保溫時間對焦爐硅磚的物相組成的影響

　　不同保溫時間熱處理后的焦爐硅磚中主要物相為方石英，另外還有微量的鱗石英，且其含量隨著保溫時間的增加基本保持穩(wěn)定。方石英的含量隨保溫時間的增加而增加，且保溫時間為0h時方石英含量已達到33%，對比未進行熱處理的原磚方石英晶體的析出量達到26%。

　　熔融石英在高溫下析晶主要是因為熔融石英分子式中氧含量低于普通SiO2中的氧含量，其分子式為SiO2-x，與方石英的分子式SiO2不盡相同。原因可以從金屬氧化物加熱時，會從高價向低價轉(zhuǎn)化和熔體的結(jié)構(gòu)變化方面來解釋。在高溫氧化氣氛下，氧原子通過熱擴散滲入熔融石英的表面，彌補了原來熔融石英中陰離子空缺的位置，所以原先的局部表面層就形成和SiO2分子式相同的微晶結(jié)構(gòu)，這個時候依然是屬于無序的狀態(tài)，微晶結(jié)構(gòu)更進一步轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻姆绞?，熔融石英在高溫氧化氣氛下，容易轉(zhuǎn)化為方石英，在還原氣氛下則反之。有人在空氣中加熱開口和閉口的石英玻璃管至1300℃，并保溫1~15h，在開口管的外表面和內(nèi)表面都發(fā)生了析晶，閉口管的內(nèi)表面并無析晶，還發(fā)現(xiàn)熔融石英轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞r，因氧化導(dǎo)致的重量增加約為0.1%。采取必要的措施使得熔融石英氧含量達不到分子式SiO2的數(shù)值，發(fā)生析晶就會很困難。

　　結(jié)晶和熔化時相反的過程，正常情況下，將熔體冷卻到熔化溫度就會出現(xiàn)結(jié)晶。結(jié)晶的兩個過程起主要作用，及晶核成形及結(jié)晶速度。而晶核的形成在較低溫度時減慢，需要較長的醞釀期。較高溫度下，粘度減小，成核速率會加快，所以溫度是影響析晶的一個很重要因素。而如有外界雜質(zhì)的加入，會使得玻璃相過早形成液相，降低玻璃態(tài)粘度，也會減小從玻璃相越過界面轉(zhuǎn)入晶相所需要活化能，所以嚴格控制外界雜質(zhì)的進入可以一定程度上避免析晶。本文中，主要探究的是保溫時間對熔融石英的結(jié)晶化影響，在其他條件一定的情況下，結(jié)果表明熔融石英的析晶程度隨著時間的增加而增加。那么在焦爐的服役過程中，熔融石英會在長期的受熱過程中緩慢析出方石英，同時其微結(jié)構(gòu)也在不斷的被破壞，就會導(dǎo)致焦爐硅磚的損壞甚至是崩塌。

　　除了方石英外，熱處理后的硅磚中還發(fā)現(xiàn)了微量的鱗石英，主要是因為原磚中雜質(zhì)成分的存在，它們充當了礦化劑的作用，促使了少量的鱗石英的生成，但隨著保溫時間的增加，其含量沒有明顯的變化。另外，鱗石英由高溫鱗石英相向低溫鱗石英相對于焦爐硅磚微結(jié)構(gòu)的影響很小，主要是因為其理論真密度十分相近，六方的高溫鱗石英相理論真密度為2.24g/cm3，單斜的低溫鱗石英理論真密度為2.32g/cm3。