粉体成型工艺

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➢ 捣打成型法 定义 用手动、风动或电动捣锤将粉体捣实成 型的方法。捣打成型法一般用于成型形状复杂、 体积较大的制品。
捣打成型的粉体水分大多控制在4%~6%的范围 内，粉体的临界颗粒度比机压成型时要大，这有 利于提高坯体的密度。
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注浆成型的特点 泥浆水分一般达40%左右，它主要用于生产中
空壁薄的高级耐火制品及特种耐火制品，在陶瓷工 业中，注浆成型是一种适应性大、生产效率高的成 型方法。凡是形状复杂或不规则、以及薄胎等制品， 均可采用注浆成型法来生产。
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制品密度高且均匀，从而使制品在烧成过程中的 变形和收缩等大为减少，也不会出现一般成型法 成型制品因密度差产生应力而导致的烧成裂纹。
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等静压成型方法 按施压介质及成型温度可分为冷等静压成型法
（介质为常温液体）和热等静压成型法（介质为气体，加压与 加热同时进行）。
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3)薄膜水的方式迁移 相邻且直径相等的颗粒甲和
乙，当甲颗粒薄膜水较乙颗粒 薄膜水厚，颗粒甲薄膜水A开 始向颗粒乙移动。直到两个颗 粒的水膜厚度相等时为止，这 种迁移速度非常缓慢。薄膜水 由于受到表面引力的吸引，具 有比普通水更大的粘滞性。
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2)薄膜水的特点 残余静电引力较小使水分子定向排列较差，较松弛。 薄膜水与颗粒表面的结合力比吸附水和颗粒表面的结 合力要弱得多，但难使它从颗粒表面排出。 薄膜水内层与最大吸附水相接，引力为304×104Pa， 外层为61×104Pa。
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2)薄膜水的特点 薄膜水的平均密度为1.25，溶解溶质的能力较弱， 冰点为-4℃。 在分子力的作用下，薄膜水可从水膜厚处移向水 膜薄处。
2 粉体成型
定义 粉体成型是指粒度较细的粉体物料加水润
湿后，借助于外力将其加工成具有一定尺寸和 形状的块状物体的过程。
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功能 使粉末成为具有一定尺寸和形状的块状物体 成型制品具有一定的机械强度，以保证制品在 工艺流程中转运和进一步加工时，其尺寸与形状 不会破坏； 赋予制品进一步加工的良好加工性能
滚动，当物料滚动到造球机下部时，又靠造球机
内壁摩擦而上升运动，如此循环往复，由于水分
的作用，物料在滚动过程中互相粘附成型。
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不同点：圆盘具有自动分级的特点，成型生球粒 度较均匀。圆筒卸出的生球粒度差别大，作为造 球设备，生球必须经过筛分，不合格生球返回圆 筒造球机；作为制粒设备，卸出的制粒小球则直 接进入下一道工序。
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在距颗粒表面超出水分子直径的地方，被吸附的 多水分子层是靠范德华力。 被吸附的水偶极分子在吸附作用下失去了活动性， 同时水偶极子以正极或负极靠拢吸着点而呈定向 排列状态，第一层偶极分子吸引着第二层偶极分 子，第二层又吸着第三层，以此类推。
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➢ 机压成型法 机压成型法是目前耐火材料生产中使用最多
的成型方法。该方法使用压砖机和钢模具将粉体 压制成坯体。因机压成型一般均指含水量为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。
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通常所称等静压成型法是指冷等静压成型法。
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➢ 振动成型法 定义 利用振动作用使粉体成型方法。适用于 形状复杂及大型的制品，也适用于密度相差不太 悬殊的物料。由于成型时物料不受破坏，容易水 化的物料如焦油白云石、焦油镁砂料等，多用此 法成型。
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当两个颗粒间的距离ac小于两个颗粒的表面引 力半径ab、cd之和时，两颗粒间引力相互影响范围 ebfd内的薄膜水，它同时受到两个颗粒的分子引力 的作用，而具有更大的粘滞性。
1)吸附水的形成 粉体颗粒表面带有电荷，在静电引力作用下
具有偶极结构的水分子被吸附在固体颗粒的表 面形成吸附水层，颗粒表面过剩能量因放出润 湿热而减少。
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吸附水的形成不－定将颗粒放入水中，或往颗粒 中加水，当干燥的颗粒与潮湿大气接触时，会吸 附大气中的气态水分子。 当相对水蒸汽压很低时，靠颗粒表面的离子和水 的偶极分子之间的静电吸引形成单分子层吸附， 这种吸引力的作用半径约1Å (10-10m)或几个Å 。
烧结生产中，滚动成型称为制粒，目的是将 0-10mm的粉矿中的细粒物料粘附于粗颗粒上，形 成制粒小球，以改善烧结过程的透气性。
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❖ 滚动成型设备及工艺原理
➢主要设备
圆盘造球机和圆筒造球机（或制粒机）
➢工艺原理
相同点：造球机旋转时，物料靠造球机内壁摩擦
而上升运动至一定高度，然后物料靠重力而向下
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➢对辊成型 对辊成型广泛应用于氮肥工业中的煤球生产、
竖罐炼锌的制团等处理量较小的工艺。
压团采用对辊压团机。团矿的成型压力、型态 及大小等对团矿的强度、制团效率和蒸馏效率都 有直接影响。
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2.2 水分在成型的过程中的作用
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2.1.1 滚动成型
❖定义 滚动成型属半干法成型，是将粉状物料加水润湿，
在不断滚动的过程中，由机械力和毛细力共同作用 而成型，常用于冶金过程的原料预处理，制品为对 尺寸要求不很严格的球状物料。
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说明：
在冶金工业的球团生产中，滚动成型称为造 球，目的是将粒度为－0.075mm约占80%以上的细 磨精矿制成9-15mm的球团矿；
例加，直接附着在固体表面的第－层分子水的作用 力相当于980MPa，在受范德华力作用的地方，其作用 半径的大小至少可达数个水分子直径。 作用力虽与距离按六次方成反比的递减，但吸附水 的偶极分子呈定向排列的静电引力给予了补充，产生 了极大的力，使被吸附的多层水分子仍能牢固地保持 在颗粒上。
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➢ 等静压成型法 定义 应用帕斯卡原理，依靠高压液体或气体在粉 体各个方向上施加等同压力进行成型的方法。常用 的压力传递介质为液体。因刹车油或无水甘油的可 压缩性极小，几乎可以把全部压力传递到弹性模具 上，故多用这两种液体作为压力传递介质。
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等静压成型的特点 粉体各部分受压均匀且压力很高，这样得到的
的极性水分子被吸附于颗粒表面，依次形成吸附 水、薄膜水；水分进一步增加时，则在粉体中形 成毛细水。水分使粉体颗粒相互靠近、粘结，在 外力作用下完成粉体成型。
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颗粒表面极化水分子的排 列及电分子力的分布情况
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2.2.1 吸附水的特性及其作用
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2.2.2 薄膜水的特性及其作用
1)薄膜水的形成 固体颗粒表面达到最大吸附水层后，再进一步润
湿颗粒，由于颗粒表面吸着吸附水后，还有存在未被 平衡掉的静电引力（主要是颗粒表面的引力，其次是 吸附水内层的分子引力），在这些残余静电引力的作 用下，在吸附水的周围就形成薄膜水。
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2.1.2 压制成型
❖定义 压制成型是指借助于机械压力和模型将粉体
加工成规定尺寸和形状的制品的过程，广泛应用 于粉末冶金、耐火材料、建筑材料、型煤生产等 工业中，也可以用于生产规模较小的冶金原料预 处理工艺。
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❖ 压制成型的方法 机压成型 可塑成型 注浆成型 等静压成型 振动成型 捣打成型 挤压成型 对辊成型,等
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2.1 粉体成型的基本方法
成型是一个中间环节，原料的性能不同、制品 的用途不同，粉体成型方法也不尽相同。 按照外力施加方式的不同分为： 滚动成型、压力成型 按照润湿程度不同分为： 半干法（物料水分5%左右） 可塑法（物料水分15%左右） 注浆法（物料水分40%左右）
吸附水的性质不同于－般液态水的性质， 常被称为固态水
没有溶解盐类的能力 没有从－个颗粒直接转移列另－个颗粒的能力， 其转移只能以水蒸汽方式进行 吸附水密度大于1（大约1.2-2.4），－般为1.5 不导电，在低于零下78℃的温度时不结冰
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❖ 原因
水分子力在极小的范围内作用力非常大
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➢ 注浆成型法 定义 将泥浆注入石膏模型，借助于模型吸水制 成坯体的方法。 注浆成型的方式 有空心浇注、实心浇注、压力 浇注、离心浇注、真空浇注等，其中空心浇注是 最主要的浇注方式。
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➢ 注浆成型法 空心浇注的特点 石膏模不带任何型芯，所以又 称单面浇注或单面吸浆。泥浆注入石膏模型后，在 模腔内壁形成坯体的外形，适合于薄壁中空制品。 实心浇注的特点 石膏模腔内放置一个或几个型 芯，以形成注件的内表面，所以又称为双面浇注或 双面吸浆，适合于壁厚大件或外形复杂的制品。
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❖ 作用 当细磨物料(颗粒直径约为0.1-1.0mm)呈砂粒状态时，
如果仅含有吸附水，仍是散粒状。 当细磨物料呈粘土状态时(颗粒直径约为1μm)，
如果只含有吸附水，可以成为坚硬的固体。
结论 适宜滚动成型的物料层中，如果仅存在吸附
水时则说明成型过程尚未开始。
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随着矿物成分或亲水性不同吸附水层的厚度不同， 同时也随着料层中相对水蒸汽压力的增加而增大。 吸附水层的厚度一般在0.002-0.008μm之间。
当相对水蒸汽压达到100%时的吸附水含量达到最大 值，称为最大吸附水。
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2)吸附水的特性 ❖ 特点
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➢ 机压成型法 机压成型过程的实质
是一个使物料内颗粒密集和空气排出、形成 致密坯体的过程。机压成型的制品具有密度高、 强度大、干燥收缩和烧成收缩小、制品尺寸容易 控制等优点，所以该法在耐火材料生产中占主要 地位。
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➢ 可塑成型法 定义 是指用含水量为16%以上呈塑性的泥料制 成制品的方法。 成型过程 将预制好的物料投入挤泥机中，挤 成泥条，然后切割，按所需要的尺寸制成荒坯， 再将荒坯用压机压制，使物料具有规定的尺寸和 形状。 缺点 坯体水分大，砖坯强度低，外形尺寸不 准确，干燥过程复杂，收缩有时达到10%以上。
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➢挤压成型法 定义 强力挤压可塑性粉体使其通过孔模成型
挤压成型与可塑成型都是采用可塑性粉体，两者 的区别在于挤压成型需用强力挤压的挤压机，多用 于特殊耐火材料的生产。
特殊耐火材料用的原料大多属于瘠性料，不具有 可塑性。在挤压成型前通常加入塑化剂或粘结剂使 其成为可塑料，如糊精、工业糖浆、羧甲基纤维素、 聚醋酸乙烯脂、聚乙烯醇等有机塑化剂。
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➢ 振动成型法 原理 是物料在频率很高（一般为3000-12000次 /min）的振动作用下，质点相互撞击，动摩擦代替 质点间的静摩擦，粉体变成具有流动性的颗粒，在 自重和外力作用下逐渐堆集密实形成致密的制品。 特点 颗粒具有三维空间的活动能力，颗粒密集 并填充于模型的各个角落而将空气排挤出去。在很 小的单位压力下既可得到密度较高的制品。
粉体物料的特性 分散度大，比表面积大，具有较大的表面能。从 热力学角度，高的比表面能是粉体成型的推动力。 表面分子处于不均衡的力场中，当其与周围介质 （气体或液体）接触时，颗粒表面就显示出电荷， 并在颗粒表面的空间形成电场。
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粉体物料中水分的存在形式 当干燥固体颗粒与水接触时，在电场范围内