[科普中国]-硅石耐火材料

硅石是以石英为主要矿物组成的硅质岩石。工业上称块状硅质原料为硅石。硅石耐火材料是以二氧化硅为主要成分的耐火材料。通常二氧化硅含量不小于93%。可以为定形也可以为不定形耐火材料。主要品种是硅砖。以硅石为原料经1350～1 430℃烧成，使硅砖中的主要相转变为鳞石英、方石英和玻璃。真密度须达2.31~2.42克每立方厘米范围内。具有热导率及荷重软化点高，抗酸性渣侵蚀能力强等优点1。

概述硅质制品属酸性耐火材料，对酸性炉渣抵抗能力强，但易被碱性熔渣强烈侵蚀，易受氧化钾、氧化钠等氧化物作用而破坏，但对氧化亚铁、氧化铁等氧化物有良好的抵抗性。硅质制品中的典型产品硅石耐火材料具有荷重变形温度高的特点，其荷重软化温度接近磷石英、方石英的熔点(1670℃，1713℃)；硅石耐火材料砌筑体有良好的气密性和结构强度，最大的缺点是抗热震稳定性低。硅石耐火材料主要用于焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉及其他热工设备的结构材料1。

硅质原料制造硅石耐火材料用原料包括主要原料、结合剂和矿化剂等。硅石耐火材料的主要原料是石英。自然界中有许多石英品种，从结晶状态看有隐晶的火石到理想晶体的水晶等，耐火材料中这两个极端品种都不适应，原因是煅烧过程中低温型石英向各种高温型晶型转变时或出现瞬间转化（如火石），或转化特别缓慢（如水晶），最适宜于制造硅石耐火材料耐火材料的是胶黏石英岩或块状石英岩。此外，硅石耐火材料生产过程中产生的烧成废品也可作为原料使用，这可以减少砖坯的烧成膨胀，减少烧成废品。但加入废砖会降低制品的耐火度和机械强度、增加气孔率，因此，废砖加入量通常控制在20%以下。

硅石耐火材料制造中的结合剂有石灰和有机结合剂。石灰以石灰乳的形式加入坯料中，结合砖坯内的石英颗粒，在干燥后增加砖坯的强度。最常用的有机结合剂是亚硫酸纸浆废液，其作用是提高坯料可塑性和砖坯干燥后的强度。石灰的另一个作用是在烧成过程中起矿化剂作用，促进石英的转变，此外，也有采用轧钢皮（铁磷）、平炉渣、硫酸渣、软锰矿等矿化剂的2。

制备工艺硅石耐火材料生产的工艺流程大体可分为原料的组成选择、成形、烧成及冷却四个主要过程。

硅石耐火材料要求的粒度一般是大于1mm的颗粒占30%～35%，0.09~1mm的颗粒占35%~40%，余下的小于0.09mm。硅质坯体加热时的松散与烧结能力取决于颗粒组成中粗细两种粒度的性质和数量，粗颗粒转变在很大程度上发生在细颗粒转变和硅体开始烧成之后。所以粗颗粒转变时体积膨胀是砖体趋于松散以至开裂的基本因素。因此，希望在砖坯中有足够数量的细颗粒含量，以提高砖坯的烧结性。

符合粒度要求的原料选好后，可进入成形阶段制备硅石耐火材料坯料。坯料的成形性能受颗粒组成、水分和加入物的影响，调整这些因素可以改善坯料的成形性能。

将成形并干燥后的砖坯送入烧成窑内烧结。在烧成过程中伴随有大量的物理化学变化，如砖坯中残余水的排除，石灰乳的脱水反应，二氧化硅的晶型转换，氧化钙与二氧化硅、氧化铁与二氧化硅的固相反应等。硅石耐火材料烧成至最高烧成温度时，通常根据制品的形状大小、窑的特性、晶型转变难易、制品要求的密度等给以足够的保温时间，一般波动在20~48h。

硅石耐火材料烧成后，高温下（600~800℃以上）可以快冷；低温时因有方石英和磷石英的快速晶型转变，产生体积收缩，故应缓慢冷却2。

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学