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硅砖在烧结过程中裂纹产生的原因及预防措施

时间:2019-08-31 作者:admin 来源:本站

硅砖的烧结实际上是SiO2的同质多晶转变过程,硅石原料在矿化剂作用下,经缓慢烧成,基本上转化为鳞石英、方石英,仅有少量残余石英。硅砖在使用中加热到1450℃时有1.5%~2.2%的总体积膨胀,这种残余膨胀会使砌缝密合,有利于保证硅砖砌筑体呈现良好的紧密性和结构强度。而且这种SiO2的同质多晶转变,决定了烤窑前期阶段耐火材料监控的重点是硅砖,升温速率以慢速均匀为特征。硅砖在150~300℃温度范围内,由于其中B、仅一方石英的晶型转变伴随较大的体积效应,在烤窑时应特别注意在此温度范围内进行缓慢升温。

 

石英转变为鳞石英的转化速度和程度,不仅与温度的高低和矿化剂的存在有关,而且也与温度的作用时间、原料的颗粒大小、转化相结晶大小等因素有关。温度高、高温作用时间长、颗粒小、结晶小、矿化剂作用强,则转化快,反之则慢。硅砖的主晶相为鳞石英和方石英,鳞石英熔点167O℃,具有较高的体积稳定性。如果硅砖中鳞石英呈矛头状双晶形态相互交错为网络状分布,能够使硅砖具有较高的荷重软化点及机械强度。当硅砖中残余石英较多时,由于在使用中它会继续进行晶型转变,体积膨胀较大,会导致砖体结构松散开裂。硅砖在烧成过程中发生的物理一化学变化可归纳如下:

 

①<150℃排除砖坯的残余水分。

②450~550℃时Ca(OH)2开始分解,550%分解完毕,此时硅砖颗粒之间的结合由于CaO等作用而破坏,强度下降,坯体变脆。

③550~650℃时,β一石英砖转化为一石英,体积膨胀。

④600~700℃时,CaO与SiO2之间发生固相反应,坯体强度提高。

⑤800~1100℃时,砖坯出现液相反应,坯体强度迅速增加。从1100℃开始,石英的转化速度大为增加,这时低比重石英变体,产生较大体积膨胀。

⑥1300~1350℃时,由于鳞石英和方石英数量增加,坯体真比重降低,同时体积膨胀加大有可能导致开裂。

⑦1350~1470℃时,石英的转化程度和由此产生的膨胀很大,仅一石英、亚稳定方石英和矿化剂及杂质等相互作用形成液相,并侵入石英颗粒在形成亚稳定方石英时出现裂纹中,促进了一石英和亚稳定方石英不断地熔解于所形成的液相中,使之成为硅氧的过饱和熔液,然后以稳定的鳞石英形态不断地从熔液中结晶出来。此时液相粘度愈大,硅砖转化速度愈快,砖坯产生裂纹可能性愈大。

 

9游会 因此,为防止硅砖在烧成过程中发生晶型变化,伴随较大的体积变化导致裂纹的形成,必须采取以下工艺措施:

(1)要控制烧成不同温度范围的升温速率。小于600℃,升温速率放慢,600~1000℃时升温速率可加快,1100~1300℃时升温速率应缓慢,1300℃一烧成温度(1430℃至1450℃)时,升温速率应是烧成过程中最慢的。烧成后的硅砖冷却时在600℃以下,特别在300℃时应缓慢。这样可以有效缓冲晶型转变的体积变化,使其鳞石英及方石英含量较高,并避免裂纹的形成。

(2)应在高温烧成阶段采用还原气氛,有利于低价氧化铁的矿化作用和促进鳞石英大量生成。否则,在氧化气氛下尤其矿化剂不足时,α一石英大多数转化为α一方石英,这种转变称为“干转化”。在干转化时,由于砖体不均匀的体积膨胀很大,而又无液相缓冲应力,会导致制品结构松散和开裂。同时,应在硅砖烧成的不同温度阶段进行适当保温,使硅砖具有合理相组成,满足使用要求。

(3)改善半成品装车制度,降低裂纹发生的概率。硅砖的横向裂纹,即平行于制品的加压方向裂纹,通常为制品烧成时各部分受热不均所致,它们多出现在砖垛外侧的受火面,特别是顶层的制品表面。而硅砖表面网状裂纹,除了由于捏练不匀或原料变化,使得坯体本身微观不均匀的起因外,通常是由于制品受热温度过高且起伏较大所致。在装车时,需要将特异型硅砖放置于窑车的内部,标准普通型砖装在窑车的外部;异型砖的凸出部位或易出现裂纹的部位向里;窑车顶部要覆盖一些薄片砖,以避免火焰的直接冲击等措施,否则将会导致裂纹增多。