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焦炉用耐火材料
焦炉用耐火材料
(1)硅砖    硅砖是以石英岩为原料,经粉碎,并加入粘结剂、矿化剂经混合、成型、干燥和按计划加热升温而烧成的。
硅砖含SiO2大于93%,系酸性耐火材料,具有良好的抗酸性渣的侵蚀作用。硅砖的导热性能好,耐火度为1690~1710℃,荷重软化点可高达1640℃,无残余收缩。其缺点是耐急冷热急性能差,热膨胀性强。
SiO2(二氧化硅)在不同的温度下能以不同的晶型存在,在晶型转化时会产生体积的变化,并产生内应力,故硅砖的制造、性能和使用与SiO2的晶型转变有密切关系。
SiO2能以三种结晶形态存在,即石英、方石英和鳞石英,而每一种结晶形态又有几种同素异形体。即:
α石英、β石英;
α方石英、β方石英;
α鳞石英、β鳞石英、γ鳞石英。
三种形态及其同素异形体,是以晶型的密度不同来彼此区分的,它们在一定的温度范围内是稳定的,超过此温度范围,即发生晶型转变。
例如:,在加热到870℃时,转变为新的密度为
,当温度达到1710℃时转变成石英玻璃。SiO2的晶型转变如图1所示。
α石英 870℃       α鳞石英
1470℃      α方石英
1710℃   石英玻璃
                  (y=)      (y=)                 (y=)
570℃
163℃
180~270℃
±%
±%
±%
                 β石英                β鳞石英                     β方石英
(y=)       (y=)
(y=~)
170℃
±%
                                              γ鳞石英
                                         (y=~)
                                         图1
SiO2晶型转变图
从图1可以看出,这种转变可分为两类,一种是横向的迟钝型转变,这是一种结晶构造过渡到另一种新的结晶构造。这种转变是从结晶的边缘开始的向结晶中心缓慢地进行,需较长的时间,且在一定温度范围内才能完成,一般只向一个方向进行。但在实际烧成过程中,SiO2并非是单一地从α石英—α鳞石英—石英玻璃的转变:
1)α石英α鳞石英。此时体积膨胀为16%。
2) α石英α方石英。%。
3)α鳞石英α方石英。
4)α方石英α鳞石英。
5)α鳞石英
                                                        石英玻璃。
           α方石英
另外一种转换为图1所示的上下转化,称为高低型转化,此种转变没有晶格的重排,只有晶格的扭曲或伸直,因此转化速度快且是可逆的。
各种型态的SiO2转化温度和体积变化不同,如图2所示:方石英在180~270℃转化,体积变化最剧烈,而570℃时石英转化体积变化较小,鳞石英有两个晶型转化点:117℃和163℃,体积变化最小。因此用于焦炉的硅砖,希望在制造过程中,尽量转化为鳞石英。但实际生产的硅砖制品总是三种晶型同时存在。由于三种石英中鳞石英的密度最小,因此鳞石英含量愈高的硅砖,其真密度愈小,如表2。
硅砖制品的体积变化曲线是复相组织体积变化的总和。图3是两种密度(比重)不同的硅砖膨胀、收缩曲线。
   由图3和表2可以看出真密度小的硅砖,石英转化较完全,膨胀过程平稳,残余膨胀小,有利于保持炉体严密。此外,鳞石英的荷重软化温度高,导热性能好,故焦炉要尽量采用真密度小的硅砖,,~。
表2
不同真密度硅砖的矿相组成
硅砖真密度
鳞石英,%
方石英,%
石英,%
石英玻璃,%






80
72
63
60
58
53
13
17
17
15
12
12
3
9
9
12
17
7
8
11
16
16
18
从图3和图1中还可看出,硅砖的热膨胀是不均匀的,600℃以前晶型转变较多,故体积变化较大, 而且在117℃、163℃、180~270℃和570℃等几个转化点,体积变化尤为显著,这时最容易引起砌体变形和开裂。因此这对焦炉各部分材质的选用,对焦炉的砌筑、烘炉、生产维修及冷炉等都有重要意义。由于硅砖具有多种优点