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硅质耐火材料制备工艺

硅砖生产的工艺流程大体可分为原料的组成选择、成形、烧成及冷却四个主要过程。

硅砖要求的粒度一般是大于1mm的颗粒占30%~35%,0.09~1mm的颗粒占35%~40%,余下的小于0.09mm。硅质坯体加热时的松散与烧结能力取决于颗粒组成中粗细两种粒度的性质和数量,粗颗粒转变在很大程度上发生在细颗粒转变和硅体开始烧成之后。所以粗颗粒转变时体积膨胀是砖体趋于松散以至开裂的基本因素。相反,细颗粒多处于颗粒堆积的孔隙中,细颗粒本身的膨胀不仅对砖坯的膨胀影响小,而且因具有较大的比表面积,在高温下与矿化剂作用而使烧结能力增加。因此,希望在砖坯中有足够数量的细颗粒含量,以提高砖坯昀烧结性。矿化剂必须在球磨机中细磨,使大于0.5mm的颗粒不超过1%~2%,小于0.09mm的颗粒大于80%。

符合粒度要求的原料选好后,可进入成形阶段制备硅砖坯料。坯料的成形性能受颗粒组成、水分和加入物的影响,调整这些因素可以改善坯料的成形性能。由于硅质坯料的结合性和可塑性都很差且质硬,因此,为了保证制得致密砖坯,需要采用加压成形,通常成形压力应不低于100~150MPa。

将成形并干燥后的砖坯送入烧成窑内烧结。在烧成过程中伴随有大量的物理化学变化,如砖坯中残余水的排除,石灰乳的脱水反应,二氧化硅的晶型转换,氧化钙与二氧化硅、氧化铁与二氧化硅的固相反应等。根据这些变化的特点,可制定出烧成制度。在600℃以下时,虽有β-α的二氧化硅晶型转变以及伴随的体积变化,但由于坯体的导热性差,加热时的坯体中心部位温度低于表面温度,因此β-α石英转变不是在瞬间完成的,而是发生在某一温度范围,在坯体内不会引起很大的应力,且对坯体强度影响不大,因此,在此阶段,可用较快而均匀的升温速度烧成,通常在20~600℃间的升温速率为20℃/h;在600~1100℃温度范围内,因砖坯体积变化不大,强度逐渐提高,不会产生过大热应力,在保证砖坯均匀加热的前提下,可快速升温,一般采用250℃/h的升温速度;在1100℃至烧成最高温度范围内,晶型转变及体积变化均很显著,它是决定砖坯出现裂纹与否的关键阶段,这个阶段升温速度应逐渐降低,并能缓慢均匀升温。

硅砖最高烧成温度应不超过1430℃。烧成温度过高时,方石英生成量多,导致烧成废品率增加。硅砖烧成至最高烧成温度时,通常根据制品的形状大小、窑的特性、晶型转变难易、制品要求的密度等给以足够的保温时间,一般波动在20~48h。硅砖烧成后,高温下(600~800℃以上)可以快冷;低温时因有方石英和磷石英的快速晶型转变,产生体积收缩,故应缓慢冷却。


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