硅石耐火材料

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1、3.硅石耐火材料硅石耐火材料是指以天然硅石为主要原料制得的耐火材料。SiO2含量不得少于93%。85%≤SiO2含量＜93%——称为硅质耐火材料。习惯上，把硅石耐火材料叫硅质耐火材料。普通硅砖种类：硅砖（最常见）高密度硅砖特种硅砖、石英玻璃主要用途：焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉以及其他热工设备。硅砖自1822年被英国人制成开始，已有188年历史。1834年起，在炼钢炉厂的耐火材料中保持首要地位。随着炼钢技术的发展，平炉基本被淘汰，硅砖也逐渐被高铝质耐火材料所取代。——至此，硅砖基本退出了炼钢领域。因而消耗量也大减，20世纪70年代以来年均消耗量为十几万

2、吨，占全部耐火材料的1-3%。3.1硅砖的组成、显微结构与性质3.1.1硅砖的组成、结构及对性质的影响由两表可以看出：硅砖中SiO2含量在93％以上；一般硅砖中的晶相为鳞石英和方石英以及少量残存石英，基质为玻璃相。化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOR2O%93-980.5-2.50.3-2.50.2-0.71-1.5矿物组成磷石英方石英石英玻璃相%30-7020-303-154-10硅砖的组成决定其性质SiO2有8个变体：α-石英、β-石英、α-鳞石英、β-鳞石英、γ-鳞石英α-方石英、β–方石英、石英玻璃变体分为两类：第一类变体是石英、鳞石

3、英和方石英，它们的晶型结构极不相同，彼此间转化很慢；第二类变体是上述变体的亚种──αβ和γ型，它们的结构相似，相互间转化较快。根据转变特点和速度，SiO2晶型转变分为两类：迟钝型转变（重建型）和快速型转变（位移型）。不同晶型之间的转变（迟钝型转变）在加热过程中，石英、鳞石英、方石英及硅氧溶液（石英玻璃）之间发生相互转化，是属于由一种晶型转变成另一种晶型的转变过程（重建型转变，速度慢、时间长）。这种转变过程伴随有较大的体积效应。一般是不可逆的。晶型之间在结构和物理性质上存在较大的差别。不同晶型之间的转变从晶体的边缘开始，逐渐发展至中心，必须破坏原有的晶

4、体结构，使Si-0键断开，实现原子的重新排列，组成新的结构。所以转变过程消耗能量大，转变温度高，转变速度慢，经过较长时间才能实现，故称为迟钝型转变。同一晶型亚态之间的转变（快速型转变）同一晶型亚态、型之间也发生相互转变，并且是可逆的。由于快速转变是在瞬时发生的，其体积效应危害大。这种亚态变体的结构和物理性质是相似的，转变时Si-0键没有被破坏和断开，只有键的角度发生变化，晶格发生扭曲或伸直，消耗能量小，转变温度低，转变速度快，体积效应小，只要达到转变温度，晶体从中心到边缘全部立刻转变，故称为快速型转变。干转变与湿转变低温型石英转变为高温型石英过程中，

5、石英颗粒会开裂。如有矿化剂存在时，形成的液相就会沿着裂纹侵入颗粒内部，促使石英转变为鳞石英。通常，这种转变称为湿转变。如果很少或几乎没有矿化剂时，石英开始形成半安定方石英，然后形成方石英，这种转变称为干转变。干转变时砖坯产生较大的不均匀膨胀，又无液相缓冲应力，会造成制品的结构开裂和松散。经过高温烧成后，硅砖的性能主要与SiO2的晶型有关。各种晶型的熔点不同：石英的熔点最低，为1600℃；方石英的熔点最高为1723℃，鳞石英为1670℃。因此，方石英的含量高，有利于提高硅砖的耐火度；而鳞石英含量高，则因其具有矛头双晶。在砖中相互交错形成网络状结构，有利

6、于提高制品的荷重软化温度。由于残余石英在高温下可继续向方石英或鳞石英转变，并伴有较大的体积膨胀，故其含量愈少愈好。硅砖体积密度对导热系数的影响由图可见，随硅砖显气孔率的提高，其导热系数下降。高密度硅砖具有较高的导热系数。因此，对于一些要求高导热系数的硅砖，如焦炉硅砖，常加入CaO、Na2O、TiO2、Fe2O3等添加剂。CaO作用最好，据报道CaO可使导热系数提高20%，Fe2O3次之，TiO2最差。由于这些添加剂对硅砖的其他高温性质有影响，所以不宜加入太多，在2%左右为宜。硅砖理想的矿物组成是主要矿物为鳞石英，其次是方石英。残余石英（β-石英）越少

7、越好。硅砖中石英转变程度用真比重衡量，一般小于2.38g/cm3。优质硅砖真比重2.32～2.36之间。3.1.2硅砖的性质真密度和体积密度真密度为考核硅砖的一个重要性能指标。反映硅砖中SiO2的各相组成，尤其是鳞石英的含量。硅砖真密度的大小是判断其晶型转变程度的重要标志之一。一般硅砖的真密度在2.38g/cm3以下，优质硅砖在2.32～2.36g/cm3范围内，硅石为2.65g/cm3。硅砖的体积密度与气孔率有关。一般硅砖的显气孔率为17～25％，体积密度为1.8～1.95g／cm3。硅砖真密度与矿物组成的关系硅砖真密度g/cm3鳞石英含量%方石英

8、含量%石英含量%玻璃相含量%2.338013172.347217382.376317912.39601596