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      硅磚在燒結過程中裂紋產生的原因及預防措施

      2019-08-31 作者:尚美

      硅磚的燒結實際上是SiO2的同質多晶轉變過程,硅石原料在礦化劑作用下,經緩慢燒成,基本上轉化為鱗石英、方石英,僅有少量殘余石英。硅磚在使用中加熱到1450℃時有1.5%~2.2%的總體積膨脹,這種殘余膨脹會使砌縫密合,有利于保證硅磚砌筑體呈現良好的緊密性和結構強度。而且這種SiO2的同質多晶轉變,決定了烤窯前期階段耐火材料監控的重點是硅磚,升溫速率以慢速均勻為特征。硅磚在150~300℃溫度范圍內,由于其中B、僅一方石英的晶型轉變伴隨較大的體積效應,在烤窯時應特別注意在此溫度范圍內進行緩慢升溫。

       

      石英轉變為鱗石英的轉化速度和程度,不僅與溫度的高低和礦化劑的存在有關,而且也與溫度的作用時間、原料的顆粒大小、轉化相結晶大小等因素有關。溫度高、高溫作用時間長、顆粒小、結晶小、礦化劑作用強,則轉化快,反之則慢。硅磚的主晶相為鱗石英和方石英,鱗石英熔點167O℃,具有較高的體積穩定性。如果硅磚中鱗石英呈矛頭狀雙晶形態相互交錯為網絡狀分布,能夠使硅磚具有較高的荷重軟化點及機械強度。當硅磚中殘余石英較多時,由于在使用中它會繼續進行晶型轉變,體積膨脹較大,會導致磚體結構松散開裂。硅磚在燒成過程中發生的物理一化學變化可歸納如下:

       

      ①<150℃排除磚坯的殘余水分。

      ②450~550℃時Ca(OH)2開始分解,550%分解完畢,此時硅磚顆粒之間的結合由于CaO等作用而破壞,強度下降,坯體變脆。

      ③550~650℃時,β一石英磚轉化為一石英,體積膨脹。

      ④600~700℃時,CaO與SiO2之間發生固相反應,坯體強度提高。

      ⑤800~1100℃時,磚坯出現液相反應,坯體強度迅速增加。從1100℃開始,石英的轉化速度大為增加,這時低比重石英變體,產生較大體積膨脹。

      ⑥1300~1350℃時,由于鱗石英和方石英數量增加,坯體真比重降低,同時體積膨脹加大有可能導致開裂。

      ⑦1350~1470℃時,石英的轉化程度和由此產生的膨脹很大,僅一石英、亞穩定方石英和礦化劑及雜質等相互作用形成液相,并侵入石英顆粒在形成亞穩定方石英時出現裂紋中,促進了一石英和亞穩定方石英不斷地熔解于所形成的液相中,使之成為硅氧的過飽和熔液,然后以穩定的鱗石英形態不斷地從熔液中結晶出來。此時液相粘度愈大,硅磚轉化速度愈快,磚坯產生裂紋可能性愈大。

       

      因此,為防止硅磚在燒成過程中發生晶型變化,伴隨較大的體積變化導致裂紋的形成,必須采取以下工藝措施:

      (1)要控制燒成不同溫度范圍的升溫速率。小于600℃,升溫速率放慢,600~1000℃時升溫速率可加快,1100~1300℃時升溫速率應緩慢,1300℃一燒成溫度(1430℃至1450℃)時,升溫速率應是燒成過程中最慢的。燒成后的硅磚冷卻時在600℃以下,特別在300℃時應緩慢。這樣可以有效緩沖晶型轉變的體積變化,使其鱗石英及方石英含量較高,并避免裂紋的形成。

      (2)應在高溫燒成階段采用還原氣氛,有利于低價氧化鐵的礦化作用和促進鱗石英大量生成。否則,在氧化氣氛下尤其礦化劑不足時,α一石英大多數轉化為α一方石英,這種轉變稱為“干轉化”。在干轉化時,由于磚體不均勻的體積膨脹很大,而又無液相緩沖應力,會導致制品結構松散和開裂。同時,應在硅磚燒成的不同溫度階段進行適當保溫,使硅磚具有合理相組成,滿足使用要求。

      (3)改善半成品裝車制度,降低裂紋發生的概率。硅磚的橫向裂紋,即平行于制品的加壓方向裂紋,通常為制品燒成時各部分受熱不均所致,它們多出現在磚垛外側的受火面,特別是頂層的制品表面。而硅磚表面網狀裂紋,除了由于捏練不勻或原料變化,使得坯體本身微觀不均勻的起因外,通常是由于制品受熱溫度過高且起伏較大所致。在裝車時,需要將特異型硅磚放置于窯車的內部,標準普通型磚裝在窯車的外部;異型磚的凸出部位或易出現裂紋的部位向里;窯車頂部要覆蓋一些薄片磚,以避免火焰的直接沖擊等措施,否則將會導致裂紋增多。

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