硅砖原料配制，晶相及应用介绍

热风炉用硅砖入窑烧制
 

硅砖是比较常见的硅石耐火材料，因其具有较高的高温强度和荷重软化温度，较好的抗高温蠕变性及较强的抗酸性渣侵蚀能力等优良的性能，在工业生产中广泛应用。
 

硅砖晶相
 

硅砖中一般存在3种晶相，分别是鳞石英、方石英和少量的残余石英且真密度依次增大。一般来说，真密度、热膨胀系数、鳞石英和残余石英的含量是表征硅砖关键的性能指标。烧成过程中石英转化为体积稳定的鳞石英和高温性能优异的方石英的程度越大，则残余石英含量越少，硅砖的真密度越小，则高温体积稳定性越好，使用过程中的再膨胀也越小。

 

原料种类的选择

适合于耐火材料的硅石主要是石英岩，根据其组织结构种类可分为结晶硅石和胶结硅石。一般来说，结晶硅石纯度较高，生料密度大，石英结晶颗粒较大，加热时转变速度较慢；胶结硅石常含少量杂质，纯度相对较低，且胶结硅石中的石英颗粒结晶较小，胶结物含量较多，加热时转化速度较快。因此，应根据硅石原料的特点，制定合理的生产工艺，生产适合不同用途的硅砖。

结晶硅石和胶结硅石各有优缺点，将两者复合配料，发挥各自的优点也是一个良好的选择。

 

矿化剂的选择

在硅砖生产过程中，常引入一定量的矿化剂，其作用主要是利用矿化剂和SiO2或其他杂质形成低熔点的高温液相，促使石英在烧成过程中转化为鳞石英和方石英，同时可以缓冲烧成过程中相变过快引起体积急剧膨胀而导致制品的松散和开裂。

目前，广泛采用的矿化剂是石灰和铁鳞。石灰通常以石灰乳的形式加入，它既能增加成型后砖坯的强度，也可在烧成低温阶段（600~700℃）与SiO2反应而使砖坯强度有所增加，在1100℃以后生成的假硅灰石可与其他矿化剂生成液相，使石英向鳞石英转化。铁鳞常常与石灰同时作为矿化剂加入，可以显著降低液相出现的温度和黏度，减少制品裂纹。为使铁鳞在配料中均匀分布达到良好的矿化效果，要求粒度≤0.088mm的质量分数＞80%。除了石灰和铁鳞外，萤石和长石复合、MnO2、及C3S也被证明在促进鳞石英的形成过程中具有积影响。

除了矿化剂的种类，矿化剂的粒度也较为重要。矿化剂的粒度越细，其在硅质原料中分布越均匀，其作用效果越好。纳米级矿化剂分散性好，矿化效率更高，使得硅质产品内部颗粒本身以及颗粒间在晶型转变过程中伴随的体积膨胀与收缩的同步性更好，减少了由于体积应力造成的裂纹孔隙，同时改善硅砖的物理和力学性能，减小硅质制品的真密度，降低制品中残余石英的含量。

 

添加物的引入

针对不同用途，硅砖的某些性能如导热性、耐磨性和抗热震性等需要进一步加强。此时，除了合理选择硅石原料和加入合适的矿化剂外，还需要引入一定量的添加物以达所需效果。

在硅砖中加入SiC可促进鳞石英的形成，降低硅砖的热膨胀率和蠕变速率，提高硅砖的热导率及高温抗折强度；加入Si3N4可提高硅砖的热震稳定性，在加入量为5%时具有较高的鳞石英含量以及致密的显微结构；金属及其氧化物作为添加剂如TiO2加入硅质耐火材料可降低材料的显气孔率，提高体积密度，减少残余石英含量，增加鳞石英含量，优化材料强度和耐火性能。

 

应用

1热风炉，硅砖在大型高炉热风炉上应用广泛。热风炉高温区域包括拱顶和格子砖的上部，主要是燃料燃烧空间及周边区域，此区域的温度始终稳定在高温段，波动较小，以砌筑硅砖为主。

高炉热风炉高温部位用硅砖主要以鳞石英为主晶相，具有以下的特点：

①在长期高温并有负荷的条件下，体积稳定，高温蠕变率低，可连续使用一个甚至两个高炉炉役；

②600℃以上有良好的抗热震性，适应热风炉温度的多变性，使砖和砌体保持完整；

③抗化学侵蚀性比粘土砖和一般高铝砖好，煤气、烟尘中的碱性物质对硅砖的侵蚀仅限于表面形成一层玻璃相，并不发生剥落；

④热导率比粘土砖、高铝砖的大，有利于在较短时间储存和释放热量。
 

 

 

2焦炉，硅砖是焦炉砌体的主要材料，主要用于砌筑焦炉的燃烧室、炭化室、斜道、蓄热室墙和炉顶等，占焦炉用耐火砖总量的60~70%。

焦炉用硅砖以鳞石英为主晶相，由于在使用过程中需要在高温下承受炉顶上装煤车的动载荷而且炼焦煤需要靠炭化室和燃烧室的隔墙热传导加热，焦炉周期性地装煤、出焦会引起燃烧室墙两侧硅砖的温度剧烈变化，因此焦炉硅砖要求荷重软化温度高，热导率高，抗热震性好以及高温体积稳定性好。现代大型焦炉为了提高生产能力，要求焦炉用硅砖残余石英少、具有更高的致密度、导热性、高温强度及抗热震性能，进一步开发应用高密度、高纯度硅砖以及高导热硅砖是满足焦炉不同部位需求的方向。
 

 

 

3玻璃窑，因硅砖具有成本低、化学纯度高、荷重软化点高、不会污染玻璃及对少量R2O气相和酸性气体侵蚀的抵抗性较好等优点，在玻璃窑中被广泛应用于碹顶、吊墙上部以及前后墙。玻璃窑的使用环境要求控制硅砖中非SiO2的含量，且要求硅砖以方石英为主晶相。对于大型玻璃窑、全氧燃烧玻璃窑来说，需要用高纯度、抗蠕变、抗侵蚀的硅质耐火材料。

 

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