CN102167606A

CN102167606A - 一种硅砖及其制备方法

Info

Publication number: CN102167606A
Application number: CN2011100237583A
Authority: CN
Inventors: 顾华志; 朱晶晶; 彭耐
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2011-08-31

Abstract

本发明具体涉及一种硅砖及其制备方法。其技术方案是：将55～75wt％的硅石骨料、17～32wt％的硅石细粉、2～8wt％的硅微粉和2～6wt％的矿化剂混合，外加上述混合料0.5～4wt％的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25～35℃/h的升温速率升温至1000～1400℃，保温8～10h，制得硅砖。本发明制备工艺简单、生产成本低、烧成温度较低和环保节能，所制备的硅砖在烧成过程中能够生成大量的鳞石英，具有荷重软化点高，残余石英少，体积变化小，致密度高、强度高的特点。

Description

一种硅砖及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域。具体涉及一种硅砖及其制备方法。

背景技术

硅砖是SiO₂含量在93％以上的酸性耐火材料，具有荷重软化点高、高温下体积膨胀小，耐酸性渣侵蚀的特点，主要用在焦炉、玻璃熔窑和有色金属冶炼工业中。

硅质耐火材料的主要缺点是，由于二氧化硅的多晶转变导致较大的体积变化，使其在600℃以下的抗热震性差，且成品率低；其次是耐火度不高，这限制了硅砖的广泛应用。

各种晶型转变在硅砖烧成及冷却过程中进行，伴随着很大的体积效应，使砖内发生应力，导致破裂，加上砖坯在烧成温度下形成的熔液量较少，SiO₂由石英向鳞石英的转变过程缓慢，因此硅砖的烧成比其它耐火材料困难得多。由于硅质耐火材料的最高烧成温度高达1380～1450℃，且烧成时间长，一般波动于20～48小时，需要消耗大量的资源。硅石原料中的SiO₂在烧成过程中会挥发，对环境及大气造成严重污染。

直到上世纪70年代末期，我国焦炉硅砖的研究与生产水平还较低，主要体现在：质量指标不稳定，真密度大，鳞石英含量低，杂质与残余石英的含量高等，从而影响了焦炉硅砖的使用性能。20世纪末期，在山西硅砖厂和河南洛阳耐火材料厂生产出鳞石英60～70％左右，残余石英＜1％的焦炉用硅砖，但是与国外水平相比鳞石英含量仍然较低。

在制备高质量焦炉硅砖方面，近年也有一些发展，如文献“提高焦炉硅砖质量的途径”(张慧荣，耐火材料，1998，32(4)：222～224)、“高致密耐火材料的生产与性能研究”(王立平，耐火与石灰，2009，34(3)：15～18)和“纳米复合硅砖及其制备方法”(CN101265073)专利技术。虽然上述文献和专利均不同程度将硅砖中的磷石英含量提高至70～80％，改善了硅砖的性能，但烧成温度较高，烧成时间最高达到72h，耗费大量资源，制备工艺复杂，生产成本也较高，不适于工业生产。

发明内容

本发明的任务在于提供一种工艺简单，生产成本低、烧成温度较低和环保节能的硅砖制备方法，用该方法制备的硅砖荷重软化点高、致密度好和强度高。

为完成上述任务，本发明采用的技术方案是：将55～75wt％的硅石骨料、17～32wt％的硅石细粉、2～8wt％的硅微粉和2～6wt％的矿化剂混合，外加上述混合料0.5～4wt％的亚硫酸纸浆

废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25～35℃/h的升温速率升温至1000～1400℃，保温8～10h，制得硅砖。

在上述技术方案中：硅石骨料的SiO₂含量≥98wt％，硅石骨料的颗粒级配是：3～1mm的颗粒为55～65wt％，1mm以下的颗粒为35～45wt％；硅石细粉的SiO₂含量≥98wt％，硅石细粉的粒径≤0.088mm；硅微粉的SiO₂含量为90～98wt％，硅微粉的粒径≤10μm；矿化剂为石灰乳与FeO的混合物，其中：FeO为20～40wt％，石灰乳为60～80wt％；压制成型的压力为100～120MPa。

由于采用上述技术方案，本发明将硅微粉添加到硅砖中，硅微粉属于无定形的玻璃态结构，具有析晶倾向，能够在较低的温度下析出过热的α-石英，转变为亚稳方石英，在液相存在的情况下，石英和亚稳方石英不断地溶解入液相，析出具有稳定结构的α-鳞石英；而且硅微粉粒子超细、比表面积大、表面能高和反应活性大，有利于加快石英向亚稳方石英转变的速度，促进SiO₂晶型转变为稳定的鳞石英结构，降低硅砖的烧成温度；硅微粉中含有的少量杂质在烧成过程中会形成液相，提高烧结推动力，增加烧结致密度，提高硅砖的高温力学性能和热学性能。

因此，本发明制备工艺简单、生产成本低、烧成温度较低和环保节能，所制备的硅砖在烧成过程中能够生成大量的鳞石英，具有荷重软化点高，残余石英少，体积变化小，致密度高，强度高的特点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：

在本具体实施方式中：硅石骨料的SiO₂含量≥98wt％，硅石骨料的颗粒级配是：3～1mm的颗粒为55～65wt％，1mm以下的颗粒为35～45wt％；硅石细粉的SiO₂含量≥98wt％，硅石细粉的粒径≤0.088mm；硅微粉的SiO₂含量为90～98wt％，硅微粉的粒径≤10μm；矿化剂为石灰乳与FeO的混合物，其中：FeO为20～40wt％，石灰乳为60～80wt％；压制成型的压力为100～120MPa。以下实施例中不再赘述。

实施例1一种硅砖及其制备方法

先将55～60wt％的硅石骨料、28～32wt％的硅石细粉、6～8wt％的硅微粉和4～6wt％的矿化剂混合，外加上述混合料0.5～1.5wt％的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25～35℃/h的升温速率升温至1000～1250℃，保温8～10h，制得硅砖。

本实施例1中所制备的硅砖经检测：110℃干燥后，显气孔率为20～22％，耐压强度为48～60MPa；1000～1250℃烧后耐压强度为70～88MPa，真密度为2.32～2.34g/cm³，0.2MPa荷重软化开始温度1680～1692℃，耐火度1710～1715℃。

实施例2

一种硅砖及其制备方法。先将58～63wt％的硅石骨料、25～30wt％的硅石细粉、5～7wt％的硅微粉、4～6wt％的矿化剂混合，外加上述混合料1～2wt％的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25～35℃/h的升温速率升温至1150～1300℃，保温8～10h，制得硅砖。

本实施例2中所制备的硅砖经检测：110℃干燥后，显气孔率为18～21％，耐压强度为55～68MPa；1150～1300℃烧后耐压强度为86～105MPa，真密度为2.31～2.34g/cm³，0.2MPa荷重软化开始温度1690～1698℃，耐火度1715～1722℃。

实施例3

一种硅砖及其制备方法。先将62～66wt％的硅石骨料、24～28wt％的硅石细粉、4～6wt％的硅微粉和3～5wt％的矿化剂混合，外加上述混合料1.5～2.5wt％的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25～35℃/h的升温速率升温至1250～1400℃，保温8～10h，制得硅砖。

本实施例3中所制备的硅砖经检测：110℃干燥后，显气孔率为19.5～22％，耐压强度为48～62MPa；1250～1400℃烧后耐压强度为75～92MPa，真密度为2.32～2.35g/cm³，0.2MPa荷重软化开始温度1685～1695℃，耐火度1714～1720℃。

实施例4

一种硅砖及其制备方法。先将65～69wt％的硅石骨料、21～25wt％的硅石细粉、3～5wt％的硅微粉和3～6wt％的矿化剂混合，外加上述混合料2～3wt％的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25～35℃/h的升温速率升温至1200～1300℃，保温8～10h，制得硅砖。

本实施例4中所制备的硅砖经检测：110℃干燥后，显气孔率为20.5～23％，耐压强度为50～64MPa；1200～1300℃烧后耐压强度为78～90MPa，真密度为2.33～2.35g/cm³，0.2MPa荷重软化开始温度1686～1692℃，耐火度1712～1718℃。

实施例5

一种硅砖及其制备方法。先将68～72wt％的硅石骨料、18～23wt％的硅石细粉、3～5wt％的硅微粉和2～5wt％的矿化剂混合，外加上述混合料2.5～3.5wt％的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25～35℃/h的升温速率升温至1300～1400℃，保温8～10h，制得硅砖。

本实施例5中所制备的硅砖经检测：110℃干燥后，显气孔率为21.5～23％，耐压强度为48～65MPa；1300～1400℃烧后耐压强度为75～89MPa，真密度为2.32～2.34g/cm³，0.2MPa荷重软化开始温度1682～1690℃，耐火度1712～1718℃。

实施例6

一种硅砖及其制备方法。先将71～75wt％的硅石骨料、17～20wt％的硅石细粉、2～5wt％的硅微粉和2～5wt％的矿化剂混合，外加上述混合料3～4wt％的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25～35℃/h的升温速率升温至1100～1250℃，保温8～10h，制得硅砖。

本实施例6中所制备的硅砖经检测：110℃干燥后，显气孔率为22～23.5％，耐压强度为47～63MPa；1100～1250℃烧后耐压强度为72～85MPa，真密度为2.33～2.35g/cm³，0.2MPa荷重软化开始温度1684～1695℃，耐火度1713～1719℃。

本具体实施方式将硅微粉添加到硅砖中，硅微粉属于无定形的玻璃态结构，具有析晶倾向，能够在较低的温度下析出过热的α-石英，转变为亚稳方石英，在液相存在的情况下，石英和亚稳方石英不断地溶解入液相，析出具有稳定结构的α-鳞石英；而且硅微粉粒子超细、比表面积大、表面能高和反应活性大，有利于加快石英向亚稳方石英转变的速度，促进SiO₂晶型转变为稳定的鳞石英结构，降低硅砖的烧成温度；硅微粉中含有的少量杂质在烧成过程中会形成液相，提高烧结推动力，增加烧结致密度，提高硅砖的高温力学性能和热学性能。

因此，本具体实施方式制备工艺简单、生产成本低、烧成温度较低和环保节能，所制备的硅砖经检测：110℃干燥后，显气孔率为18～23.5％，耐压强度为47～68MPa；1000～1400℃烧后耐压强度为70～105MPa，真密度为2.31～2.35g/cm³，0.2MPa荷重软化开始温度1680～1698℃，耐火度1710～1722℃。该硅砖在烧成过程中能够生成大量的鳞石英，具有荷重软化点高，残余石英少，体积变化小，致密度高，强度高的特点。

Claims

1.一种硅砖的制备方法，其特征在于将55～75wt％的硅石骨料、17～32wt％的硅石细粉、2～8wt％的硅微粉和2～6wt％的矿化剂混合，外加上述混合料0.5～4wt％的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25～35℃/h的升温速率升温至1000～1400℃，保温8～10h，制得硅砖。

2.根据权利要求1所述的硅砖的制备方法，其特征在于所述的硅石骨料的SiO₂含量≥98wt％；硅石骨料的颗粒级配是：3～1mm的颗粒为55～65wt％，1mm以下的颗粒为35～45wt％。

3.根据权利要求1所述的硅砖的制备方法，其特征在于所述的硅石细粉的SiO₂含量≥98wt％，硅石细粉的粒径≤0.088mm。

4.根据权利要求1所述的硅砖的制备方法，其特征在于所述的硅微粉的SiO₂含量为90～98wt％，硅微粉的粒径≤10μm。

5.根据权利要求1所述的硅砖的制备方法，其特征在于所述的矿化剂为石灰乳与FeO的混合物，其中：FeO为20～40wt％，石灰乳为60～80wt％。

6.根据权利要求1所述的硅砖的制备方法，其特征在于所述的压制成型的压力为100～120MPa。

7.根据权利要求1～6项中任一项所述的硅砖的制备方法所制备的硅砖。