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硅砖的性质和使用

【摘要】:
硅砖的化学矿物组成、真密度、体积密度、耐火度、荷重软化温度、高温体积稳定性、耐热震性以及抗渣性等性质与原料的性质、晶型转变状况和制造方法等诸多因素有关。

硅砖的化学矿物组成、真密度、体积密度、耐火度、荷重软化温度、高温体积稳定性、耐热震性以及抗渣性等性质与原料的性质、晶型转变状况和制造方法等诸多因素有关。

一、化学矿物组成   普通硅砖的化学矿物组成如下表3-13以及3-14所示。

 

化学成分

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

R2O

%

93~98

0.5~2.5

0.3~2.5

0.2~2.7

1~1.5

3-13  硅砖的化学组成

 

矿物组成

鳞石英

方石英

石英

玻璃相

%

30~70

20~80

3~15

4~40

3-14  硅砖的矿物组成

 

由以上两表可以看出:硅砖中SiO2含量在93%以上;一般硅砖中的晶相为鳞石英和方石英以及少量残存石英,基质为玻璃相。

 

二、真密度和体积密度  硅砖真密度的大小是判断其晶型转变程度的重要标志之一。一般硅砖的真密度在2.38g/cm3以下,优质硅砖在2.33~2.34g/cm3范围内,硅石为2.65g/cm3。硅砖的体积密度与气孔率有关。一般硅砖的显气孔率为17~25%,体积密度为1.8~1.95g/cm3。硅砖的成型压力越高,体积密度越大。增大体积密度可以提高硅砖的结构强度、导热性和抗渣能力。

 

三、耐火度   硅砖的耐火度为1690~1730℃。随着SIO2含量、晶型、杂质种类以及数量的不同略有变化,但波动范围较小。SiO2含量越高,耐火度越高,杂质含量越多,特别是Al2O3K2O、Na2O增高时,硅砖的耐火度降低。总的来看,硅砖的耐火度不高,不能满足强化冶炼的要求。

 

四、荷重软化温度   硅砖的荷重软化温度较高,一般为1620~1670℃与其耐火度接近。这主要是因为构成硅砖的主晶相为具有矛头双晶的鳞石英形成网络状结构和基质为粘度较大的玻璃相所致。硅砖在荷重作用下加热从开始软化变形到其破坏之间温度间隔不大,一旦达到软化温度便迅速破坏,荷重软化变形温度范围很窄,开始软化温度与其耐火度接近。这是硅砖的一个特殊性能。

影响硅砖荷重软化温度的主要是砖中的杂质种类、数量和晶型与密实状况等,另外也与测定条件有关。

 

五、高温体积稳定性   硅砖在加热过程中,除了存在一般的热膨胀以外,还发生晶型转变并伴有体积膨胀。如果砖内存在未转变的残存石英,高温下将继续转变成鳞石英或方石英,产生较大的体积膨胀。

 

六、耐热震性   硅砖制品的耐热震性很差,在850℃下水冷仅为1~2次。其原因在于温度剧烈变化时,硅砖内部的结晶发生快速型转变,体积突然膨胀或收缩,产生较大的热应力,使硅砖崩裂和剥落。但是,当硅砖的使用温度在600℃以上波动时,由于结晶不发生快速型转变,它的耐热震性较好。

 

七、抗渣性   硅砖是酸性耐火材料,对酸性以及弱酸性炉渣和含腐蚀性炉气的侵蚀有很强的抵抗能力;对含CaO和FeO的炉渣侵蚀作用也有一定的抵抗能力。SiO2CaO和FeO共存时,SiO2能吸收一定数量的CaO或FeO,并在高温下生成两种互不溶解的液相。在SiO2吸收CaO达30%或吸收FeO40%的条件下,液相数量少,粘度大,系统完全达熔融时温度仍很高。当温度超过1700℃左右,并形成互不相溶的两种液相时,由于粘度很大,不易发生熔滴或渗入砖的气孔之中。因此,硅砖曾用作酸性平炉以及炼钢电炉的炉顶转。

 

虽然硅砖的耐火度不很高,但荷重软化温度较高,高温结构强度大,而且在600℃以上长期使用稳定性好,能抵抗酸性炉渣的侵蚀,因此,目前主要用于砌筑玻璃熔窑和焦炉。用硅砖砌筑焦炉炭化室隔墙,在高温下具有良好的稳固性和气密性,使用寿命可达10~15年,如使用得当,可达25年以上。硅砖曾用作酸性平炉、酸性转炉的内衬砖。电炉炉顶、反射炉拱顶、蓄热室以及沉渣室过去也广泛采用硅砖砌筑,现在已逐渐被高铝砖及镁铝砖所代替。

用硅砖砌筑的窑炉在加热烘烤过程中,应缓慢升温,以免因膨胀过激而使砌体破坏。