1、硅質(zhì)耐火材料綜述說(shuō)明：本文主要介紹了硅質(zhì)耐火材料、生產(chǎn)硅磚的原料及其主要成分不同變體之間的轉(zhuǎn)變及工藝流程，并詳細(xì)介紹了生產(chǎn)硅磚的機(jī)械設(shè)備及它們的工作原理和硅磚在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：硅磚 原料 工藝 設(shè)備 應(yīng)用1.硅質(zhì)耐火材料硅磚的礦物組成主要是鱗石英、方石英、少量的殘余石英與玻璃相。二氧化硅含量93%98%，真密度一般為2.372.40g/cm3，具有抗酸性渣侵蝕性能，荷重軟化溫度在16401680之間，同時(shí)具有很高的導(dǎo)熱系數(shù)。當(dāng)溫度高于600時(shí)，其抗熱震性也很好。因而，它用作高爐熱風(fēng)爐及焦?fàn)t的砌筑材料。在還原氣氛下經(jīng)13501430緩慢燒成，加熱到1450時(shí)約有1.52.2%的總體積膨

2、脹，這種殘余膨脹會(huì)使切縫密合，保證砌筑體有良好的氣密性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。硅磚主要用于煉焦?fàn)t的炭化室和燃燒室的隔墻、煉鋼平爐的蓄熱室和沉渣室、均熱爐、玻璃熔窯、耐火硅磚材料和陶瓷的燒成窯等窯爐的拱頂和其他承重部位。而且硅磚抗硅酸鹽玻璃成分侵蝕的能力較好，因而也可以用于玻璃熔窯上。硅磚的主要缺點(diǎn)是，當(dāng)溫度低于600時(shí)，由于氧化硅的多晶轉(zhuǎn)變導(dǎo)致較大的體積變化，使其在600以下的抗熱震性差。因此，使用硅磚的爐子不宜冷卻至600以下。硅磚以二氧化硅含量不小于96%的硅石為原料，加入礦化劑(如鐵鱗、石灰乳)和結(jié)合劑（如糖蜜、亞硫酸紙漿廢液），經(jīng)混練、成型、干燥、燒成等工序制得。2.SiO2的同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變二氧化硅

3、在常壓下有7個(gè)變體和1個(gè)非晶體，各變體間的轉(zhuǎn)變可分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是高溫型轉(zhuǎn)變，即石英、鱗石英、方石英之間的轉(zhuǎn)變，即圖中水平方向的轉(zhuǎn)變。由于他們?cè)诰w結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)方面差別較大，因此轉(zhuǎn)變所需的活化能大，轉(zhuǎn)變溫度高而緩慢，并伴隨有較大的體積效應(yīng)。第二類(lèi)是低溫型轉(zhuǎn)變，即石英、鱗石英、方石英本身的、型的轉(zhuǎn)變，即圖中垂直方向的轉(zhuǎn)變。由于他們?cè)诰w結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)方面差別很小，因此轉(zhuǎn)變溫度低，轉(zhuǎn)變速度快，且轉(zhuǎn)變是可逆的，所伴隨的體積效應(yīng)也比高溫型的小。各種變體的基本性質(zhì)如下表所示：上述慢速轉(zhuǎn)化的溫度界限只是在加熱時(shí)間很長(zhǎng)，原料粉碎很細(xì)，有強(qiáng)礦化劑存在的條件下，才是正確的。實(shí)際上看到的轉(zhuǎn)變關(guān)系是按下圖所示進(jìn)行

4、的：圖中所示石英轉(zhuǎn)變?yōu)轺[石英的轉(zhuǎn)化速度和程度，不僅與溫度的高低和礦化劑的存在（種類(lèi)和數(shù)量）有關(guān)，而且也與溫度的作用時(shí)間、原料的顆粒大小、顯微組織結(jié)晶大小）等因素有關(guān)。溫度高、高溫作用時(shí)間長(zhǎng)、顆粒小、結(jié)晶小、礦化劑作用強(qiáng)，則轉(zhuǎn)化快，反之則慢。無(wú)論是慢速轉(zhuǎn)變或快速轉(zhuǎn)變，都伴隨有體積變化。這是因?yàn)镾iO2各變體的真密度不同，由真密度大的變體向真密度小的變體轉(zhuǎn)化時(shí)，產(chǎn)生體積膨脹，反之則出現(xiàn)收縮。氧化硅質(zhì)耐火材料的主晶相為鱗石英。鱗石英熔點(diǎn)1670，但鱗石英具有較高的體積穩(wěn)定性。硅磚中鱗石英具有矛頭狀雙晶相互交錯(cuò)的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，因而使磚具有較高的荷重軟化點(diǎn)及機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)硅磚中有殘余石英存在時(shí)，由于在使用中

5、它會(huì)繼續(xù)進(jìn)行晶型轉(zhuǎn)變，體積膨脹大，易引起磚體結(jié)構(gòu)松散。所以，一般希望燒成后硅磚中含有大量鱗石英，方石英次之，而殘余石英越少越好。氧化硅質(zhì)耐火材料采用礦化劑。石英轉(zhuǎn)變?yōu)轺[石英或方石英時(shí)，在礦物劑很少或幾乎沒(méi)有時(shí)，-石英就形成-方石英，這種轉(zhuǎn)變稱(chēng)為“干轉(zhuǎn)化”。在干轉(zhuǎn)化時(shí)，由于磚體的不均勻的體積膨脹很大，而又無(wú)液相緩沖應(yīng)力，因而引起制品結(jié)構(gòu)松散和開(kāi)裂，不可能制得良好性能的制品。當(dāng)有足夠數(shù)量的礦化劑存在時(shí)，-石英、亞穩(wěn)定方石英和礦化劑及雜質(zhì)等相互作用形成液相，并侵入（石英顆粒在形成亞穩(wěn)定方石英時(shí)出現(xiàn)）裂紋中，促進(jìn)以-石英和亞穩(wěn)定方石英不斷地溶解于所形成的液相中，使之成為硅氧的過(guò)飽和溶液，然后以穩(wěn)定的鱗

6、石英形態(tài)不斷地從溶液中結(jié)晶出來(lái)。這個(gè)轉(zhuǎn)變速度取決于所加礦化劑的性質(zhì)和數(shù)量，所形成的液相緩沖著由于體積膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力，提高磚坯的加熱體積穩(wěn)定性和強(qiáng)度，防止焙燒過(guò)程中制品的松散和開(kāi)裂現(xiàn)象。3.硅質(zhì)耐火磚生產(chǎn)3.1生產(chǎn)工藝流程硅質(zhì)耐火磚一般硅含量高達(dá)95%以上，根據(jù)用途不同有不同規(guī)格的磚。其生產(chǎn)工藝流程如下：破粉碎篩分混煉濕碾成型干燥燒成檢驗(yàn)包裝（1） 破粉碎：顎式破碎機(jī)破碎廢磚及原料，圓錐粉碎至需要粒度，并除塵。（2） 篩分：斗式提升機(jī)提升至頂部篩分，細(xì)粉進(jìn)入混煉機(jī)混合攪拌，粗粉繼續(xù)進(jìn)入圓錐粉碎機(jī)粉碎。（3） 混煉：加入紙漿等結(jié)合劑將原料混合均勻，避免局部成分過(guò)多，產(chǎn)生缺陷。（4） 濕碾成型：分

7、為手工成型和機(jī)械成型，形狀簡(jiǎn)單大批量生產(chǎn)選用機(jī)械成型。成型完成后進(jìn)行半檢，不合格磚坯的重新成型，合格磚坯進(jìn)入干燥車(chē)間。（5） 干燥：磚坯在干燥器中干燥，高溫1小時(shí)，低溫1.5小時(shí)。（6） 燒成：在隧道窯中燒成溫度約為1430，燃料為煤氣，燒成時(shí)間為7天。（7） 檢驗(yàn)：成品出窯后檢驗(yàn)，檢驗(yàn)分為物檢驗(yàn)和化檢。物檢驗(yàn)包括對(duì)硅磚的長(zhǎng)、寬、高、氣孔以及高溫蠕變的檢驗(yàn)；化檢一般對(duì)產(chǎn)品的成分是否達(dá)到要求的含量進(jìn)行細(xì)致的檢驗(yàn)。檢驗(yàn)后合格品包裝，不合格產(chǎn)品作為原料重新進(jìn)入顎式破碎機(jī)破碎再利用。（8） 檢驗(yàn)合格后包裝，不合格的返回破粉碎工序再利用。3.2生產(chǎn)設(shè)備及工作原理3.2.1破粉碎車(chē)間主要設(shè)備的構(gòu)造及工作原

8、理（1）振動(dòng)式喂料機(jī)振動(dòng)式喂料機(jī)的激振方式一般為電磁振動(dòng)，所以又稱(chēng)電磁振動(dòng)喂料機(jī)。電磁振動(dòng)喂料機(jī)由斜槽、電磁激振器、減震器和電器控制箱組成。工作原理：電磁振動(dòng)喂料機(jī)是屬于雙質(zhì)點(diǎn)定向強(qiáng)迫振動(dòng)機(jī)械。由槽體、連接叉、銜鐵、工作彈簧的一部分以及約占斜槽容積10%20%的物料等組成工作質(zhì)量m1；由激振器殼體、鐵芯、線圈及工作彈簧的另一部分等組成對(duì)衡質(zhì)量m2。質(zhì)量m1和m2之間用激振器主彈簧連接起來(lái)，形成一個(gè)雙質(zhì)點(diǎn)定向強(qiáng)迫振動(dòng)的彈性系統(tǒng)。激振器電磁線圈的電流一般是經(jīng)過(guò)單相半波整流。電磁振動(dòng)喂料機(jī)的供電，目前廣泛使用可控硅調(diào)節(jié)的電流通過(guò)，在銜鐵和鐵芯之間便產(chǎn)生相互吸引的脈沖電磁力，使槽體向后運(yùn)動(dòng)，激振器的主

9、彈簧發(fā)生變形而貯存了一定勢(shì)能，在負(fù)半周內(nèi)線圈中無(wú)電流通過(guò)，電磁力消失，借助彈簧貯存的勢(shì)能使銜鐵和鐵芯朝相反方向離開(kāi)，斜槽就向前運(yùn)動(dòng)。這樣電磁喂料機(jī)就以交流電源的頻率作3000次/min的往復(fù)振動(dòng)。由于激振力作用線與槽底成一定角度，激振力在任一瞬間可分解為垂直分力和水平分力。前者使物料顆粒以大于重力加速度的加速度向上拋棄，而后者使物料顆粒在上拋期間作水平運(yùn)動(dòng)，綜合效應(yīng)就使物料間歇向前作拋物線式的跳躍運(yùn)動(dòng)。（2）顎式破碎機(jī)顎式破碎機(jī)是由固定顎（又是機(jī)架的前壁）、懸掛在軸上的可動(dòng)顎板、偏心軸、垂直連桿、肘板、傳動(dòng)飛輪、兩顎板上的襯板、帶有彈簧的拉桿、肘板座，調(diào)節(jié)塊構(gòu)成。結(jié)構(gòu)圖如下：工作原理：電動(dòng)機(jī)通

10、過(guò)皮帶使偏心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，垂直連桿即向上向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)垂直連桿向上時(shí)，帶動(dòng)兩塊肘板逐漸伸平，肘板迫使可動(dòng)顎板向固定顎板推進(jìn)，破碎腔（即由固定顎板和動(dòng)顎組成的空間）中的礦石受到擠壓、劈裂、折屈作用而破碎。垂直連桿向下運(yùn)動(dòng)，肘板和可動(dòng)顎板借彈簧和拉桿之力向后退，此時(shí)排礦口增大，被破碎的礦石由此排出。可見(jiàn)顎式破碎機(jī)是間斷破碎礦石的。偏心軸每轉(zhuǎn)一周只有半個(gè)周期用于破碎，其后半個(gè)周期用于排礦，兩顎板靠近時(shí)物料即被破碎，當(dāng)兩顎板離開(kāi)時(shí)小于排料口的料塊由底部排出，其破碎動(dòng)作是間歇進(jìn)行的。（3）圓錐破碎機(jī)中細(xì)碎圓錐破碎機(jī)主要部件是定錐（又稱(chēng)外錐）和動(dòng)錐（又稱(chēng)內(nèi)錐）。定錐主要由調(diào)整套和定錐襯板組成；動(dòng)錐主要由動(dòng)錐驅(qū)體

11、、主軸、動(dòng)錐襯板和分配盤(pán)組成。結(jié)構(gòu)如下圖： 工作原理：圓錐破碎機(jī)中，破碎物料的部件是兩個(gè)截錐體，動(dòng)錐固定在主軸上，定錐是機(jī)架的一部分，是靜置的，主軸的中心線與定錐的中心線成一定角度。主軸懸掛在它們的焦點(diǎn)上，軸的下方活動(dòng)地插在偏心襯套中。襯套以一定偏心距繞定錐中心軸旋轉(zhuǎn)，是動(dòng)錐沿定錐的內(nèi)表面作偏旋運(yùn)動(dòng)。當(dāng)靠近定錐時(shí)，物料受到動(dòng)錐擠壓和彎曲作用而被破碎；在偏離定錐處，已破碎的物料由于重力的作用從錐底落下。因?yàn)槠囊r套連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)錐也就連續(xù)旋轉(zhuǎn)，故破碎過(guò)程和卸料過(guò)程沿著定錐的內(nèi)表面連續(xù)依次進(jìn)行。（4）振動(dòng)篩振動(dòng)篩的篩面振動(dòng)方向與篩面成一定角度，振動(dòng)篩工作時(shí)，物料在篩面上主要是作相對(duì)滑動(dòng)。振動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)

12、特性有助于篩面上的物料分層，減少篩孔堵塞現(xiàn)象，強(qiáng)化篩分過(guò)程。篩體以小振幅（振幅一般為0.55mm），高頻率（振動(dòng)為6003000次/min）作強(qiáng)烈振動(dòng)，消除物料堵塞現(xiàn)象，使篩機(jī)具有較高的篩分效率和處理能力。動(dòng)力消耗小，構(gòu)造簡(jiǎn)單，維修方便。使用范圍廣，不僅可以用于細(xì)篩，也可用于中、粗篩分，并且還可用于脫水和脫泥分力作業(yè)。振動(dòng)篩因其結(jié)構(gòu)不和篩框運(yùn)動(dòng)軌跡不同，大致分為下列類(lèi)型：?jiǎn)屋S慣性振動(dòng)篩：偏心振動(dòng)篩、自定中心振動(dòng)篩、圓形空間旋轉(zhuǎn)篩。工作原理：由于激振器的偏心質(zhì)量作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它所產(chǎn)生的離心慣性力（稱(chēng)激振力）傳遞給篩箱，激起篩箱的振動(dòng)，篩上物料受篩面運(yùn)動(dòng)的作用力而連續(xù)的作拋擲運(yùn)動(dòng)，即物料被拋起前進(jìn)一

13、段距離后再落至篩面上，這樣實(shí)現(xiàn)了物料顆粒垂直于篩面的運(yùn)動(dòng)，從而提高了篩分效率和處理能力。雙軸慣性振動(dòng)篩：雙軸強(qiáng)制式機(jī)械同步振動(dòng)篩、雙電機(jī)自同步振動(dòng)篩、電磁篩、概率篩。工作原理：雙軸慣性振動(dòng)篩篩箱的振動(dòng)是由雙激振器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。激振器的兩個(gè)主軸分別裝有相同質(zhì)量和偏心距的重塊，兩軸之間用一對(duì)速比為1的齒輪連接和一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因兩軸回轉(zhuǎn)方向相反，轉(zhuǎn)速相等，故兩偏心重塊產(chǎn)生的離心慣性力在平行于篩面方向相互抵消，在垂直于篩面方向合成。（5）膠帶輸送機(jī)膠帶輸送機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最為普遍的一種連續(xù)輸送機(jī)械，可用于水平方向和坡度不大的傾斜方向?qū)Ψ垠w或成件物料的輸送。它主要由輸送帶、托輥、驅(qū)動(dòng)裝置、改向裝置、拉緊裝

14、置、裝料及卸料裝置、清理裝置、制動(dòng)裝置構(gòu)成。（6）球磨機(jī)球磨機(jī)主要由筒體、襯板、隔倉(cāng)板、主軸承、進(jìn)料卸料裝置構(gòu)成。工作原理：球磨機(jī)一般為臥式筒形旋轉(zhuǎn)裝置，外沿齒輪傳動(dòng)，兩倉(cāng)，格子型球磨機(jī)。物料由進(jìn)料裝置經(jīng)入料中空軸螺旋均勻地進(jìn)入磨機(jī)第一倉(cāng)，該倉(cāng)內(nèi)有階梯襯板或波紋襯板，內(nèi)裝不同規(guī)格鋼球，筒體轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生離心力將鋼球帶到一定高度后落下，對(duì)物料產(chǎn)生重?fù)艉脱心プ饔谩Ｎ锪显诘谝粋}(cāng)達(dá)到粗磨后，經(jīng)單層隔倉(cāng)板進(jìn)入第二倉(cāng)，該倉(cāng)內(nèi)鑲有平襯板，內(nèi)有鋼球，將物料進(jìn)一步研磨。粉狀物通過(guò)卸料篦板排出，完成粉磨作業(yè)。（7）斗式提升機(jī)斗式提升機(jī)主要由牽引構(gòu)件、料斗、傳動(dòng)裝置、張緊裝置、機(jī)殼構(gòu)成。如下圖工作原理：被輸送的物料由進(jìn)料

15、口喂入后，連續(xù)被料斗舀起、提升，由機(jī)頭出料口卸出。3.2.2成型車(chē)間主要設(shè)備的構(gòu)造及工作原理（1）濕碾機(jī)輪碾機(jī)通常用于粉碎中等硬度物料，也可作為混合物料之用。主要由碾輪和碾盤(pán)組成。為能將物料充分混合均勻，加料時(shí)應(yīng)遵循“先粗后細(xì)”“先干后濕”的原則。工作原理：物料是在碾盤(pán)平面與碾輪圓柱形表面之間受到擠壓和研磨作用而被粉碎，被粉碎后的物料由固定刮板刮到篩板上，能夠通過(guò)篩孔的物料在斜槽中由活動(dòng)刮板送至卸料口卸出。用作破碎時(shí)，產(chǎn)品的平均尺寸38mm；粉磨時(shí)為0.30.5mm。（2）摩擦壓磚機(jī)主要由由機(jī)架、傳動(dòng)裝置、橫軸及摩擦立輪、飛輪、螺旋主軸、滑塊、沖頭、操作系統(tǒng)及出磚器、真空脫氣裝置組成。工作原理

16、：機(jī)架上的電動(dòng)機(jī)通過(guò)三角皮帶使上部 橫軸旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)橫軸上的兩個(gè)摩擦立輪隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)。操作杠桿系統(tǒng)可使橫軸和摩擦立輪左右串動(dòng)，使之交替 靠緊飛輪依靠摩擦力驅(qū)動(dòng)飛輪作正反兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)，與飛輪聯(lián)接的螺旋主軸通過(guò)固定在機(jī)架中心的內(nèi)螺母的螺旋作用帶動(dòng)滑塊和沖頭作上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)壓制磚坯。飛輪旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速因操作方式不同而異，沖頭運(yùn)動(dòng)速度也隨之而變更，當(dāng)沖頭在一瞬間產(chǎn)生錘性沖擊時(shí)，飛輪系統(tǒng)所積蓄的動(dòng)能，一部分轉(zhuǎn)換成所壓磚坯的塑性變形能，被磚坯所吸收，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次沖壓，使松散的泥料成為致密的磚坯;另一部分則消耗在壓磚機(jī)受力機(jī)件的彈性變形及摩擦損耗上。由于磚坯（標(biāo)準(zhǔn)件）的四角和八條楞容易破壞，裝料時(shí)要遵循“四角扒料

17、”原則，壓成時(shí)也要遵循“先輕后重”的原則。2.3燒成車(chē)間隧道窯構(gòu)造及工作原理隧道窯一般是一條長(zhǎng)的直線形隧道，其兩側(cè)及頂部有固定的墻壁及拱頂，底部鋪設(shè)的軌道上運(yùn)行著窯車(chē)。燃燒設(shè)備設(shè)在隧道窯的中部?jī)蓚?cè)，構(gòu)成了固定的高溫帶-燒成帶，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谒淼栏G前端煙囪或引風(fēng)機(jī)的作用下，沿著隧道向窯頭方向流動(dòng)，同時(shí)逐步地預(yù)熱進(jìn)入窯內(nèi)的制品，這一段構(gòu)成了隧道窯的預(yù)熱帶。在隧道窯的窯尾鼓入冷風(fēng)，冷卻隧道窯內(nèi)后一段的制品，鼓入的冷風(fēng)流經(jīng)制品而被加熱后，再抽出送入干燥器作為干燥生坯的熱源，這一段便構(gòu)成了隧道窯的冷卻帶。在臺(tái)車(chē)上放置裝入陶瓷制品的匣缽，連續(xù)地由預(yù)熱帶的入口慢慢地推入（常用機(jī)械推入），而載有燒成品的

18、臺(tái)車(chē)，就由冷卻帶的出口漸次被推出來(lái)（約1小時(shí)左右，推出一車(chē)）。耐火材料用隧道窯按使用溫度可分為三類(lèi)：（1）低溫隧道窯：燒成溫度約1000，主要用于焙燒滑板磚和其它一些有特殊工藝要求的制品。（2）中溫隧道窯：燒成溫度13001650，主要用于燒成普通堿性磚、粘土磚、高鋁磚、滑板磚、水口磚、硅磚等制品。（3）高溫隧道窯：燒成溫度大于1700，一般介于18001900，主要用于燒成中檔鎂磚、高純鎂磚、直接結(jié)合鎂鉻磚、鎂鋁質(zhì)及剛玉質(zhì)等制品。硅磚隧道窯一般長(zhǎng)150m180m，車(chē)臺(tái)面至窯頂?shù)母叨葹?.6m1.9m；堿性磚隧道窯一般長(zhǎng)80m100m，車(chē)臺(tái)面至窯頂?shù)母叨?m等。燒成硅磚時(shí)，通常采用還原性氣氛，可使加入的鐵質(zhì)礦化劑增強(qiáng)礦化作用。參考文獻(xiàn)1 冶金建筑.1978，062 薛群虎，王宏聯(lián).耐火材料廠工藝設(shè)計(jì)概論M.冶金工業(yè)出版社3 李楠，顧華志，趙惠中.耐火材料學(xué)M.冶金工業(yè)出版社4 姜洪舟.無(wú)機(jī)非金屬材料熱工設(shè)備.M.武漢理工大學(xué)出版社5 唐威，夏曉鷗，羅秀建.慣性圓錐破碎機(jī)在粉體加工領(lǐng)域的應(yīng)用研究.中國(guó)粉體技術(shù)6 李紅霞.耐火材料手冊(cè).M.冶金工業(yè)出版社7 馬炳初.硅磚的回顧與展望.耐火材料.2000，058 李錦