2015年07月06日 08:07耐火材料网zr
2 耐火材料生产技术发展探讨
2.1 大数据与耐火材料生产过程控制
近年来,大数据是个热门话题,它涉及人们日常生活、生产的各个方面。各国政府对大数据应用也非常重视。
所谓大数据实际上就是在人类生活与生产的过程中产生的数量极大的数据,在人类生活与生产过程中不可避免的、自然地大量的使用一些条件,产生大量的结果。当它们被用数据表示出来时,就形成了大数据。必须说明的是:大数据并非近几年才存在的。只要有人类生活与生产活动,各种数据必然会产生。只是由于过去技术比较落后,人们没有能力来表达、收集与处理这些数据。随着技术进步,现在人们收集与处理这些数据的能力大大加强,特别是计算技术的发展,处理数据的能力非常强大,使得人们比较容易从这些数据中得到有用的信息与规律。通过对大数据的分析可以从中获得对人们非常有用的信息。大数据分析的特点主要有三个。
1)与原来的数理统计分析不同,大数据分析用的是所有数据,而不是数据样本。
2)乐于接受数据的纷繁、复杂,不再过分追求数据的精确性,容许一点错误数据存在。
3)不特别关注数据之间的因果关系。只关心它们之间的有无关系。
大数据分析对耐火材料工业有很大意义。当前,耐火材料企业面临着很大的成本压力。一方面生产成本上升,另一方面销售价格下降。要改变这种状况,只有通过耐火材料企业自身的努力来解决,而大数据分析的应用会对此有帮助。
耐火材料生产与使用包括三个阶段,见图1。
这三个阶段都与耐火材料成本密切相关。过去大量的工作集中在配方设计上,对后两个阶段关注很少。因此,在后两个阶段中仍有很大潜力可挖。大数据分析可以在后两个阶段发挥很好的作用,图2 给出了一个耐火材料生产流程模型图。
在一个生产流程中,从原料开始,包含多个工序,为了控制各工序,都有一些自变数X1、X2……Xn,也产生一些因变数Y1、Y2……Yn。前一个工序的因变数也可能成为另一个工序的自变数。生产过程完成后,最后得到我们需要的产品。各变数之间可能存在某种关系。通过大数据分析可以了解它们之间的关系,从而得到最佳的工艺条件。除了技术参数之外,大数据中也可以包括成本等有关的经济因素。
2.2 耐火材料显微结构与球形骨料
耐火材料的显微结构由骨料、基质与气孔组成。在耐火材料生产中,颗粒组成的设计是非常重要的,它对于保证显微结构以及性能的稳定性有重要意义。生产中先烧成熟料,再将熟料破碎成不同粒度的颗粒,例如尺寸为8-5mm、5-3mm、3-1mm 和10mm 的颗粒。以它们为骨料,以尺寸小于0.088mm 或0.044mm 的细粉为基质,以构成完整的耐火材料显微结构。这是现有耐火材料生产最广泛使用的方法。这种生产骨科的方式对保证耐火材料显微结构的稳定性非常不利。其一,对于某一种粒度范围内的实际粒度分布是不控制,也是无法控制的。试验证明,在一定的条件下,3-1mm 的颗粒中2-1mm 的颗粒可占到60%-70%,而在另一个条件下,2-1mm的颗粒只占到30%-40%。破碎得到的颗粒粒度尺寸分布与破碎材料的种类、机器设备的类型、加料方式以及筛分设备与工艺有密切关系。因此,耐火材料厂所使用的骨料的实际粒度分布是未知的、不稳定的。耐火材料显微结构的控制与稳定是很难实现的。同时,这种骨料的生产方式对原料制造厂也不利。因为为了生产某一种粒度范围的颗粒同时会生产其他粒度的颗粒,而这些粒度的颗粒又不是买家所需要的,造成成本提高与资源浪费。另一方面,颗粒的形状也与破碎物料的种类、设备以及破碎工艺相关,在实际生产中难以控制。
上述传统耐火材料骨料的生产方法很难实现对耐火材料显微结构的精细控制。因此,提出了一种球形骨料的生产方法。生产出不同粒径的球形颗粒作为骨料。目前已完成A12O3 含量为88%和86%的矾土熟料以及莫来石的球形颗粒的工业试生产,生产了粒度分别为8mm、5mm、3mm、2mm、1mm、0.5mm 和0.2mm 的各种球形颗粒。实际上,各种组成与粒度的铝硅系球形颗粒骨料的生产都是可能的。利用莫来石-高硅氧玻璃球形颗粒,进行了一次制作轻质材料的探索性研究,发现在颗粒之间形成了很好的莫来石相。
应该指出,用球形骨料制造的耐火材料的显微结构可能与用传统骨料制得的耐火材料的显微结构有一定差别。它们的结构、性能以及它们之间的关系尚有待深入研究。