Силициеви тухлиса огнеупорни-материали на киселинна основа, съставени основно от тридимит, кристобалит и малки количества остатъчен кварц и стъкло. Те предлагат силна устойчивост на киселинна -базирана шлака, но са податливи на корозия от алкална шлака и са уязвими на корозия от оксиди като Al₂O₃, K₂O и Na₂O. Тяхната огнеупорност при натоварване е висока, варираща от 1640 градуса до 1680 градуса, близо до точките на топене на тридимит и кристобалит (съответно 1670 градуса и 1713 градуса). Най-големият им недостатък е ниската им устойчивост на термичен шок, но огнеупорността им е подобна на огнеупорността им при натоварване. Те издържат на дългосрочна-използване при високи температури без деформация, което спомага за осигуряване на структурната здравина на зиданите конструкции по време на работа.
Силициевите тухли се използват предимно в преградни стени на камерите за карбонизация и горивните камери на коксовите пещи, както и в покривите или сводовете на ями за накисване, горещи доменни пещи, киселинни пещи с отворен{0}}огнище и стъкларски пещи. В технологията за производство на желязо новите технологии като директна редукция и редукция в стопилка постепенно се трансформират в производителни сили. В коксовата промишленост е разработен "формуван кокс", произведен без използване на коксова пещ, който може частично да замени традиционния кокс.
Силициевите огнеупорни тухли, като повечето синтеровани огнеупорни тухли, се произвеждат чрез полу-сух процес и се изпичат в тунелни пещи. Пукнатини, възникващи по време на производствения процес, са една от основните причини за високия процент на скрап.
Видове пукнатини в силициевите тухли
Пукнатините в силиконовите тухли могат да бъдат категоризирани като повърхностни пукнатини и вътрешни пукнатини, като последните са известни също като пукнатини на слоя. Повърхностните пукнатини се категоризират допълнително като напречни пукнатини, надлъжни пукнатини и мрежови пукнатини. Силициевите тухли се произвеждат чрез метод на полу-сухо пресоване-за създаване на плътни зелени тела. Пукнатини, възникващи по посока на натиск, приложен върху зеленото тяло, са напречни пукнатини, докато пукнатини, възникващи перпендикулярно на посоката на натиск, са вертикални пукнатини. Мрежовите пукнатини се състоят от няколко пукнатини, разпределени като паяжина върху повърхността на силициева тухла.
Обикновено, за стандартна силициева тухла, зеленото тяло се пресова през нейната дебелина. Процесът на формоване на огнеупорни тухли от силициев диоксид е по същество процес на уплътняване на частиците в заготовката и отстраняване на въздуха, като по този начин се образува плътна заготовка. След като бъдат машинно-пресовани, тухлите показват предимства като висока плътност, здравина, минимално свиване при сушене и изпичане и лесно контролирани размери на продукта. Въпреки това, ако процесът-на пресоване на машината е неправилно контролиран, по време на процеса на херметизиране в заготовката могат да се образуват ламелни пукнатини, перпендикулярни на посоката на натиска. Следователно ламеларните пукнатини или просто ламинациите в огнеупорните тухли от силициев диоксид също са надлъжни пукнатини.
Големите напластявания могат да бъдат открити веднага след оформянето или изсушаването на тухлите. Въпреки това, незначителните наслоявания в тухлите стават забележими едва след изпичане, тъй като те продължават да се разширяват поради термични напрежения по време на изпичане. Тухлите, съдържащи пукнатини, особено ламинациите, са склонни към счупване, което ги прави неизползваеми и намалява добива на продукти от силициеви тухли.
Основни мерки за образуване и предотвратяване на пукнатини в силициеви тухли
1. Машинно пресоване
Наслояванията в силициевите тухли се причиняват основно от неправилен контрол на процеса на-машинно пресоване и понякога се наричат пукнатини-на машинно пресоване. Суровините и заготовките от силициеви огнеупорни тухли се състоят от три фази на материята: твърдо вещество, вода или други свързващи вещества и въздух. По време на целия процес на механично компресионно формоване или пресоване на матрицата, количеството на твърдите и течните фази не се променя, докато количеството въздух в заготовката се компресира и намалява поради действието на налягането, а обемът на компресираната заготовка също намалява съответно. Процесът на пресоване на матрицата може грубо да се раздели на следните три етапа: (1) В първия етап, под действието на натиск, частиците в заготовката започват да се движат и преконфигурират в по-плътна купчина. Характеристиката на този процес е очевидното компресиране. Когато налягането се повиши до определена стойност, то преминава във втория етап. (2) Във втория етап частиците претърпяват крехка и еластична деформация. След като заготовката се компресира до известна степен, по-нататъшното компресиране е възпрепятствано. Когато налягането се увеличи и достигне външната сила, която кара частиците да се деформират отново, заготовката се-компресира отново и плътността на заготовката се увеличава съответно. Този етап е етап, при който компресията и налягането стават кратки и чести. (3) В третия етап, при граничното налягане, относителната плътност на заготовката е основно стабилна и трудно се увеличава. Пресоването на матрицата на тухлената заготовка е завършено. По време на процеса на пресоване, забавеното разширение на зеленото тяло, дължащо се на еластични последействия, трябва да се контролира до по-малко от 2%. Неспазването на това често води до отхвърляне на продукта по време на процеса на пресоване. Ако зеленото тяло образува "пластова плътност" по посока на приложеното налягане, с разлика в плътността, надвишаваща 2%, има вероятност да възникне слоесто напукване в зеленото тяло. Това води до неравномерно термично разширение по време на изпичане, което води до значително термично напрежение и образуване на надлъжни пукнатини, успоредни на слоевете за плътност, което води до отхвърляне на продукта.
По време на компресионното формоване налягането се използва за преодоляване на вътрешното триене между частиците, външното триене между частиците и стената на матрицата и деформацията на пресованото зелено тяло. С увеличаване на разстоянието от притискащата глава вътрешното налягане на зеленото тяло намалява.
Следователно, когато пресовате силициеви тухли, най-добре е да използвате къси форми с малко аспектно съотношение, а не високи форми с голямо аспектно съотношение, за да осигурите равномерно разпределение на налягането в зеленото тяло. В същото време някои пластификатори и повърхностноактивни вещества се въвеждат в заготовката за намаляване на вътрешното триене и загубите при предаване на налягането; покритията на формата са подобрени или смазани, за да се намали външното триене; дву-странното пресоване се използва за намаляване на L/D съотношението на заготовката; и множество херметизации, като се започне с леко и след това силно, се използват за предотвратяване на прекомерно натрупване на налягане в заготовката и елиминиране на еластичните последици. Тези мерки подобряват равномерността на налягането и плътността в заготовката. Това предотвратява висока плътност близо до повърхността на натиск и ниска плътност далеч от повърхността на натиск в заготовката от силициева тухла, като по този начин намалява образуването на плътност на слоя и пукнатини.
В допълнение, заготовките от силициеви тухли се приготвят чрез смесване на инертни материали, клинкер, прах от топкова мелница, минерализатор, отпадъчен разтвор от сулфитна целулоза и пластификатор. Подобряването на процеса на месене на заготовката също може да помогне за увеличаване на плътността на заготовката. От гледна точка на технологията на физическо смесване, движението на материали в една и съща фаза се нарича смесване, движението на материали в различни фази се нарича разбъркване, а смесването на течности и твърди вещества с висок-вискозитет се нарича смесване (месене и смесване). Чрез правилно месене фин прах може да бъде покрит около по-големи частици, като ефективно премахва газовете и увеличава плътността на тухлата, като по този начин намалява порьозността на тухлата.
2. Процес на изпичане
Синтероването на силициеви тухли е по същество поликристална трансформация на SiO2. Под действието на минерализатори суровината от силициев диоксид бавно се синтерува, като по същество се трансформира в тридимит и кристобалит, само с малко количество остатъчен кварц. По време на употреба силициевите огнеупорни тухли претърпяват общо разширяване на обема от 1,5% до 2,2% при нагряване до 1450 градуса. Това остатъчно разширение запечатва фугите на хоросана, осигурявайки добра плътност и структурна здравина в зидарията от силициева тухла. Освен това, тази поликристална трансформация на SiO2 диктува силициевите огнеупорни тухли да бъдат в центъра на наблюдението на огнеупорния материал по време на първоначалната фаза на изгаряне в пещта, като характеристиката е бавна и равномерна скорост на нагряване. Тъй като кристалната трансформация на - и -кристобалит в силициеви огнеупорни тухли е придружена от значителен обемен ефект в температурния диапазон от 150-300 градуса, трябва да се обърне специално внимание за бавно повишаване на температурата в този диапазон по време на изпичане в пещ.
Физическите и химичните промени, които настъпват по време на изпичането на силициеви тухли, могат да бъдат обобщени, както следва:
① Остатъчната влага в тухлите се отстранява под 150 градуса.
② Ca(OH)2 започва да се разлага между 450-550 градуса и завършва при 550 градуса. В този момент връзките между частиците от силициева тухла се разкъсват от действието на CaO и други вещества, което води до намаляване на здравината и крехка тухла.
③ При 550-650 градуса, -кварцовите тухли се трансформират в монокварц, което води до разширяване на обема.
④ При 600-700 градуса протича реакция в твърда фаза между CaO и SiO2, което увеличава здравината на тухлата.
⑤ При 800-1100 градуса в тухлите възниква реакция на течна-фаза, която бързо увеличава здравината на тухлата. Започвайки от 1100 градуса, скоростта на превръщане на кварца се увеличава значително и се образува кварц с ниска плътност, причинявайки значително разширяване на обема.
⑥ При 1300-1350 градуса, поради увеличаването на количеството тридимит и кристобалит, истинското специфично тегло на зеленото тяло намалява и обемното разширение се увеличава, което може да доведе до напукване.
⑦ При 1350-1470 градуса степента на преобразуване на кварца и произтичащото от това разширение са много големи. Само монокварц, метастабилен кристобалит, минерализатори и примеси взаимодействат, за да образуват течна фаза и нахлуват в кварцовите частици, за да образуват пукнатини, когато се образува метастабилен кристобалит, което насърчава непрекъснатото разтваряне на монокварц и метастабилен кристобалит в образуваната течна фаза, което го прави свръхнаситена стопилка от силиций и кислород и след това непрекъснато кристализира от стопилката под формата на стабилен тридимит. По това време, колкото по-голям е вискозитетът на течната фаза, толкова по-бърза е скоростта на преобразуване на силициева тухла и по-голяма е възможността за пукнатини в тухленото зелено тяло. Следователно, за да се предотврати промяната на кристалната форма на тухлата от силициев диоксид по време на процеса на изпичане, придружена от големи промени в обема, водещи до образуване на пукнатини, трябва да се вземат следните мерки при процеса:
(1) Контролирайте скоростта на нагряване на различни температурни диапазони на изпичане. Скоростта на нагряване трябва да се забави, когато температурата е по-ниска от 600 градуса. Скоростта на нагряване може да се ускори, когато температурата е между 600 градуса и 1000 градуса. Скоростта на нагряване трябва да е бавна, когато температурата е между 1100 градуса и 1300 градуса. Когато температурата е между 1300 градуса и температурата на изпичане (1430 градуса до 1450 градуса), скоростта на нагряване трябва да бъде най-бавна по време на процеса на изпичане. Когато изпечените силициеви тухли се охладят под 600 градуса, особено при 300 градуса, те трябва да се охлаждат бавно. Това може ефективно да буферира промяната на обема на кристалната трансформация, като повиши съдържанието на тридимит и кристобалит и избягва образуването на пукнатини.
(2) Трябва да се използва редуцираща атмосфера по време на високо-температурния етап на изпичане, който благоприятства минерализацията на ниско-валентен железен оксид и насърчава широко-производството на тридимит. В противен случай, в окислителна атмосфера, особено когато минерализаторът е недостатъчен, по-голямата част от -кварца се превръща в -кристобалит. Това преобразуване се нарича "сухо преобразуване". По време на сухо преобразуване, поради неравномерното обемно разширение на тухленото тяло и липсата на буферно напрежение в течната фаза, структурата на продукта ще се разхлаби и ще се напука. В същото време трябва да се извърши подходяща изолация при различни температурни етапи на изпичане на силициеви тухли, за да се гарантира, че силициевите тухли имат разумен фазов състав и отговарят на изискванията за употреба.
(3) Подобрете системата за зареждане на полуготовия продукт, за да намалите вероятността от пукнатини. Напречните пукнатини в силициевите огнеупорни тухли, т.е. пукнатините, успоредни на посоката на натиска на продукта, обикновено се причиняват от неравномерно нагряване на различните части на продукта по време на изпичане. Те се появяват най-вече върху-изложената на огън повърхност извън купчината тухли, особено повърхността на горния продукт. Мрежестите пукнатини по повърхността на силициевите огнеупорни тухли, в допълнение към микроскопичните неравности на самото зелено тяло поради неравномерно месене или промени в суровините, обикновено се причиняват от нагряването на продукта при твърде висока температура с големи колебания. При зареждане специални силиконови тухли трябва да се поставят вътре в кабината на пещта, а стандартните обикновени тухли трябва да се поставят извън кабината на пещта; изпъкналите части на тухлите със специална -форма или частите, склонни към пукнатини, трябва да бъдат поставени навътре; горната част на кабината на пещта трябва да бъде покрита с тънки тухли, за да се избегне директен удар от пламъка и т.н. В противен случай ще се появят повече пукнатини.
Пукнатините са основен фактор, влияещ върху добива и производителността на силициевата тухла. Овладяването на процесите на пресоване и изпичане е от ключово значение за предотвратяване на пукнатини в силициевите тухли. Теоретичните и действителните конверсии на суровините от силициев диоксид варират и графикът за изпичане трябва да се коригира в реално време въз основа на промените в суровините, типа тухла и други фактори. Подготовката и качеството на заготовките от силициеви тухли са важни, дори критични фактори. Само чрез стриктно контролиране на всяка стъпка от процеса могат да се произвеждат високо-силициеви тухли ефективно и с ниска консумация на енергия.
