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1、4.2 硅砖的原料及性质4.2.1 硅石原料制造硅砖的原料为硅石。硅石原料的 SiO2 含量越高，耐火度也越高。最有害的杂质是Al2O3、 K2O、Na2O 等，它们严重地降低耐火制品的耐火度。硅砖以 SiO2 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。二氧化硅又称硅石(石英砂)，化学式 SiO2。自然界中存在有结晶二氧化硅和无定形二氧化硅两种。结晶二氧化硅因晶体结构不同，分为石英、鳞石英和方石英三种。纯石英为无色晶体硅石，大而透明棱柱状的石英叫水晶。若含有微量杂质的水晶带有不同颜色，有紫水晶、茶
2、晶、墨晶等。普通的砂是细小的石英晶体，有黄砂(较多的铁杂质) 和白砂(杂质少、较纯净)。二氧化硅晶体中，硅原子的 4 个价电子与 2 个氧原子形成 4 个共价键，硅原子位于正四面体的中心，4 个氧原子位于正四面体的 4 个顶角上，整个晶体是一个巨型分子，SiO2 是表示组成的最简式，不表示单个二氧化硅分子，仅是表示二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比。SiO2 中 SiO 键的键能很高， 熔点、沸点较高( 熔点 1723，沸点 2230)。自然界存在的硅藻土是无定形二氧化硅，是低等水生植物硅藻的遗体，为白色固体或粉末状，多孔、质轻、松软的固体，吸附性强。硅石是硅质耐火材料的主要原料。硅石也称石英
3、岩，主要矿物是石英 SiO2。耐火材料工业用的硅石可以分为结晶硅石（再结晶石英岩）和胶结硅石（胶结石英岩） 。1.结晶硅石由硅质砂岩（石英砂岩）经变质作用再结晶而成得变质岩。硅质砂岩中的硅质胶结物在地质条件作用下而在原石英颗粒表面再结晶，成为石英颗粒的增大部分。因此，其组织结构特征是：由结晶的石英颗粒所组成，石英颗粒间没有胶结物或极少（3%8%）；由于变质过程中的再结晶作用而使石英颗粒紧密地连接在一起，并且构成了原硅质砂岩所没有的各种变晶结构，如锯齿结构、花岗岩结构和镶嵌结构等。2.脉石英也属于结晶硅石，它是火成岩，特征是石英颗粒较大（2mm），纯度较高（SiO299%），煅烧时转化迟钝，膨胀
4、性大，直接用于制砖较为困难。3.胶结硅石石英颗粒被硅质胶结物结合而成的沉积岩，胶结构主要是隐晶质的二次石英，胶结物含量通常约占 30%75%。胶结硅石中的石英颗粒结晶较小，杂质含量多，加热时易于转变。4.2.2 废硅砖 4.2.3 石灰 4.2.4 矿化剂； 4.2.5 有机结合剂 自学4.3 硅砖的生产工艺4.3.1 颗粒组成的选择硅石首先进行洗涤。这是因为硅石在开采和运输过程中，常有黄土、粘土等杂质粘附在其表面，在破碎前均用水清洗，以提高其纯度。清洗的方法可采用洗石机和在运输设备上进行。进厂的硅石原料通常为 50-300mm，经颚式破碎机破碎成块度不大于 40-50mm，然后用干碾机或圆锥
5、破碎机进行粉碎，由于粉料中的细粉（0.75-1.0的条件下，具有在大密度的砖坯才能保证制得具有低气孔率的硅砖，过多的细粉会使砖坯的气孔率增大，成型困难，易产生层裂和强度及热稳定性降低。（3）当用数种硅石混合配料时，开始剧烈膨胀温度高的硅石，应以大颗粒加入；而开始剧烈膨胀低的硅石应以细颗粒加入。（4）还需根据硅石性质来决定颗粒组成。若硅石适应颗粒较细，结合较紧密，则泥料的颗粒可粗些；相反，则颗粒应细些。不同硅砖制品泥料的粒度组成要求列表如下：料别 3mm 0.5mm 0.088mm电炉、平炉顶 不大于 2 50-65 28-35焦炉砖 不大于 3 55-65 30-35标准砖及一般砖 不大于 3
6、 55-65 28-35某些手工成型的大型和特异型砖，0.088mm 细粉量可增至 35-40%；积压砖0.088mm 细粉不大于 30-35%4.3.2 成型 112 页； 保证密度应有一定压力；注意烧成时的体积膨胀。4.3.3 烧成硅砖是以石英岩为原料，经粉碎，并加入粘结剂、矿化剂经混合、成型、干燥和按计划加热升温而烧成的。硅砖含 SiO2 大于 93%，系酸性耐火材料，具有良好的抗酸性渣的侵蚀作用。硅砖的导热性能好，耐火度为 16901710，荷重软化点可高达 1640，无残余收缩。其缺点是耐急冷热急性能差，热膨胀性强。SiO2（二氧化硅）在不同的温度下能以不同的晶型存在，在晶型转化时会
7、产生体积的变化，并产生内应力，故硅砖的制造、性能和使用与 SiO2 的晶型转变有密切关系。高低型转化，此种转变没有晶格的重排，只有晶格的扭曲或伸直，因此转化速度快且是可逆的。各种型态的 SiO2 转化温度和体积变化不同，方石英在 180270转化，体积变化最剧烈，而 570时石英转化体积变化较小，鳞石英有 两个晶型转化点： 117和 163,体积变化最小。因此用于焦炉的硅砖，希望在制造过程中，尽量转化为鳞石英。但实际生产的硅砖制品总是三种晶型同时存在。由于三种石英中鳞石英的密度最小，因此鳞石英含量愈高的硅砖，其真密度愈小。1. 烧成的物化变化 112113 页2. 烧成制度 低温 600时分析
8、：113 页 1 段 7001150时分析：113 页 2 段1200时分析： 113 页 3 段4.4 特种硅砖4.4.1 高密度，高导热硅砖主要优点：与目前我国生产的一般硅砖（体积密度 1.80g/cm3）相比有如下优点：a. 密度更高 特密硅砖体积密度1.95g/cm3，致密硅砖体积密度1.85g/cm3。b. 热容量大 蓄热量大，导热性好，在 8001200特密硅砖热导率提高 20%，致密硅砖热导率提高 10%，可提高焦炉和高炉热风炉的热效率。c. 耐磨性好 特密硅砖与致密硅砖因强度高于一般硅砖（耐压强度40Mpa），耐磨性能提高。特密硅砖的耐磨性比致密硅砖高出 40%以上。d. 环保
9、效益好 由于其导热性好，在焦炉中火焰侧的温度可降低 5080，在焦碳产量相同的情况下，烟气中的有效成分 NOx 和 SO2 排放量明显减少，减少环境污染，实现环保、清洁生产。高密度高导热硅砖技术指标（分特密硅砖 A 和致密硅砖 B 两种）指标 值（特密硅砖 A） 值（致密硅砖 B）SiO2， 95 95Al2O3， 1 1Fe2O3， 1 1CaO， 2 2显气孔率， 17 19体积密度，g/cm3 1.95 1.85比重， 2.33 2.33常温耐压强度，Mpa， 80 60重烧线变化率，, 15004h 0 0.2 0 0.2荷重软化开始温度，0.2Mpa,0.6变形 1660 1660热
10、膨胀率，室温-1000 1.22 1.25蠕变率，（1500, 0.2Mpa ,20-50h） 0.2 0.2残余石英， 0.5 0.5其主要方法：增加鳞石英含量及减少气孔。4.4.2 其它特种硅砖 自学4.5 石英玻璃及制品二氧化硅含量不同。石英玻璃是用纯二氧化硅熔制，含量在 99%以上。普通玻璃的二氧化硅含量一般在 70%-75%，其他成分是氧化钠、氧化钙等碱金属或碱土金属，是为了达到降低熔制温度、提高料性等目的。石英玻璃是一种只含二氧化硅单一成份的特种玻璃。由于种类、工艺、原料 石英玻璃的不同，国外常常叫做硅酸玻璃、石英玻璃、熔融石英、熔凝石英、合成熔融石英，以及没有明确概念的透明、半透
11、明、不透明石英等。我国统称石英玻璃，多按工艺方法、用途及外观来分类，如电熔透明石英玻璃、连熔石英玻璃、气炼透明石英玻璃、合成石英玻璃、不透明石英玻璃、光学石英玻璃、半导体用石英玻璃、电光源用石英玻璃等。人们习惯于用“石英”这样一个简单的词汇来命名这种材料，这是绝对不妥的，因为“石英”是二氧化硅结晶态的一种通称，它与玻璃态二氧化硅在理化性质上是有区别的。石英玻璃是二氧化硅单一成分的非晶态材料，其微观结构是一种由二氧化硅四面结构体结构单元组成的单纯网络，由于 Si-O 化学键能很大，结构很紧密，所以石英玻璃具有独特的性能，尤其透明石英玻璃的光学性能非常优异，在紫外到红外辐射的连续波长范围都有优良的
12、透射比。 1石英玻璃采用高纯度的硅砂作为原料，制作的传统方法是熔融-淬灭方法（加热材料到熔化温度，然后快速冷却到玻璃的固态相）；制作超高纯度和紫外透射比的透明玻璃需硅的汽化、氧化成二氧化硅并加热溶解等过程15第五章 氧化镁氧化钙系耐火材料5.1 镁质耐火材料5.1.1 与镁质耐火材料有关物系1.Mg0C 氧化还原反应116 页；图 51 说明：M g0 的 稳 定 性 随 温 度 提 高 而 下 降 ； C0 的 稳 定 性随 温 度 提 高 稳 定 并 上 升 。1700 比 1600时：C0 分 解 需 更 多 的 自 由 能 ， Mg0 分 解 需 较 少 的 自 由 能 。平 衡 状
13、态 下 ， 1600时：C0 压 力 是 1 个 大 气 压 ， Mg0 是 0.01 个 大气 压 ， 1700时：C0 压 力 是 1 个 大 气 压 ， Mg0 是 0.1 个 大 气 压 。Mg0 分 解 的 条 件 ： Mg0 完 全 分 解 ， C0 或 Mg 蒸 气 压 力 到 达 平 衡 点 。2.Mg0FeO见 117 页， 图 52余下自学5.1.2 镁质耐火制品的化学组成对性能的影响1. CaO/ SiO2 之比的影响结论：（1）镁质耐火材料的 CaO/ SiO2 之比1.87 时，主晶相方镁石与钙镁橄榄石（CMS）或镁蔷薇辉石（C3MS2）等低熔点矿物共存；提高 CaO
14、/ SiO2 之比，则存在C2S，C3S 等高熔点矿物。（2）结合相对砖的高温强度影响很大。（3）CaO 能溶入 Mg0 中 ， 引 起 CaO/ SiO2 之比的下降。（4）CaO/ SiO2 的波动， 对 SiO2 含量低的物系影响更大。2. Al2O3；Cr 2O3 和 Fe2O3的影响结论：降低最大强度值；并使达到最大强度的 CaO/ SiO2 之比降低。5.1.3 镁质耐火制品结合物及组织结构特点1. 结合物硅酸盐：镁砖中少量杂质成分，对镁砖高温性能产生较大的负面影响。杂质成分对镁砖高温性能影响与杂质的种类和数量有关，不同种类的杂质对镁砖高温性能的影响不同,杂质的含量不同影响也不同。
15、杂质成分种类越多，某些杂质成分含量越大，对镁钙砖高温性能影响就越大。杂质对镁砖高温性能的影响，实际上是对主要矿物 MgO 高温性能的影响。杂质与 CaO或 MgO 发生反应，生成某些低熔点矿物，在高温下产生液相，降低了镁钙砖的耐高温性能。镁钙砖中的杂质成分主要是 Fe2O3SiO2 和 Al2O3。这三种主要杂质对 MgO 的高温性能影响不大，因为它们与 MgO 反应不生成低熔点的矿物，如 MgO 与 SiO2 反应生成 M2S，熔点1890； 与 Al2O3 反应生成 MA，熔点 2135。镁钙砖中的三种主要杂质对 CaO 高温性能的影响程度差别较大。其中，SiO2 与 CaO反应生成 C3
16、S 或 C2S，熔点分别为 1900和 2130，二者都属于高熔点矿物, 对 CaO 的高温性能影响不大。还可生成钙镁橄榄石 CMS 及镁蔷薇辉石 C3MS2 等低熔点矿物。仅 M2S，C2S 具有较高的荷重变形温度，但烧结性能差。铁的氧化物及铁酸盐：MgO 能固溶大量 FeO 而不产生液相，对 Fe2O3 也有很强的吸收能力，而镁钙砖中铁氧化物含量一般在 1.5%以下。 因此，对 MgO 的高温性能产生的影响很小。 但 Fe2O3 与 CaO 发生反应，则生成低熔点的矿物 C2F 和 C4AF 等，熔点分别为 1436和 1415。这两种低熔点矿物的生成，对 CaO 的高温性能产生了较大的负面影响，最终造成了镁钙砖的耐高温性能
