硅莫磚 硅莫紅磚 硅莫耐磨磚

硅莫磚，有“耐磨磚”的別稱，又叫GM高耐磨磚，耐磨系數(shù)高，就其物相成分來(lái)講為碳化硅—莫來(lái)石制品，故簡(jiǎn)稱硅莫磚。硅莫磚具有耐高溫、抗侵蝕、抗磨損特性，這個(gè)叫法大多在建材行業(yè)，其他行業(yè)一般稱為高鋁碳化硅磚、三氧化二鋁—碳化硅磚。

近年來(lái)，硅莫磚在水泥回轉(zhuǎn)窯上的應(yīng)用得到快速發(fā)展，特別是新型干法窯和窯的大型化，窯的轉(zhuǎn)速、窯內(nèi)熱應(yīng)力強(qiáng)度大幅度提高，對(duì)耐火材料的材質(zhì)、理化性能提出了新的更高要求。因此水泥回轉(zhuǎn)窯除燒成帶在其所掛窯皮的保護(hù)下尚在使用鎂鋁尖晶石和鎂鐵尖晶石外，次燒成帶、過(guò)渡帶、冷卻帶在使用硅莫磚后，效果明顯好于其它制品。

眾所周知，碳化硅耐火度高，在還原氣氛中到2600 ℃一直是穩(wěn)定的;硬度大(莫氏硬度9～9.5)，僅次于金剛石;熱導(dǎo)率高(至500 ℃時(shí) 達(dá)64.4 W/m·K，到875 ℃時(shí)達(dá)41.4 W/m·K)，熱 膨脹系數(shù)比較小(5.0×10-6/c)。碳化硅為共價(jià)健結(jié)合。不存在通常所說(shuō)的燒結(jié)性，而靠化學(xué)反應(yīng)生成新相達(dá)到燒結(jié)，即反應(yīng)燒結(jié)。因此碳化硅制品按結(jié)合相不同分為粘土結(jié)合、莫來(lái)石結(jié)合、二氧化硅結(jié)合、Si2N2O結(jié)合、Si3N4結(jié)合、Sia/on結(jié)合等碳化硅制品。

這些復(fù)相耐火材料的特點(diǎn)是常溫和高溫強(qiáng)度比單一氧化物材料高，抗氧化性能比單一SiC好，而這些 復(fù)相材料的氧化屬于保護(hù)性氧化，材料表層的SiC 氧化為SiO2，在材料表面逐漸形成保護(hù)層，阻礙了氧化向制品內(nèi)部進(jìn)一步滲透。這些復(fù)相制品燒成溫度較單一氧化物制品低，而制品強(qiáng)度卻高。在我國(guó)研究比較多的是純剛玉SiC制品，其次是剛玉莫來(lái)石制品，剛玉硬度大(莫氏硬度為9.0～9.2)， 耐磨性好，但結(jié)合強(qiáng)度不如莫來(lái)石剛玉制品。含SiC復(fù)相材料的強(qiáng)度指標(biāo)取決于結(jié)合相，也可以說(shuō)是制品燒成時(shí)的二次莫來(lái)石化程度。純剛玉SiC制品，靠SiC氧化產(chǎn)生的SiO2與基質(zhì)中的Al2O3反應(yīng)形成莫來(lái)石結(jié)合，據(jù)我們多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)：SiC加入量10%～15%綜合指標(biāo)較好，SiC加入過(guò)量，不利于成型，坯體性能下降。而且還要盡量保護(hù)SiC不被氧化，發(fā)揮SiC在制品中的作用，提高制品熱震穩(wěn)定性、耐磨性等指標(biāo)。因此純剛玉SiC制品靠SiC氧化而形成的二次莫來(lái)石有限，燒成溫度也高，要靠添加金屬Si、Al粉等添加物來(lái)實(shí)現(xiàn)二次莫來(lái)石化。純剛玉及添加物成本較高，制品的成本與使用壽命不成正比。我國(guó)的特等和一等高鋁熟料主要由剛玉莫來(lái)石及少量玻璃相組成，它構(gòu)成硅莫磚的骨架，基質(zhì)由SiC、 Al2O3、SiO2質(zhì)材料構(gòu)成。二次莫來(lái)石化效應(yīng)是由碳化硅氧化產(chǎn)生的SiO2與Al2O3反應(yīng)產(chǎn)生。燒成過(guò)程發(fā)生下列反應(yīng)： SiC+O2 = SiO+CO 2SiO+O2=2SiO2 2CO+O2=2CO2 反應(yīng)得到的SiO2，一部分沉積在顆粒表面形成保護(hù)膜，防止其進(jìn)一步氧化，另一部分填充和封閉氣孔，使結(jié)構(gòu)致密。如果SiC大量氧化，將使磚氧化層加厚，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松。為了防止SiC氧化，加入金屬Si、Al粉等防氧化劑。Si粉氧化后生成SiO2，即Si+O2=SiO2， 2SiO2+3Al2O3=3Al2O3·2SiO2(莫來(lái)石)。隨著Si加入量的增加，氧化層厚度減薄。可是加入量超過(guò)2%時(shí)，制品氣孔率上升，耐壓強(qiáng)度下降，這是由于過(guò)量SiO2造成二次莫來(lái)石化效應(yīng)過(guò)大，伴隨體積膨脹過(guò)大，使結(jié)構(gòu)疏松。添加金屬Al粉，以金屬Al粉、Al2O3和SiC混合粉，共磨混合，在制品燒成過(guò)程中，Al在1000 ℃時(shí)氧化為Al2O3，SiC在1 250 ℃時(shí)氧化為SiO2，Al2O3和SiO2在1 400 ℃時(shí)開始反應(yīng)形成莫來(lái)石。單獨(dú)加入金屬Si或Al，制品表面氧化層均較厚，一般大于5 mm。二者同時(shí)加入，表面氧化層厚度小于1 mm，一般在0.3 mm以下。因?yàn)锳l·Si的低共熔點(diǎn)溫度低(577 ℃)，在較低的溫度下產(chǎn)生液相，有利于物質(zhì)擴(kuò)散，降低反應(yīng)生成溫度及增加生成量，提高制品強(qiáng)度，金屬Al粉還可以把Si粉和SiC粉表面的SiO2還原成Si，增強(qiáng)Si粉的反應(yīng)活性。使其與Al2O3反應(yīng)生成莫來(lái)石，阻止SiC氧化。為防止SiC氧化，也可以將高鋁粉、SiC粉結(jié)合粘土或硅質(zhì)料共同磨細(xì)，使其高度均勻分散，并與高鋁顆粒均勻接觸。在SiC氧化生成SiO2與Al2O3反應(yīng)生成莫來(lái)石的同時(shí)，共磨粉里粘土或硅質(zhì)料中過(guò)量的SiO2與Al2O3反應(yīng)生成莫來(lái)石，在SiC晶粒表面產(chǎn)生莫來(lái)石化效應(yīng)，伴隨體積膨脹制品致密。而原料中TiO2、Fe2O3與過(guò)量SiO2共熔產(chǎn)生液相填充氣孔和封閉氣孔，防止空氣進(jìn)入，阻止SiC氧化。制品表面氧化層小于0.3 mm。制磚原料顆粒堆積密度也很重要。顆粒堆積緊密，氣孔少且小，滲入的氣體少，也能減輕氧化，同時(shí)能得到結(jié)構(gòu)致密、強(qiáng)度高的制品。 原料的Fe2O3含量和破粉碎帶入的機(jī)械Fe也是影響SiC氧化的重要因素，反應(yīng)如下： SiC+Fe2O3+O2=Fe2SiO4+CO 利用粘土加有機(jī)結(jié)合劑的制品，靠燒成溫度使制品燒結(jié)致密。利用化學(xué)結(jié)合劑，如磷酸鹽在42.5～250 ℃脫水轉(zhuǎn)化為焦磷酸鹽，到265 ℃就由活潑狀態(tài)變?yōu)椴换顫姞顟B(tài)，250～450℃范圍內(nèi)進(jìn)一步脫水轉(zhuǎn)化為偏磷酸鹽，在320～430 ℃時(shí)就形成膠結(jié)，在400～500 ℃就可以達(dá)到很高的粘結(jié)強(qiáng)度，加熱溫度超過(guò)700 ℃時(shí)偏磷酸鹽和焦磷酸鹽開始分解為正磷酸鹽(Al2O3·P2O5)，P2O5開始逐漸升華，超過(guò)1100 ℃時(shí)，P2O5揮發(fā)很快，隨著溫度的提高，將發(fā)生聚合、多縮聚合，以及膠結(jié)粘附等作用，同時(shí)形成陶瓷結(jié)合，使制品獲得強(qiáng)度和高溫性能。因此用化學(xué)結(jié)合劑的制品，較低燒成溫度就可以獲得高強(qiáng)度、高密度的制品。 按顯微結(jié)構(gòu)硅莫磚主要由莫來(lái)石、剛玉、SiC及玻璃相組成，在顆粒交界處生成的為莫來(lái)石、玻璃相及SiC。莫來(lái)石呈柱狀、針狀形成相互交結(jié)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與周圍的顆粒緊密結(jié)合在一起，使制品有較高的強(qiáng)度。

硅莫磚的技術(shù)性能隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步，其制品的質(zhì)量得到顯著提高，技術(shù)性能也有大幅度提高。為了適應(yīng)水泥回轉(zhuǎn)窯不同部位的使用條件，硅莫磚也由過(guò)去的單一牌號(hào)發(fā)展為多個(gè)牌號(hào)，具有代表性的理化指標(biāo)見下表：

硅莫磚理化指標(biāo)

硅莫磚與其它耐火制品相比較具有：(1)制品結(jié)構(gòu)致密，耐磨性好。 硅莫磚主晶相由硬度高的礦物剛玉(莫氏硬度 9.0～9.2)、碳化硅(莫氏硬度9.0～9.5)、莫來(lái)石 (莫氏硬度7.0～7.5)組成。制品結(jié)構(gòu)致密度高， 體積密度普遍在2.5～2.7 g/cm3。耐火材料的常溫耐磨性能取決于其強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的致密性，強(qiáng)度和致密度高的材料，耐磨性能較好。水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯長(zhǎng)期受物料的滾動(dòng)磨擦，磨損是耐火材料內(nèi)襯損毀的主要原因之一。硅莫磚的致密度、強(qiáng)度及耐磨性顯著優(yōu)于抗剝落高鋁磚及鎂鋁尖晶石磚。硅莫磚在水泥回轉(zhuǎn)窯次燒成帶、過(guò)渡帶等部位使用效果好，可以說(shuō)耐磨性好起到了很重要的作用。(2)荷重軟化溫度高，高溫性能好。硅莫磚的荷重軟化溫度都在1450 ℃以上， 高的達(dá)1 650 ℃以上。使用部位不同，磚面溫度不同，次燒成帶、前過(guò)渡帶溫度達(dá)1400 ℃左右，高于燒成帶磚面溫度(因燒成帶有窯皮保護(hù)，磚面溫度為900～1 000 ℃)。因此次燒成帶、前過(guò)渡帶可選擇GM-1680牌號(hào)，而后過(guò)渡帶、冷卻帶等溫度較低部位可選擇GM-1650、分解爐可選擇GM-1550等牌號(hào)。就這些磚的荷重軟化溫度指標(biāo)也都超過(guò)經(jīng)常使用的抗剝落高鋁磚和磷酸鹽高鋁磚 (荷重軟化溫度為1 300～1 520 ℃)。 硅莫磚由于本身結(jié)構(gòu)致密，特別磚面形成連續(xù)的SiO2致密層，阻止熔融物質(zhì)滲透，加之Al2O3、SiC、SiO2化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與窯內(nèi)產(chǎn)生的SO2、O2、CO2等氣體發(fā)生劇烈反應(yīng)，不與水泥物料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，因此抗侵蝕能力較強(qiáng)。其次是硅莫磚的熱震穩(wěn)定性好。由于硅莫磚中含有一定量 的SiC，眾所周知，SiC熱導(dǎo)率高，熱膨脹系數(shù)比較小，使制品的熱震穩(wěn)定性顯著提高，1100 ℃水冷試驗(yàn)都在10次以上，最高達(dá)36次，因此水泥回轉(zhuǎn)窯用硅莫磚不剝落、不斷裂，能顯著提高使用壽命。 (3)降低窯體溫度，隔熱性能好。硅莫磚的熱導(dǎo)率〔2.3～2.5 W/(m·K)〕，較堿性制品〔2.69～2.74 W/(m·K)〕低，因此硅莫磚的隔熱效果比較好。在大型回轉(zhuǎn)窯的次燒成帶、過(guò)渡帶、預(yù)熱帶、窯尾、三次風(fēng)管、分解爐等部位用硅莫磚，與堿性磚相比，筒體表面溫度降低100 ℃以上。硅莫磚的耐壓強(qiáng)度和荷度軟化溫度明顯高于抗剝落高鋁磚， 其熱震穩(wěn)定性、抗腐蝕性、耐磨性好、熱導(dǎo)率不高，正是后過(guò)渡帶工藝特性所要求的，使用壽命是抗剝落高鋁磚的1.5～2倍。耐磨性好更適合冷卻帶，使用壽命可達(dá)兩年以上，是高鋁磚壽命的3～5倍。 現(xiàn)在已經(jīng)按回轉(zhuǎn)窯不同段帶的使用條件，應(yīng)用不同牌號(hào)性能不同的硅莫磚。 此外，高鋁碳化硅磚在鋼鐵、有色金屬、化工等部門也廣泛應(yīng)用。

選用優(yōu)質(zhì)高鋁礬土熟料與碳化硅為主要原料，按照一般耐火磚的工藝流程，生產(chǎn)的硅莫磚具有耐磨損、抗熱震、抗侵蝕等優(yōu)良高溫性能，被廣泛應(yīng)用在水泥回轉(zhuǎn)窯的次燒成帶、過(guò)渡帶、冷卻帶、三次風(fēng)管、分解爐等部位，可代替原來(lái)使用的鎂鉻磚、尖晶石磚、抗剝落高鋁磚、磷酸鹽結(jié)合高鋁磚，并且使用壽命提高了3～4倍。