[科普中國(guó)]-硅石耐火材料

硅石是以石英為主要礦物組成的硅質(zhì)巖石。工業(yè)上稱(chēng)塊狀硅質(zhì)原料為硅石。硅石耐火材料是以二氧化硅為主要成分的耐火材料。通常二氧化硅含量不小于93%?？梢詾槎ㄐ我部梢詾椴欢ㄐ文突鸩牧稀Ｖ饕贩N是硅磚。以硅石為原料經(jīng)1350～1 430℃燒成，使硅磚中的主要相轉(zhuǎn)變?yōu)轺[石英、方石英和玻璃。真密度須達(dá)2.31~2.42克每立方厘米范圍內(nèi)。具有熱導(dǎo)率及荷重軟化點(diǎn)高，抗酸性渣侵蝕能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)1。

概述硅質(zhì)制品屬酸性耐火材料，對(duì)酸性爐渣抵抗能力強(qiáng)，但易被堿性熔渣強(qiáng)烈侵蝕，易受氧化鉀、氧化鈉等氧化物作用而破壞，但對(duì)氧化亞鐵、氧化鐵等氧化物有良好的抵抗性。硅質(zhì)制品中的典型產(chǎn)品硅石耐火材料具有荷重變形溫度高的特點(diǎn)，其荷重軟化溫度接近磷石英、方石英的熔點(diǎn)(1670℃，1713℃)；硅石耐火材料砌筑體有良好的氣密性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，最大的缺點(diǎn)是抗熱震穩(wěn)定性低。硅石耐火材料主要用于焦?fàn)t、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐及其他熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料1。

硅質(zhì)原料制造硅石耐火材料用原料包括主要原料、結(jié)合劑和礦化劑等。硅石耐火材料的主要原料是石英。自然界中有許多石英品種，從結(jié)晶狀態(tài)看有隱晶的火石到理想晶體的水晶等，耐火材料中這兩個(gè)極端品種都不適應(yīng)，原因是煅燒過(guò)程中低溫型石英向各種高溫型晶型轉(zhuǎn)變時(shí)或出現(xiàn)瞬間轉(zhuǎn)化（如火石），或轉(zhuǎn)化特別緩慢（如水晶），最適宜于制造硅石耐火材料耐火材料的是膠黏石英巖或塊狀石英巖。此外，硅石耐火材料生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的燒成廢品也可作為原料使用，這可以減少磚坯的燒成膨脹，減少燒成廢品。但加入廢磚會(huì)降低制品的耐火度和機(jī)械強(qiáng)度、增加氣孔率，因此，廢磚加入量通常控制在20%以下。

硅石耐火材料制造中的結(jié)合劑有石灰和有機(jī)結(jié)合劑。石灰以石灰乳的形式加入坯料中，結(jié)合磚坯內(nèi)的石英顆粒，在干燥后增加磚坯的強(qiáng)度。最常用的有機(jī)結(jié)合劑是亞硫酸紙漿廢液，其作用是提高坯料可塑性和磚坯干燥后的強(qiáng)度。石灰的另一個(gè)作用是在燒成過(guò)程中起礦化劑作用，促進(jìn)石英的轉(zhuǎn)變，此外，也有采用軋鋼皮（鐵磷）、平爐渣、硫酸渣、軟錳礦等礦化劑的2。

制備工藝硅石耐火材料生產(chǎn)的工藝流程大體可分為原料的組成選擇、成形、燒成及冷卻四個(gè)主要過(guò)程。

硅石耐火材料要求的粒度一般是大于1mm的顆粒占30%～35%，0.09~1mm的顆粒占35%~40%，余下的小于0.09mm。硅質(zhì)坯體加熱時(shí)的松散與燒結(jié)能力取決于顆粒組成中粗細(xì)兩種粒度的性質(zhì)和數(shù)量，粗顆粒轉(zhuǎn)變?cè)诤艽蟪潭壬习l(fā)生在細(xì)顆粒轉(zhuǎn)變和硅體開(kāi)始燒成之后。所以粗顆粒轉(zhuǎn)變時(shí)體積膨脹是磚體趨于松散以至開(kāi)裂的基本因素。因此，希望在磚坯中有足夠數(shù)量的細(xì)顆粒含量，以提高磚坯的燒結(jié)性。

符合粒度要求的原料選好后，可進(jìn)入成形階段制備硅石耐火材料坯料。坯料的成形性能受顆粒組成、水分和加入物的影響，調(diào)整這些因素可以改善坯料的成形性能。

將成形并干燥后的磚坯送入燒成窯內(nèi)燒結(jié)。在燒成過(guò)程中伴隨有大量的物理化學(xué)變化，如磚坯中殘余水的排除，石灰乳的脫水反應(yīng)，二氧化硅的晶型轉(zhuǎn)換，氧化鈣與二氧化硅、氧化鐵與二氧化硅的固相反應(yīng)等。硅石耐火材料燒成至最高燒成溫度時(shí)，通常根據(jù)制品的形狀大小、窯的特性、晶型轉(zhuǎn)變難易、制品要求的密度等給以足夠的保溫時(shí)間，一般波動(dòng)在20~48h。

硅石耐火材料燒成后，高溫下（600~800℃以上）可以快冷；低溫時(shí)因有方石英和磷石英的快速晶型轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生體積收縮，故應(yīng)緩慢冷卻2。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黎明 - 副教授 - 西南大學(xué)