硅石耐火材料

硅石耐火材料第1頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅石耐火材料是指以天然硅石為主要原料制得的耐火材料。SiO2含量不得少于93%。85%≤SiO2含量＜93%——稱為硅質(zhì)耐火材料。習(xí)慣上，把硅石耐火材料叫硅質(zhì)耐火材料。第2頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月普通硅磚種類(lèi)：硅磚（最常見(jiàn)）高密度硅磚特種硅磚、石英玻璃主要用途：焦?fàn)t、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐以及其他熱工設(shè)備。第3頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅磚自1822年被英國(guó)人制成開(kāi)始，已有188年歷史。1834年起，在煉鋼爐廠的耐火材料中保持首要地位。隨著煉鋼技術(shù)的發(fā)展，平爐基本被淘汰，硅磚也逐漸被高鋁質(zhì)耐火材料所取代。——至此，硅磚基本退出了煉鋼領(lǐng)域。因而消耗量也大減，20世紀(jì)70年代以來(lái)年均消耗量為十幾萬(wàn)噸，占全部耐火材料的1-3%。第4頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第5頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1硅磚的組成、顯微結(jié)構(gòu)與性質(zhì)3.1.1

硅磚的組成、結(jié)構(gòu)及對(duì)性質(zhì)的影響由兩表可以看出：硅磚中SiO2含量在93％以上；一般硅磚中的晶相為鱗石英和方石英以及少量殘存石英，基質(zhì)為玻璃相。化學(xué)成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOR2O%93-980.5-2.50.3-2.50.2-0.71-1.5礦物組成磷石英方石英石英玻璃相%30-7020-303-154-10第6頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅磚的組成決定其性質(zhì)SiO2有8個(gè)變體：α-石英、β-石英、

α-鱗石英、β-鱗石英、γ-鱗石英

α-方石英、β–方石英、石英玻璃變體分為兩類(lèi)：第一類(lèi)變體是石英、鱗石英和方石英，它們的晶型結(jié)構(gòu)極不相同，彼此間轉(zhuǎn)化很慢；第二類(lèi)變體是上述變體的亞種──αβ和γ型，它們的結(jié)構(gòu)相似，相互間轉(zhuǎn)化較快。第7頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第8頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)轉(zhuǎn)變特點(diǎn)和速度，SiO2晶型轉(zhuǎn)變分為兩類(lèi)：遲鈍型轉(zhuǎn)變（重建型）和快速型轉(zhuǎn)變（位移型）。第9頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不同晶型之間的轉(zhuǎn)變（遲鈍型轉(zhuǎn)變）

在加熱過(guò)程中，石英、鱗石英、方石英及硅氧溶液（石英玻璃）之間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，是屬于由一種晶型轉(zhuǎn)變成另一種晶型的轉(zhuǎn)變過(guò)程（重建型轉(zhuǎn)變，速度慢、時(shí)間長(zhǎng)）。這種轉(zhuǎn)變過(guò)程伴隨有較大的體積效應(yīng)。一般是不可逆的。晶型之間在結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)上存在較大的差別。不同晶型之間的轉(zhuǎn)變從晶體的邊緣開(kāi)始，逐漸發(fā)展至中心，必須破壞原有的晶體結(jié)構(gòu)，使Si-0鍵斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)原子的重新排列，組成新的結(jié)構(gòu)。所以轉(zhuǎn)變過(guò)程消耗能量大，轉(zhuǎn)變溫度高，轉(zhuǎn)變速度慢，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)，故稱為遲鈍型轉(zhuǎn)變。

第10頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月同一晶型亞態(tài)之間的轉(zhuǎn)變（快速型轉(zhuǎn)變）同一晶型亞態(tài)、型之間也發(fā)生相互轉(zhuǎn)變，并且是可逆的。由于快速轉(zhuǎn)變是在瞬時(shí)發(fā)生的，其體積效應(yīng)危害大。這種亞態(tài)變體的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)是相似的，轉(zhuǎn)變時(shí)Si-0鍵沒(méi)有被破壞和斷開(kāi)，只有鍵的角度發(fā)生變化，晶格發(fā)生扭曲或伸直，消耗能量小，轉(zhuǎn)變溫度低，轉(zhuǎn)變速度快，體積效應(yīng)小，只要達(dá)到轉(zhuǎn)變溫度，晶體從中心到邊緣全部立刻轉(zhuǎn)變，故稱為快速型轉(zhuǎn)變。第11頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月干轉(zhuǎn)變與濕轉(zhuǎn)變

低溫型石英轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷匦褪⑦^(guò)程中，石英顆粒會(huì)開(kāi)裂。如有礦化劑存在時(shí)，形成的液相就會(huì)沿著裂紋侵入顆粒內(nèi)部，促使石英轉(zhuǎn)變?yōu)轺[石英。通常，這種轉(zhuǎn)變稱為濕轉(zhuǎn)變。如果很少或幾乎沒(méi)有礦化劑時(shí)，石英開(kāi)始形成半安定方石英，然后形成方石英，這種轉(zhuǎn)變稱為干轉(zhuǎn)變。干轉(zhuǎn)變時(shí)磚坯產(chǎn)生較大的不均勻膨脹，又無(wú)液相緩沖應(yīng)力，會(huì)造成制品的結(jié)構(gòu)開(kāi)裂和松散。第12頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)過(guò)高溫?zé)珊?，硅磚的性能主要與SiO2的晶型有關(guān)。各種晶型的熔點(diǎn)不同：石英的熔點(diǎn)最低，為1600℃；方石英的熔點(diǎn)最高為1723℃，鱗石英為1670℃。因此，方石英的含量高，有利于提高硅磚的耐火度；而鱗石英含量高，則因其具有矛頭雙晶。在磚中相互交錯(cuò)形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，有利于提高制品的荷重軟化溫度。由于殘余石英在高溫下可繼續(xù)向方石英或鱗石英轉(zhuǎn)變，并伴有較大的體積膨脹，故其含量愈少愈好。第13頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第14頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅磚體積密度對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響由圖可見(jiàn)，隨硅磚顯氣孔率的提高，其導(dǎo)熱系數(shù)下降。第15頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月高密度硅磚具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)。因此，對(duì)于一些要求高導(dǎo)熱系數(shù)的硅磚，如焦?fàn)t硅磚，常加入CaO、Na2O、TiO2、Fe2O3等添加劑。CaO作用最好，據(jù)報(bào)道CaO可使導(dǎo)熱系數(shù)提高20%，F(xiàn)e2O3次之，TiO2最差。由于這些添加劑對(duì)硅磚的其他高溫性質(zhì)有影響，所以不宜加入太多，在2%左右為宜。第16頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅磚理想的礦物組成是主要礦物為鱗石英，其次是方石英。殘余石英（β-石英）越少越好。硅磚中石英轉(zhuǎn)變程度用真比重衡量，一般小于2.38g/cm3。優(yōu)質(zhì)硅磚真比重2.32～2.36之間。第17頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1.2硅磚的性質(zhì)真密度和體積密度真密度為考核硅磚的一個(gè)重要性能指標(biāo)。反映硅磚中SiO2的各相組成，尤其是鱗石英的含量。硅磚真密度的大小是判斷其晶型轉(zhuǎn)變程度的重要標(biāo)志之一。一般硅磚的真密度在2.38g/cm3以下，優(yōu)質(zhì)硅磚在2.32～2.36g/cm3范圍內(nèi)，硅石為2.65g/cm3

。硅磚的體積密度與氣孔率有關(guān)。一般硅磚的顯氣孔率為17～25％，體積密度為1.8～1.95g／cm3。第18頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅磚真密度與礦物組成的關(guān)系硅磚真密度g/cm3鱗石英含量%方石英含量%石英含量%玻璃相含量%2.338013172.347217382.376317912.396015962.40581212182.4253121718第19頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月耐火度：硅磚的耐火度為1600～1730℃。隨著SiO2含量、晶型、雜質(zhì)種類(lèi)及數(shù)量的不同略有變化，但波動(dòng)范圍較小?？偟膩?lái)看，硅磚的耐火度不高，不能滿足強(qiáng)化冶煉的要求。荷重軟化溫度：硅磚的荷重軟化溫度較高，一般為1620～1670℃，與其耐火度接近，也接近于鱗石英的熔點(diǎn)。這主要是因?yàn)闃?gòu)成硅磚的主晶相為具有矛頭狀雙晶的鱗石英形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)和基質(zhì)為粘度較大的玻璃相所致。第20頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月高溫體積穩(wěn)定性

硅磚在加熱過(guò)程中，除了存在一般的熱膨脹外，還發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變并伴有體積膨脹。耐熱震性

硅質(zhì)耐火制品的耐熱震性很差，在850℃下水冷僅為1～2次。當(dāng)硅磚的使用溫度在600℃以上波動(dòng)時(shí)，由于結(jié)晶不發(fā)生快速型轉(zhuǎn)變，它的耐熱震性較好。在600℃以下，由于多晶轉(zhuǎn)變導(dǎo)致較大的體積變化，因此使用硅磚的爐子不宜冷卻至600℃以下?？乖?/p>

硅磚是酸性耐火材料，對(duì)酸性及弱酸性爐渣和含腐蝕性爐氣的侵蝕有根強(qiáng)的抵抗能力；對(duì)含CaO和FeO的爐渣侵蝕作用也有一定的抵抗能力。硅磚抗硅酸鹽玻璃成分的能力較好，因而也可以用于玻璃熔窯上。第21頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雖然硅磚的耐火度不很高，但荷重軟化溫度較高，高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，而且在600℃以上長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性好，能抵抗酸性爐渣的侵蝕。用硅磚砌筑的爐窯在加熱烘烤過(guò)程中，應(yīng)緩慢升溫，以免困膨脹過(guò)激而使砌體破壞。第22頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2

硅磚的生產(chǎn)工藝3.2.1硅磚生產(chǎn)的工藝流程：硅磚與其他耐火磚的生產(chǎn)工藝不同之處在于：原料不經(jīng)煅燒，直接配用破粉碎和篩分后的硅石顆粒料和細(xì)粉；需加一定的礦化劑，其中石灰乳既是礦化劑又起結(jié)合作用。然后成型、干燥和燒成。第23頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月因硅磚燒成過(guò)程中有晶型轉(zhuǎn)變，并伴有體積變化，為了促進(jìn)石英向鱗石英轉(zhuǎn)化和控制晶型轉(zhuǎn)化時(shí)體積效應(yīng)的危害,獲得優(yōu)質(zhì)硅磚，在生產(chǎn)過(guò)程中要配入適量的礦化劑。顆粒組成的選擇成型燒成第24頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2礦化劑的作用添加的礦化劑須滿足三個(gè)條件：1.促進(jìn)石英轉(zhuǎn)化為密度較低的鱗石英；2.不顯著降低硅磚的耐火度等高溫性能；3.防止在燒成過(guò)程中因相變過(guò)快而導(dǎo)致制品的松散與開(kāi)裂。第25頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在有足夠數(shù)量的礦化劑存在時(shí)，β-石英α-石英（573℃）亞穩(wěn)方石英（1200-1470℃）以鱗石英形態(tài)結(jié)晶出來(lái)。第26頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響礦化作用的因素影響礦化作用的因素:

液相開(kāi)始形成的溫度；礦化劑與氧化硅所形成的液相的共熔溫度愈低，愈有利于燒成中形成的方石英通過(guò)液相向鱗石英轉(zhuǎn)變，礦化劑作用愈強(qiáng)，鱗石英愈多，晶粒愈大。如：

Na2O-SiO2>FeO-SiO2>CaO-SiO2>MgO-SiO2>TiO2-SiO2

728℃1178℃1291℃1436℃1550℃液相的數(shù)量；液相的粘度；粘度越小，礦化作用越強(qiáng)。液相的潤(rùn)濕能力；平衡時(shí)液相的結(jié)構(gòu)；第27頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月礦化作用以堿金屬氧化物（LiO2、Na2O、K2O）為最強(qiáng)，F(xiàn)eO、MnO次之,CaO、MgO最差。LiO2、Na2O、K2O作用過(guò)強(qiáng)，易產(chǎn)生破裂，造成成品率降低；另外嚴(yán)重降低耐火度。均不宜作為礦化劑。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于單一的氧化物很難滿足要求，常采用復(fù)合氧化物礦化劑。通?？梢愿鶕?jù)礦化劑與SiO2能否形成二液區(qū)以及液相開(kāi)始形成溫度小于鱗石英穩(wěn)定溫度1470℃作為判據(jù)來(lái)選擇礦化劑。礦化劑的加入量：不超過(guò)3-4%。第28頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在生產(chǎn)中廣泛采用的礦化劑有CaO，CaO對(duì)硅質(zhì)原料的耐火度降低不大，并有足夠的礦化作用，同時(shí)使泥料具有結(jié)合性和可塑性，使磚坯干燥后具有一定強(qiáng)度。為了提高石英的轉(zhuǎn)變程度，減少磚坯燒成時(shí)的膨脹和松散，以及減少制品的裂紋，還與石英同時(shí)加入氧化鐵。加入氧化鐵可以顯著降低液相出現(xiàn)溫度和粘度。目前生產(chǎn)中廣泛采用石灰-鐵質(zhì)(CaO+FeO)或鐵-石灰質(zhì)(FeO+CaO)礦化劑，以前者的應(yīng)用較廣泛，加入量為：CaO為2.5%，F(xiàn)eO(Fe2O3)0.5-1.0%。

第29頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)制品的性能要求，不應(yīng)只局限于鈣鐵系統(tǒng)，如考慮到氧化鐵對(duì)碳素沉積現(xiàn)象的影響，使碳素在硅磚氣孔中沉積和石墨化，引起焦?fàn)t用硅磚砌體結(jié)構(gòu)松散以致破壞，因此對(duì)焦?fàn)t硅磚可用MnO來(lái)CaO等無(wú)鐵礦化劑。除了FeO、CaO和MnO作為礦化劑外，還有用氟化物例如CaF2，作為礦化劑的。用含氟的化合物作為制造硅磚的礦化劑，可以大大加速石英的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化的開(kāi)始溫度比通用的礦化劑(CaO+FeO)早300℃左右，到1400℃時(shí)轉(zhuǎn)化率已達(dá)85%。而對(duì)CaO+FeO礦化劑此時(shí)轉(zhuǎn)化率僅為66%。

第30頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2.3外加物的引入和作用為進(jìn)一步提高硅磚的導(dǎo)熱性和熱震穩(wěn)定性等性能，除了采用特殊硅石，控制合適的礦相組成外，引入一定數(shù)量級(jí)的添加物可以達(dá)到較好的效果。添加金屬及其氧化物：Cu、Fe、CuO、Fe2O3、TiO2MnO、Cu2O，以及引入ZrO2增韌、堇青石(硅酸鹽礦物)具有較低的熱膨脹系數(shù)，提高硅磚的熱震穩(wěn)定性能。第31頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3硅磚的生產(chǎn)工藝要點(diǎn)3.3.1硅石原料硅磚生產(chǎn)工藝中主要的原料有硅石、廢硅磚、石灰、礦化劑和有機(jī)結(jié)合劑。硅石:要求硅石中SiO2含量大于96％（我國(guó)多數(shù)在98％以上），Al2O3、TiO2及堿金屬氧化物等雜質(zhì)總含量一般要小于2％。硅石原料分為結(jié)晶硅石和膠結(jié)硅石兩大類(lèi)。結(jié)晶硅石由結(jié)晶石英顆粒組成。一般地，結(jié)晶硅石較純，較致密，多用作制造硅磚的原料。膠結(jié)硅石是由硅質(zhì)膠結(jié)物將細(xì)小石英晶體膠聚而成，往往含雜質(zhì)較多，燒后易于松散，但不是絕對(duì)的，若控制得當(dāng)也可生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。第32頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅石的分類(lèi)分類(lèi)巖石分類(lèi)顯微結(jié)構(gòu)和特征產(chǎn)地示例結(jié)晶硅石脈石巖晶粒很大，純凈，轉(zhuǎn)變困難吉林石英巖晶粒較小，純凈，中速轉(zhuǎn)變本溪變質(zhì)石英巖晶粒易轉(zhuǎn)變包頭石英砂晶粒較大，純度不定膠結(jié)硅石砂巖以膠結(jié)石英為基質(zhì)的砂巖玉髓由玉髓組成武漢燧石巖以玉髓為基質(zhì)山西第33頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月石英巖石英巖是由石英砂巖或硅質(zhì)巖，經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而形成的。此時(shí)石英砂巖的石英顆粒和硅質(zhì)膠結(jié)合物結(jié)合為一體，因此強(qiáng)度很大，抗壓強(qiáng)度可達(dá)294MPa。石英巖的主要礦物成分是石英，含量大于85%，粒度也較大，一般大顆粒為0.2～0.5毫米，小顆粒為0.01～0.08毫米，含少量的長(zhǎng)石、絹云母、白云母、角閃石及綠泥石等。純粹的石英巖顏色淺白，含鐵的氧化物呈紅色；石英巖的SiO2含量在98%以上，有一定雜質(zhì)成分，主要是Al2O3，R2O。石英粒度也較大，在加熱時(shí)，SiO2多晶較容易轉(zhuǎn)變，尤以具有鋸齒形結(jié)構(gòu)的細(xì)粒結(jié)晶硅石表現(xiàn)出較好的工藝性能。以此為原料制磚時(shí)溫度容易控制，膨脹量小，不易松散，有利于制得優(yōu)質(zhì)制品。第34頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月脈石英脈石英是由地下巖漿分泌出來(lái)的SiO2的熱水溶液填充沉淀在巖石裂縫中形成的。外觀呈乳白色、白色，致密堅(jiān)硬。結(jié)晶顆粒粗大，在2mm以上?；瘜W(xué)成分很純，SiO2含量達(dá)99%以上，雜質(zhì)成分很小，有的夾有紅色或黃褐色水銹。這類(lèi)硅石在加熱時(shí)，二氧化硅晶型難轉(zhuǎn)變，易使晶型轉(zhuǎn)化不完全，膨脹性大，易于松散，用該原料制硅磚，如果工藝條件不當(dāng)，制品容易出現(xiàn)裂紋甚至開(kāi)裂，氣孔率高，強(qiáng)度較低。但制品抗渣性好。脈石英也是石英玻璃的原料，在陶瓷工業(yè)中，用作優(yōu)質(zhì)日用陶瓷的瘠性料，以降低陶瓷坯料的可塑性、干燥收縮及燒成收縮。

第35頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月石英砂石英砂它又稱硅砂，是石英巖、石英砂、脈石英及含SiO2高的巖石風(fēng)化后的碎屑，經(jīng)過(guò)流水的搬運(yùn)，在濱海、湖泊及河流中沉積而成。石英砂的主要礦物為石英礦物，占95%以上。其中含少量的長(zhǎng)石顆粒（5%）和極少量的重砂物及有機(jī)質(zhì)。石英顆粒大小均勻，表面光滑，圓度及分選性較好，粒度在0.5~0.15毫米之間。質(zhì)地純凈的石英砂為白色，因含有鐵質(zhì)，故多呈淡黃色、淺灰色或褐色?；瘜W(xué)成分波動(dòng)大，主要是SiO2(90%以上)，Al2O3(<5%)，F(xiàn)e2O3(<1%)，其次還有TiO2、Cr2O3、K2O和Na2O等。第36頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月燧石巖燧石巖是硅質(zhì)巖的一種，主要是由玉髓、石英或蛋白石組成的，主要成分為SiO2，尚含有Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等雜質(zhì)，顆粒細(xì)小，多呈次棱角狀，硬度較大。是一種石英化學(xué)沉積巖，常呈層狀、結(jié)核狀，產(chǎn)于其它巖石夾層或巖石中，色灰或白色。在陶瓷工業(yè)中，常用作球磨機(jī)的研磨介質(zhì)或襯里，其純凈者經(jīng)過(guò)緞燒可代替石英作為陶瓷胚及釉的原料。我國(guó)山西五臺(tái)山的復(fù)合硅石（亦稱赤白硅石）屬此類(lèi)型，亦為膠結(jié)硅石，此種硅石因含有均勻的細(xì)分散含鐵礦物和石英細(xì)粒，在加熱時(shí)，SiO2易于轉(zhuǎn)化。第37頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)硅磚的硅石中Al2O3、TiO2和堿性物質(zhì)含量應(yīng)盡可能低，三者之和不能超過(guò)0.5％。使用硅石制磚時(shí)，要控制Al2O3的含量，一般控制Al2O3≤1.2～1.6％，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、特級(jí)磚應(yīng)更少。

對(duì)硅石原料的選取應(yīng)考慮顯微結(jié)構(gòu)、外觀、化學(xué)成分、耐火度、致密度、強(qiáng)度等。原料要求純凈，雜質(zhì)分布均勻，不能局部集中。原料如有泥土夾雜和玷污，應(yīng)先進(jìn)行洗滌凈化。第38頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第39頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月廢硅磚是硅磚在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的燒成廢硅磚可作為原料使用，這可能減少硅磚的燒成膨脹，從而降低燒成廢品。尤其是形狀復(fù)雜的大型和特異型制品，更需要加入較多的廢硅磚以提高成品率。一般質(zhì)量<25kg的異型磚可加入20%的廢硅磚，>25kg的可加入30%；特異型和大型制品可加入40%。但加入廢磚會(huì)降低制品的耐火度和機(jī)械強(qiáng)度，提高氣孔率。因此廢硅磚加入量通常控制在20%以下。

第40頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月石灰是以石灰乳的形式加入坯料中。它起著結(jié)合劑的作用，結(jié)合磚坯內(nèi)的石英顆粒，在干燥后增加磚坯的強(qiáng)度，而在燒成過(guò)程中則起著礦化劑作用，促進(jìn)石英的轉(zhuǎn)變。制造硅磚用的石灰應(yīng)含有≥90%活性CaO；CaCO3+MgCO3不應(yīng)超過(guò)5%；Al2O3+Fe2O3+SiO2不超過(guò)5%；當(dāng)含有大粒欠燒的CaCO3顆粒和燒石灰時(shí)，會(huì)使制品中產(chǎn)生熔洞，必須除去或在球磨機(jī)中將磨碎。石灰的塊度應(yīng)≥50mm，小塊（<5mm）含量不超過(guò)5%，，大塊內(nèi)部的顏色應(yīng)與表面相同，不應(yīng)摻有熔渣，灰分等雜質(zhì)。也可采用硅酸鹽水泥代替石灰作結(jié)合劑使用。

第41頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為了提高坯料的可塑性和磚坯干燥后強(qiáng)度，坯料中應(yīng)加入一定量的有機(jī)結(jié)合劑。最常用的是亞硫酸紙漿廢液。第42頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3.2

顆粒組成的選擇一般最大顆粒應(yīng)小于3mm。以脈石英為原料時(shí)，多用2mm。細(xì)顆粒在燒成過(guò)程中較易轉(zhuǎn)變?yōu)轺[石英，因此要求細(xì)粉比較多通常3-1mm35-45%，1-0.088mm20-25%,0.088mm以下35-45%。礦化劑：多用FeO、CaO、MnO；焦?fàn)t硅磚可加CaO

2%、MnO

2%；高密度硅磚可加FeO

0.8%、CaO

0.2%。加入方式可以干式加入，或以石灰乳形式加入。第43頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3.3粗細(xì)顆粒在燒成過(guò)程中變化粗細(xì)兩種顆粒的性質(zhì)和數(shù)量對(duì)硅磚燒成過(guò)程中磚的燒結(jié)和松散有很大關(guān)系。粗顆粒形成骨架，在燒成中變化為轉(zhuǎn)化——膨脹——破裂。細(xì)粉處于粗顆粒堆積的孔隙處，比表面積大，與礦化劑作用時(shí)形成液相緩沖部分膨脹造成的應(yīng)力。在燒成中變化為轉(zhuǎn)化——燒結(jié)——收縮。第44頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第45頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3.4燒成曲線的制定硅磚在燒成過(guò)程中有很大的體積變化，并且磚坯在燒成溫度下所形成的液相很少（6-12%），因此較其他耐火材料燒成困難得多。硅磚燒成要求升溫平穩(wěn)，嚴(yán)格按一定速度升溫，止火溫度準(zhǔn)確，以及要求弱火焰。燒成曲線是根據(jù)坯體在加熱過(guò)程中的相變和體積變化的大小確定的。第46頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅磚燒制過(guò)程中溫度變化階段≤150℃自由水排除150-650℃Ca(OH)2分解，磚坯結(jié)合強(qiáng)度下降550-650℃β-石英α-石英600-700℃CaO與SiO2的固相反應(yīng)開(kāi)始，磚坯結(jié)合強(qiáng)度提高2CaO+SiO2

β-2CaO·SiO22CaO·SiO2+SiO22（CaO·SiO2

）·1000-1100℃生成固溶體

α-CaO·SiO2+FeO·SiO2[CaO·SiO2-FeO·SiO2]·≥1200℃與雜質(zhì)如Al2O3、Na2O等作用形成液相（8-10%），潤(rùn)濕石英顆粒，石英轉(zhuǎn)變速度提高·1300-1350℃鱗石英和方石英增加·1300-1430℃鱗石英進(jìn)一步增加，方石英減少

第47頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在450-500℃以及550-650℃階段，由于體積膨脹，升溫速度不宜過(guò)快；600至1100-1200℃之間，由于不存在大規(guī)模相變，可以有較快的升溫速度；1100-1200℃至最終燒成溫度的階段，SiO2的相變及產(chǎn)生的體積膨脹最大，因此要慢升溫，還有利于鱗石英的生成。硅磚的最高燒制溫度不超過(guò)1430℃

，否則生成的方石英多，影響制品的性能并易導(dǎo)致廢品。第48頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.4

硅磚的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)50多年來(lái)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，主要有以下方面：1.原料是基礎(chǔ)。原料應(yīng)品質(zhì)穩(wěn)定，燒成時(shí)不易松散且易于控制。選擇適當(dāng)?shù)脑?，可以使制造工藝?jiǎn)化，操作方便，質(zhì)量穩(wěn)定，成本降低。用不同性質(zhì)的兩種或兩種以上的混合硅石制成硅磚逐漸被人們采用?；旌瞎枋拼u有以下好處：一是可以調(diào)整化學(xué)成分，二是調(diào)整顆粒組成，經(jīng)濟(jì)地達(dá)到合理級(jí)配，三是易于控制磚坯在燒制過(guò)程時(shí)的膨脹和晶型轉(zhuǎn)化，四是降低成本。第49頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.粒度級(jí)配要合理粒度級(jí)配要考慮兩方面，一是合格率，二是有利于石英的晶型轉(zhuǎn)化，達(dá)到預(yù)期的礦物組成。（中科院研究報(bào)告稱，用臨界粒度大于3mm時(shí)燒成裂紋嚴(yán)重。）3.重視礦化劑石灰既是結(jié)合劑又是礦化劑，無(wú)論以干粉形式還是以石灰乳形式加入，都是制磚不可缺少的。4.制坯機(jī)械化摩擦壓磚機(jī)和振動(dòng)成型機(jī)的配備。5.磚坯低溫干燥高溫不合格率高。6.燒成是關(guān)鍵要使硅磚的真密度低且穩(wěn)定，尺寸偏差小，必須采取適當(dāng)?shù)母邷?、窯溫均勻、充分轉(zhuǎn)化的方針。第50頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月參考燒成制度20-600℃20℃/h(快)600-1100℃25℃/h（最快）1100-1300℃10℃/h1300-1350℃5℃/h（慢）1350-1430℃2℃/h（最慢）由于二氧化硅晶型轉(zhuǎn)化速度較慢，燒成保溫時(shí)間一般在20-50h。第51頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.5目前硅磚生產(chǎn)中應(yīng)重視的問(wèn)題1.合格率偏低；2.理化性能雖合格，但標(biāo)準(zhǔn)偏差值大；3.有些企業(yè)制品的尺寸偏差仍然不小，需要加工后才能出廠；4.制品的礦物組成不理想；寶鋼一期工程使用的焦?fàn)t硅磚，鱗石英為75-80%，殘余石英為0-0.5%；北京玻璃廠引進(jìn)的德國(guó)硅磚，鱗石英為35-40%，方石英55-60%，殘余石英微量。有的廠家尚不能達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)。5.有的企業(yè)制品內(nèi)部有缺陷，如內(nèi)部裂紋、層狀組織等。第52頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月出現(xiàn)上述問(wèn)題的原因，是我們裝備水平、技術(shù)水平、管理水平和勞動(dòng)力素質(zhì)不高的綜合反映。硅磚生產(chǎn)流程長(zhǎng)、環(huán)節(jié)多、不能形成很緊湊的連續(xù)生產(chǎn)線，有的工序基本靠體力勞動(dòng)。目標(biāo)：逐步采用先進(jìn)、適用的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化，淘汰高耗能、低效率和不易控制的設(shè)備。重點(diǎn)是壓磚機(jī)和燒成設(shè)備。第53頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.5

其他硅磚作為焦?fàn)t的耐火材料，硅磚還有一個(gè)唯一的缺點(diǎn)，就是它門(mén)的熱傳導(dǎo)率不是很高。這是由于作為硅磚原料的礦物組份——石英在受熱時(shí)要發(fā)生晶體轉(zhuǎn)換和膨脹，所以不能夠制成高密度硅磚。近來(lái)，煉焦?fàn)t正在趨向大型化，以適應(yīng)高爐容積的大型化。炭化室的高度逐漸地從4米增加到5、6甚至7米，現(xiàn)已有炭化室高為7．5米的焦?fàn)t。另一方面，從縮短焦時(shí)間增加產(chǎn)量，節(jié)約熱量以及降低煙氣中所含NOx量，解決污染問(wèn)題的觀點(diǎn)上說(shuō)，減薄爐墻已成為必需。為解決這些問(wèn)題已經(jīng)迫切需要高密度和高熱傳導(dǎo)率的硅磚。

第54頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月高密度高導(dǎo)熱性硅磚

一般采用高硅質(zhì)原料，經(jīng)高壓成型。在盡量減少玻璃相的數(shù)量和降低氣孔率的同時(shí)，摻加CuO、Cu2O、TiO2、FeO等導(dǎo)熱能力高的金屬氧化物，獲得氣孔率為16％左右，體積密度超1.95g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)大于18W／m·℃，機(jī)械強(qiáng)度高的高密度高導(dǎo)熱性硅磚。第55頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月制做這種硅磚的方法如下：(1)添加銅的氧化物，鈦的氧化物，錳的氧化物和其他材料。(2)摻混如碳化硅這類(lèi)有高熱傳導(dǎo)率的材料。(3)改進(jìn)制作過(guò)程以減少氣孔率，例如原料的選擇，粒度組成適當(dāng)和高壓成型。

添加銅的氧化物和其他材料的第一種方法在美國(guó)已在一定范圍內(nèi)使用。然而，它有可能惡化硅磚的其他基本性質(zhì)，如耐火材料的耐火度、荷重軟化點(diǎn)。第二種方法的生產(chǎn)過(guò)程中，碳化硅和其他材料殘留在磚里，在使用中由于氧化和膨脹作用有可能損壞磚的結(jié)構(gòu)。

第56頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超高密度硅磚黑崎窯業(yè)公司做了一系列的試驗(yàn)研究，并且已經(jīng)能制造一種超高密度硅磚，這種磚具有非常高的熱傳導(dǎo)率，質(zhì)量?jī)?yōu)異密度超高。第57頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第58頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第59頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月超高密度硅磚和常規(guī)硅磚的性質(zhì)第60頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月使用超高密度硅磚的意義高密度硅磚在1145℃的導(dǎo)熱率是1.83而超高密度硅磚是2.15，增加了17.5％。當(dāng)炭化室墻厚為lOOmm，立火道墻磚的表面溫度是1300℃時(shí)，計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，高密度硅磚的炭化室墻面溫度是970℃而超高密度硅磚是1019℃。兩者相差49℃。這個(gè)溫度差相當(dāng)于1O％的生產(chǎn)能力。這意味著100孔高密度硅磚的焦?fàn)t可用91孔超高密度硅磚焦?fàn)t代替。

第61頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第62頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月石英玻璃制品石英玻璃制品:

石英玻璃制品也稱熔融石英制品，作為耐火材料有兩類(lèi)；石英玻璃制品和石英玻璃再結(jié)合制品。石英玻璃制品是二氧化硅單一組分的玻璃相，為非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。用硅石或硅化物為原料，經(jīng)高溫熔化或氣相沉積而成。

主要制品有管、棒，板、塊和纖維等第63頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月石英玻璃制品的主要性能化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、熱膨脹系數(shù)很小、耐熱震性很高并具有良好的電絕緣性，能透過(guò)紅外線、紫外線。廣泛應(yīng)用于機(jī)電、冶金、化工、建材及國(guó)防等工業(yè)部門(mén)。按透明度分為透明和不透明兩種。不含或含有少量氣泡等散射質(zhì)點(diǎn)的石英玻璃呈透明狀態(tài)，故稱為透明石英玻璃。透明石英玻璃長(zhǎng)期在高溫下使用會(huì)失透，一般安全使用溫度為1100℃，短時(shí)間可使用到更高的溫度。第64頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月石英玻璃再結(jié)合制品石英玻璃再結(jié)合制品也稱熔融石英再結(jié)合制品，或稱熔融石英陶瓷制品和石英玻璃燒結(jié)制品。它以石英玻璃為原料，先制成細(xì)粉，然后加入結(jié)合劑，經(jīng)再結(jié)合或再經(jīng)快速燒成而制成再結(jié)合制品。石英玻璃英結(jié)合制品仍保持存石英玻璃的特性，即耐酸性能強(qiáng)。耐火性能好、熱膨脹系數(shù)很?。?.5×10－6／℃），耐熱震性很好，而且導(dǎo)熱系數(shù)很小，耐磨和耐沖刷，高溫抗折及抗拉強(qiáng)度高。第65頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月耐