焦炉用优质硅砖的试验研究

论文摘要

本论文采用化学分析、X射线粉末衍射分析（XRD）、红外光谱分析（IR）和显微结构分析（OM）等方法对湖南省内4种主要硅石原料的理化性能和烧结性质、矿化剂和工艺条件对焦炉硅砖的影响进行了试验研究，并对其中的一些实验现象进行了解释。本研究的成果有助于南方耐火材料生产企业解决焦炉硅砖制品普遍存在着的鳞石英含量和性能指标不足等问题。主要研究结果如下：研究了湖南省内4种主要硅石原料的理化性能和烧结性质。结果表明：（1）4种硅石的SiO2含量和物理性质均符合制备优质焦炉硅砖的要求；（2）1#、2#、3#、4#硅石Si2的含量分别为：98．24％、99．22％、99．10％、97．77％；杂质成分为Al2O3、Fe2O3和CaO，其中主要有害成分Al2O3的含量分别为：0．69％、0．33％、0．33％、1．04％：（3）4#硅石晶粒较粗，结构松散，由于杂质Al2O3含量达1．04％，对石英的晶型转化有抑制作用；（4）2#、3#硅石晶粒较细，结构致密，杂质含量少对石英的晶型转化有促进作用。研究了添加FeO+CaO、Fe2O3+CaO、MnO+CaO三种不同矿化剂对焦炉硅砖性能的影响。研究表明，添加FeO+CaO作矿化剂最有利于石英的鳞石英化，选择FeO+CaO作焦炉硅砖的矿化剂较其它两种矿化剂适合。合理的添加量有利于提高焦炉硅砖的烧结性能和强度，加速石英向鳞石英转化；添加过量则会影响焦炉硅砖的性能。在本试验条件下，最理想的添加量为1．0％FeO+2．0％CaO。研究了粒度级配、烧成温度、保温时间及成型压力等工艺条件对焦炉硅砖的影响。结果表明，选择适当的粒度配料、烧成温度和保温时间可以降低硅砖的真密度、残余膨胀及残余石英，提高鳞石英的含量。利用湖南省境内的硅石原料制备焦炉硅砖时最佳的工艺为：硅石颗粒的临界粒度为2～3mm；15：20：35：30的粗、中、细、粉比例硅石颗粒级配；成型的压力为50MP；烧成温度1430℃；1100～1250℃、1250～1350℃、1350～1430℃三个温度阶段分别采用10℃／h、5℃／h、2℃／h的慢速升温办法，保温时间为超过40h。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 硅砖生产的物理化学原理
• 1.3 鳞石英形成的机理
• 1.4 焦炉硅砖的显微结构影响因素
• 1.5 焦炉硅砖的研究进展
• 1.6 本论文的选题思路
• 第二章 硅石原料的理化性能和烧结性质
• 2.1 引言
• 2.2 试验部分
• 2.3 试验结果与分析
• 2.3.1 硅石原料的理化性能
• 2.3.2 硅石原料的显微结构特点
• 2.3.3 硅石原料烧成相转变的XRD分析
• 2.3.4 硅石烧成转化的动力学分析
• 2.4 本章结论
• 第三章 矿化剂对焦炉硅砖的影响
• 3.1 引言
• 3.2 不同矿化剂对焦炉硅砖性能的影响
• 3.2.1 试验部分
• 3.2.2 试验结果与讨论
• 3.3 矿化剂添加量对焦炉硅砖性能的影响
• 3.3.1 试验部分
• 3.3.2 试验结果与讨论
• 3.4 本章结论
• 第四章 工艺条件对焦炉硅砖的影响
• 4.1 引言
• 4.2 颗粒粒度组成对焦炉硅砖性能的影响
• 4.2.1 试验部分
• 4.2.2 试验结果与讨论
• 4.3 成型压力对焦炉硅砖的影响
• 4.3.1 试验部分
• 4.3.2 试验结果与讨论
• 4.4 烧成温度对焦炉硅砖的影响
• 4.4.1 试验部分
• 4.4.2 试验结果与讨论
• 4.5 升温速度与保温时间对焦炉硅砖的影响
• 4.5.1 试验部分
• 4.5.2 试验结果与讨论
• 4.6 硅砖试样产生裂纹的原因分析
• 4.7 本章结论
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（已发表论文目录）