半硅质耐火材料

半硅质耐火材料是指A12O3质量分数小于30％、SiO2质量分数大于65％，采用蜡石、硅质粘土或原生高岭土及其尾矿、煤矸石等主要原料，以结合粘土为结合剂的一类耐火材料。在我国与国际标准中没有半硅质耐火材料的定义，但定义SiO2质量分数大于85％、小于93％的耐火材料为硅质耐火材料，定义Al2O3，质量分数在30％～48％的铝硅质耐火材料为粘土质耐火材料。按传统称AL2O3质量分数在15％～30％的铝硅耐火材料为半硅质耐火材料。其晶相为方石英、莫来石，以及一定数量的玻璃相。其典型代表为蜡石砖。

1、蜡石原料

生产半硅质耐火材料最常用的原料是蜡石。蜡石矿由叶蜡石、石英、高岭石、云母等构成。矿石呈致密块状，有蜡状光泽。因杂质不同而成不同颜色，如灰色、蜡黄色、淡棕色、肉红色等。有滑腻感，与滑石极为相似。我国蜡石资源丰富，主要分布于东南沿海的火山岩发育地区，其中福建、浙江有多处矿点。

1.1叶蜡石的化学矿物组成

叶蜡石是一种含水的硅酸盐矿物，理论上A2O3占28.3％，SiO2占66.7％，H2O占5％。由两层六方硅氧四面体网层夹一层“氢氧铝石”八面体(铝氧八面体)层，层间靠氢键连接而成复杂层状结构。叶蜡石又称青田石、寿山石、印章石、蜡石等。可分为叶蜡石质蜡石、硅质蜡石、高岭石质蜡石和水铝石质蜡石。常含有一定数量的Fe2O3、CaO、R2O等杂质。　　           

1.2蜡石的基本性质

由于蜡石的矿物组成不同，它们的差热曲线明显不同，存在不同的吸热与放热峰。可见试样未烧结以前，在一定温度范围内会产生膨胀，其原因是晶格膨胀，铝氧、硅氧层分离所致。700℃左右开始发生剧烈膨胀，900℃开始尺寸变化趋于平缓，1100℃开始收缩。这一膨胀特性是蜡石砖具有微膨胀特性的基础。生蜡石的硬度很小，是常用的雕刻材料，但经煅烧后其硬度与强度大幅度提高。此外，叶蜡石具有较好的化学稳定性，在高温下才能被硫酸分解。

2、半硅质砖的生产工艺要点

半硅质砖的制造工艺和粘土砖基本相似，最大的区别是半硅质砖可以全部利用生料制砖。其生产工艺要点如下。

（1）利用天然的硅石粘土、蜡石时，要根据原料的性质和成品的使用条件，决定是否加入熟料。可采用生料直接制砖，也可将部分蜡石原料煅烧成熟料后加入配料中，或者加入％～20％的粘土熟料取代天然的硅石粘土。

（2）如果外加石英砂或硅石作瘠性料时，其颗粒大小应根据制品性能要求而定。一般情况下，若原料杂质多，石英颗粒细，制得的制品的耐火性能低，热震稳定性下降，但强度增大。若用的石英颗粒大，制品的强度低，但抗热震性增强，荷重软化温度提高。

（3）蜡石生料水分较小(小于7％)，全蜡石或加少量结合粘土配料时，泥料水分低，结合性能差。同时，蜡石砖在使用过程中，一般要经过反复加热一冷却，膨胀量逐渐增大，体积密度进一步降低。因此，应该高压成型，一般成型压力在50 MPa以上。也有的成型压力为50～100 MPa，或采用真空脱气压砖机来成型体积稳定性高的高密度蜡石砖。这种蜡石砖透气度小，气孔直径细小，可提高耐用性。

（4）最高烧成温度随所用原料特性而有差异，通常采用低温烧成，温度比烧成温度较低的粘土砖还要低150 ℃，一般不超过1200 ℃。烧成后缓慢冷却。

3、半硅质砖的性能特点与应用

以叶蜡石为主要原料生产的半硅质砖，耐火度大于1700℃。高温下不收缩而有一定的微膨胀。抗热震性较好，能经受钢渣和金属的冲击，且有较强的抗蠕变能力。其微膨胀性有利于提高砌体的整体性，减弱熔渣沿砖缝对砌体的侵蚀作用。同时，在高温使用过程中可在半硅质砖表面形成粘度大的釉状物质，阻止熔渣向砖内渗透，从而可提高抗熔渣侵蚀的能力。为了改善半硅质砖的性能，有时需添加一些其他物质，如添加莫来石、高铝矾土熟料、及锆英石等来提高耐火砖的耐热性。

半硅质砖主要被应用于钢包包底内衬、铁水包内衬、浇钢砖和窑炉烟道等。随着对钢质量要求的提高，半硅砖在钢铁工业中的用量已很少。

除了蜡石以外，其他半硅质材料与矿物，也可以用来制造半硅质耐火材料。