Ladrillos de síliceson materiales refractarios a base de ácido-compuestos principalmente de tridimita, cristobalita y pequeñas cantidades de cuarzo y vidrio residuales. Ofrecen una fuerte resistencia a la escoria de base ácida-, pero son susceptibles a la corrosión por escoria alcalina y son vulnerables a la corrosión por óxidos como Al₂O₃, K₂O y Na₂O. Su refractariedad bajo carga es alta, oscilando entre 1640 grados y 1680 grados, cerca de los puntos de fusión de la tridimita y la cristobalita (1670 grados y 1713 grados, respectivamente). Su mayor inconveniente es su baja resistencia al choque térmico, pero su refractariedad es similar a su refractariedad bajo carga. Resisten el uso-largo plazo a altas temperaturas sin deformarse, lo que ayuda a garantizar la resistencia estructural de las estructuras de mampostería durante el funcionamiento.
Los ladrillos de sílice se utilizan principalmente en las paredes divisorias de las cámaras de carbonización y combustión de los hornos de coque, así como en los techos o bóvedas de pozos de remojo, altos hornos calientes, hornos de hogar abierto-ácido y hornos de vidrio. En la tecnología de fabricación de hierro, nuevas tecnologías, como la reducción directa y la reducción por fusión, se están transformando gradualmente en fuerzas productivas. En la industria del coque se ha desarrollado un "coque formado" producido sin el uso de un horno de coque, que puede sustituir parcialmente al coque tradicional.
Los ladrillos refractarios de sílice, como la mayoría de los ladrillos refractarios sinterizados, se producen mediante un proceso semiseco y se cuecen en hornos de túnel. Las grietas que se producen durante el proceso de producción son una de las principales razones del alto índice de desechos.
Tipos de grietas en los ladrillos de sílice
Las grietas en los ladrillos de silicio se pueden clasificar como grietas superficiales y grietas internas; estas últimas también se conocen como grietas de capa. Las grietas superficiales se clasifican además en grietas transversales, grietas longitudinales y grietas de red. Los ladrillos de sílice se producen mediante un método de conformado semi-prensado en seco-para crear cuerpos verdes densos. Las grietas que ocurren a lo largo de la dirección de la presión aplicada al cuerpo verde son grietas transversales, mientras que las grietas que ocurren perpendicularmente a la dirección de la presión son grietas verticales. Las grietas en red se componen de varias grietas distribuidas en forma de telaraña en la superficie de un ladrillo de sílice.
Normalmente, para un ladrillo de sílice estándar, el cuerpo verde se presiona a través de su espesor. El proceso de formación de ladrillos refractarios de sílice es esencialmente un proceso de compactación de las partículas dentro de la pieza en bruto y eliminación de aire, formando así una pieza en bruto densa. Después de ser prensados -a máquina, los ladrillos presentan ventajas como alta densidad, resistencia, mínima contracción por secado y cocción, y dimensiones del producto fácilmente controlables. Sin embargo, si el proceso de prensado de la máquina-no se controla adecuadamente, se pueden formar grietas laminares perpendiculares a la dirección de la presión en la pieza en bruto durante el proceso de presurización. Por tanto, las fisuras laminares, o simplemente laminaciones, dentro de los ladrillos refractarios de sílice son también fisuras longitudinales.
Las laminaciones grandes se pueden detectar inmediatamente después de que se forman o se secan los ladrillos. Sin embargo, las laminaciones menores dentro de los ladrillos sólo se notan después de la cocción, ya que continúan expandiéndose debido a las tensiones térmicas durante la cocción. Los ladrillos que contienen grietas, especialmente las laminaciones, son propensos a romperse, lo que los vuelve inutilizables y reduce el rendimiento de los productos de ladrillos de sílice.
Medidas clave para la formación y prevención de grietas en ladrillos de sílice
1. Prensado a máquina
Las laminaciones en los ladrillos de sílice se deben principalmente a un control inadecuado del proceso de prensado-de la máquina y, a veces, se denominan grietas-prensadas a máquina. Las materias primas y los espacios en blanco de los ladrillos refractarios de sílice se componen de tres fases de materia: sólida, agua u otros aglutinantes y aire. Durante todo el proceso de moldeo por compresión mecánica o prensado con matriz, la cantidad de fases sólida y líquida no cambia, mientras que la cantidad de aire en la pieza en bruto se comprime y reduce debido a la acción de la presión, y el volumen de la pieza en bruto comprimida también se reduce en consecuencia. El proceso de prensado con matriz se puede dividir aproximadamente en las siguientes tres etapas: (1) En la primera etapa, bajo la acción de la presión, las partículas en la pieza en bruto comienzan a moverse y reconfigurarse en una pila más densa. La característica de este proceso es la compresión evidente. Cuando la presión aumenta a un cierto valor, ingresa a la segunda etapa. (2) En la segunda etapa, las partículas sufren una deformación elástica y frágil. Una vez que la pieza en bruto se comprime hasta cierto punto, se impide una mayor compresión. Cuando la presión aumenta y alcanza la fuerza externa que hace que las partículas se deformen nuevamente, la pieza en bruto se re-comprime y la densidad de la pieza en bruto aumenta en consecuencia. Esta etapa es una etapa donde la compresión y la presurización se vuelven cortas y frecuentes. (3) En la tercera etapa, bajo la presión límite, la densidad relativa de la pieza en bruto es básicamente estable y difícil de aumentar. Se completa el troquelado del ladrillo en bruto. Durante el proceso de moldeo por compresión, la expansión retardada del cuerpo verde debido a efectos secundarios elásticos debe controlarse a menos del 2%. De no hacerlo, a menudo se producirá el rechazo del producto durante el proceso de prensado. Si el cuerpo verde forma "densidad en capas" a lo largo de la dirección de la presión aplicada, con una diferencia de densidad superior al 2%, es probable que se produzca agrietamiento en capas dentro del cuerpo en verde. Esto conduce a una expansión térmica desigual durante la cocción, lo que resulta en una tensión térmica significativa y la formación de grietas longitudinales paralelas a las capas de densidad, lo que resulta en el rechazo del producto.
Durante el moldeo por compresión, se utiliza presión para superar la fricción interna entre las partículas, la fricción externa entre las partículas y la pared del molde y la deformación del cuerpo verde prensado. A medida que aumenta la distancia desde el cabezal prensador, la presión interna del cuerpo verde disminuye.
Por lo tanto, al prensar ladrillos de sílice, es mejor utilizar moldes cortos con una relación de aspecto pequeña, en lugar de moldes altos con una relación de aspecto grande, para asegurar una distribución uniforme de la presión dentro del cuerpo verde. Al mismo tiempo, se introducen en la pieza en bruto ciertos plastificantes y tensioactivos para reducir la fricción interna y las pérdidas por transmisión de presión; los acabados del molde se mejoran o lubrican para reducir la fricción externa; El prensado a doble cara- se utiliza para reducir la relación L/D del espacio en blanco; y se emplean múltiples presurizaciones, comenzando con ligera y luego pesada, para evitar la acumulación excesiva de presión dentro de la pieza en bruto y eliminar efectos secundarios elásticos. Estas medidas mejoran la uniformidad de la presión y la densidad dentro del blanco. Esto evita una alta densidad cerca de la superficie de presión y una baja densidad lejos de la superficie de presión dentro de la pieza inicial de ladrillo de sílice, reduciendo así la formación de densidad de capa y grietas.
Además, los ladrillos de sílice se preparan mezclando agregados, clinker, polvo de molino de bolas, mineralizador, licor residual de pulpa de sulfito y plastificante. Mejorar el proceso de amasado del blanco también puede ayudar a aumentar la densidad del blanco. En términos de tecnología de mezcla física, el movimiento de materiales en la misma fase se llama mezcla, el movimiento de materiales en diferentes fases se llama agitación y la mezcla de líquidos y sólidos de alta-viscosidad se llama amasado (amasado y mezclado). Mediante un amasado adecuado, se puede recubrir partículas más grandes con polvo fino, eliminando eficazmente los gases y aumentando la densificación del ladrillo, reduciendo así su porosidad.
2. Proceso de cocción
La sinterización de ladrillos de sílice es esencialmente una transformación policristalina de SiO2. Bajo la acción de los mineralizadores, la materia prima de sílice se sinteriza lentamente, transformándose esencialmente en tridimita y cristobalita, con sólo una pequeña cantidad de cuarzo residual. Durante el uso, los ladrillos refractarios de sílice experimentan una expansión de volumen total del 1,5% al 2,2% cuando se calientan a 1450 grados. Esta expansión residual sella las juntas de mortero, asegurando una buena estanqueidad y resistencia estructural en mampostería de ladrillos de sílice. Además, esta transformación policristalina de SiO2 dicta que los ladrillos refractarios de sílice sean el foco del monitoreo del material refractario durante la fase inicial de cocción del horno, siendo la característica una velocidad de calentamiento lenta y uniforme. Debido a que la transformación cristalina de - y -cristobalita en ladrillos refractarios de sílice va acompañada de un efecto de volumen significativo dentro del rango de temperatura de 150 a 300 grados, se debe tener especial cuidado en aumentar lentamente la temperatura dentro de este rango durante la cocción del horno.
Los cambios físicos y químicos que ocurren durante la cocción de ladrillos de sílice se pueden resumir de la siguiente manera:
① La humedad residual en los ladrillos se elimina por debajo de los 150 grados.
② Ca(OH)2 comienza a descomponerse entre 450 y 550 grados y se completa a los 550 grados. En este punto, los enlaces entre las partículas del ladrillo de sílice se rompen por la acción del CaO y otras sustancias, lo que produce una disminución de la resistencia y un ladrillo quebradizo.
③ A 550-650 grados, los ladrillos de cuarzo se transforman en monocuarzo, provocando una expansión de volumen.
④ A 600-700 grados, se produce una reacción en fase sólida entre CaO y SiO2, lo que aumenta la resistencia del ladrillo.
⑤ A 800-1100 grados, se produce una reacción en fase líquida-en los ladrillos, lo que aumenta rápidamente su resistencia. A partir de 1100 grados, la tasa de conversión del cuarzo aumenta significativamente y se forma cuarzo de baja densidad, lo que provoca una expansión de volumen significativa.
⑥ A 1300-1350 grados, debido al aumento en la cantidad de tridimita y cristobalita, la verdadera gravedad específica del cuerpo verde disminuye y la expansión del volumen aumenta, lo que puede provocar grietas.
⑦ A 1350-1470 grados, el grado de conversión del cuarzo y la expansión resultante son muy grandes. Solo el monocuarzo, la cristobalita metaestable, los mineralizadores y las impurezas interactúan para formar una fase líquida e invaden las partículas de cuarzo para formar grietas cuando se forma la cristobalita metaestable, lo que promueve la disolución continua del monocuarzo y la cristobalita metaestable en la fase líquida formada, convirtiéndola en una masa fundida sobresaturada de silicio y oxígeno, y luego cristaliza continuamente a partir de la masa fundida en forma de tridimita estable. En este momento, cuanto mayor es la viscosidad de la fase líquida, más rápida es la velocidad de conversión del ladrillo de sílice y mayor es la posibilidad de que se produzcan grietas en el cuerpo verde del ladrillo. Por lo tanto, para evitar que el ladrillo de sílice sufra cambios de forma cristalina durante el proceso de cocción, acompañados de grandes cambios de volumen que conduzcan a la formación de grietas, se deben tomar las siguientes medidas de proceso:
(1) Controlar la velocidad de calentamiento de diferentes rangos de temperatura de disparo. La velocidad de calentamiento debe reducirse cuando la temperatura sea inferior a 600 grados. La velocidad de calentamiento se puede acelerar cuando la temperatura está entre 600 grados y 1000 grados. La velocidad de calentamiento debe ser lenta cuando la temperatura esté entre 1100 grados y 1300 grados. Cuando la temperatura está entre 1300 grados y la temperatura de cocción (1430 grados a 1450 grados), la velocidad de calentamiento debe ser la más lenta durante el proceso de cocción. Cuando los ladrillos de sílice cocidos se enfrían por debajo de 600 grados, especialmente a 300 grados, se deben enfriar lentamente. Esto puede amortiguar eficazmente el cambio de volumen de la transformación cristalina, aumentando el contenido de tridimita y cristobalita y evitando la formación de grietas.
(2) Se debe utilizar una atmósfera reductora durante la etapa de cocción a alta-temperatura, que favorece la mineralización de óxido de hierro de baja-valencia y promueve la producción a gran-escala de tridimita. De lo contrario, en una atmósfera oxidante, especialmente cuando el mineralizador es insuficiente, la mayor parte del -cuarzo se convierte en -cristobalita. Esta conversión se llama "conversión seca". Durante la conversión en seco, debido a la expansión desigual del volumen del cuerpo del ladrillo y a la falta de tensión amortiguadora de la fase líquida, la estructura del producto se aflojará y se agrietará. Al mismo tiempo, se debe realizar un aislamiento adecuado en diferentes etapas de temperatura de la cocción de ladrillos de sílice para garantizar que los ladrillos de sílice tengan una composición de fases razonable y cumplan con los requisitos de uso.
(3) Mejorar el sistema de carga de productos semiacabados para reducir la probabilidad de grietas. Las grietas transversales en los ladrillos refractarios de sílice, es decir, grietas paralelas a la dirección de presión del producto, suelen ser causadas por un calentamiento desigual de las distintas partes del producto durante la cocción. Aparecen principalmente en la superficie-expuesta al fuego fuera de la pila de ladrillos, especialmente en la superficie del producto superior. Las grietas de la malla en la superficie de los ladrillos refractarios de sílice, además de las irregularidades microscópicas del propio cuerpo verde debido a un amasado desigual o cambios en las materias primas, generalmente son causadas por el calentamiento del producto a una temperatura demasiado alta con grandes fluctuaciones. Al cargar, se deben colocar ladrillos de silicio especiales dentro de la vagoneta del horno y ladrillos ordinarios estándar fuera de la vagoneta del horno; las partes sobresalientes de los ladrillos con formas-especiales o las partes propensas a agrietarse deben colocarse hacia adentro; La parte superior de la vagoneta del horno debe cubrirse con algunos ladrillos finos para evitar el impacto directo de la llama, etc. De lo contrario, se producirán más grietas.
Las grietas son un factor importante que afecta el rendimiento y el rendimiento de los ladrillos de silicio. Dominar los procesos de moldeo en prensa y cocción es clave para prevenir grietas en los ladrillos de sílice. Las conversiones teóricas y reales de las materias primas de sílice varían y el programa de cocción debe ajustarse en tiempo real en función de los cambios en las materias primas, el tipo de ladrillo y otros factores. La preparación y la calidad de los ladrillos de sílice son factores importantes, incluso críticos. Solo controlando estrictamente cada paso del proceso se pueden producir ladrillos de sílice de alto-rendimiento de manera eficiente y con bajo consumo de energía.
