焦?fàn)t用耐火材料

(1)硅磚焦?fàn)t用耐火材料硅磚是以石英巖為原料，經(jīng)粉碎，并加入粘結(jié)劑、礦化劑經(jīng)混合、成型、干燥和按計劃加熱升溫而燒成的。硅磚含Si02大于93%,系酸性耐火材料，具有良好的抗酸性渣的侵蝕作用。硅磚的導(dǎo)熱性能好，耐火度為1690^1710℃,荷重軟化點可高達(dá)1640C,無殘余收縮。其缺點是耐急冷熱急性能差，熱膨脹性強(qiáng)。SiO2(二氧化硅)在不同的溫度下能以不同的晶型存在，在晶型轉(zhuǎn)化時會產(chǎn)生體積的變化，并產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)

力，故硅磚的制造、性能和使用與Si02的晶型轉(zhuǎn)變有

密切關(guān)系。Si02能以三種結(jié)晶形態(tài)存在，'即石英、方石英和鱗石

英，而每一種結(jié)晶形態(tài)又有幾種同素異形體。即：

a石英、B石英；

a方石英、B方石英；

a鱗石英、B鱗石英、Y鱗石英。三種形態(tài)及其同素異形體，是以晶型的密度不同來彼

此區(qū)分的，它們在一定的溫度范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，超過此

溫度范圍，即發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。例如：密度為2.53的a石英，在加熱到870℃時，轉(zhuǎn)

變?yōu)樾碌拿芏葹?.2.的a鱗石英，當(dāng)溫度達(dá)到

1710c時轉(zhuǎn)變成石英玻璃。Si02的晶型轉(zhuǎn)變?nèi)鐖D1所Zj\Oa石英870℃a石英870℃1470℃1710℃a方石英石英玻璃<0.077<0.1<0.2<0.44組成，%68~7084?8890?94>99粘土火泥：它是由煨燒過的塊狀熟料或粉碎粘土磚加入結(jié)合粘土(生粘土)制成。熟料是粘土火泥的主要成分，約占75~80虬生粘土是結(jié)合劑，加入生粘土可增加可塑性，降低透氣性和失水率，但加大收縮性，配入生粘土過多容易產(chǎn)生裂紋，故配料比不宜過大，約占20~25%。粘土火泥的技術(shù)性能入表6表6粘土火泥的技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)牌號及數(shù)值NF-40NF-38NF-34NF-28耐火度，℃不低于水分含量，%不大于17306169061650615806粘土火泥的使用溫度一般均低于1000℃o焦?fàn)t用粘土火泥一般維細(xì)粒級及中粒級，粒度分別為通過0.5和1mm的篩孔應(yīng)大于97%o粘土火泥除用于砌筑粘土磚部位外，還大量用于修補(bǔ)焦?fàn)t。(5)其它砌筑材料1)隔熱材料通常導(dǎo)熱系數(shù)小于0.837Kj/m?h-K的建筑材料。一般它具有氣孔率大而氣孔小，機(jī)械強(qiáng)度低，體積密度小等特點，常見的隔熱材料及其主要性能如表7o表中所列的各種隔熱材料中，輕質(zhì)粘土磚以粘土為原料，其中加入一定比例(30~50%)的木屑燒制而成的粘土磚，有多種牌號，它們的體積密度為0.4~lg/cm3,耐火度為1690℃o繼續(xù)閱讀(y=2.53)(y=2.23)(y=2.23)570℃163℃

180?270℃±0.82%

±0.2%

+2.8%B石英B鱗石英B方石英(y=2.65)(y=2.23)(y=2.23?2.32)170℃±0.2%Y鱗石英

(y=2.26?2.28)圖1Si02晶型轉(zhuǎn)變圖從圖1可以看出，這種轉(zhuǎn)變可分為兩類，一種是橫向

的遲鈍型轉(zhuǎn)變，這是一種結(jié)晶構(gòu)造過渡到另一種新的

結(jié)晶構(gòu)造。這種轉(zhuǎn)變是從結(jié)晶的邊緣開始的向結(jié)晶中

心緩慢地進(jìn)行，需較長的時間，且在一定溫度范圍內(nèi)才能完成，一般只向一個方向進(jìn)行。但在實際燒成過程中，SiO2并非是單一地從a石英一a鱗石英一石英玻璃的轉(zhuǎn)變：a石英a鱗石英。此時體積膨脹為16%。a石英a方石英。此時體積膨脹可達(dá)14.5%oa鱗石英a方石英。a方石英a鱗石英。a鱗石英石英玻璃。a方石英另外一種轉(zhuǎn)換為圖1所示的上下轉(zhuǎn)化，稱為高低型轉(zhuǎn)化，此種轉(zhuǎn)變沒有晶格的重排，只有晶格的扭曲或伸直，因此轉(zhuǎn)化速度快且是可逆的。各種型態(tài)的Si02轉(zhuǎn)化溫度和體積變化不同，如圖2所示：方石英在180?270℃轉(zhuǎn)化，體積變化最劇烈，而570℃時石英轉(zhuǎn)化體積變化較小，鱗石英有兩個晶型

轉(zhuǎn)化點：117℃和163℃,體積變化最小。因此用于焦?fàn)t

的硅磚，希望在制造過程中，盡量轉(zhuǎn)化為鱗石英。但

實際生產(chǎn)的硅磚制品總是三種晶型同時存在。由于三種石英中鱗石英的密度最小，因此鱗石英含量愈高的硅磚，其真密度愈小，如表2。硅磚制品的體積變化曲線是復(fù)相組織體積變化的總

和。圖3是兩種密度（比重）不同的硅磚膨脹、收縮

曲線。由圖3和表2可以看出真密度小的硅磚，石英轉(zhuǎn)化較

完全，膨脹過程平穩(wěn)，殘余膨脹小，有利于保持爐體

嚴(yán)密。此外，鱗石英的荷重軟化溫度高，導(dǎo)熱性能

好，故焦?fàn)t要盡量采用真密度小的硅磚，一般要求在2.38以下，優(yōu)質(zhì)硅磚的真密度應(yīng)在2.34?2.35之間。表2不同真密度硅磚的礦相組成硅磚真密度鱗石英，%方石英，%石英，%石英玻璃，%2.338013372.347217982.3763179112.39601512162.40581217162.42531218從圖3和圖1中還可看出，硅磚的熱膨脹是不均勻的，600C以前晶型轉(zhuǎn)變較多，故體積變化較大，而且在H7℃、163℃、180?270C和570℃等幾個轉(zhuǎn)化點，體積變化尤為顯著,這時最容易引起砌體變形和開裂。因此這對焦?fàn)t各部分材質(zhì)的選用，對焦?fàn)t的砌筑、烘爐、生產(chǎn)維修及冷爐等都有重要意義。由于硅磚具有多種優(yōu)點，因此用于焦?fàn)t可以提高燃燒室的溫度，縮短結(jié)焦時間，增加焦?fàn)t生產(chǎn)能力，延長爐體的使用壽命，故現(xiàn)代焦?fàn)t主要用硅磚砌筑。600?700C以下時，硅磚對溫度的劇變抵抗性能差。這是由于高低型晶型轉(zhuǎn)變，體積突然膨脹或收縮所至，因此硅磚不宜用于溫度劇烈變化的部位。但在700℃以上時，由于硅磚的體積變化比較平穩(wěn)，因此能較好地適應(yīng)溫度的變化。目前有一種用高密度硅磚砌筑焦?fàn)t的趨勢，高密度硅磚是指氣孔率在10%?13%范圍內(nèi)的硅磚，它的特點是密度高，氣孔率低，因此導(dǎo)熱性能及強(qiáng)度均比普通硅磚好。表3為焦?fàn)t用硅磚的理化指標(biāo)。(2)粘土磚粘土磚的主要原料是耐火粘土和高嶺土，其主要成分十高嶺石(A12O3-2S1O2?2H20),其余部分為：K2O、Na2O、caO、MgO及Fe203等雜質(zhì)。它們約占6%?7%左右。粘土磚是以經(jīng)煨燒的硬質(zhì)耐火粘土(熟料)與部分可塑性粘土經(jīng)粉碎、混合成型、干燥后燒成的。加入熟料是為了減少燒成及使用過程中的收縮，提高成品率和使用壽命。燒成過程是高嶺石不斷失水，分解生成莫來石(3A12O3-2SiO2)結(jié)晶的過程。其主要反應(yīng)如下：溫度在450?650℃高嶺石分解出結(jié)晶水：A1203?2SiO2?2H20A1203?2SiO2+2H2O溫度在600?830℃脫水高嶺石分解為A10及Si02y-A1203+2Si02o溫度在930?950℃時，丫一A1203再結(jié)晶為a—A1203,并開始生成莫來石結(jié)晶,3A1203+2S1023A12032Si02o粘土中的雜質(zhì)在燒成過程中與氧化鋁、氧化硅形成共晶低熔點硅酸鹽，在燒成的粘土磚中形成包圍在莫來石周圍的非晶質(zhì)玻璃相。一般燒成的的粘土制品中含有30?45%的莫來石結(jié)晶，在其周圍除上述非晶質(zhì)玻璃相外，還有部分方石英。表3焦?fàn)t用硅磚的理化指標(biāo)指標(biāo)，牌號及數(shù)量JG-93Si02含量不小于耐火度不低于19.6X104Pa,荷重軟化開始溫度℃不低于重?zé)€膨脹，%,1450℃不大于顯氣孔率，%：爐底磚不大于爐墻磚不大于其它部位用磚不大于常溫耐壓強(qiáng)度，104Pa：爐底，墻磚不小于其他部位轉(zhuǎn)不小于真密度，t/m3不大于93169016200.8222325215717162.37粘土磚屬于酸性耐火材料，能很好地抵抗酸性渣的浸蝕，對堿性渣的抗蝕能力較差，其耐火度雖高，但荷重軟化開始溫度較低，而且軟化變形溫度間隔很大，可達(dá)200℃,實際上在遠(yuǎn)低于荷重軟化開始溫度之前即開始發(fā)生高溫蠕變。這是因為在粘土磚中除了高耐火度的莫來石結(jié)晶外，還含有幾乎達(dá)50%的玻璃相，后者的軟化開始溫度很低，但熔融物的粘度卻很大，故出現(xiàn)上述情況。粘土磚的熱穩(wěn)定性好，但導(dǎo)熱性和機(jī)械強(qiáng)度較硅磚差。圖4為粘土磚的熱膨脹曲線.與硅石專相比，粘土磚的熱膨脹總量比硅成要小，且膨脹量基本上與溫度成比例地直線土磚焦?fàn)t在炭化室溫度變化范圍內(nèi)的體積變化量要比硅磚焦?fàn)t大。由于粘土磚焦?fàn)t加熱到1100C的總膨脹量較小且均勻，抗溫度急變性強(qiáng)，故粘土磚焦?fàn)t的烘爐期短，但加熱到1200C以上時，會出現(xiàn)殘余收縮，這是由于粘土制品中的礦物繼續(xù)產(chǎn)生再結(jié)晶，以及在高溫下制品中的低熔點化合物逐漸融化，在表面張力的作用下使固體顆粒互相靠近所致。收縮的大小與配料組成及燒成溫度有關(guān)。因此粘土磚焦?fàn)t在高溫下長期使用過程中，成縫可能產(chǎn)生空隙，破壞砌體的嚴(yán)密性。由于上述特點，對大型焦?fàn)t粘土石專不用于高溫部位，主要用于溫度較低且波動較大的部位，如爐門、上升管襯磚、小煙道襯磚、蓄熱室封墻和爐頂?shù)取Ｕ惩链u原料來源廣，制作容易，成本低，因而有些小焦?fàn)t可采用粘土磚砌筑，但一定要嚴(yán)格控制操作溫度，以免造成焦?fàn)t損壞。焦?fàn)t用粘土磚其理化指標(biāo)如表4：表4焦?fàn)t用粘土磚的理化指標(biāo)指標(biāo)牌號及數(shù)值JN-35'A1203含量，%耐火度，℃荷重軟化開始溫度，C殘余收縮，%1350℃,2h35氣孔率，％常溫耐火強(qiáng)度，104Pa169013000.5241961（3）耐熱混凝土它是一種能長期承受高溫作用的特種混凝土，是由耐火骨料，適當(dāng)?shù)哪z結(jié)材料（有時還摻入礦物質(zhì)和有機(jī)摻合料）和水按一定比例調(diào)制成泥料，經(jīng)搗制或振動成型、繼而凝結(jié)、硬化、脫模、養(yǎng)護(hù)烘干而產(chǎn)生的具有一定強(qiáng)度的耐高溫制品。通常以磯土、非耐火磚、高爐礦渣等作骨料，以磯土水泥、硅酸鹽水泥、磷酸和水玻璃等作為膠凝材料，根據(jù)骨料和膠凝材料的不同，耐熱混凝土分為很多類型，其組成不同，性質(zhì)各異，因而其使用范圍也不同。這種耐火制品與耐火磚相比，有以下優(yōu)點：1）使用前不必經(jīng)過燒結(jié)，減少了制造耐火磚復(fù)雜的工藝，制備工藝簡單，可就地制成各種需要的形狀。2）常溫下迅速產(chǎn)生強(qiáng)度，而且維持到操作溫度下而不下降。耐火混凝土在焦?fàn)t上已試用多年，主要用于爐門和上升管襯磚等部位。（4）耐火泥耐火泥是一種使砌體成為一個整體的粘結(jié)劑，它應(yīng)有與砌體用磚相一致的性能，對焦?fàn)t用耐火泥有下述要求：1）常溫下有較好的粘結(jié)性。2）有較小的收縮性，以防破縫干時開裂。3）有一定的耐火度和荷重軟化開始溫度。4）有一定的保水性，便于施工，保證質(zhì)量。5）符合耐火泥操作條件的燒結(jié)溫度，使其在該溫度下發(fā)生燒結(jié)作用，以增加砌體的機(jī)械強(qiáng)度，因此應(yīng)根據(jù)磚種及操作溫度采用相應(yīng)的耐火泥。凡與金屬埋入件相接觸的砌體部位，需在火泥中加入精礦粉。用于砌筑焦?fàn)t頂面磚時，應(yīng)在火泥中加入能增加強(qiáng)度的水硬性膠結(jié)劑一硅酸鹽水泥和石英砂。硅火泥是用硅石，廢硅磚粉和耐火粘土（生粘土）配制而成的粉料。硅石是硅火泥的主要原料，硅石中SiO2含量愈高，則火泥的耐火度愈高。廢硅磚粉的加入能改善火泥與硅磚的高溫粘結(jié)性能，這是因為硅磚粉具有與硅石專相一致的熱膨脹曲線，因此在石英、晶型轉(zhuǎn)化時而引起的體積變化時，火泥脫離硅磚的可能性較小，粘附于硅磚的能力良好。一般硅磚粉含量在20?30%較合適。硅火泥中加入生粘土可以增加可塑性，降低透氣性和失水率，但加入量不宜過大，否則會使硅火泥的耐火度降低、收縮率增加，一般以不超過15?20%為宜。根據(jù)Si02的含量不同，可分為高、中、低溫火泥，硅火泥的技術(shù)指標(biāo)如表5：表5硅火泥的技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)牌號及數(shù)值GF-93GF-90GF-85SiO2含量，%耐火度，℃使