硅莫磚

水泥行業(yè)的硅莫磚與冶金行業(yè)的高鋁SiC磚是用高鋁熟料與SiC配料制取的制品，并非用純莫來(lái)石、SiC生產(chǎn)。眾所周知，我國(guó)的特等和一等高鋁熟料主要由剛玉莫來(lái)石及少量玻璃相組成，它構(gòu)成硅莫磚的骨架，基質(zhì)由SiC、Al2O3、SiO2質(zhì)材料構(gòu)成。二次莫來(lái)石化效應(yīng)是由碳化硅氧化產(chǎn)生的SiO2與Al2O3反應(yīng)產(chǎn)生。燒成過(guò)程發(fā)生下列反應(yīng)：  SiC+O2 = SiO+CO2SiO+O2=2SiO2 2CO+O2=2CO2 反應(yīng)得到的SiO2，一部分沉積在顆粒表面形成保護(hù)膜，防止其進(jìn)一步氧化，另一部分填充和封閉氣孔，使結(jié)構(gòu)致密。如果SiC大量氧化，將使磚氧化層加厚，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松。為了防止SiC氧化，加入金屬Si、Al粉等防氧化劑。Si粉氧化后生成SiO2，即Si+O2=SiO2，2SiO2+3Al2O3=3Al2O3·2SiO2（莫來(lái)石）。隨著Si加入量的增加，氧化層厚度減薄。可是加入量超過(guò)2%時(shí)，制品氣孔率上升，耐壓強(qiáng)度下降，這是由于過(guò)量SiO2造成二次莫來(lái)石化效應(yīng)過(guò)大，伴隨體積膨脹過(guò)大，使結(jié)構(gòu)疏松[6]。添加金屬Al粉，以金屬Al粉、Al2O3和SiC混合粉，共磨混合，在制品燒成過(guò)程中，Al 在1 000 ℃時(shí)氧化為Al2O3，SiC在1 250 ℃時(shí)氧化為SiO2，Al2O3和SiO2在1 400 ℃時(shí)開(kāi)始反應(yīng)形成莫來(lái)石[7]。單獨(dú)加入金屬Si或Al，制品表面氧化層均較厚，一般大于5 mm。二者同時(shí)加入，表面氧化層厚度小于1 mm，一般在0.3 mm以下。因?yàn)锳l·Si的低共熔點(diǎn)溫度低（577 ℃），在較低的溫度下產(chǎn)生液相，有利于物質(zhì)擴(kuò)散，降低反應(yīng)生成溫度及增加生成量，提高制品強(qiáng)度，金屬Al粉還可以把Si粉和SiC粉表面的SiO2還原成Si，增強(qiáng)Si粉的反應(yīng)活性。使其與Al2O3反應(yīng)生成莫來(lái)石，阻止SiC氧化。 防止SiC氧化，也可以將高鋁粉、SiC粉結(jié)合粘土或硅質(zhì)料共同磨細(xì)，使其高度均勻分散，并與高鋁顆粒均勻接觸。在SiC氧化生成SiO2與Al2O3反應(yīng)生成莫來(lái)石的同時(shí)，共磨粉里粘土或硅質(zhì)料中過(guò)量的SiO2與Al2O3反應(yīng)生成莫來(lái)石，在SiC晶粒表面產(chǎn)生莫來(lái)石化效應(yīng)，伴隨體積膨脹制品致密。而原料中TiO2、Fe2O3與過(guò)量SiO2共熔產(chǎn)生液相填充氣孔和封閉氣孔，防止空氣進(jìn)入，阻止SiC氧化。制品表面氧化層小于0.3 mm。 制磚原料顆粒堆積密度也很重要。顆粒堆積緊密，氣孔少且小，滲入的氣體少，也能減輕氧化，同時(shí)能得到結(jié)構(gòu)致密、強(qiáng)度高的制品。 原料的Fe2O3含量和破粉碎帶入的機(jī)械Fe也是影響SiC氧化的重要因素，反應(yīng)如下： SiC+Fe2O3+O2=Fe2SiO4+CO 利用粘土加有機(jī)結(jié)合劑的制品，靠燒成溫度使制品燒結(jié)致密。利用化學(xué)結(jié)合劑，如磷酸鹽在42.5～250 ℃脫水轉(zhuǎn)化為焦磷酸鹽，到265 ℃就由活潑狀態(tài)變?yōu)椴换顫姞顟B(tài)，250～450 ℃范圍內(nèi)進(jìn)一步脫水轉(zhuǎn)化為偏磷酸鹽，在320～430 ℃時(shí)就形

成膠結(jié)，在400～500 ℃就可以達(dá)到很高的粘結(jié)強(qiáng)度，加熱溫度超過(guò)700 ℃時(shí)偏磷酸鹽和焦磷酸鹽開(kāi)始分解為正磷酸鹽（Al2O3·P2O5），P2O5開(kāi)始逐漸升華，超過(guò)1 100 ℃時(shí) ，P2O5揮發(fā)很快，隨著溫度的提高，將發(fā)生聚合、多縮聚合，以及膠結(jié)粘附等作用，同時(shí)形成陶瓷結(jié)合，使制品獲得強(qiáng)度和高溫性能。因此用化學(xué)結(jié)合劑的制品，較低燒成溫度就可以獲得高強(qiáng)度、高密度的制品。 按顯微結(jié)構(gòu)硅莫磚主要由莫來(lái)石、剛玉、SiC及玻璃相組成，在顆粒交界處生成的為莫來(lái)石、玻 璃相及SiC。莫來(lái)石呈柱狀、針狀形成相互交結(jié)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與周圍的顆粒緊密結(jié)合在一起，使制品有較高的強(qiáng)度。

硅莫磚的技術(shù)性能:

（1）制品結(jié)構(gòu)致密，耐磨性好。 硅莫磚主晶相由硬度高的礦物剛玉（莫氏硬度9.0～9.2）、碳化硅（莫氏硬度9.0～9.5）、莫來(lái)石（莫氏硬度7.0～7.5）組成。制品結(jié)構(gòu)致密度高，體積密度普遍在2.7～3.0 g/cm3。耐火材料的常溫耐磨性能取決于其強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的致密性，強(qiáng)度和致密度高的材料，耐磨性能較好。水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯長(zhǎng)期受物料的滾動(dòng)磨擦，磨損是耐火材料內(nèi)襯損毀的主要原因之一。硅莫磚的致密度、強(qiáng)度及耐磨性顯著優(yōu)于抗剝落高鋁磚及鎂鋁尖晶石磚。硅莫磚在水泥回轉(zhuǎn)窯次燒成帶、過(guò)濾帶等部位使用效果好，可以說(shuō)耐磨性好起了很重要的作用。 （2）荷重軟化溫度高，高溫性能好。 硅莫磚的荷重軟化溫度都在1 450 ℃以上，最高1 650 ℃以上。不同品牌的制品荷重軟化溫度有一定差異（見(jiàn)表2）。水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯的不同部位磚面溫度不同，次燒成帶、前過(guò)渡帶溫度達(dá)1 400 ℃左右，高于燒成帶磚面溫度（因燒成帶有窯皮保護(hù)，磚面溫度為900～1 000 ℃）。因此次燒成帶、前過(guò)渡帶可選擇HMS-1680牌號(hào)，而后過(guò)渡帶、冷卻帶等溫度較低部位可選擇HMS-1650、HMS-1550等牌號(hào)。就這些磚的荷重軟化溫度指標(biāo)也都超過(guò)經(jīng)常使用的抗剝落高鋁磚和磷酸鹽高鋁磚（荷重軟化溫度為1 300～1 520 ℃）。 與燒成帶相比，過(guò)渡帶由于沒(méi)有窯皮保護(hù)，容易受到還原氣氛和熱負(fù)荷等的影響，其使用壽命一直是水泥回轉(zhuǎn)窯的瓶頸問(wèn)題，因此一些水泥廠在過(guò)渡帶采用鎂鋁尖晶石制品。根據(jù)某廠5 000 t/d大型水泥回轉(zhuǎn)窯過(guò)渡帶用鎂鋁尖晶石磚研究得出[9]：前過(guò)渡帶用鎂鋁尖晶石磚基本無(wú)侵蝕，可是由于堿沉積在開(kāi)口氣孔中，使結(jié)構(gòu)致密化，造成同一塊磚形成不同段帶，而使磚熱面剝落和產(chǎn)生裂隙，造成內(nèi)襯損毀。而硅莫磚由于本身結(jié)構(gòu)致密，特別磚面形成連續(xù)的SiO2致密層，阻止熔融物質(zhì)滲透，加之Al2O3、SiC、SiO2化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與窯內(nèi)產(chǎn)生的SO2、O2、CO2等氣體發(fā)生劇烈反應(yīng)，不與水泥物料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，因此抗侵蝕能力較強(qiáng)。其次是硅莫磚的熱震穩(wěn)定性好。由于硅莫磚中含有一定量的SiC，眾所周知，SiC熱導(dǎo)率高，熱膨脹系數(shù)比較小，使制品的熱震穩(wěn)定性顯著提高，1 100 ℃水冷試驗(yàn)都在10次以上，最高達(dá)46次，因此水泥回轉(zhuǎn)窯用硅莫磚不剝落、不斷裂，能顯著提高使用壽命。 （3）降低窯體溫度，隔熱性能好。 硅莫磚的熱導(dǎo)率〔2.3～2.5 W/(m·K)〕較堿性制品〔2.69～2.74 W/(m·K)〕低[11]，因此硅莫磚的

隔熱效果比較好。在大型回轉(zhuǎn)窯的次燒成帶、過(guò)渡帶、預(yù)熱帶、窯尾、三次風(fēng)管、分解爐等部位用硅莫磚，與堿性磚相比，筒體表面溫度降低100 ℃以上。

用高鋁礬土熟料與碳化硅材料為主要原料，按普通耐火材料的工藝流程，生產(chǎn)的硅莫磚具有抗熱震、耐磨損、抗侵蝕等優(yōu)良性能，在水泥回轉(zhuǎn)窯次燒成帶、過(guò)渡帶、冷卻帶等部位使用可代替鎂鉻磚、尖晶石磚、抗剝落高鋁磚、磷酸鹽結(jié)合高鋁磚，使用壽命提高了3～4倍

應(yīng)用范圍

回轉(zhuǎn)窯次燒成帶、過(guò)渡帶、冷卻帶等部位使用可代替鎂鉻磚、尖晶石磚、抗剝落高鋁磚、磷酸鹽結(jié)合高鋁磚，使用壽命提高了3～4倍

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