硅质耐火材料

1、硅质耐火材料综述说明：本文主要介绍了硅质耐火材料、生产硅砖的原料及其主要成分不同变体之间的转变及工艺流程，并详细介绍了生产硅砖的机械设备及它们的工作原理和硅砖在实际生产中的应用。关键词：硅砖 原料 工艺 设备 应用1.硅质耐火材料硅砖的矿物组成主要是鳞石英、方石英、少量的残余石英与玻璃相。二氧化硅含量93%98%，真密度一般为2.372.40g/cm3，具有抗酸性渣侵蚀性能，荷重软化温度在16401680之间，同时具有很高的导热系数。当温度高于600时，其抗热震性也很好。因而，它用作高炉热风炉及焦炉的砌筑材料。在还原气氛下经13501430缓慢烧成，加热到1450时约有1.52.2%的总体积膨

2、胀，这种残余膨胀会使切缝密合，保证砌筑体有良好的气密性和结构强度。硅砖主要用于炼焦炉的炭化室和燃烧室的隔墙、炼钢平炉的蓄热室和沉渣室、均热炉、玻璃熔窑、耐火硅砖材料和陶瓷的烧成窑等窑炉的拱顶和其他承重部位。而且硅砖抗硅酸盐玻璃成分侵蚀的能力较好，因而也可以用于玻璃熔窑上。硅砖的主要缺点是，当温度低于600时，由于氧化硅的多晶转变导致较大的体积变化，使其在600以下的抗热震性差。因此，使用硅砖的炉子不宜冷却至600以下。硅砖以二氧化硅含量不小于96%的硅石为原料，加入矿化剂(如铁鳞、石灰乳)和结合剂（如糖蜜、亚硫酸纸浆废液），经混练、成型、干燥、烧成等工序制得。2.SiO2的同质多晶转变二氧化硅

3、在常压下有7个变体和1个非晶体，各变体间的转变可分为两类：第一类是高温型转变，即石英、鳞石英、方石英之间的转变，即图中水平方向的转变。由于他们在晶体结构和物理性质方面差别较大，因此转变所需的活化能大，转变温度高而缓慢，并伴随有较大的体积效应。第二类是低温型转变，即石英、鳞石英、方石英本身的、型的转变，即图中垂直方向的转变。由于他们在晶体结构和物理性质方面差别很小，因此转变温度低，转变速度快，且转变是可逆的，所伴随的体积效应也比高温型的小。各种变体的基本性质如下表所示：上述慢速转化的温度界限只是在加热时间很长，原料粉碎很细，有强矿化剂存在的条件下，才是正确的。实际上看到的转变关系是按下图所示进行

4、的：图中所示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（种类和数量）有关，而且也与温度的作用时间、原料的颗粒大小、显微组织结晶大小）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。无论是慢速转变或快速转变，都伴随有体积变化。这是因为SiO2各变体的真密度不同，由真密度大的变体向真密度小的变体转化时，产生体积膨胀，反之则出现收缩。氧化硅质耐火材料的主晶相为鳞石英。鳞石英熔点1670，但鳞石英具有较高的体积稳定性。硅砖中鳞石英具有矛头状双晶相互交错的网络状结构，因而使砖具有较高的荷重软化点及机械强度。当硅砖中有残余石英存在时，由于在使用中

5、它会继续进行晶型转变，体积膨胀大，易引起砖体结构松散。所以，一般希望烧成后硅砖中含有大量鳞石英，方石英次之，而残余石英越少越好。氧化硅质耐火材料采用矿化剂。石英转变为鳞石英或方石英时，在矿物剂很少或几乎没有时，-石英就形成-方石英，这种转变称为“干转化”。在干转化时，由于砖体的不均匀的体积膨胀很大，而又无液相缓冲应力，因而引起制品结构松散和开裂，不可能制得良好性能的制品。当有足够数量的矿化剂存在时，-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，促进以-石英和亚稳定方石英不断地溶解于所形成的液相中，使之成为硅氧的过饱和溶液，然后以稳定的鳞

6、石英形态不断地从溶液中结晶出来。这个转变速度取决于所加矿化剂的性质和数量，所形成的液相缓冲着由于体积膨胀所产生的应力，提高砖坯的加热体积稳定性和强度，防止焙烧过程中制品的松散和开裂现象。3.硅质耐火砖生产3.1生产工艺流程硅质耐火砖一般硅含量高达95%以上，根据用途不同有不同规格的砖。其生产工艺流程如下：破粉碎筛分混炼湿碾成型干燥烧成检验包装（1） 破粉碎：颚式破碎机破碎废砖及原料，圆锥粉碎至需要粒度，并除尘。（2） 筛分：斗式提升机提升至顶部筛分，细粉进入混炼机混合搅拌，粗粉继续进入圆锥粉碎机粉碎。（3） 混炼：加入纸浆等结合剂将原料混合均匀，避免局部成分过多，产生缺陷。（4） 湿碾成型：分

7、为手工成型和机械成型，形状简单大批量生产选用机械成型。成型完成后进行半检，不合格砖坯的重新成型，合格砖坯进入干燥车间。（5） 干燥：砖坯在干燥器中干燥，高温1小时，低温1.5小时。（6） 烧成：在隧道窑中烧成温度约为1430，燃料为煤气，烧成时间为7天。（7） 检验：成品出窑后检验，检验分为物检验和化检。物检验包括对硅砖的长、宽、高、气孔以及高温蠕变的检验；化检一般对产品的成分是否达到要求的含量进行细致的检验。检验后合格品包装，不合格产品作为原料重新进入颚式破碎机破碎再利用。（8） 检验合格后包装，不合格的返回破粉碎工序再利用。3.2生产设备及工作原理3.2.1破粉碎车间主要设备的构造及工作原

8、理（1）振动式喂料机振动式喂料机的激振方式一般为电磁振动，所以又称电磁振动喂料机。电磁振动喂料机由斜槽、电磁激振器、减震器和电器控制箱组成。工作原理：电磁振动喂料机是属于双质点定向强迫振动机械。由槽体、连接叉、衔铁、工作弹簧的一部分以及约占斜槽容积10%20%的物料等组成工作质量m1；由激振器壳体、铁芯、线圈及工作弹簧的另一部分等组成对衡质量m2。质量m1和m2之间用激振器主弹簧连接起来，形成一个双质点定向强迫振动的弹性系统。激振器电磁线圈的电流一般是经过单相半波整流。电磁振动喂料机的供电，目前广泛使用可控硅调节的电流通过，在衔铁和铁芯之间便产生相互吸引的脉冲电磁力，使槽体向后运动，激振器的主

9、弹簧发生变形而贮存了一定势能，在负半周内线圈中无电流通过，电磁力消失，借助弹簧贮存的势能使衔铁和铁芯朝相反方向离开，斜槽就向前运动。这样电磁喂料机就以交流电源的频率作3000次/min的往复振动。由于激振力作用线与槽底成一定角度，激振力在任一瞬间可分解为垂直分力和水平分力。前者使物料颗粒以大于重力加速度的加速度向上抛弃，而后者使物料颗粒在上抛期间作水平运动，综合效应就使物料间歇向前作抛物线式的跳跃运动。（2）颚式破碎机颚式破碎机是由固定颚（又是机架的前壁）、悬挂在轴上的可动颚板、偏心轴、垂直连杆、肘板、传动飞轮、两颚板上的衬板、带有弹簧的拉杆、肘板座，调节块构成。结构图如下：工作原理：电动机通

10、过皮带使偏心轴旋转时，垂直连杆即向上向下运动，当垂直连杆向上时，带动两块肘板逐渐伸平，肘板迫使可动颚板向固定颚板推进，破碎腔（即由固定颚板和动颚组成的空间）中的矿石受到挤压、劈裂、折屈作用而破碎。垂直连杆向下运动，肘板和可动颚板借弹簧和拉杆之力向后退，此时排矿口增大，被破碎的矿石由此排出。可见颚式破碎机是间断破碎矿石的。偏心轴每转一周只有半个周期用于破碎，其后半个周期用于排矿，两颚板靠近时物料即被破碎，当两颚板离开时小于排料口的料块由底部排出，其破碎动作是间歇进行的。（3）圆锥破碎机中细碎圆锥破碎机主要部件是定锥（又称外锥）和动锥（又称内锥）。定锥主要由调整套和定锥衬板组成；动锥主要由动锥驱体

11、、主轴、动锥衬板和分配盘组成。结构如下图： 工作原理：圆锥破碎机中，破碎物料的部件是两个截锥体，动锥固定在主轴上，定锥是机架的一部分，是静置的，主轴的中心线与定锥的中心线成一定角度。主轴悬挂在它们的焦点上，轴的下方活动地插在偏心衬套中。衬套以一定偏心距绕定锥中心轴旋转，是动锥沿定锥的内表面作偏旋运动。当靠近定锥时，物料受到动锥挤压和弯曲作用而被破碎；在偏离定锥处，已破碎的物料由于重力的作用从锥底落下。因为偏心衬套连续转动，动锥也就连续旋转，故破碎过程和卸料过程沿着定锥的内表面连续依次进行。（4）振动筛振动筛的筛面振动方向与筛面成一定角度，振动筛工作时，物料在筛面上主要是作相对滑动。振动筛的运动

12、特性有助于筛面上的物料分层，减少筛孔堵塞现象，强化筛分过程。筛体以小振幅（振幅一般为0.55mm），高频率（振动为6003000次/min）作强烈振动，消除物料堵塞现象，使筛机具有较高的筛分效率和处理能力。动力消耗小，构造简单，维修方便。使用范围广，不仅可以用于细筛，也可用于中、粗筛分，并且还可用于脱水和脱泥分力作业。振动筛因其结构不和筛框运动轨迹不同，大致分为下列类型：单轴惯性振动筛：偏心振动筛、自定中心振动筛、圆形空间旋转筛。工作原理：由于激振器的偏心质量作回转运动，它所产生的离心惯性力（称激振力）传递给筛箱，激起筛箱的振动，筛上物料受筛面运动的作用力而连续的作抛掷运动，即物料被抛起前进一

13、段距离后再落至筛面上，这样实现了物料颗粒垂直于筛面的运动，从而提高了筛分效率和处理能力。双轴惯性振动筛：双轴强制式机械同步振动筛、双电机自同步振动筛、电磁筛、概率筛。工作原理：双轴惯性振动筛筛箱的振动是由双激振器来实现的。激振器的两个主轴分别装有相同质量和偏心距的重块，两轴之间用一对速比为1的齿轮连接和一台电机驱动，因两轴回转方向相反，转速相等，故两偏心重块产生的离心惯性力在平行于筛面方向相互抵消，在垂直于筛面方向合成。（5）胶带输送机胶带输送机是工业生产过程中最为普遍的一种连续输送机械，可用于水平方向和坡度不大的倾斜方向对粉体或成件物料的输送。它主要由输送带、托辊、驱动装置、改向装置、拉紧装

14、置、装料及卸料装置、清理装置、制动装置构成。（6）球磨机球磨机主要由筒体、衬板、隔仓板、主轴承、进料卸料装置构成。工作原理：球磨机一般为卧式筒形旋转装置，外沿齿轮传动，两仓，格子型球磨机。物料由进料装置经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机第一仓，该仓内有阶梯衬板或波纹衬板，内装不同规格钢球，筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后落下，对物料产生重击和研磨作用。物料在第一仓达到粗磨后，经单层隔仓板进入第二仓，该仓内镶有平衬板，内有钢球，将物料进一步研磨。粉状物通过卸料篦板排出，完成粉磨作业。（7）斗式提升机斗式提升机主要由牵引构件、料斗、传动装置、张紧装置、机壳构成。如下图工作原理：被输送的物料由进料

15、口喂入后，连续被料斗舀起、提升，由机头出料口卸出。3.2.2成型车间主要设备的构造及工作原理（1）湿碾机轮碾机通常用于粉碎中等硬度物料，也可作为混合物料之用。主要由碾轮和碾盘组成。为能将物料充分混合均匀，加料时应遵循“先粗后细”“先干后湿”的原则。工作原理：物料是在碾盘平面与碾轮圆柱形表面之间受到挤压和研磨作用而被粉碎，被粉碎后的物料由固定刮板刮到筛板上，能够通过筛孔的物料在斜槽中由活动刮板送至卸料口卸出。用作破碎时，产品的平均尺寸38mm；粉磨时为0.30.5mm。（2）摩擦压砖机主要由由机架、传动装置、横轴及摩擦立轮、飞轮、螺旋主轴、滑块、冲头、操作系统及出砖器、真空脱气装置组成。工作原理

16、：机架上的电动机通过三角皮带使上部 横轴旋转并带动横轴上的两个摩擦立轮随轴转动。操作杠杆系统可使横轴和摩擦立轮左右串动，使之交替 靠紧飞轮依靠摩擦力驱动飞轮作正反两个方向的旋转，与飞轮联接的螺旋主轴通过固定在机架中心的内螺母的螺旋作用带动滑块和冲头作上下往复直线运动压制砖坯。飞轮旋转的转速因操作方式不同而异，冲头运动速度也随之而变更，当冲头在一瞬间产生锤性冲击时，飞轮系统所积蓄的动能，一部分转换成所压砖坯的塑性变形能，被砖坯所吸收，经过反复多次冲压，使松散的泥料成为致密的砖坯;另一部分则消耗在压砖机受力机件的弹性变形及摩擦损耗上。由于砖坯（标准件）的四角和八条楞容易破坏，装料时要遵循“四角扒料

17、”原则，压成时也要遵循“先轻后重”的原则。2.3烧成车间隧道窑构造及工作原理隧道窑一般是一条长的直线形隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车。燃烧设备设在隧道窑的中部两侧，构成了固定的高温带-烧成带，燃烧产生的高温烟气在隧道窑前端烟囱或引风机的作用下，沿着隧道向窑头方向流动，同时逐步地预热进入窑内的制品，这一段构成了隧道窑的预热带。在隧道窑的窑尾鼓入冷风，冷却隧道窑内后一段的制品，鼓入的冷风流经制品而被加热后，再抽出送入干燥器作为干燥生坯的热源，这一段便构成了隧道窑的冷却带。在台车上放置装入陶瓷制品的匣钵，连续地由预热带的入口慢慢地推入（常用机械推入），而载有烧成品的

18、台车，就由冷却带的出口渐次被推出来（约1小时左右，推出一车）。耐火材料用隧道窑按使用温度可分为三类：（1）低温隧道窑：烧成温度约1000，主要用于焙烧滑板砖和其它一些有特殊工艺要求的制品。（2）中温隧道窑：烧成温度13001650，主要用于烧成普通碱性砖、粘土砖、高铝砖、滑板砖、水口砖、硅砖等制品。（3）高温隧道窑：烧成温度大于1700，一般介于18001900，主要用于烧成中档镁砖、高纯镁砖、直接结合镁铬砖、镁铝质及刚玉质等制品。硅砖隧道窑一般长150m180m，车台面至窑顶的高度为1.6m1.9m；碱性砖隧道窑一般长80m100m，车台面至窑顶的高度1m等。烧成硅砖时，通常采用还原性气氛，可使加入的铁质矿化剂增强矿化作用。参考文献1 冶金建筑.1978，062 薛群虎，王宏联.耐火材料厂工艺设计概论M.冶金工业出版社3 李楠，顾华志，赵惠中.耐火材料学M.冶金工业出版社4 姜洪舟.无机非金属材料热工设备.M.武汉理工大学出版社5 唐威，夏晓鸥，罗秀建.惯性圆锥破碎机在粉体加工领域的应用研究.中国粉体技术6 李红霞.耐火材料手册.M.冶金工业出版社7 马炳初.硅砖的回顾与展望.耐火材料.2000，058 李锦