硅磚主要用于煉焦?fàn)t的炭化室和燃燒室的隔墻，均熱爐、熱風(fēng)爐、酸性平爐和玻璃窯爐的爐頂或拱頂?shù)炔课?。硅磚制品的裂紋可分為表面裂紋和內(nèi)部裂紋，后者也稱為層裂。表面裂紋又分為橫向裂紋、縱向裂紋和網(wǎng)狀裂紋。參見圖1。

圖1  硅磚表面裂紋類型

通常，就一塊標(biāo)準(zhǔn)型硅磚而言，其坯體加壓方向一般為厚度方向。硅磚成型過程，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)使坯料內(nèi)顆粒密集和空氣排出、形成致密坯體的過程。磚坯經(jīng)壓力機(jī)壓成型后，具有密度高、強(qiáng)度大、干燥收縮和燒成收縮小、制品尺寸容易控制等優(yōu)點(diǎn)。但是，當(dāng)機(jī)壓成型工藝控制不當(dāng)，坯體在加壓過程中會(huì)形成的垂直于加壓方向的層狀裂縫，因此，硅磚內(nèi)部的層狀裂縫或者簡稱層裂，亦是縱向裂紋。

大的層裂在磚坯剛成型，或磚坯干燥后就可檢測(cè)出來。但磚坯中微小層裂，只有在硅磚燒成過程中隨熱應(yīng)力的作用繼續(xù)擴(kuò)展，才能在燒后明顯地被檢測(cè)出來。因此壓力機(jī)硅磚成型環(huán)節(jié)尤為重要，硅磚的層裂主要由于機(jī)壓成型工藝控制不當(dāng)造成，所以有時(shí)也稱之為機(jī)壓裂紋。

硅磚的坯料和磚坯，都是由固體、水或其它結(jié)合劑和空氣三相物質(zhì)共同組成的。在整個(gè)機(jī)壓成型或稱為模壓成型過程中，固相和液相量沒有改變，而坯料中空氣的數(shù)量則由于壓力的作用被壓縮和減少，被壓縮的坯料容積亦相應(yīng)減少。

由于模壓成型時(shí)，壓力用于克服顆粒之間的內(nèi)摩擦力，顆粒與模壁之間的外摩擦力以及被壓坯料的變形，隨著離開壓頭距離的增加，坯料內(nèi)部壓力減少。依據(jù)壓制坯體均勻程度的表達(dá)式：

等式(1)中，β為坯體壓制均勻度，P為坯體表面壓力，Pn為坯體內(nèi)部壓力，L為坯體長度，D為坯體承壓直徑，k為與坯體物性相關(guān)的系數(shù)。

因此，硅磚成型時(shí)宜用長徑比小的短模，不宜采用長徑比大的高模，來提高坯體內(nèi)壓力分布的均勻性，參見圖3。同時(shí)，采取向坯料中引入某些塑化劑及表面活性劑，降低坯料內(nèi)摩擦，減少壓力傳遞損失;提高模具的光潔度或?qū)δＷ油坑?，降低坯料外摩?采用雙面壓制，降低坯體L/D比值;采用多次加壓，先輕后重方式，避免磚坯內(nèi)壓力不致積蓄過大及消除彈性后效等技術(shù)措施，提高磚坯內(nèi)部壓力與密度的均勻性。從而，避免硅磚坯體中距受壓面近的地方密度大，距受壓面遠(yuǎn)的地方密度小，以減少層密度形成導(dǎo)致裂紋缺陷的產(chǎn)生。

圖3   磚坯壓力分布（a）短模，（b）高模

此外，硅磚坯料是由骨料、熟料、球磨粉、礦化劑、亞硫酸紙漿廢液及增塑劑經(jīng)混練制備而成，改善坯料的捏練工藝，也有助于提高磚坯的密度。通過合理捏練，可以完成細(xì)粉對(duì)大顆粒的包覆，有效排除氣體，提高坯料致密化程度，從而降低磚坯氣孔率，參見圖4。

圖4  坯料捏煉時(shí)間及加壓次數(shù)與磚坯氣孔率關(guān)系

燒成工藝

硅磚的燒結(jié)實(shí)際上是SiO2的同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變過程，硅石原料在礦化劑作用下，經(jīng)緩慢燒成，基本上轉(zhuǎn)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(shí)有1.5%～2.2%的總體積膨脹，這種殘余膨脹會(huì)使砌縫密合，有利于保證硅磚砌筑體呈現(xiàn)良好的緊密性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。而且這種SiO2的同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變，決定了烤窯前期階段耐火材料監(jiān)控的重點(diǎn)是硅磚，升溫速率以慢速均勻?yàn)樘卣鳌?/p>

為防止硅磚在燒成過程中發(fā)生晶型變化，伴隨較大的體積變化導(dǎo)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(shí)升溫速率可加快，1100～1300℃時(shí)升溫速率應(yīng)緩慢，1300℃~燒成溫度(1430℃至1450℃)時(shí)，升溫速率應(yīng)是燒成過程中最慢的。燒成后的硅磚冷卻時(shí)在600℃以下，特別在300℃時(shí)應(yīng)緩慢。這樣可以有效緩沖晶型轉(zhuǎn)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(yīng)在高溫?zé)呻A段采用還原氣氛，有利于低價(jià)氧化鐵的礦化作用和促進(jìn)鱗石英大量生成。否則，在氧化氣氛下尤其礦化劑不足時(shí)，α-石英大多數(shù)轉(zhuǎn)化為α-方石英，這種轉(zhuǎn)變稱為“干轉(zhuǎn)化”。在干轉(zhuǎn)化時(shí)，由于磚體不均勻的體積膨脹很大，而又無液相緩沖應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致制品結(jié)構(gòu)松散和開裂。同時(shí)，應(yīng)在硅磚燒成的不同溫度階段進(jìn)行適當(dāng)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(fā)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(shí)各部分受熱不均所致，它們多出現(xiàn)在磚垛外側(cè)的受火面，特別是頂層的制品表面。而硅磚表面網(wǎng)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(shí)，需要將特異型硅磚放置于窯車的內(nèi)部，標(biāo)準(zhǔn)普通型磚裝在窯車的外部;異型磚的凸出部位或易出現(xiàn)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(huì)導(dǎo)致裂紋增多。

裂紋是影響硅磚成品率及性能的主要因素之一，抓住機(jī)壓成型和燒成工藝是避免硅磚裂紋形成的關(guān)鍵。硅石原料的理論和實(shí)際轉(zhuǎn)化情況有所不同，需根據(jù)原料、磚型種類等變化實(shí)時(shí)地調(diào)整其燒成制度。硅磚坯料的制備和質(zhì)量是重要的，甚至是關(guān)鍵的因素，只有嚴(yán)格控制好每一道工藝環(huán)節(jié)，方能高效低耗地產(chǎn)生性能良好的硅磚產(chǎn)品。