耐火球的生产工艺及性能优劣分析

在炼铁企业中，球式热风炉是高炉鼓风加热设备。球式热风炉技术问题的核心是球床。球床是由等径耐火球自然堆积而成，一般按球径和材质不同分为上下2个段次。用作球床上段高温区热介材料的耐火球主要有3种：
1、高铝质耐火球
Al2O3质量分数大于45%，以氧化铝或铝硅酸盐为主的耐火材料称为高铝质耐火材料。一般高铝质耐火球的耐火度不低于1750-1790℃，荷重软化开始温度不低于1400-1530℃。当制品的Al2O3含量越高，其热稳定性会显著降低。
生产中高铝质耐火球用于球床上段高温区，其耐火度和荷重软化温度能够满足要求，但热稳定性和抗渣性显得不足。因此，经常会出现表面裂纹和渣化粘结现象，导致床层透气性变差，清球周期缩短。
2、硅质耐火球
硅质耐火球是一种酸性耐火材料，SiO2的质量分数大于93%，其他成分主要是Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO及某些碱金属氧化物等。硅质耐火球的耐火度一般为1710-1750℃，荷重软化温度较高，可达1640-1650℃。
生产中硅质耐火球用于球床上段高温区，在高温和大梯度温变条件下，球体表面开裂严重，抗碱性煤气灰尘侵蚀能力较差，渣化粘结现象严重，清球比较困难。
3、镁铝质耐火球
镁铝质耐火球的耐火度一般超过2000℃，荷重软化温度一般不高于1550℃，抗碱性渣侵蚀能力强。
镁铝质耐火球的生产工艺要比普通镁砖精细严格，其使用性能也比普通镁质耐火制品更好;热稳定性好，850℃水中热交换次数可达20次以上;抗渣性较好，特别是抗Fe2O3侵蚀的能力特别高。镁铝质耐火球适用于工作温度高且频繁波动的球床上段。
三种耐火球，镁铝质耐火球有利于热风炉蓄热和热传递，同时解决粘球问题，并且在长期高温负荷作用下，结构稳定，不发生脆化和软化，目前，在球床上段高温区，镁铝质耐火球逐渐取代了其他两种，被越来越多的企业使用。
目前生产耐火球最常用的方法及工艺：
机压成型法是目前耐火球生产中使用最多的成型方法。该方法使用压球机和钢模具将配制耐火球原料压制成球体。因一般机压成型均指含水量为4%～9%的半干料成型方法，因而也称半干法成型。该法常用的设备有摩擦压砖机、杠杆压砖机和液压机等。
机压成型过程实质上是一个使球料内颗粒密集和空气排出、形成致密球体的过程。机压成型的耐火球具有密度高、强度大、干燥收缩和烧成收缩小、耐火球尺寸容易控制等优点，所以该法在耐火球生产中占主要地位。
机压成型时为获得致密的球体，必须给予球料足够的压力。这压力的大小应能够克服球料颗粒间的内摩擦力，克服球料颗粒与模壁间的外摩擦力，克服由于球料水分、颗粒及其在模具内填充不均匀而造成的压力分布不均匀性。
这三者之间的比例关系取决于球料的分散度、颗粒组成、球料水分、球体的尺寸和形状等。虽然压力与球体致密化的关系有若干理论公式可供计算，如球体气孔随压力成对数关系而变化等，但通常用试验方法近似地确定球体所需的单位面积压力，并依此决定压砖机应有的总压力。
机压成型对球料的要求除水分应有一定的波动范围外，对其颗粒度也有一定的要求，如应有合理的粒级配比，堆积密度尽可能大。一般临界粒度为3~5mm，小于0.088mm的细粉含量应在35%~45%范围内。
机压成型的耐火球最易出现的缺陷是层裂和层密度现象。层裂是在加压过程中形成的垂直于加压方向的层状裂缝。球料水分过高、细粉过量、结合剂过少及压力过高都会导致层裂的产生。
因此，在生产中必须对这几方面的参数加以控制。层密度现象即成型后耐火球的密度沿加压方向逆变。由上方单向加压的耐火球一般是上密下疏，同一水平面上是中密外疏。这是由于球料颗粒间的摩擦力和球料与模壁间的摩擦力而造成的压力递减所致。采用双面加压及在模具四壁涂润滑油降低外摩擦力的方法，可减少此种现象并降低球体的气孔率。
选用成型设备要根据耐火球的质量要求、尺寸和生产数量等进行综合考虑。一般加热炉用耐火球或形状简单、数量多、质量要求一般的制品，可选用生产效率较高的杠杆压球机;质量要求较高的耐火球可采用公称压力不低于2000K•N的摩擦压球机。