硅砖
硅质耐火材料是以二氧化硅为主要成分的耐火材料。通常二氧化硅含量不小于93%。可以分为定形也可以为不定形耐火材料。主要品种是硅砖。以硅石为原料经1350~1 430℃烧成,使硅砖中的主要相转变为鳞石英、方石英和玻璃。真密度须达2.31~2.42克每立方厘米范围内。具有热导率及荷重软化点高,抗酸性渣侵蚀能力强等优点。
硅质耐火材料原料
制造硅砖用原料包括主要原料、结合剂和矿化剂等。硅砖的主要原料是石英。自然界中有许多石英品种,从结晶状态看有隐晶的火石到理想晶体的水晶等,耐火材料中这两个极端品种都不适应,原因是煅烧过程中低温型石英向各种高温型晶型转变时或出现瞬间转化(如火石),或转化特别缓慢(如水晶),最适宜于制造硅砖耐火材料的是胶黏石英岩或块状石英岩。此外,硅砖生产过程中产生的烧成废品也可作为原料使用,这可以减少砖坯的烧成膨胀,减少烧成废品。但加入废砖会降低制品的耐火度和机械强度、增加气孔率,因此,废砖加入量通常控制在20%以下。硅砖制造中的结合剂有石灰和有机结合剂。石灰以石灰乳的形式加入坯料中,结合砖坯内的石英颗粒,在干燥后增加砖坯的强度。最常用的有机结合剂是亚硫酸纸浆废液,其作用是提高坯料可塑性和砖坯干燥后的强度。石灰的另一个作用是在烧成过程中起矿化剂作用,促进石英的转变,此外,也有采用轧钢皮(铁磷)、平炉渣、硫酸渣、软锰矿等矿化剂的。
硅质制品属酸性耐火材料,对酸性妒渣抵抗能力强,但易被碱性熔渣强烈侵蚀,易受氧化钾、氧化钠等氧化物作用而破坏,但对氧化亚铁、氧化铁等氧化物有良好的抵抗性。硅质制品中的典型产品硅砖具有荷重变形温度高的特点,其荷重软化温度接近磷石英、方石英的熔点(1670℃,1713℃);硅砖砌筑体有良好的气密性和结构强度,最大的缺点是抗热震稳定性低。硅砖主要用于焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉及其他热工设备的结构材料。
硅质耐火材料显微结构
由鳞石英、方石英、残余石英、硅酸盐、玻璃相等构成多相非均一型的结构。鳞石英、方石英、硅酸盐及玻璃相构成基质结构单元。斜方晶系低温型γ鳞石英常以六方晶系高温型α鳞石英转变后的假象体形式存在,或以 (10T6)双晶结合面构成 楔形双晶体 (见图)。γ鳞石英的体积分数和直接结合率是评估鳞石英化程度和网络结构连续性的定量参数。
假硅灰石、钙铁辉石、钙铁橄榄石及硅酸二钙等组成硅酸盐相,以分散或微区富集方式赋存于鳞石英网络的空隙部位。分布不均的铁的氧化物尚能以α-Fe2O3相的形式出现于基质之中。亚稳或稳态方石英,残余石英等构成颗粒结构单元。亚稳方石英系870~1470℃之间α方石英的介稳相,单偏光系统下呈均质性效应,在X射线衍射谱图中难以与稳态方石英区别。α石英向亚稳方石英转化的初期阶段,亚稳方石英构成连续网络,将残余石英分隔成孤立岛状体。继续热过程,残余石英体积分数降低,或从颗粒结构单元中消失。颗粒边缘的棕色反应层,由玻璃相、鳞石英、亚稳方石英组成,系基质中矿化剂与颗粒作用的产物。