3.4　半硅質(zhì)耐火材料

在硅酸鋁質(zhì)耐火材料制品中，當(dāng)Al2O3含量在15%～30%的范圍內(nèi)，SiO2含量大于65%時(shí)，為半硅質(zhì)耐火材料制品。

3.4.1　半硅質(zhì)耐火材料的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

半硅質(zhì)耐火材料制品的制磚工藝與黏土質(zhì)耐火材料制品基本相同。制造半硅質(zhì)耐火材料制品的原料是蠟石、砂質(zhì)黏土、酸性黏土和泡砂石等。這類原料的特點(diǎn)是Al2O3+TiO2的含量低于30%，含有大部分石英和少量CaO、MgO、R2O等雜質(zhì)。這類原料我國儲(chǔ)量非常豐富而且分布很廣，給制造半硅質(zhì)耐火材料制品提供了充足的原料條件。

蠟石磚的生產(chǎn)工藝和黏土磚制品相同，我國蠟石磚從半工業(yè)試驗(yàn)開始基本上是采用蠟石生料制磚，加入10%結(jié)合黏土配料，為了減少Fe2O3、K2O、Na2O等雜質(zhì)成分，有的制品加入5%結(jié)合黏土，或者采用全部蠟石配料。蠟石硬度小，采用輪碾機(jī)或反擊式破碎機(jī)破碎，就可以配料制磚。輪碾機(jī)破碎的蠟石顆粒呈圓形、表面光滑，制磚泥料容易達(dá)到緊密堆積，使制品的氣孔率較低，制磚泥料一般采用濕碾機(jī)混煉，每次混15～20min，用260t或300t摩擦壓磚機(jī)成型，倒焰窯或隧道窯燒成，燒成溫度通常為1300℃左右。在蠟石磚的生產(chǎn)過程中，為了提高成型效率，往往加入部分蠟石熟料或廢蠟石磚，采用全部蠟石配料，不加結(jié)合黏土，其配方為：0～3mm蠟石95%，0～1mm廢蠟石磚5%，用紙漿、糊精、糖蜜或水玻璃等做結(jié)合劑。在生產(chǎn)上要注意以下幾點(diǎn)。

①用蠟石原料制磚時(shí)，應(yīng)根據(jù)蠟石原料的化學(xué)礦物組成特點(diǎn)來確定其工藝要點(diǎn)。蠟石原料中的主要礦物是葉蠟石，含結(jié)構(gòu)水少，脫水失重只達(dá)5%～6%，而且脫水過程緩慢，脫水后仍保持原來的晶體結(jié)構(gòu)，故可采用生料直接制磚。生料制磚時(shí)，為改善其成型性能，提高成型效率，應(yīng)加入適當(dāng)?shù)南炇炝稀?/p>

②蠟石原料由于表面光滑、吸水率低并富有“韌性”，所以對(duì)水分的敏感性大，稍有偏高，成型磚坯就容易產(chǎn)生裂紋，故泥料水分應(yīng)嚴(yán)格控制。其次，泥料經(jīng)過困置，成型性能要好些。

③蠟石制品燒成溫度不高，應(yīng)控制在1320～1350℃。在600～800℃時(shí)，由于結(jié)構(gòu)水析出緩慢，止火冷卻時(shí)亦注意緩慢，不宜過快。

④由于蠟石硬度低，易產(chǎn)生粉塵，應(yīng)選擇合適的破粉碎設(shè)備。

3.4.2　半硅質(zhì)耐火材料的品種、性能與應(yīng)用

半硅質(zhì)耐火材料的主要品種為葉蠟石磚，其制品中含有一定數(shù)量的酸性物質(zhì)（石英變體），呈半酸性，其高溫性能與黏土制品相近。蠟石磚除耐火度較優(yōu)質(zhì)黏土磚低（波動(dòng)于1670～1710℃）之外，其他指標(biāo)均能達(dá)到黏土磚的國家標(biāo)準(zhǔn)。尤其是對(duì)使用溫度最有參考價(jià)值的荷重軟化開始溫度，蠟石磚的為1300～1430℃，明顯高于黏土磚。因此，凡是用黏土磚的地方，都可以用蠟石磚來替代。

蠟石磚制品的最大特點(diǎn)是在使用時(shí)略有膨脹，有利于保持砌體的整體性，能減弱熔渣對(duì)砌縫的侵蝕作用。另外，熔渣與磚面接觸后，能在磚面上形成1～2mm厚的、黏度很大的釉狀物（為SiO2含量較高的硅酸鹽熔融物），能阻礙熔渣向磚內(nèi)滲透，從而提高制品的抗熔渣侵蝕能力。

半硅質(zhì)耐火材料的性能主要如下。

（1）耐火度。半硅質(zhì)耐火材料制品中二氧化硅含量較高，耐火度可達(dá)1650～1710℃，接近于硅磚。

（2）荷重軟化溫度。在半硅質(zhì)耐火材料制品中，形成部分網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)，所以荷重軟化溫度比黏土質(zhì)耐火材料制品略高，可達(dá)1350～1450℃。

（3）熱震穩(wěn)定性。半硅質(zhì)耐火材料制品比黏土質(zhì)耐火材料制品的熱震穩(wěn)定性稍差，一般水冷次數(shù)為10次左右，原因是石英膨脹系數(shù)大，當(dāng)溫度急劇變化時(shí)，體積變化導(dǎo)致局部應(yīng)力集中。

（4）抗渣性。半硅質(zhì)耐火材料制品在化學(xué)性質(zhì)上屬于半酸性，所以抵抗酸性渣侵蝕的能力較強(qiáng)。

（5）重?zé)€變化。在半硅質(zhì)耐火材料制品中，由于二氧化硅的膨脹抵消了黏土的高溫收縮，所以體積穩(wěn)定，比黏土質(zhì)耐火材料制品的重?zé)€變化。

從上述特性可知，半硅質(zhì)耐火材料制品有較高的耐火度和荷重軟化溫度，原料來源廣泛，制磚工藝簡單，價(jià)格低廉。所以，通常將半硅質(zhì)耐火材料制品代替二、三等黏土質(zhì)耐火材料，應(yīng)用于各種工業(yè)窯爐無特殊要求的部位，效果不錯(cuò)。例如用于化鐵爐爐襯、鐵水包、煙道系統(tǒng)和燃煤燃燒室墻等。在鋼包內(nèi)使用葉蠟石磚具有不掛渣，整體性好的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是不耐侵蝕。鋼包用蠟石磚正向著低堿、高SiO2的方向發(fā)展，以提高制品的耐火度、荷重軟化溫度和抗熱震性能。同時(shí)，還在磚的基質(zhì)中添加鋯英石、石墨、碳化硅、氮化硅或Sialon等，以提高制品的抗侵蝕性能，延長其使用壽命。

水泥窯用耐堿磚也是一種蠟石磚，該制品在水泥窯內(nèi)受堿侵蝕后，磚表面形成長石的保護(hù)釉層，使其抵抗堿的侵蝕性良好。

蠟石磚制造工藝簡單、價(jià)格便宜、透氣性小、荷重軟化點(diǎn)較高，高溫使用略有膨脹性，對(duì)CO氣穩(wěn)定性強(qiáng)，廣泛用于各種爐窯的底部、煙道、火箱、沖天爐、鐵水包，化鐵爐的內(nèi)襯、釉磚、流鋼磚、玻璃熔窯的拱頂、胸墻、噴火口、拱腳、蓄熱寶格子磚，玻璃纖維用坩堝鑲磚，化鐵回轉(zhuǎn)爐，精煉有色金屬的氯化爐內(nèi)襯，盛鋼桶內(nèi)座磚、水口磚，步進(jìn)式加熱爐底等，以及其他爐窯溫度不太高的部位，受到強(qiáng)堿性之外其他化學(xué)作用的部位，或者受磨損作用的部位。近年來，日本很重視蠟石質(zhì)盛鋼桶底磚的研究，認(rèn)為高硅低堿蠟石磚荷重軟化點(diǎn)高，與渣的接觸反應(yīng)少，取得了好的使用效果。表3-12列出了一些典型蠟石磚的理化指標(biāo)。