紋。
防治措施
調(diào)整送風(fēng)溫度
② 干燥窯預(yù)熱段太短
即便送風(fēng)溫度合適，但如果預(yù)熱段太短，磚坯內(nèi)部還沒(méi)有達(dá)到相應(yīng)的溫度內(nèi)擴(kuò)散與外擴(kuò)散速度差別太大，這時(shí)如果磚坯被強(qiáng)行送入送風(fēng)段磚坯仍然會(huì)產(chǎn)生急干裂紋。
防治措施調(diào)整預(yù)熱段長(zhǎng)度
一般應(yīng)占干燥窯總長(zhǎng)度的30%左右。冬季適當(dāng)縮短夏季適當(dāng)延長(zhǎng)。
③ 通風(fēng)量太大
如果干燥窯通風(fēng)量太大，即便送風(fēng)溫度和預(yù)熱段長(zhǎng)度都符合要求，磚坯仍然會(huì)產(chǎn)生裂紋，這種裂紋也是急干造成的。因?yàn)轭A(yù)熱段的作用是加熱磚坯，而不是排除水分，當(dāng)然這只是理想狀態(tài)實(shí)際上是不可能的。但我們可以控制預(yù)熱段磚坯的脫水速度。磚坯脫水速度的快慢跟空氣的相對(duì)濕度成反比，即空氣的相對(duì)濕度越高，磚坯的排水速度越慢，反之越快。如果保持預(yù)熱段前端空氣的相對(duì)濕度盡量大90-95%磚坯的脫水速度就會(huì)很慢，我們的目的就基本能達(dá)到。但過(guò)高的通風(fēng)量會(huì)帶走大量的水分，會(huì)使窯內(nèi)空氣的相對(duì)濕度變小，磚坯就會(huì)加速脫水從而產(chǎn)生急干裂紋。
防治措施
合理控制通風(fēng)量
在排潮口按濕度計(jì)確保排潮口濕度保持在90-95%之間。
④ 窯車臺(tái)面溫度過(guò)高
一次碼燒隧道窯，由于窯車擔(dān)負(fù)干燥和焙燒雙重任務(wù)，經(jīng)過(guò)焙燒窯后的窯車臺(tái)面儲(chǔ)存了大量的熱量，如果卸完車后冷卻時(shí)間過(guò)短，大量的熱量散發(fā)不出來(lái)這樣的窯車碼好磚坯后底層磚坯往往因急干造成嚴(yán)重裂紋，尤其夏季最為明顯。
防治措施
窯車臺(tái)面施工時(shí)盡量使用絕熱效果好的耐火材料延長(zhǎng)空車線長(zhǎng)度增加散熱降溫時(shí)間。
2、凝露也叫回潮
凝露的主要原因就是干燥窯預(yù)熱段濕空氣產(chǎn)生飽和，即相對(duì)濕度達(dá)到100%。磚坯表面吸收空氣中的水分后膨脹從而產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋。造成預(yù)熱段濕空氣飽和的主要原因有三項(xiàng)
①預(yù)熱段太長(zhǎng) 預(yù)熱段一般設(shè)計(jì)為干燥窯總長(zhǎng)度的30%太長(zhǎng)的預(yù)熱段容易使?jié)窨諝猱a(chǎn)生飽和；
②送風(fēng)溫度太低 送風(fēng)溫度太低會(huì)造成排潮溫度低，預(yù)熱段濕空氣很容易產(chǎn)生飽和；
③通風(fēng)量不足 熱風(fēng)帶走水蒸氣的能力是有限的，1立方100℃的熱風(fēng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下能帶走水蒸氣588.17克，而1立方30℃的熱風(fēng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下只能帶走30.36克水蒸氣。如果通風(fēng)量太小，送風(fēng)量太小或排風(fēng)量太小，會(huì)使預(yù)熱段濕空氣產(chǎn)生飽和。
防治措施
針對(duì)以上三項(xiàng)采取相應(yīng)措施。
3、磚坯收縮拉裂
磚坯在干燥過(guò)程中要產(chǎn)生收縮,含水率越高收縮量越大。坯垛中間的磚坯要受到相鄰磚坯的收縮拉力,當(dāng)收縮拉力大于其機(jī)械強(qiáng)度時(shí)磚坯便被拉裂。
防治措施
增加磚坯的機(jī)械強(qiáng)度采用硬塑成型、提高泥料塑性、提高真空度等、降低一次碼坯的高度。
4、壓裂
坯垛中下層磚坯要承受上層磚坯的重力層數(shù)越高，下層磚坯承受的重力越大，當(dāng)磚坯承受的重力超過(guò)其自身強(qiáng)度時(shí)磚坯便會(huì)斷裂。當(dāng)窯車臺(tái)面不平整時(shí)這種現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。
防治措施
增加磚坯的機(jī)械強(qiáng)度同上加強(qiáng)管理確保窯車臺(tái)面平整。
四、 焙燒原因產(chǎn)生的裂紋
1、預(yù)熱帶急干炸裂
干燥后的磚坯進(jìn)入焙燒窯后仍有兩種水分需要緩慢排除，一是自由水，即干燥后的殘余水分二是原料各化合物中的化合水。如果磚坯在預(yù)熱帶升溫過(guò)急，急劇膨脹的水蒸氣會(huì)把磚坯撐裂，從而形成急干裂紋嚴(yán)重時(shí)磚坯會(huì)斷為數(shù)塊俗稱爆坯。
主要原因有兩項(xiàng)
①閘不合理 用閘太少使磚坯在低溫階段得不到預(yù)熱直接進(jìn)入中溫階段8℃一般輪窯用閘不低于個(gè)焙燒窯設(shè)計(jì)的閘應(yīng)盡量用全。 防治措施 合理用閘確保預(yù)熱帶緩慢升溫。 ② 輪窯揭紙擋不及時(shí) 輪窯預(yù)熱帶的紙擋必須及時(shí)揭掉否則熱風(fēng)抽不過(guò)去磚坯得不到預(yù)熱等紙擋被自然燒穿時(shí)熱風(fēng)溫度已經(jīng)高達(dá)℃以上其后果和用閘太少造成的后果一樣。 防治措施 及時(shí)揭紙擋閘用到哪里紙擋就揭到哪里。
2、急火 急火即預(yù)熱帶升溫過(guò)急。
預(yù)熱帶中后部若升溫過(guò)急磚坯也會(huì)產(chǎn)生裂紋。制磚原料中的石英在573℃和870℃時(shí)要發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變的同時(shí)伴隨著體積的膨脹，573℃時(shí)由β-石英轉(zhuǎn)變?yōu)棣?石英，體積膨脹4.68%。870℃時(shí)由α-石英轉(zhuǎn)變?yōu)棣?鱗石英，體積膨脹13.68%。若升溫過(guò)急石英膨脹速度太快會(huì)把磚坯“撐裂”。尤其是573℃-870℃時(shí)的晶型轉(zhuǎn)變因其體積膨脹率大13.68%最容易產(chǎn)生裂紋。所以這一階段要緩慢升溫升溫，速度最好控制在60-80℃/h。
防治措施
適當(dāng)延長(zhǎng)預(yù)熱帶中后部升溫速度不要過(guò)急。
: 14px">3、冷卻過(guò)急
經(jīng)過(guò)高溫焙燒的磚坯進(jìn)入冷卻帶后，要緩慢降溫，若冷卻過(guò)急粘土耐火磚表面急劇降溫，而內(nèi)部仍處于高溫狀態(tài)，由于收縮不一致勢(shì)必產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力超過(guò)磚坯的機(jī)械強(qiáng)度時(shí)，制品便產(chǎn)生裂紋。
冷卻過(guò)程伴隨石英晶型轉(zhuǎn)變帶來(lái)的體積收縮也會(huì)造成成品的裂紋石英晶型轉(zhuǎn)變過(guò)程是可逆的其體積膨脹產(chǎn)生的后果也是一樣的。主要原因輪窯打門過(guò)早隧道窯設(shè)計(jì)太短或在冷卻帶開(kāi)急冷風(fēng)口。
防治措施
輪窯嚴(yán)禁早打門冷卻帶不能低于50m 隧道窯設(shè)計(jì)長(zhǎng)度不能太短根據(jù)不同原料性質(zhì)確定窯的長(zhǎng)度最短不應(yīng)低于50m 隧道窯冷卻帶不要開(kāi)急冷風(fēng)口冷卻風(fēng)機(jī)應(yīng)安裝在出車端窯門處。
3、預(yù)熱帶凝露 預(yù)熱帶用閘不合理，使?jié)駸煔饬鞒踢^(guò)長(zhǎng)容易導(dǎo)致濕空氣產(chǎn)生飽和，使磚坯回潮產(chǎn)生裂紋性質(zhì)，同干燥窯凝露。
防治措施
合理用閘及時(shí)排出，濕煙氣用橋式閘或正橋梯式閘參見(jiàn)本刊年第期《淺談隧道窯的用閘》。
綜上所述耐火磚裂紋的成因還是比較復(fù)雜的，為了直觀起見(jiàn)我們可以借鑒安全管理中事故樹(shù)的模式把耐火磚裂紋的成因，以框圖的形式畫(huà)出來(lái)這樣分析起來(lái)就簡(jiǎn)單多了圖附后。
我們?cè)谏a(chǎn)過(guò)程中往往耐火磚出現(xiàn)了裂紋但卻很難查找其成因。如何根據(jù)裂紋的性質(zhì)判斷其成因呢下面根據(jù)經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)要說(shuō)明一下。
耐火磚的裂紋根據(jù)其性質(zhì)可以分為兩大類即顯紋和暗紋。顯紋是指一眼就能看到的裂紋。暗紋一般用肉眼難以看到，但可以通過(guò)儀器來(lái)辨別，也可以用敲擊的方式通過(guò)聽(tīng)聲音來(lái)判斷。如果一塊沒(méi)有顯紋的磚，用金屬敲擊其聲音沉悶、不清脆俗，稱啞音，則證明有暗紋存在。欠火磚除外。成型時(shí)出現(xiàn)的暗紋和顯紋在干燥和焙燒后會(huì)明顯擴(kuò)大大，部分暗紋會(huì)變成顯紋。 原料原因陳化條件不充分、干敏系數(shù)過(guò)高、塑性太差、摻混不勻、顆粒級(jí)配不合理產(chǎn)生的裂紋只有在后續(xù)工序中才能發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檫@些原因處在生產(chǎn)工序的上游，所以判斷較為困難。比較簡(jiǎn)單的辦法，就是鄰近耐火磚生成廠家之間互換原料做試驗(yàn)。如甲廠生產(chǎn)的耐火磚裂紋嚴(yán)重，而乙廠生產(chǎn)的耐火磚質(zhì)量較好，兩廠可互換部分原料做試驗(yàn)。若乙廠的原料在甲廠生產(chǎn)的磚不裂紋，而甲廠的原料到乙廠做的耐火磚仍然裂紋則可以判斷甲廠磚裂紋是由于原料原因引起的。同樣的辦法可以很快判斷成型、干燥和焙燒方面原因引起的裂紋查到原因后就可以采取針對(duì)性的措施。
成型主機(jī)絞龍、模具、潤(rùn)滑等原因造成的裂紋最大的特點(diǎn)就是規(guī)律性強(qiáng)裂紋的深度、位置、方向基本一致，其他原因產(chǎn)生的裂紋則規(guī)律性不強(qiáng)。
凝露產(chǎn)生的裂紋一般呈網(wǎng)格狀，稱為網(wǎng)狀裂紋。都發(fā)生在磚坯的表面深度較淺，干燥過(guò)程中發(fā)生的網(wǎng)狀裂紋，出干燥窯就可以發(fā)現(xiàn)。
干敏系數(shù)過(guò)高產(chǎn)生的裂紋多在迎風(fēng)面和邊棱處，有的在存坯線上就可以發(fā)現(xiàn)。干燥效果越好裂紋越嚴(yán)重。
干燥窯內(nèi)產(chǎn)生的急干裂紋多發(fā)生在坯垛的迎風(fēng)面和邊部背風(fēng)面和中下部，相對(duì)較輕。
干燥收縮產(chǎn)生的拉裂發(fā)生在坯垛中下部為縱向裂紋。
壓裂多發(fā)生在坯垛的中下部橫向和縱向都有底層、窯車臺(tái)面不平處尤為明顯。
焙燒窯預(yù)熱帶產(chǎn)生的炸紋多發(fā)生在磚坯的大面、中部裂紋處粗糙深度大坯垛干燥不好的部位背風(fēng)面、中下部最嚴(yán)重。
冷卻過(guò)急產(chǎn)生的裂紋較細(xì)、較直也稱發(fā)紋裂紋處比較平滑有的外觀不明顯屬于暗紋敲擊有啞音坯垛邊部、迎風(fēng)面較其他部位嚴(yán)重。
