矽磚主要用於(yu) 煉焦爐的炭化室和燃燒室的隔牆，均熱爐、熱風爐、酸性平爐和玻璃窯爐的爐頂或拱頂等部位。矽磚製品的裂紋可分為(wei) 表麵裂紋和內(nei) 部裂紋，後者也稱為(wei) 層裂。表麵裂紋又分為(wei) 橫向裂紋、縱向裂紋和網狀裂紋。參見圖1。

圖1  矽磚表麵裂紋類型

通常，就一塊標準型矽磚而言，其坯體(ti) 加壓方向一般為(wei) 厚度方向。矽磚成型過程，實質上是一個(ge) 使坯料內(nei) 顆粒密集和空氣排出、形成致密坯體(ti) 的過程。磚坯經壓力機壓成型後，具有密度高、強度大、幹燥收縮和燒成收縮小、製品尺寸容易控製等優(you) 點。但是，當機壓成型工藝控製不當，坯體(ti) 在加壓過程中會(hui) 形成的垂直於(yu) 加壓方向的層狀裂縫，因此，矽磚內(nei) 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，或磚坯幹燥後就可檢測出來。但磚坯中微小層裂，隻有在矽磚燒成過程中隨熱應力的作用繼續擴展，才能在燒後明顯地被檢測出來。因此壓力機矽磚成型環節尤為(wei) 重要，矽磚的層裂主要由於(yu) 機壓成型工藝控製不當造成，所以有時也稱之為(wei) 機壓裂紋。

矽磚的坯料和磚坯，都是由固體(ti) 、水或其它結合劑和空氣三相物質共同組成的。在整個(ge) 機壓成型或稱為(wei) 模壓成型過程中，固相和液相量沒有改變，而坯料中空氣的數量則由於(yu) 壓力的作用被壓縮和減少，被壓縮的坯料容積亦相應減少。

由於(yu) 模壓成型時，壓力用於(yu) 克服顆粒之間的內(nei) 摩擦力，顆粒與(yu) 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(nei) 部壓力減少。依據壓製坯體(ti) 均勻程度的表達式：

等式(1)中，β為(wei) 坯體(ti) 壓製均勻度，P為(wei) 坯體(ti) 表麵壓力，Pn為(wei) 坯體(ti) 內(nei) 部壓力，L為(wei) 坯體(ti) 長度，D為(wei) 坯體(ti) 承壓直徑，k為(wei) 與(yu) 坯體(ti) 物性相關(guan) 的係數。

因此，矽磚成型時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(ti) 內(nei) 壓力分布的均勻性，參見圖3。同時，采取向坯料中引入某些塑化劑及表麵活性劑，降低坯料內(nei) 摩擦，減少壓力傳(chuan) 遞損失;提高模具的光潔度或對模子塗油，降低坯料外摩擦;采用雙麵壓製，降低坯體(ti) L/D比值;采用多次加壓，先輕後重方式，避免磚坯內(nei) 壓力不致積蓄過大及消除彈性後效等技術措施，提高磚坯內(nei) 部壓力與(yu) 密度的均勻性。從(cong) 而，避免矽磚坯體(ti) 中距受壓麵近的地方密度大，距受壓麵遠的地方密度小，以減少層密度形成導致裂紋缺陷的產(chan) 生。

圖3   磚坯壓力分布（a）短模，（b）高模

此外，矽磚坯料是由骨料、熟料、球磨粉、礦化劑、亞(ya) 硫酸紙漿廢液及增塑劑經混練製備而成，改善坯料的捏練工藝，也有助於(yu) 提高磚坯的密度。通過合理捏練，可以完成細粉對大顆粒的包覆，有效排除氣體(ti) ，提高坯料致密化程度，從(cong) 而降低磚坯氣孔率，參見圖4。

圖4  坯料捏煉時間及加壓次數與(yu) 磚坯氣孔率關(guan) 係

燒成工藝

矽磚的燒結實際上是SiO2的同質多晶轉變過程，矽石原料在礦化劑作用下，經緩慢燒成，基本上轉化為(wei) 鱗石英、方石英，僅(jin) 有少量殘餘(yu) 石英。矽磚在使用中加熱到1450℃時有1.5%～2.2%的總體(ti) 積膨脹，這種殘餘(yu) 膨脹會(hui) 使砌縫密合，有利於(yu) 保證矽磚砌築體(ti) 呈現良好的緊密性和結構強度。而且這種SiO2的同質多晶轉變，決(jue) 定了烤窯前期階段耐火材料監控的重點是矽磚，升溫速率以慢速均勻為(wei) 特征。

為(wei) 防止矽磚在燒成過程中發生晶型變化，伴隨較大的體(ti) 積變化導致裂紋的形成，必須采取以下工藝措施：

(1)要控製燒成不同溫度範圍的升溫速率。小於(yu) 600℃升溫速率放慢，600～1000℃時升溫速率可加快，1100～1300℃時升溫速率應緩慢，1300℃~燒成溫度(1430℃至1450℃)時，升溫速率應是燒成過程中最慢的。燒成後的矽磚冷卻時在600℃以下，特別在300℃時應緩慢。這樣可以有效緩衝(chong) 晶型轉變的體(ti) 積變化，使其鱗石英及方石英含量較高，並避免裂紋的形成。

(2)應在高溫燒成階段采用還原氣氛，有利於(yu) 低價(jia) 氧化鐵的礦化作用和促進鱗石英大量生成。否則，在氧化氣氛下尤其礦化劑不足時，α-石英大多數轉化為(wei) α-方石英，這種轉變稱為(wei) “幹轉化”。在幹轉化時，由於(yu) 磚體(ti) 不均勻的體(ti) 積膨脹很大，而又無液相緩衝(chong) 應力，會(hui) 導致製品結構鬆散和開裂。同時，應在矽磚燒成的不同溫度階段進行適當保溫，使矽磚具有合理相組成，滿足使用要求。

(3)改善半成品裝車製度，降低裂紋發生的概率。矽磚的橫向裂紋，即平行於(yu) 製品的加壓方向裂紋，通常為(wei) 製品燒成時各部分受熱不均所致，它們(men) 多出現在磚垛外側(ce) 的受火麵，特別是頂層的製品表麵。而矽磚表麵網狀裂紋，除了由於(yu) 捏練不勻或原料變化，使得坯體(ti) 本身微觀不均勻的起因外，通常是由於(yu) 製品受熱溫度過高且起伏較大所致。在裝車時，需要將特異型矽磚放置於(yu) 窯車的內(nei) 部，標準普通型磚裝在窯車的外部;異型磚的凸出部位或易出現裂紋的部位向裏;窯車頂部要覆蓋一些薄片磚，以避免火焰的直接衝(chong) 擊等措施，否則將會(hui) 導致裂紋增多。

裂紋是影響矽磚成品率及性能的主要因素之一，抓住機壓成型和燒成工藝是避免矽磚裂紋形成的關(guan) 鍵。矽石原料的理論和實際轉化情況有所不同，需根據原料、磚型種類等變化實時地調整其燒成製度。矽磚坯料的製備和質量是重要的，甚至是關(guan) 鍵的因素，隻有嚴(yan) 格控製好每一道工藝環節，方能高效低耗地產(chan) 生性能良好的矽磚產(chan) 品。