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硅磚為什么會膨脹?

添加時間:2021年7月12日  瀏覽次數:

硅磚在受熱過程中發生同質多晶轉變并伴隨由體積變化,荷重變形溫度高是硅磚的優異特性,接近鱗石英、方石英的熔點(1670℃、1713℃),波動在1640~1680℃間。在300℃以上至接近熔點(鱗石英或方石英)的這一區間硅磚體積穩定。在使用過程中,加熱到1450℃時約有1.5~2.2%的總體積膨脹,此種殘余膨脹會使砌縫密合,保證砌筑體有良好的氣密性和結構強度。硅磚最大的缺點是熱震穩定性低(水中熱交換約為1~4次),其次是耐火度不高(一般在1690~1730℃),這使其應用范圍收到了很大的局限。

一:硅磚的膨脹來自同質多晶轉變

SiO2在常壓下有七個變體和一個非晶型變體,及β—石英、α—石英、γ—石英、β—鱗石英、α—鱗石英、β—方石英、α—方石英和石英玻璃。上述各變體間的轉變可分為兩類:

第一類是石英、鱗石英、方石英之間的轉變。轉變時必須破壞原有晶體結構(Si—O鍵拆散),重新組成新的結構。即完成原子的重新排列。由于所需的活化能大,轉變溫度高而緩慢,并伴隨有較大的體積效應。

硅磚

第二類是上述變體中的α、β、γ型的轉變,由于他們在結構和性質等方面都很相似,轉變時只是結構畸變,Si—O鍵并未拆散,因此轉變是在一個確定溫度下發生,轉變塊,而且可逆的。此類變體間完成轉變所須時間是暫短的,在轉變溫度時,晶體表里瞬時完成轉變,這一變體只能在轉變溫度下共存。下表給出了SiO2在轉變時的體積變化

硅磚膨脹

二:硅磚的燒成膨脹

硅磚在燒成過程中發生相變,并有較大的體積變化,加上磚坯在燒成溫度下形成的溶液量較少(約10%左右),使其燒成較其它耐火制品困難的多。硅磚的燒成制度與磚坯在燒成過程中所發生的一系列物理化學變化,加入物的數量和性質,坯體的形狀大小以及燒成窯的特性等因素有關。

1. 硅磚在燒成過程中的物理化學變化,硅磚在燒成過程中按溫度順序有如下變化:在150℃以下從磚坯中排出殘余水分,在450℃時,Ca(OH)2開始分解;450~500℃時Ca(OH)2脫水完畢,硅石顆粒與石灰的結合破壞,坯體強度大為降低。在550~650℃范圍內,β—石英轉變為α—石英,由于轉變過程中伴有0.82%的體積膨脹,故石英晶體將出現密度不等的顯微裂紋。在600~700℃間,CaO與SiO2的固相反應開始,磚坯強度有所增加。從1100℃開始,石英的轉變速度大大增加,磚坯的比重也顯著下降,此時磚坯體積由于石英轉變為低比重變體而大為增加。雖然此時液相也在不斷地增加,但在1100~1200范圍內仍以產生裂紋。

2 硅質磚坯在加熱過程中產生體積變化,在不同溫度階段是不同的。按各類硅石坯體的變化特征可分為600℃以下、600~1100℃、1100~1250℃以及1250℃以上各階段。在500~600℃間猶豫β→α型石英轉變有顯著的膨脹。在700~800℃,因CaO與SiO2間有固相反應,呈顯微收縮。在1000~1100℃,由于液相生成,收縮較為顯著,自1200℃左右起,因石英轉變加速,坯體開始劇烈膨脹,起開始溫度與上漲趨勢,依原料類型有很大不同。

關鍵詞:硅磚   膨脹   變形   
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