硅磚生產(chǎn)用原材料有哪些，如何提高硅磚熱導(dǎo)率？

硅磚的主要成分為：SiO2，以天然硅石為原料，二氧化硅含量94%以上。真密度2.35g/cm3。具有抗酸性渣侵蝕性能。熱導(dǎo)率是隔熱耐火磚重要的指標(biāo)之一，熱導(dǎo)率就是導(dǎo)熱系數(shù)，主要反映材料對(duì)熱量的傳導(dǎo)能力，為了提高窯爐的工作效率、降低熱量損失。

成分

硅磚用純度高的石英石鍛燒精制而成，再加入少量石灰乳混制而成，其部分骨料可用廢硅磚塊破碎后使用。先進(jìn)的硅磚原料需要經(jīng)過(guò)特殊的化學(xué)處理，去除雜質(zhì)。硅磚塊的化學(xué)成分一般是[%(質(zhì)量)]:SiO294〜98,Al2O30.2〜2,CaO1.5〜3.5,Fe2O30.3〜3,R2O0〜0.5。

晶體成分。

從硅磚的化學(xué)組成不難看出：硅磚的相組成主要是硅酸鹽結(jié)晶，如SiO2和少量硅酸鈣等。結(jié)晶類(lèi)型很多，有石英、鱗狀石英和方石英三種晶型。磚晶相組成(%)：鱗石英30〜70，方石英20〜80，石英3〜15，玻璃相4〜40。

在硅磚的組成晶相中，熔點(diǎn)高的是硅磚的SiO2結(jié)晶，達(dá)到1713deg；硅磚塊完全由SiO2組成是不可能的。并非因?yàn)樵�料的純度很難達(dá)到，而是因?yàn)镾iO2的結(jié)晶無(wú)法結(jié)合，所以所有其他成分都存在。由這幾種成分組成的晶相和少量的玻璃相，其熔點(diǎn)較低，能使SiO2晶體顆粒結(jié)合，所以叫做結(jié)合物。但磚塊中的大顆粒SiO2被稱(chēng)為集料。粘結(jié)體的耐蝕性和耐高溫性能都比集料差。但太少的粘結(jié)物會(huì)使骨料的粘結(jié)變松，因此應(yīng)正確選擇粘結(jié)物。

1、硅磚用天然硅石為原料，加入適量的礦化劑，以促進(jìn)石英在坯體中的轉(zhuǎn)化，硅鱗石英。以1350~1430℃在還原氣氛中緩慢燒結(jié)。當(dāng)溫度達(dá)到1450℃時(shí)，總的體積膨脹約為1.5~2.2%，這種殘余膨脹將使切縫變得很密，保證了砌筑體的氣密性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

(1)礦物化學(xué)成分。硅磚塊中二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)該大于93%。普通硅磚晶相為鱗片石英、方石英及少量殘留石英，基質(zhì)為玻璃相。

2、真密度與體密度。硅磚真密度的大小是判斷其晶型轉(zhuǎn)變程度的一個(gè)重要指標(biāo)。普通硅磚的真密度在2.388/cm3以下，高質(zhì)量硅磚的真密度在2.33/cm3以下。硅的含量是2.65g/cm3。鱗片石的英化度越高，燒成的硅磚真密度越小。所以可以通過(guò)硅磚的真實(shí)密度來(lái)判斷硅磚的礦物組成。

硅磚塊的密度與氣孔率有關(guān)。普通硅磚塊有17%一25%的顯孔率，其體積密度為1.8-1.95g/cm3。硅磚模壓越高，密度越大；提高硅磚的體積密度，可提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、導(dǎo)熱性和抗渣性。

3、耐火性能。硅磚的耐火性較差，1670-1730℃。隨SiO2含量、晶型、雜質(zhì)種類(lèi)及數(shù)量的變化，波動(dòng)幅度較��；硫化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低，耐火性越好。尤其是A12O3、K2O、Na2O含量增加時(shí)，硅磚的耐火性更差。硅磚的耐火性較差，不能滿足強(qiáng)化冶煉的要求。

4)加載軟化溫度。硅磚荷重軟化溫度一般在1620~1670℃之間，與耐火等級(jí)相近。造成這種現(xiàn)象的主要原因是硅磚的主晶相為矛狀雙晶鱗石英形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和基質(zhì)粘度大的玻璃相。硅磚受荷加熱時(shí)，從開(kāi)始軟化變形到破壞之間的溫度間隔不大，一旦達(dá)到軟化溫度就會(huì)迅速破壞，導(dǎo)致荷重軟化變形的溫度范圍很窄。硅磚的一項(xiàng)特殊特性是，開(kāi)始軟化的溫度接近它的耐火度。

5、體積穩(wěn)定性。硅磚塊在加熱過(guò)程中，除出現(xiàn)一般的熱膨脹外，還伴隨著體積膨脹發(fā)生了晶型轉(zhuǎn)變。若磚體中殘留有未轉(zhuǎn)化的石英，則在高溫下會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)化為鱗石英或方石英，從而產(chǎn)生較大的體積膨脹。在常溫加熱普通硅磚至1450℃時(shí)，體積膨脹率為1.5%一2.2%；在1450℃冷卻至250℃時(shí)，體積收縮，終剩余的膨脹率為0.1%一0.9%。高品質(zhì)硅磚的剩余膨脹量不超過(guò)0.3%一0.4%。

抗熱震性：在溫度急劇變化的情況下，硅磚內(nèi)結(jié)晶會(huì)迅速轉(zhuǎn)變，體積會(huì)突然膨脹或收縮，從而產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致硅磚破裂或剝落。結(jié)果表明：硅質(zhì)耐火磚抗熱震性能較差，下水冷850℃只有1~2次。但當(dāng)硅磚使用溫度高于600℃時(shí)，由于沒(méi)有快速晶化轉(zhuǎn)變，其抗熱震性能較好。

(7)防渣。由于硅磚是酸性耐火磚，它對(duì)酸性較弱的爐渣及含有腐蝕性氣體的爐氣具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力。同時(shí)，它還具有一定的抗?fàn)t渣侵蝕能力，并具有一定的耐火性能。其原因在于當(dāng)Si02與CaO或FeO共存時(shí)，Si02在高溫下吸收了一定量的Cao和FeO后，會(huì)產(chǎn)生粘度較大的兩種相間的液相，不易形成熔滴或滲入耐火磚氣孔中。

硅磚水含量的測(cè)定-重量法。

范圍本建議方法采用重量法測(cè)定硅磚中水分含量。該方法適用于測(cè)定硅磚中質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.1%的水份。原理試樣在105~110℃下烘干至一定溫度，以失水質(zhì)量計(jì)算水分含量。操作步驟3.1稱(chēng)重稱(chēng)取1.00g未干樣品，粒度小于0.088mm，準(zhǔn)確至.0.0001g。3.2在不加瓶蓋的烘箱中，將試樣放入已恒量的稱(chēng)量瓶中，在105~110℃溫度下烘干1小時(shí)。把蓋子蓋上(瓶口要墊一小片紙)，然后取出放入干燥器中冷卻至室溫(棄紙)，稱(chēng)重。這樣重復(fù)操作直至放入干燥器，冷卻到室溫(棄紙)，稱(chēng)重。這種重復(fù)的圭恒量(每次干燥15毫安)。水分的計(jì)算按下面的格式計(jì)算，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示：

om-H2O=(m1-m2)/m*100m2:om-H2O-水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%;m1-干燥前試料加重瓶的質(zhì)量，g;m2-干燥后試料加重瓶的質(zhì)量，g；

如何提高硅磚熱導(dǎo)率？

為了提供導(dǎo)熱性，需要了解影響耐火磚導(dǎo)熱性的原因，然后加以改善。

(1)孔隙率對(duì)熱導(dǎo)率的影響。

一般認(rèn)為氣體的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于固體。絕熱材料的高孔隙率有效地阻擋了熱傳遞，并對(duì)降低材料的熱導(dǎo)率做出了主要貢獻(xiàn)�？紫堵蕦�(duì)材料的隔熱性能起著重要的作用�？紫堵试礁撸�孔壁所占面積越小，熱導(dǎo)率越低。但是孔隙率的增加是有限度的。如果孔隙率過(guò)高，同體積隔熱耐火磚的固含量較少，材料的力學(xué)性能較差，不能滿足使用要求。

此外，孔隙的性質(zhì)對(duì)材料的熱導(dǎo)率有很大的影響。在相同體積密度下，高開(kāi)孔率和連通孔隙率耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)高于高閉孔率材料。

(2)孔徑對(duì)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響。

孔隙率一定時(shí)，孔徑越小，導(dǎo)熱系數(shù)越低，保溫性能越好。這是因?yàn)椋�在同樣的孔隙率下，如果材料中的孔隙尺寸較小，同樣體積的材料中的孔隙數(shù)量就會(huì)增加。一方面，隨著孔徑的減小，氣體分子在孔隙中的運(yùn)動(dòng)受到限制，孔隙中的熱對(duì)流量減少，從而材料的熱導(dǎo)率自然降低。另一方面，孔數(shù)量的增加增加了相同體積下的孔壁面積，增加了固相的傳熱距離，即延長(zhǎng)了傳熱時(shí)間，降低了材料的熱導(dǎo)率。當(dāng)孔徑大于0.1時(shí)，材料的導(dǎo)熱系數(shù)符合Loeb模型。

當(dāng)孔徑大于1時(shí)，熱導(dǎo)率與形狀因子、孔徑、輻射常數(shù)、熱發(fā)射率和溫度的立方成正比。當(dāng)孔徑小于0.1時(shí)，材料導(dǎo)熱系數(shù)的變化將不再遵循Loeb模型。如果孔徑小到50nm，氣體分子的運(yùn)動(dòng)就會(huì)受到限制，不運(yùn)動(dòng)就吸附在孔壁上，不會(huì)發(fā)生傳熱。

(3)固相對(duì)材料熱導(dǎo)率的影響。

材料固相的傳熱方式主要是傳導(dǎo)傳熱，即晶格的熱振動(dòng)。如果原材料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量小，耐火磚的隔熱能力就會(huì)增加。1000℃以下，隨著溫度的升高，大多數(shù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)普遍呈下降趨勢(shì)；隨著1000℃以上溫度的升高，大多數(shù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)呈上升趨勢(shì)。此外，非氧化物的導(dǎo)熱系數(shù)一般高于氧化物，在氧化物中，鋁硅酸鹽材料的導(dǎo)熱系數(shù)小于純氧化物材料。由于一般復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)，內(nèi)部原子分布混亂，傳熱緩慢，導(dǎo)熱系數(shù)小。

在低溫下，玻璃相的熱導(dǎo)率低于晶相，因?yàn)椴Ａ�相中原子排列的無(wú)序度較高，抗振動(dòng)性較大。但隨著溫度的升高，玻璃相的粘度降低，原子熱振動(dòng)的阻力降低，熱導(dǎo)率也相應(yīng)增加。對(duì)于晶相，隨著溫度的升高，原子的振動(dòng)幅度增大，使得運(yùn)動(dòng)的自由程減小，但熱導(dǎo)率降低。

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