硅质耐火材料综述

硅质耐火材料综述

说明：本文主要介绍了硅质耐火材料、生产硅砖的原料及其主要成分不同变体之间的转变及工艺流程，并详细介绍了生产硅砖的机械设备及它们的工作原理和硅砖在实际生产中的应用。

关键词：硅砖原料工艺设备应用

1.硅质耐火材料

硅砖的矿物组成主要是鳞石英、方石英、少量的残余石英与玻璃相。二氧化硅含量93%～98%，真密度一般为2.37～2.40g/cm3，具有抗酸性渣侵蚀性能，荷重软化温度在1640～1680℃之间，同时具有很高的导热系数。当温度高于600℃时，其抗热震性也很好。因而，它用作高炉热风炉及焦炉的砌筑材料。在还原气氛下经1350～1430℃缓慢烧成，加热到1450℃时约有1.5～2.2%的总体积膨胀，这种残余膨胀会使切缝密合，保证砌筑体有良好的气密性和结构强度。硅砖主要用于炼焦炉的炭化室和燃烧室的隔墙、炼钢平炉的蓄热室和沉渣室、均热炉、玻璃熔窑、耐火硅砖材料和陶瓷的烧成窑等窑炉的拱顶和其他承重部位。而且硅砖抗硅酸盐玻璃成分侵蚀的能力较好，因而也可以用于玻璃熔窑上。硅砖的主要缺点是，当温度低于600℃时，由于氧化硅的多晶转变导致较大的体积变化，使其在600℃以下的抗热震性差。因此，使用硅砖的炉子不宜冷却至600℃以下。

硅砖以二氧化硅含量不小于96%的硅石为原料，加入矿化剂(如铁鳞、石灰乳)和结合剂（如糖蜜、亚硫酸纸浆废液），经混练、成型、干燥、烧成等工序制得。

2.SiO2的同质多晶转变

二氧化硅在常压下有7个变体和1个非晶体，各变体间的转变可分为两类：第一类是高温型转变，即石英、鳞石英、方石英之间的转变，即图中水平方向的转变。由于他们在晶体结构和物理性质方面差别较大，因此转变所需的活化能大，转变温度高而缓慢，并伴随有较大的体积效应。第二类是低温型转变，即石英、鳞石英、方石英本身的α、β、γ型的转变，即图中垂直方向的转变。由于他们在晶体结构和物理性质方面差别很小，因此转变温度低，转变速度快，且转变是可逆的，所伴随的体积效应也比高温型的小。

各种变体的基本性质如下表所示：

上述慢速转化的温度界限只是在加热时间很长，原料粉碎很细，有强矿化剂存在的条件下，才是正确的。实际上看到的转变关系是按下图所示进行的：

图中所示石英转变为鳞石英的转化速度和程度，不仅与温度的高低和矿化剂的存在（种类和数量）有关，而且也与温度的作用时间、原料的颗粒大小、显微组织结晶大小）等因素有关。温度高、高温作用时间长、颗粒小、结晶小、矿化剂作用强，则转化快，反之则慢。无论是慢速转变或快速转变，都伴随有体积

各变体的真密度不同，由真密度大的变体向真密度小的变变化。这是因为SiO

2

体转化时，产生体积膨胀，反之则出现收缩。

氧化硅质耐火材料的主晶相为鳞石英。鳞石英熔点1670℃，但鳞石英具有较高的体积稳定性。硅砖中鳞石英具有矛头状双晶相互交错的网络状结构，因而

使砖具有较高的荷重软化点及机械强度。当硅砖中有残余石英存在时，由于在使

用中它会继续进行晶型转变，体积膨胀大，易引起砖体结构松散。所以，一般希望烧成后硅砖中含有大量鳞石英，方石英次之，而残余石英越少越好。

氧化硅质耐火材料采用矿化剂。石英转变为鳞石英或方石英时，在矿物剂很少或几乎没有时，α-石英就形成α-方石英，这种转变称为“干转化”。在干转化时，由于砖体的不均匀的体积膨胀很大，而又无液相缓冲应力，因而引起制品结构松散和开裂，不可能制得良好性能的制品。当有足够数量的矿化剂存在时，α-石英、亚稳定方石英和矿化剂及杂质等相互作用形成液相，并侵入（石英颗粒在形成亚稳定方石英时出现）裂纹中，促进以α-石英和亚稳定方石英不断地溶解于所形成的液相中，使之成为硅氧的过饱和溶液，然后以稳定的鳞石英形态不断地从溶液中结晶出来。这个转变速度取决于所加矿化剂的性质和数量，所形成的液相缓冲着由于体积膨胀所产生的应力，提高砖坯的加热体积稳定性和强度，防止焙烧过程中制品的松散和开裂现象。

3.硅质耐火砖生产

3.1生产工艺流程

硅质耐火砖一般硅含量高达95%以上，根据用途不同有不同规格的砖。其生产工艺流程如下：

破粉碎→筛分→混炼→湿碾成型→干燥→烧成→检验→包装

（1）破粉碎：颚式破碎机破碎废砖及原料，圆锥粉碎至需要粒度，并除尘。（2）筛分：斗式提升机提升至顶部筛分，细粉进入混炼机混合搅拌，粗粉继续进入圆锥粉碎机粉碎。

（3）混炼：加入纸浆等结合剂将原料混合均匀，避免局部成分过多，产生缺陷。（4）湿碾成型：分为手工成型和机械成型，形状简单大批量生产选用机械成型。

成型完成后进行半检，不合格砖坯的重新成型，合格砖坯进入干燥车间。（5）干燥：砖坯在干燥器中干燥，高温1小时，低温1.5小时。

（6）烧成：在隧道窑中烧成温度约为1430℃，燃料为煤气，烧成时间为7天。（7）检验：成品出窑后检验，检验分为物检验和化检。物检验包括对硅砖的长、宽、高、气孔以及高温蠕变的检验；化检一般对产品的成分是否达到要求

的含量进行细致的检验。检验后合格品包装，不合格产品作为原料重新进

入颚式破碎机破碎再利用。

（8）检验合格后包装，不合格的返回破粉碎工序再利用。

3.2生产设备及工作原理

3.2.1破粉碎车间主要设备的构造及工作原理

（1）振动式喂料机

振动式喂料机的激振方式一般为电磁振动，所以又称电磁振动喂料机。电磁振动喂料机由斜槽、电磁激振器、减震器和电器控制箱组成。

工作原理：电磁振动喂料机是属于双质点定向强迫振动机械。由槽体、连接叉、衔铁、工作弹簧的一部分以及约占斜槽容积10%～20%的物料等组成工作质

量m

1；由激振器壳体、铁芯、线圈及工作弹簧的另一部分等组成对衡质量m

2

。质

量m

1和m

2

之间用激振器主弹簧连接起来，形成一个双质点定向强迫振动的弹性

系统。激振器电磁线圈的电流一般是经过单相半波整流。电磁振动喂料机的供电，目前广泛使用可控硅调节的电流通过，在衔铁和铁芯之间便产生相互吸引的脉冲电磁力，使槽体向后运动，激振器的主弹簧发生变形而贮存了一定势能，在负半周内线圈中无电流通过，电磁力消失，借助弹簧贮存的势能使衔铁和铁芯朝相反方向离开，斜槽就向前运动。这样电磁喂料机就以交流电源的频率作3000次/min 的往复振动。由于激振力作用线与槽底成一定角度，激振力在任一瞬间可分解为垂直分力和水平分力。前者使物料颗粒以大于重力加速度的加速度向上抛弃，而后者使物料颗粒在上抛期间作水平运动，综合效应就使物料间歇向前作抛物线式的跳跃运动。

（2）颚式破碎机

颚式破碎机是由固定颚（又是机架的前壁）、悬挂在轴上的可动颚板、偏心轴、垂直连杆、肘板、传动飞轮、两颚板上的衬板、带有弹簧的拉杆、肘板座，调节块构成。结构图如下：