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2022-03-17 榮盛 耐材點擊 163 次

硅磚特點及應用介紹

在長期使用過程中,在高溫和堿蒸汽的作用下,玻璃熔窯頂硅磚會發生一系列物理化學變化,形成外觀顏色和結構變化明顯的段帶。每個段都有其特定的組成和性質。從硅磚工作面到冷卻面,可分為方形石英帶、鱗片石英帶、硅酸鹽富集帶和未變帶。

 

硅磚工作面的方形石英帶外觀為白色,是雜質形成的低熔點液相磚的冷端轉移,相對提高了該帶的SiO2含量,適用于其晶體溫度的豐富,稱為自凈化。自凈化方形石英為粒狀聚晶體,尺寸約400~600微米,方形石英單晶幾乎無雜質固體溶解,晶體具有標準α-方形石英晶格常數,晶體之間往往排列有序,具有晶體定位。方形石英工作帶有利于提高硅磚的高溫運行性能,溫度越高,方形石英帶可能超厚,提高了整個拱頂的高溫結構強度,可以延緩硅磚的侵蝕率。

硅磚結焦的原因分析
硅磚在爐壁或火道上的結焦是一種常見的損壞方式,但結焦是一個長期的形成過程,主要是由于石油焦中的灰分和揮發性分。石油焦灰含有Al2O3.MgO.K2O.Na2O等金屬氧化物,這些附著在爐壁上的金屬氧化物和硅磚中的SiO2在高溫下形成玻璃低熔點,使硅磚表面局部熔化。在進料過程中,低溫材料會粘附在爐壁上形成結焦。另一個結焦原因是石油焦揮發性分太大,大量揮發性分從石油焦中逸出。如果石油焦揮發性分含量高,揮發性分的逸出速度大于其流速,大量揮發性分的蒸汽滯留在料罐上部,導致溫度降低,蒸汽凝結成液體,粘附在罐壁上形成結焦。

由于罐壁結焦,會出現以下問題:
(1)煅燒爐大面積棚料。比如某公司煅燒系統投產運行一年多后,罐壁兩側的結焦厚度達到20cm左右,大面積棚料出現。
(2)煅燒爐發生火災或射擊。由于棚料結焦頻繁,煅燒過程中石油焦揮發性成分不能正常逸出,部分揮發性成分隨排放降至破碎機。當高溫揮發性成分遇到空氣時,就會發生火災或射擊。
(3)煅燒爐各罐溫差過大。由于煅燒爐棚材料頻繁,石油焦揮發分難以逸出,各火道溫差大,煅燒爐難以順利運行,不僅影響煅燒質量,還會造成各孔道的灰塵懸掛和堵塞。
硅磚顯微結構的演變。

硅磚微結構的演變取決于溫度和熔化操作。從工作面到冷卻面的縱向溫度梯度大致為:1600-300℃(非絕緣頂)或1600-1300℃(絕緣頂)。雖然溫度梯度差異很大,但對相變的實質性影響很小。一般來說,它只會影響各段帶的長度和位置。如果原硅磚的燃燒溫度為1400℃,影響微結構變化的主要部分是相應于1400-1600℃溫度梯度段的組合。溫度區域包括1470℃鱗片石英與方形石英穩定相之間的界限。因此,用于頂部的硅磚原則上可分為方形石英、鱗片石英、硅酸鹽豐富和無變帶。

方石英帶外觀為白色。由于原磚中雜質形成的低熔點液相向磚的冷端磚移動,該帶的SiO2含量相對增加,因此發生了所謂的凈化作用。凈化帶方石英是一種粒狀聚晶體,尺寸約為400-600μm0-600μm。掃描電鏡圖像顯示為四方雙錐的集合形狀(圖1),晶體之間往往有序排列,表明晶體的方向性。根據EDAX分析,方石英單晶幾乎沒有雜質固溶,但聚晶晶體之間可以看到少量玻璃相,其組成范圍為:Na2O4%-7%。Al2O31%-2%。Fe2O33%-4%。SiO263%-65%。Cao18%-26%。
b.鱗石英重結晶帶外觀為淺黃色,化學成分與原磚相似,方石英帶附近雜質較少。鱗石英呈柱狀和矛狀雙晶,晶體尺寸可達1000-2000μm。這種長期聚集在高溫下(5-6年)的單晶,通過EDAX分析,除了含有微量Na+外,無法測量其他元素。上述兩個帶只含有一個穩定的結晶相,適應段帶的溫度,每個帶的相變基本上達到平衡。但在兩個帶的邊界,理論上相當于1470℃,有兩個相共存。這里可以觀察到,鱗石英逐漸磚變成方石英的過程,表現為鱗石英晶體表面分裂成球形方石英。由于相變是沿著鱗石英的一定晶體方向進行的,因此這些球形方石英具有一定的光學方向。宏觀表現是兩帶邊界整潔清晰,以顯微尺度衡量,兩相共存區域仍然很窄。可移動的相變帶。

c.由硅酸鹽富集帶石英和鱗石英重結晶帶形成。含有多種雜質的液相通過晶間毛細管向冷端磚移動,在適合晶體分析的溫度區域富集,形成棕色外觀的硅酸鹽富集帶。液相磚的移動深度取決于當時的組成和凝固點。假硅灰石或鈣鐵輝石在硅酸鹽晶體相中很常見。帶內相的磚變基本達到平衡,原磚中的石英和亞穩方石英都變成鱗石英,晶體尺寸不同,尺寸可從100μm長到2000μm。
d.未變帶基本保持了原磚的顯微結構。由于玻璃熔窯頂部的使用時間可達數年,這種長期加熱為耐火材料中的相變提供了足夠的條件。在持續的高溫運行中,硅磚只能直接承受熱負荷和化學侵蝕。該帶雜質少,玻璃粘度高,耐腐蝕性高于原磚,這是硅磚適合玻璃熔窯的基本原因。
除主相外,方石英帶和鱗石英帶幾乎沒有其他結晶相沉淀,晶間只有一些玻璃相,其化學成分呈漸變趨勢:每個帶的表面和內層在Na2o.Cao等含量上有明顯差異;硅酸鹽富集帶的主相是假硅灰石及其Fe2o3固溶體。

硅磚生產中添加的礦化劑基本上是氧化鈣(氫氧化鈣)和鐵氧化物的原料。由于分布不均勻,反應不完全,硅酸鹽(主要是鈣、鐵、硅酸鹽)和玻璃共存。玻璃相可以分為相。相比之下,可以看出方石英和鱗石英的玻璃含有高SiO2;除R2O富集外,雜質減少,適應富堿蒸汽的工作環境。

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