硅莫磚，耐火磚的一種，有“耐磨磚”的諧音，20世紀(jì)90年代初試制成功，曾叫HMS高耐磨磚，耐磨系數(shù)高于磷酸鹽結(jié)合高鋁磚五倍以上。就其物相成分來講應(yīng)該為碳化硅—莫來石制品，簡稱硅莫磚。這個(gè)稱謂大多在建材行業(yè)流行，其他行業(yè)一般稱為高鋁碳化硅磚、三氧化二鋁—碳化硅磚。
硅莫磚是高鋁礬土熟料與碳化硅為主要原料制成的Al2O3-SiO2-SiC系耐火材料，其荷重軟化溫度、抗熱震性、耐磨性和抗侵蝕性等性能指標(biāo)都優(yōu)于高鋁磚，甚至好于尖晶石磚。目前國內(nèi)水泥回轉(zhuǎn)窯除燒成帶之外其他部位幾乎都用硅莫磚。本文簡單敘述了硅莫磚的生產(chǎn)工藝過程。
硅莫磚的致密程度非常重要，致密度高的制品能抑制SiC的氧化，提高硅莫磚的綜合技術(shù)性能。泥料的顆粒級配對制品的密度有直接影響。為了獲得高致密度制品，按Dinger-Funk公式計(jì)算，求出各種粒度的體積百分?jǐn)?shù)。再根據(jù)原料密度得出粒度組成的百分比，通過實(shí)驗(yàn)做適當(dāng)調(diào)整，得出生產(chǎn)需要的顆粒級配。
Dinger-Funk 公式：
CPFT/100 = Dn-Dsn/D1n-Dsn
式中：CPFT是某粒度累計(jì)體積百分?jǐn)?shù)/%;D1是最大顆粒尺寸/mm;Ds是最小顆粒尺寸/mm;D是任意中間顆粒尺寸/mm;n是粒度分布細(xì)數(shù)。
當(dāng)D1= 5mm 時(shí)，D分別取 3mm、1mm、0.5mm、0.088mm 、010mm，Ds=0.0005mm，n取0.37。
各種原料的密度按表2的數(shù)值計(jì)算出粒度組成。在實(shí)際生產(chǎn)中既要顆粒緊密堆積，又要考慮成型磚坯的外觀及制品的燒結(jié)性。大顆粒在堆積中起到骨架作用占主體，如果細(xì)粉太少，顆粒移動不好，成型困難;如果細(xì)粉的細(xì)度不夠，制品難以燒結(jié)，增加結(jié)構(gòu)氣孔;如果細(xì)粉量太多，成型產(chǎn)生層裂，基層中氣孔量增大，制品體積密度下降。因此，在上述公式計(jì)算基礎(chǔ)上，實(shí)際生產(chǎn)采用以下顆粒級配：1)3?5mm：18%~19% ; 2)1-3mm：29%~30% ;3)0.5-1mm: 13%?14%;4)0.088?0.5mm: 21%?22%;5)0.010-0.088mm：13%~14% ; 6)≤0.010mm：5%?6%。
2.3泥料結(jié)合劑試驗(yàn)
同一種配方，相同的生產(chǎn)工藝(1390℃燒成)，泥料的結(jié)合劑不同，制品的主要物理指標(biāo)不同，如表3所列。
磷酸結(jié)合制品不但結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度高，而且荷重軟化溫度高，耐磨性好。
碳化硅與高鋁礬土熟料生產(chǎn)碳化硅莫來石符合耐火磚制品的工藝技術(shù)發(fā)展，由于碳化硅氧化產(chǎn)生二氧化硅，與三氧化二鋁反應(yīng)形成莫來石(3Al2O3˙2SiO2)，能提高制品致密度和強(qiáng)度，在制品表面形成保護(hù)膜，可防止碳化硅進(jìn)一步氧化，使碳化硅在高鋁碳化硅耐火磚中保持一定含量，提高制品的熱震穩(wěn)定性、耐磨性、抗侵蝕性。高強(qiáng)致密硅莫磚在水泥回轉(zhuǎn)窯筒體上除燒成帶以外的各個(gè)段帶的使用壽命比高鋁磚提高3~4倍。
近年來，硅莫耐火磚在水泥回轉(zhuǎn)窯的應(yīng)用得到快速發(fā)展，特別是新型干法窯的出現(xiàn)和大型化，窯的轉(zhuǎn)速、窯內(nèi)熱應(yīng)力強(qiáng)度大幅度提高，對耐火材料的材質(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)下尚在使用鎂鉻磚外，次燒成帶、過渡帶、冷卻帶在改用硅莫磚后，效果明顯好于鎂鉻磚。
目前國內(nèi)浙江、江蘇、山東、山西等省有數(shù)十家耐火材料企業(yè)生產(chǎn)這種產(chǎn)品。由于這種產(chǎn)品原料來源方便，工藝要求不嚴(yán)，各企業(yè)實(shí)際產(chǎn)能很大，只要能生產(chǎn)粘土磚或高鋁耐火磚就能生產(chǎn)硅莫磚。產(chǎn)品供大于求，市場競爭激烈。
其次，硅莫磚具有耐高溫、抗侵蝕、抗磨損特性，不過由于各企業(yè)的技術(shù)水平差異，產(chǎn)品質(zhì)量也不同。如何生產(chǎn)質(zhì)量高的硅莫磚，提高水泥窯用耐火材料的使用壽命，在此作些探討，供硅莫磚的生產(chǎn)和使用參考。
隨著硅莫耐火磚工藝技術(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，硅莫耐火磚也由過去的單一品牌發(fā)展為多個(gè)品牌。
(1)制品結(jié)構(gòu)致密，耐磨性好。
硅莫耐火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2.7~3.0 g/cm3。找耐火材料網(wǎng)根據(jù)資料參考，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)襯長期受物料的滾動磨擦，磨損是耐火材料內(nèi)襯損毀的主要原因之一。硅莫耐火磚的致密度、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。硅莫耐火磚在水泥回轉(zhuǎn)窯次燒成帶、過濾帶等部位使用效果好，可以說耐磨性好起了很重要的作用。
(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1 450 ℃以上，最高1 650 ℃以上。不同品牌的制品荷重軟化溫度有一定差異。水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯的不同部位耐火磚面溫度不同，次燒成帶、前過渡帶溫度達(dá)1400 ℃左右，高于燒成帶耐火磚面溫度(因燒成帶有窯皮保護(hù)，耐火磚面溫度為900~1 000 ℃)。就這些磚的荷重軟化溫度指標(biāo)也都超過經(jīng)常使用的抗剝落高鋁磚和磷酸鹽高鋁耐火磚(荷重軟化溫度為1 300~1 520 ℃)。
與燒成帶相比，過渡帶由于沒有窯皮保護(hù)，容易受到還原氣氛和熱負(fù)荷等的影響，其使用壽命一直是水泥回轉(zhuǎn)窯的瓶頸問題，因此一些水泥廠在過渡帶采用鎂鋁尖晶石制品。根據(jù)某廠5 000 t/d大型水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶用鎂鋁尖晶石磚研究得出：前過渡帶用鎂鋁尖晶石耐火磚基本無侵蝕，可是由于堿沉積在開口氣孔中，使結(jié)構(gòu)致密化，造成同一塊耐火磚形成不同段帶，而使耐火磚熱面剝落和產(chǎn)生裂隙，造成內(nèi)襯損毀。而硅莫耐火磚由于本身結(jié)構(gòu)致密，特別耐火磚面形成連續(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)46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。
硅莫磚在水泥回轉(zhuǎn)窯的應(yīng)用
我國生產(chǎn)的硅莫磚，在國內(nèi)自行設(shè)計(jì)的2000~10000 t/d大型水泥回轉(zhuǎn)窯上得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)了解，有的窯筒體除了長約20 m的燒成帶用直接結(jié)合鎂絡(luò)磚、前后窯口各0.8 m左右用澆注料外，全部采用硅莫磚。燒成帶的后部，所謂的次燒成帶，一般與燒成帶一樣，用直接結(jié)合鎂絡(luò)磚，但窯皮很難穩(wěn)定。由于鎂絡(luò)磚熱震穩(wěn)定性差，抗磨強(qiáng)度低，磚與窯皮結(jié)合部分易隨窯皮剝落，影響該段的使用壽命，而硅莫磚由于熱震穩(wěn)定性好，使用過程不斷裂，不剝落，抗侵蝕，使用壽命明顯延長。例如：浙江余姚舜江水泥公司2500 t/d水泥回轉(zhuǎn)窯21.55 m~24.955 m原用直接結(jié)合鎂鉻磚，使用壽命310天，改用硅莫磚(AZM1650)，使用壽命達(dá)410天;安徽淮北礦業(yè)集團(tuán)2500 t/d水泥回轉(zhuǎn)窯次燒帶原用鎂鋁尖晶石磚，過渡帶原用抗剝落高鋁磚，在一年內(nèi)搶修換磚多達(dá)3次，最短的在三個(gè)月就出現(xiàn)紅窯。而重新配置窯襯，次燒成帶改用硅莫磚1680，過渡帶為硅莫磚1650，窯的使用壽命長達(dá)15個(gè)月。寧夏勝金水泥公司的2 500t/d窯的過渡帶等部位使用硅莫磚已經(jīng)7個(gè)多月，沒有發(fā)現(xiàn)任何問題，仍在使用中。
硅莫磚在水泥回轉(zhuǎn)窯的應(yīng)用
水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶的磚面溫度在1 400 ℃左右，預(yù)熱帶、冷卻帶等部位的溫度比過渡帶要低，就是燒成帶受窯皮保護(hù)，磚面的溫度也不高，硅莫磚的荷重軟化開始溫度在1 500 ℃以上，特別是制品結(jié)構(gòu)致密，由硬度高的礦物、剛玉、碳化硅、莫來石組成，耐磨性特別好，是過渡帶的理想磚種。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，正是后過渡帶工藝特性所要求的，使用壽命是抗剝落磚的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。
