3.4　半硅质耐火材料

在硅酸铝质耐火材料制品中，当Al2O3含量在15%～30%的范围内，SiO2含量大于65%时，为半硅质耐火材料制品。

3.4.1　半硅质耐火材料的生产工艺特点

半硅质耐火材料制品的制砖工艺与黏土质耐火材料制品基本相同。制造半硅质耐火材料制品的原料是蜡石、砂质黏土、酸性黏土和泡砂石等。这类原料的特点是Al2O3+TiO2的含量低于30%，含有大部分石英和少量CaO、MgO、R2O等杂质。这类原料我国储量非常丰富而且分布很广，给制造半硅质耐火材料制品提供了充足的原料条件。

蜡石砖的生产工艺和黏土砖制品相同，我国蜡石砖从半工业试验开始基本上是采用蜡石生料制砖，加入10%结合黏土配料，为了减少Fe2O3、K2O、Na2O等杂质成分，有的制品加入5%结合黏土，或者采用全部蜡石配料。蜡石硬度小，采用轮碾机或反击式破碎机破碎，就可以配料制砖。轮碾机破碎的蜡石颗粒呈圆形、表面光滑，制砖泥料容易达到紧密堆积，使制品的气孔率较低，制砖泥料一般采用湿碾机混炼，每次混15～20min，用260t或300t摩擦压砖机成型，倒焰窑或隧道窑烧成，烧成温度通常为1300℃左右。在蜡石砖的生产过程中，为了提高成型效率，往往加入部分蜡石熟料或废蜡石砖，采用全部蜡石配料，不加结合黏土，其配方为：0～3mm蜡石95%，0～1mm废蜡石砖5%，用纸浆、糊精、糖蜜或水玻璃等做结合剂。在生产上要注意以下几点。

①用蜡石原料制砖时，应根据蜡石原料的化学矿物组成特点来确定其工艺要点。蜡石原料中的主要矿物是叶蜡石，含结构水少，脱水失重只达5%～6%，而且脱水过程缓慢，脱水后仍保持原来的晶体结构，故可采用生料直接制砖。生料制砖时，为改善其成型性能，提高成型效率，应加入适当的蜡石熟料。

②蜡石原料由于表面光滑、吸水率低并富有“韧性”，所以对水分的敏感性大，稍有偏高，成型砖坯就容易产生裂纹，故泥料水分应严格控制。其次，泥料经过困置，成型性能要好些。

③蜡石制品烧成温度不高，应控制在1320～1350℃。在600～800℃时，由于结构水析出缓慢，止火冷却时亦注意缓慢，不宜过快。

④由于蜡石硬度低，易产生粉尘，应选择合适的破粉碎设备。

3.4.2　半硅质耐火材料的品种、性能与应用

半硅质耐火材料的主要品种为叶蜡石砖，其制品中含有一定数量的酸性物质（石英变体），呈半酸性，其高温性能与黏土制品相近。蜡石砖除耐火度较优质黏土砖低（波动于1670～1710℃）之外，其他指标均能达到黏土砖的国家标准。尤其是对使用温度最有参考价值的荷重软化开始温度，蜡石砖的为1300～1430℃，明显高于黏土砖。因此，凡是用黏土砖的地方，都可以用蜡石砖来替代。

蜡石砖制品的最大特点是在使用时略有膨胀，有利于保持砌体的整体性，能减弱熔渣对砌缝的侵蚀作用。另外，熔渣与砖面接触后，能在砖面上形成1～2mm厚的、黏度很大的釉状物（为SiO2含量较高的硅酸盐熔融物），能阻碍熔渣向砖内渗透，从而提高制品的抗熔渣侵蚀能力。

半硅质耐火材料的性能主要如下。

（1）耐火度。半硅质耐火材料制品中二氧化硅含量较高，耐火度可达1650～1710℃，接近于硅砖。

（2）荷重软化温度。在半硅质耐火材料制品中，形成部分网络型结构，所以荷重软化温度比黏土质耐火材料制品略高，可达1350～1450℃。

（3）热震稳定性。半硅质耐火材料制品比黏土质耐火材料制品的热震稳定性稍差，一般水冷次数为10次左右，原因是石英膨胀系数大，当温度急剧变化时，体积变化导致局部应力集中。

（4）抗渣性。半硅质耐火材料制品在化学性质上属于半酸性，所以抵抗酸性渣侵蚀的能力较强。

（5）重烧线变化。在半硅质耐火材料制品中，由于二氧化硅的膨胀抵消了黏土的高温收缩，所以体积稳定，比黏土质耐火材料制品的重烧线变化。

从上述特性可知，半硅质耐火材料制品有较高的耐火度和荷重软化温度，原料来源广泛，制砖工艺简单，价格低廉。所以，通常将半硅质耐火材料制品代替二、三等黏土质耐火材料，应用于各种工业窑炉无特殊要求的部位，效果不错。例如用于化铁炉炉衬、铁水包、烟道系统和燃煤燃烧室墙等。在钢包内使用叶蜡石砖具有不挂渣，整体性好的优点，但其缺点是不耐侵蚀。钢包用蜡石砖正向着低碱、高SiO2的方向发展，以提高制品的耐火度、荷重软化温度和抗热震性能。同时，还在砖的基质中添加锆英石、石墨、碳化硅、氮化硅或Sialon等，以提高制品的抗侵蚀性能，延长其使用寿命。

水泥窑用耐碱砖也是一种蜡石砖，该制品在水泥窑内受碱侵蚀后，砖表面形成长石的保护釉层，使其抵抗碱的侵蚀性良好。

蜡石砖制造工艺简单、价格便宜、透气性小、荷重软化点较高，高温使用略有膨胀性，对CO气稳定性强，广泛用于各种炉窑的底部、烟道、火箱、冲天炉、铁水包，化铁炉的内衬、釉砖、流钢砖、玻璃熔窑的拱顶、胸墙、喷火口、拱脚、蓄热宝格子砖，玻璃纤维用坩埚镶砖，化铁回转炉，精炼有色金属的氯化炉内衬，盛钢桶内座砖、水口砖，步进式加热炉底等，以及其他炉窑温度不太高的部位，受到强碱性之外其他化学作用的部位，或者受磨损作用的部位。近年来，日本很重视蜡石质盛钢桶底砖的研究，认为高硅低碱蜡石砖荷重软化点高，与渣的接触反应少，取得了好的使用效果。表3-12列出了一些典型蜡石砖的理化指标。