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    硅莫磚生產廠家工藝技術的發展

    發布日期:2016-07-22 00:00 來源:http://www.moodymuses.com 點擊:

    硅莫磚生產廠家介紹硅莫磚工藝技術的發展

    早在1891年美國人艾奇遜發明合成碳化硅,1903碳化硅磚試制成功,距今己經一百多年了。眾所周知,碳化硅耐火度高,在還原氣氛中到2 600 ℃一直是穩定的;硬度大(莫氏硬度99.5),僅次于金剛石;熱導率高(至500 ℃時達64.4 W/m·K,到875 ℃時達41.4 W/m·K),熱膨脹系數比較?。?/span>5.0×10-6/c)。碳化硅為共價健結合。不存在通常所說的燒結性,而靠化學反應生成新相達到燒結,即反應燒結。因此碳化硅制品按結合相不同分為粘土結合、莫來石結合、二氧化硅結合、Si2N2O結合、Si3N4結合、Sia/on結合等碳化硅制品。其性能指標見文獻[2],莫來石及剛玉莫來石結合的制品強度高,見表1。碳化硅系人工合成,其制品成本高,特別是氮化硅、賽隆、重結晶結合等制品,生產技術復雜,設備要求高。并且碳化硅制品的熱導率高(1517 W/m·K),并非是水泥窯的理想耐火材料。我國試用過,沒有推廣[3]。 20世紀80年代末期,國際上開始研究二元系乃至三元系中氧化物與非氧化物的復相耐火材料,在著名耐火材料專家鐘香崇院士的領導下,我國也進行了復相耐火材料的研究工作,作為非氧化物,人們熟知的SiC得到格外關注,于是SiC剛玉制品、SiC鋯英石制品、SiC莫來石制品等先后研制成功。這些復相耐火材料的特點是常溫和高溫強度比單一氧化物材料高,抗氧化性能比單一SiC好,而這些復相材料的氧化屬于保護性氧化,材料表層的SiC氧化為SiO2,在材料表面逐漸形成保護層,阻礙了氧化向制品內部進一步滲透。這些復相制品燒成溫度較單一氧化物制品低,而制品強度卻高。在我國研究比較多的是純剛玉SiC制品,其次是剛玉莫來石制品,剛玉硬度大(莫氏硬度為9.09.2),耐磨性好,但結合強度不如莫來石剛玉制品。含SiC復相材料的強度指標取決于結合相,也可以說是制品燒成時的二次莫來石化程度。純剛玉SiC制品,靠SiC氧化產生的SiO2與基質中的Al2O3反應形成莫來石結合,根據參考文獻 介紹,SiC加入量10%15%綜合指標較好,SiC過量,不利于成型,坯體性能下降。而且還要盡量保護SiC不被氧化,發揮SiC在制品中的作用,提高制品熱震穩定性、耐磨性等指標。因此純剛玉SiC制品靠SiC氧化而形成的二次莫來石有限,燒成溫度也高,要靠添加金屬Si、Al粉等添加物來實現二次莫來石化。純剛玉及添加物售價高,制品的成本與使用壽命不成正比。我國天然高鋁礬土得天獨厚,而且屬于水鋁石—高嶺石型,用高鋁礬土熟料與SiC生產復相耐火材料,自然受到關注,在20世紀90年代初期就有人生產這種制品,在冶金、電力系統廣泛應用。其實水泥行業的硅莫磚與冶金行業的高鋁SiC磚沒有多大差別,也是用高鋁熟料與SiC配料制取的制品,并非用純莫來石、SiC生產。眾所周知,我國的特等和一等高鋁熟料主要由剛玉莫來石及少量玻璃相組成,它構成硅莫磚的骨架,基質由SiC、Al2O3、SiO2質材料構成。二次莫來石化效應是由碳化硅氧化產生的SiO2Al2O3反應產生。燒成過程發生下列反應:  SiC+O2 = SiO+CO2SiO+O2=2SiO2 2CO+O2=2CO2 反應得到的SiO2,一部分沉積在顆粒表面形成保護膜,防止其進一步氧化,另一部分填充和封閉氣孔,使結構致密。如果SiC大量氧化,將使磚氧化層加厚,內部結構變得疏松。為了防止SiC氧化,加入金屬Si、Al粉等防氧化劑。Si粉氧化后生成SiO2,即Si+O2=SiO2,2SiO2+3Al2O3=3Al2O3·2SiO2(莫來石)。隨著Si加入量的增加,氧化層厚度減薄??墒羌尤肓砍^2%時,制品氣孔率上升,耐壓強度下降,這是由于過量SiO2造成二次莫來石化效應過大,伴隨體積膨脹過大,使結構疏松[6]。添加金屬Al粉,以金屬Al粉、Al2O3SiC混合粉,共磨混合,在制品燒成過程中,Al 1 000 ℃時氧化為Al2O3,SiC1 250 ℃時氧化為SiO2,Al2O3SiO21 400 ℃時開始反應形成莫來石[7]。單獨加入金屬SiAl,制品表面氧化層均較厚,一般大于5 mm。二者同時加入,表面氧化層厚度小于1 mm,一般在0.3 mm以下。因為Al·Si的低共熔點溫度低(577 ℃),在較低的溫度下產生液相,有利于物質擴散,降低反應生成溫度及增加生成量,提高制品強度,金屬Al粉還可以把Si粉和SiC粉表面的SiO2還原成Si,增強Si粉的反應活性。使其與Al2O3反應生成莫來石,阻止SiC氧化。 防止SiC氧化,也可以將高鋁粉、SiC粉結合粘土或硅質料共同磨細,使其高度均勻分散,并與高鋁顆粒均勻接觸。在SiC氧化生成SiO2Al2O3反應生成莫來石的同時,共磨粉里粘土或硅質料中過量的SiO2Al2O3反應生成莫來石,在SiC晶粒表面產生莫來石化效應,伴隨體積膨脹制品致密。而原料中TiO2、Fe2O3與過量SiO2共熔產生液相填充氣孔和封閉氣孔,防止空氣進入,阻止SiC氧化。制品表面氧化層小于0.3 mm。 制磚原料顆粒堆積密度也很重要。顆粒堆積緊密,氣孔少且小,滲入的氣體少,也能減輕氧化,同時能得到結構致密、強度高的制品。 原料的Fe2O3含量和破粉碎帶入的機械Fe也是影響SiC氧化的重要因素,反應如下: SiC+Fe2O3+O2=Fe2SiO4+CO 利用粘土加有機結合劑的制品,靠燒成溫度使制品燒結致密。利用化學結合劑,如磷酸鹽在42.5250 ℃脫水轉化為焦磷酸鹽,到265 ℃就由活潑狀態變為不活潑狀態,250450 ℃范圍內進一步脫水轉化為偏磷酸鹽,在320430 ℃時就形成膠結,在400~500 ℃就可以達到很高的粘結強度,加熱溫度超過700 ℃時偏磷酸鹽和焦磷酸鹽開始分解為正磷酸鹽(Al2O3·P2O5),P2O5開始逐漸升華,超過1 100 ℃時 ,P2O5揮發很快,隨著溫度的提高,將發生聚合、多縮聚合,以及膠結粘附等作用,同時形成陶瓷結合,使制品獲得強度和高溫性能。因此用化學結合劑的制品,較低燒成溫度就可以獲得高強度、高密度的制品。 按顯微結構硅莫磚主要由莫來石、剛玉、SiC及玻璃相組成,在顆粒交界處生成的為莫來石、玻璃相及SiC。莫來石呈柱狀、針狀形成相互交結的網絡結構,與周圍的顆粒緊密結合在一起,使制品有較高的強度。

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