Спеканиесиликатный кирпична самом деле представляет собой гомогенный поликристаллический процесс превращения SiO2. Под действием минерализаторов кремнеземное сырье медленно спекается и превращается в основном в тридимит и кристобалит с небольшим количеством остаточного кварца. Когда кремнеземный огнеупорный кирпич во время использования нагревается до 1450 градусов, общее объемное расширение составляет 1,5–2,2%. Это остаточное расширение закроет швы кладки, что способствует обеспечению хорошей герметичности и структурной прочности кладки из кремниевого кирпича. Причем такое гомогенное поликристаллическое превращение SiO2 определяет, что в центре внимания контроля огнеупорного материала на ранней стадии обжига находится силикатный шамотный кирпич, а скорость нагрева характеризуется медленным и равномерным прогревом. В диапазоне температур 150–300 градусов следует уделять особое внимание медленному нагреву в этом температурном диапазоне при обжиге в печах, поскольку кристаллическая трансформация B и только кристобалита сопровождается большим объемным эффектом.
Скорость и степень превращения кварца в тридимит связаны не только с температурой и наличием минерализаторов, но и с такими факторами, как время воздействия температуры, размер частиц сырья и размер кристаллов фазы превращения. Преобразование происходит быстро, если температура высокая, время действия высокой температуры велико, частицы маленькие, кристаллы маленькие, а минерализатор сильный, и наоборот. Основными кристаллическими фазами силикатного кирпича являются тридимит и кристобалит. Температура плавления тридимита составляет 1670 градусов, он обладает высокой стабильностью объема. Если тридимит в кварцевом огнеупорном кирпиче имеет форму двойных кристаллов с остриями и переплетается в виде сетки, кирпич может иметь более высокую температуру размягчения под нагрузкой и механическую прочность. Когда в кремнеземном огнеупорном кирпиче содержится больше остаточного кварца, он будет продолжать подвергаться кристаллической трансформации во время использования, а объемное расширение будет большим, что приведет к ослаблению и растрескиванию структуры кирпича. Физические и химические изменения, происходящие в силикатном огнеупорном кирпиче в процессе обжига, можно резюмировать следующим образом:
①<150℃ remove the residual moisture of the brick blank.
②При температуре 450–550 градусов Ca(OH)2 начинает разлагаться, и разложение завершается на 550%. В это время связь между частицами силикатного кирпича разрушается под действием СаО и др., прочность снижается, заготовка становится хрупкой.
③При температуре 550–650 градусов кварцевые кирпичи превращаются в кварц, и объем увеличивается.
④При температуре 600–700 градусов происходит твердофазная реакция между CaO и SiO2, в результате чего прочность корпуса повышается.
⑤При температуре 800–1100 градусов в корпусе кирпича происходит реакция жидкой фазы, и прочность корпуса быстро увеличивается. Начиная с 1100 градусов, скорость трансформации кварца значительно увеличивается, и варианты кварца с низким удельным весом в это время вызывают большое объемное расширение.
⑥При температуре 1300–1350 градусов из-за увеличения количества тридимита и кристобалита истинный удельный вес тела уменьшается, а увеличенное объемное расширение может вызвать растрескивание.
⑦При температуре 1350–1470 градусов степень преобразования кварца и, как следствие, расширение очень велики. Только монокварц, метастабильный кристобалит, минерализаторы и примеси взаимодействуют с образованием жидкой фазы и проникают в частицы кварца с образованием трещин при образовании метастабильного кристобалита, что способствует непрерывному растворению монокварца и метастабильного кристобалита в образовавшейся жидкой фазе, делая ее пересыщенной. плавится кремний и кислород, а затем непрерывно кристаллизуется из расплава в виде устойчивого тридимита. При этом чем выше вязкость жидкости, тем выше скорость трансформации кремнеземного огнеупорного кирпича и тем выше вероятность образования трещин в кирпиче.
Поэтому, чтобы предотвратить изменение кристаллической формы силикатного кирпича в процессе обжига, сопровождающееся большим изменением объема, приводящим к образованию трещин, необходимо принять следующие технологические мероприятия:
(1) Необходимо контролировать скорость нагрева в различных диапазонах температур обжига. Когда температура ниже 600 градусов, скорость нагрева следует замедлить. Скорость нагрева может быть увеличена до 600–1000 градусов, а скорость нагрева должна быть медленной до 1100–1300 градусов. Когда температура обжига составляет 1300 градусов (от 1430 до 1450 градусов), скорость нагрева должна быть самой медленной во время процесса обжига. Когда обожженный кварцевый кирпич охлаждается ниже 600 градусов, особенно при 300 градусах, это должно происходить медленно. Это может эффективно смягчить изменение объема кристаллической трансформации, повысить содержание тридимита и кристобалита и избежать образования трещин.
(2) На стадии высокотемпературного обжига следует использовать восстановительную атмосферу, которая способствует минерализации оксида низковалентного железа и способствует крупномасштабному образованию тридимита. В противном случае в окислительной атмосфере, особенно при недостаточном минерализаторе, большая часть -кварца превращается в -кварц. Такое преобразование называется «сухим преобразованием». Во время сухого преобразования из-за большого неравномерного объемного расширения тела кирпича и отсутствия буферного напряжения жидкой фазы структура продукта становится рыхлой и трескается. В то же время, на разных температурных стадиях обжига шамотного кирпича необходимо осуществлять соответствующую изоляцию, чтобы он имел разумный фазовый состав и отвечал требованиям использования.
(3) Улучшите систему загрузки полуфабрикатов, чтобы уменьшить вероятность возникновения трещин. Поперечные трещины силикатного огнеупорного кирпича, то есть трещины, параллельные направлению давления изделия, обычно возникают из-за неравномерного нагрева различных частей изделия при обжиге. Чаще всего они возникают на огнеприемной поверхности за пределами кирпичной кладки, особенно на поверхности верхнего изделия. Сетчатые трещины на поверхности силикатного огнеупорного кирпича обычно возникают из-за чрезмерно высокой температуры нагрева и больших колебаний изделия, а также из-за микроскопических неровностей самой заготовки из-за неравномерного замеса или смены сырья. При загрузке специальные кремниевые огнеупорные кирпичи необходимо размещать внутри вагона печи, а стандартные обычные кирпичи устанавливаются снаружи вагона печи; выступающие части кирпичей специальной формы или склонные к растрескиванию части следует располагать внутрь; верх тележки печи следует покрыть тонкими кирпичами, чтобы избежать прямого воздействия пламени и т. д., в противном случае это приведет к образованию новых трещин.
