硅石耐火材料硅石耐火材料是指以天然硅石為主要原料制的耐火材料。我國標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定硅石耐火材料中SiO2含量不得少于93%，而SiO2含量85%-93%稱為硅質(zhì)耐火材料。最常見的硅石耐火材料為硅磚；按氣孔率不同硅磚可分為普通硅磚、高密度硅磚，也有人將高密度硅磚分為高密度硅磚及超高密度硅磚。硅磚主要用于焦?fàn)t、高爐熱風(fēng)爐及玻璃熔窯。4.1硅磚的組成、顯微結(jié)構(gòu)與性質(zhì)硅磚的礦物組成：磷石英、方石英、少量殘余石英和玻璃相。礦物組成（%）：磷石英（3-70）、方石英（20-80）、石英（3-15）、玻璃相（4-10）熔點(diǎn)：方石英1728℃、磷石英1670℃、石英1600℃；磷石英：矛頭狀雙晶結(jié)構(gòu)、形成相互交錯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，抗熱震性與體積穩(wěn)定性好；導(dǎo)熱系數(shù)好；對于一些要求高導(dǎo)熱效率的硅磚，加入CaO、Na2O、TiO2、Fe2O3等添加劑提高其導(dǎo)熱系數(shù)；其中,CaO作用最好，導(dǎo)熱效率可以提高20%；Fe2O3次之，TiO2最差。加入量2%左右。硅磚中方石英含量提高，硅磚的抗渣侵蝕能力下降。硅磚中殘余石英含量控制小于1%；普通硅磚的顯孔率19%-25%；高密度硅磚的顯孔率為10%-20%;硅磚的密度：2.37-2.4g/cm3,優(yōu)質(zhì)硅磚密度：2.33-2.35g/cm3;使用硅磚的爐子不宜冷卻至600℃以下,磷石英在600℃以下抗熱震性差；4.2硅磚生產(chǎn)的物理化學(xué)原理4.2.1SiO2的同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變SiO2在常壓下有7個變體和1個非晶體，即β-石英、α-石英、γ-磷石英、β-磷石英、α-磷石英、β-方石英、α-方石英以及石英玻璃；4.2.2礦化劑的作用獲得大量的磷石英，必須添加合適的礦化劑。添加礦化劑必須滿足三個條件：首先，促進(jìn)石英轉(zhuǎn)化為密度較低的磷石英；其次，不顯著降低硅磚的耐火度；再次，防止在燒成過程中因相變過快導(dǎo)致制品的松散與開裂。足夠數(shù)量的礦化劑存在：β-石英在573℃轉(zhuǎn)變?yōu)棣?石英；在1200~1470℃，α-石英不停地轉(zhuǎn)變成亞穩(wěn)方石英。礦化劑與氧化硅形成的共熔點(diǎn)越低，礦化作用越強(qiáng)，磷石英生成量越多，晶粒越大。Na2O-SiO2＞FeO-SiO2＞MnO-SiO2＞CaO-SiO2＞MgO-SiO2782℃1200℃1300℃1436℃1543℃礦化劑LiO2Na2OK2OSrOMnOMgO熔液中O/Si比磷石英量/%2.23982.16952.10882.52402.84353.1220礦化劑與氧化硅所形成的熔體的黏度越小，礦化作用越強(qiáng)。礦化作用由強(qiáng)到弱排序：Al2O3＞FeO＞MnO＞CaO＞MgO礦化作用的強(qiáng)弱不是選擇礦化劑的標(biāo)準(zhǔn)，礦化作用越強(qiáng)烈，容易產(chǎn)生裂紋，燒成成品率低。Na2O、K2O、Al2O3、TiO2嚴(yán)重降低硅石耐火度。此外，Li2O、Na2O、K2O易溶于水，在硅磚干燥時，礦化劑會擴(kuò)散至表面，造成磚坯表面礦化劑濃度高，降低燒成制品的性質(zhì)。這些都不宜用作礦化劑，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于單一氧化物難以滿足要求，常采用復(fù)合氧化物礦物劑。CaO、FeO為硅磚的礦化劑，而Al2O3、K2O、TiO2等是雜質(zhì)，應(yīng)盡可能減少。如生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)硅磚通常采用低Al2O3、低R2O特殊硅石，要求CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于3%，Al2O3+TiO2+R2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.5%。4.3硅磚的生產(chǎn)工藝要點(diǎn)4.3.1原料硅石原料分為結(jié)晶硅石和膠結(jié)硅石。一般來說，結(jié)晶硅石較純，較致密，多用作制造硅磚的材料；膠結(jié)硅石，雜質(zhì)較多，燒成易松散，山西五臺硅石。分類巖石分類顯微結(jié)構(gòu)和特征產(chǎn)地示例結(jié)晶硅石脈石英晶粒很大，純凈，轉(zhuǎn)變困難吉林石英巖晶粒較小，純凈，中速轉(zhuǎn)變本溪變質(zhì)石英巖晶粒受地殼壓力而發(fā)生扭曲，易轉(zhuǎn)變包頭石英砂晶粒較大，純度不定膠結(jié)硅石砂巖以膠結(jié)石英為基質(zhì)的砂巖玉髓由玉髓組成武漢燧石巖以玉髓為基質(zhì)山西硅石的晶粒大小和轉(zhuǎn)化速度的快慢對制訂生產(chǎn)工藝有很大的影響，但不能成為判斷可否用于制造硅磚的標(biāo)準(zhǔn)。必要時可添加部分硅石熟料或廢磚等，并控制礦化劑的量與種類，防止裂紋。4.3.2顆粒組成的選擇一般最大顆粒小于3mm，以脈石英作原料時，多用2mm為最大顆粒。選擇臨界顆粒度時應(yīng)以磚在燒成時不發(fā)生松散破裂，而且致密穩(wěn)定為宜。通常：3~1mm35%~45%,1~0.088mm20%~25%,0.088以下35~45%。細(xì)顆粒在燒成過程較易轉(zhuǎn)變?yōu)榱资ⅲ虼艘蠹?xì)粉較多。焦?fàn)t硅磚：CaO2%、MnO2%;高密度高硅質(zhì)硅磚可加FeO0.8%、CaO0.2%。CaO、FeO分別以石灰乳和鐵磷或鐵屑形式引入。礦化劑也可干式加入，如采用石灰石下腳料為含鈣礦化劑，F(xiàn)eO以黃鐵礦渣的形式加入配料中等。而黏結(jié)劑可使用工業(yè)木質(zhì)磺酸鹽與石灰乳等。硅磚燒成過程中磚的燒結(jié)與松散有很大影響。粗顆粒形成坯體骨架。但粗顆粒相變持續(xù)時間長，而且往往發(fā)生在細(xì)顆粒相變和坯體開始燒結(jié)之后，所以粗顆粒的相轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的體積膨脹是坯體趨于松散以至開裂的重要原因。粗顆粒越多，磚坯開始劇烈膨脹溫度就越低，燒成時磚坯開裂的趨勢就越大。磚坯中要有足夠的細(xì)粉含量。坯體在燒成中粗顆粒的變化是轉(zhuǎn)化-膨脹-破裂；而細(xì)顆粒則是轉(zhuǎn)化-燒結(jié)-收縮。4.3.3燒成曲線的制定硅磚在燒成過程中發(fā)生許多相變，有很大的體積變化，并且磚坯在燒成溫度下所形成的液相很少（6%-12%），因此硅磚的燒成較其他耐火材料困難得多。硅磚燒成要求升溫平穩(wěn)，嚴(yán)格按一定的速度升溫，止火溫度正確，同時還要求弱還原火焰。硅磚燒成過程中的物理化學(xué)變化可大致按溫度劃分如下幾個階段：≤150℃自由水排除150~500℃Ca(OH)2分解，磚坯結(jié)合強(qiáng)度下降550~650℃β-石英→α-石英CaO·SiO2600~700℃CaO與SiO2的固相反應(yīng)開始，磚坯結(jié)合強(qiáng)度提高2CaO+SiO2→β-2CaO·SiO22CaO·SiO2+SiO2→2(CaO·SiO2)1000~1100生成固溶體α-CaO·SiO2+FeO·SiO2→[CaO·SiO2-FeO·SiO2] ≥1200℃與雜質(zhì)如Al2O3、Na2O等作用形成液相（8%~10%），濕潤石英顆粒，石英轉(zhuǎn)變速度提高1300~1350℃磷石英和方石英增加1300~1430℃磷石英進(jìn)一步增加，方石英進(jìn)一步減少。在450~550℃及550~650℃階段，由于Ca(OH)2的脫水使強(qiáng)度下降及β-石英向α石英轉(zhuǎn)化，有一定的體積膨脹，升溫速度不宜過快。在600℃至1100~1200℃之間，由于不存在大規(guī)模的相變，而且由于CaO·SiO2及固溶體的生成，使坯體強(qiáng)度升高，可以有較快的升溫速度。在1100~1200℃至最終燒成溫度的階段，SiO2的相變及產(chǎn)生的體積膨脹最大，極易產(chǎn)生裂紋，應(yīng)采取最慢的升溫速度。硅磚的最高燒成溫度不應(yīng)超過1430℃。超過此溫度，方石英增多，影響硅磚的性能并易導(dǎo)致燒成廢品。由于SiO2的晶型轉(zhuǎn)化速度較慢，所以硅磚的燒成保溫時間一般在20~50h。根據(jù)原料的硅石轉(zhuǎn)化的