1. Применение силикатного кирпича в сталелитейной промышленности

1.1 Типичные сценарии использования и требования к характеристикам

В сталелитейной металлургии силикатный кирпич в основном используется в футеровочных системах высокотемпературных печей, включая:

• Системы коксовых печей ：Основные места применения силикатного кирпича — это стены коксовых камер и камеры сгорания
• Печи для выравнивания температуры ：Высокотемпературные зоны печей для нагрева заготовок
• Горячевоздушные печи доменных печей ：Свод и верхняя кладка
• Раньше кислородные мартеновские печи ：Ключевые участки, такие как свод печи

Общие характеристики этих условий применения — высокая рабочая температура (≥1400℃), кислая среда, требующая от огнеупорных материалов длительной высокотемпературной стабильности, отличной герметичности и достаточной прочности конструкции. В качестве примера можно привести коксовую печь, тонкие стенки коксовой камеры которой должны выдерживать периодические тепловые напряжения в процессе загрузки и выгрузки кокса, а также обеспечивать прочность и герметичность стенок печи для обеспечения непрерывного производства в течение нескольких десятков лет.

1.2 Технические преимущества

Преимущества силикатного кирпича в сталелитейной промышленности заключаются в следующем:

Отличная высокотемпературная стабильность ：Силикатный кирпич относится к кислотным огнеупорным материалам, содержание SiO₂ в нем обычно составляет более 94%, температура размягчения под нагрузкой может достигать более 1620℃, что близко к огнеупорности самого материала. При высоких температурах силикатный кирпич обладает высокой прочностью, и при длительной эксплуатации он не подвержен ползучести и деформации.

Хорошие теплопроводные свойства ：Силикатный кирпич обладает высокой теплопроводностью, что способствует равномерному распределению тепла внутри печи. В камере сгорания коксовой печи эффективная теплопередача кладки из силикатного кирпича обеспечивает равномерный нагрев угля в коксовой камере для коксования. При температуре около 1000℃ теплопроводность силикатного кирпича значительно выше, чем у глиняного и высокоглиноземистого кирпича, а теплопроводность плотного силикатного кирпича может быть на 10%～20% выше, чем у обычного силикатного кирпича.

Высокая стойкость к химической коррозии ：Силикатный кирпич обладает высокой стойкостью к кислому шлаку и атмосфере, при высоких температурах он не подвержен коррозии кислотными оксидами, кроме SiO₂.

Отличная объемная стабильность ：После тщательной предварительной термообработки силикатный кирпич обладает высокой объемной стабильностью в процессе эксплуатации, при повторном нагреве он не сжимается, а даже немного расширяется, что способствует сохранению плотности кладки. Особенно в высокотемпературной зоне выше 600℃ термостойкость силикатного кирпича относительно хорошая.

Длительный срок службы ：В реальной эксплуатации срок службы кладки из высококачественного силикатного кирпича коксовой печи может достигать 10～15 лет, а при правильной эксплуатации он может превышать 25 лет, что делает силикатный кирпич идеальным огнеупорным материалом для традиционных коксовых печей и воздухонагревателей.

1.3 Анализ ограничений

Применение силикатного кирпича в сталелитейной промышленности имеет и очевидные технические ограничения:

Низкая термостойкость ：Это самый главный недостаток силикатного кирпича, особенно при резких перепадах температуры ниже 600℃. Кварцевая фаза в силикатном кирпиче претерпевает полиморфное превращение при температуре около 573℃, сопровождающееся значительным изменением объема, и если температура часто пересекает этот интервал, это может привести к растрескиванию кирпича. Поэтому силикатный кирпич не подходит для условий работы с частыми остановками печи и резким охлаждением/нагревом.

Ограниченная щелочестойкость ：Силикатный кирпич является кислотным огнеупорным материалом, его стойкость к коррозии щелочным шлаком относительно низкая. Если в сталеплавильной печи образуется щелочной шлак, содержащий CaO, K₂O, Na₂O и другие вещества, он будет реагировать с SiO₂, что приведет к быстрому ухудшению силикатного кирпича, что ограничивает применение силикатного кирпича в щелочных условиях плавки, таких как конвертеры.

Строгое нижнее температурное ограничение ：При использовании силикатного кирпича следует избегать снижения температуры ниже 600℃, иначе кладка может быть повреждена из-за фазового перехода, сопровождающегося расширением/сжатием.

В целом, силикатный кирпич в сталелитейной промышленности подходит для участков с высокими температурами и кислой средой, но при резких колебаниях температуры или воздействии щелочных металлов его срок службы и надежность ограничены, поэтому для обеспечения длительного срока службы необходимо строго контролировать температуру и выбирать материалы.

2. Применение силикатно-муллитового кирпича в цементной промышленности

2.1 Типичные сценарии использования и требования к характеристикам

В системе вращающихся печей для обжига клинкера цемента традиционно используются магнезиально-хромитовые и высокоглиноземистые кирпичи. Однако с увеличением масштабов и технологическим прогрессом новых сухих цементных печей условия работы в переходной и охлаждающей зонах печи становятся все более жесткими:

• Рабочая температура ：Около 1300～1400℃
• Температурные характеристики ：Частые колебания температуры, затрудняющие образование стабильной защитной корки
• Механические напряжения ：Корпус печи испытывает большие механические напряжения в области роликов
• Химическая среда ：Воздействие абразивного износа клинкером и щелочной коррозии

Для решения этой технической проблемы с 1990-х годов научно-исследовательские подразделения в области строительных материалов Китая разработали силикатно-муллитовый кирпич (силикатно-алюмосиликатный муллитовый кирпич с карбидом кремния). Этот огнеупорный кирпич имеет муллит (3Al₂O₃·2SiO₂) в качестве основной кристаллической фазы, с добавлением определенного количества карбида кремния (SiC) и других добавок, после высокотемпературного обжига он сочетает в себе высокие температурные характеристики муллита и износостойкость и коррозионную стойкость SiC.

2.2 Технические преимущества

По сравнению с традиционными высокоглиноземистыми и магнезиально-алюмошпинельными кирпичами силикатно-муллитовый кирпич демонстрирует значительные преимущества в переходной зоне цементной печи:

Значительно улучшенная термостойкость В силикатно-муллитовых кирпичах карбид кремния (SiC) обладает высокой теплопроводностью и низким коэффициентом теплового расширения, что значительно снижает тепловые напряжения, возникающие из-за резких перепадов температуры. Экспериментальные данные показывают, что высококачественные силикатно-муллитовые кирпичи выдерживают десятки циклов термоудара (водяное охлаждение), в то время как обычные силикатные кирпичи — лишь несколько. Поэтому силикатно-муллитовые кирпичи не склонны к растрескиванию и отслаиванию во время колебаний давления в печи и пуско-остановочных процессах.

Высокая прочность при высоких температурах и отличная структурная стабильность Температура начала деформации под нагрузкой силикатно-муллитовых кирпичей выше 1500℃, что значительно выше фактической температуры в переходной зоне, что позволяет им выдерживать высокие температурные нагрузки без размягчения и деформации. Их структура после обжига плотная, муллит и SiC кристаллически стабильны, а на горячей поверхности кирпича образуется непрерывный плотный слой SiO₂, эффективно препятствующий проникновению и коррозии щелочных металлов, сульфидных газов и расплавов.

Высокая износостойкость и коррозионная стойкость Муллит и SiC обладают высокой твердостью и износостойкостью. Силикатно-муллитовые кирпичи имеют низкую открытую пористость и высокую прочность, не отслаиваются и не разрушаются при трении о вращающийся клинкер, что значительно увеличивает срок службы футеровки. Они проявляют высокую устойчивость к воздействию щелочей и серы, содержащихся в шихте, значительно превосходя шпинельные кирпичи.

Заметный эффект регулирования температуры и энергосбережения Теплопроводность силикатно-муллитовых кирпичей несколько ниже, чем у магнезиальных огнеупоров, что позволяет снизить температуру поверхности футеровки печи примерно на 100℃, уменьшить теплопотери, защитить стальной корпус печи и повысить тепловой КПД, обеспечивая экономию топлива.

Микрорасширение способствует герметизации При высокотемпературной эксплуатации силикатно-муллитовые кирпичи подвергаются объемному микрорасширению примерно на 0,3–0,5%, что способствует плотному прилеганию кирпичей друг к другу и к корпусу печи, компенсируя зазоры в кладке и повышая общую стабильность.

2.3 Анализ ограничений

Несмотря на отличные характеристики силикатно-муллитовых кирпичей в цементных печах, существуют некоторые ограничивающие факторы:

Предел щелочестойкости Хотя силикатно-муллитовые кирпичи содержат небольшое количество SiC, повышающего щелочестойкость, при очень высоких циклах воздействия щелочей и серы они могут постепенно разрушаться в течение длительного времени. Если содержание Na₂O/K₂O и SO₃ в сырье или топливе превышает допустимые значения, срок службы силикатно-муллитовых кирпичей сокращается.

Чувствительность к колебаниям температуры Хотя силикатно-муллитовые кирпичи устойчивы к термоударам, важно избегать больших колебаний рабочих параметров. В реальном производстве следует стремиться к плавной работе, предотвращая колебания состава сырья или резкие изменения рабочих параметров.

Стоимость и требования к монтажу Производство силикатно-муллитовых кирпичей сложно, требует высокочистого глинозема и высококачественного SiC в качестве сырья, прессования под высоким давлением и высокотемпературного обжига, поэтому их стоимость выше, чем у обычных высокоглиноземистых кирпичей. При монтаже необходимо строго соблюдать рекомендации производителя по зазорам и кладке.

В целом, применение силикатов в цементной промышленности успешно перешло от традиционных чистых силикатных кирпичей к композитным модифицированным силикатно-муллитовым кирпичам, что эффективно решило проблему срока службы в переходной зоне вращающихся печей, значительно превосходя по износостойкости, термостойкости и коррозионной стойкости предыдущие материалы.

3. Применение силикатов в стекольной промышленности

3.1 Типичные сценарии использования и требования к характеристикам

Силикатные кирпичи имеют долгую историю применения в стекольной промышленности, в основном для сводов (больших сводов) и верхней части стекловаренных печей. Температура в зоне плавления ванных печей для традиционного натриево-кальциевого стекла достигает 1550–1600℃, и силикатные кирпичи благодаря высокой чистоте SiO₂ и огнеупорности широко используются для кладки больших сводов, верхней части боковых стенок, передних и задних стенок, а также верха рекуперативных камер.

Технические требования к этим зонам включают:

• Высокая термостойкость, устойчивость к нагрузкам без деформации
• Защита от длительного воздействия пламени и щелочных летучих веществ внутри печи
• Объемная стабильность при длительной непрерывной работе (срок службы печи составляет несколько лет без ремонта)
• Обеспечение безопасности конструкции печи

3.2 Технические преимущества

Отличная совместимость материалов Силикатные кирпичи содержат SiO₂ ≥96%, хорошо совместимы с составом стекла и не вносят примесей, загрязняющих расплав стекла. Их температура начала деформации под нагрузкой (1640–1680℃) близка к точке плавления кристобалита/кварца, и они сохраняют жесткость при высоких температурах и нагрузках.

Высокая структурная стабильность Силикатные кирпичи обладают высокой устойчивостью к кислотной среде и шлакам. Пламя в стекловаренных печах часто содержит сульфаты, диоксид серы и другие кислотные компоненты, и кислотостойкость силикатов обеспечивает им лучшую коррозионную стойкость в условиях свода печи по сравнению с нейтральными кирпичами, такими как высокоглиноземистые.

Подходящие физические свойства Плотность силикатов ниже, чем у высокоглиноземистых кирпичей, а коэффициент теплопроводности ниже, что обеспечивает определенную теплоизоляцию, способствуя уменьшению теплопотерь через свод и снижению собственного веса свода. При температурах выше 600℃ они демонстрируют объемную стабильность и термостойкость, что идеально подходит для стекловаренных печей, требующих медленного нагрева и стабильного поддержания температуры.

Хорошая экономичность Силикатные кирпичи относительно недороги, технология их производства отработана, и в большинстве стекловаренных печей по всему миру силикатные кирпичи для больших сводов по-прежнему занимают незаменимое положение. Срок службы сводов стекловаренных печей, выполненных из обычных силикатов, обычно составляет 4–5 лет, а высококачественные силикатные кирпичи, используемые в больших сводах печей для производства высококачественного листового стекла, могут прослужить 8–10 лет.

3.3 Анализ ограничений

По мере развития стекольной промышленности в сторону увеличения масштабов и интенсификации плавления традиционные силикатные кирпичи в некоторых экстремальных условиях проявляют свои ограничения:

Ограничение по жаростойкости Огнеупорность силикатов составляет около 1690–1730℃. Температура в современных печах для производства сверхбелого и фотоэлектрического стекла постоянно повышается, и когда температура печи приближается к точке начала деформации под нагрузкой силикатов или превышает ее, силикаты могут подвергаться ползучести и снижению прочности, что не отвечает более строгим требованиям.

Ограниченная стойкость к щелочной коррозии Оксиды щелочных металлов, такие как Na₂O и K₂O, содержащиеся в шихте для стекла, испаряются при высоких температурах и в виде щелочного пара контактируют с огнеупорным кирпичом свода печи. Кирпич из кремнезема не устойчив к щелочной коррозии, и щелочной пар постепенно реагирует с SiO₂ с образованием легкоплавкой силикатной стеклофазы, что приводит к частичному размягчению и отслаиванию кирпича.

Влияние термического шока и пусков/остановок печи Хотя температура в стекловаренной печи стабильна во время нормальной работы, в случае внезапного отключения электроэнергии или экстренной остановки печи резкие изменения температуры приводят к растрескиванию и отслаиванию кремнеземистого кирпича. Слабая устойчивость кремнеземистого кирпича к резкому охлаждению и нагреванию проявляется в таких ситуациях.

В целом, кремнеземистый кирпич по-прежнему имеет преимущества в применении в стеклянной промышленности в качестве материала для свода и верхней части крупных ванных печей. В этой области кремнеземистый кирпич обеспечивает хороший баланс высокотемпературной прочности, структурной стабильности и экономичности. Однако перед лицом новых стекловаренных печей с более высокими температурами и более высоким содержанием щелочей кремнеземистый кирпич сталкивается с трудностями, что стимулирует отрасль к поиску способов усовершенствования кремнеземистого кирпича или поиску альтернативных материалов.

4. Применение кремнеземистого кирпича в энергетике (котлы)

4.1 Типичные сценарии использования и требования к характеристикам

В котлах и связанном теплоэнергетическом оборудовании энергетической промышленности огнеупорные материалы в основном используются в качестве футеровки камеры сгорания и теплоизоляционного слоя в высокотемпературных зонах. Традиционные котлы тепловых электростанций в основном используют шамотный кирпич, высокоглиноземистый кирпич и заливочные массы, но в некоторых особых условиях также используются кремнеземистые огнеупорные материалы.

Применение кремнеземистого кирпича в энергетических котлах в основном сосредоточено на:

• Своды и стены ранних угольных топок или цепных топок
• Определенные зоны камеры сгорания угольных котлов
• Футеровка высокотемпературных циклонных сепараторов котлов с циркулирующим кипящим слоем
• Своды мусоросжигательных печей и другие участки, предъявляющие особые требования к огнеупорным материалам

4.2 Технические преимущества

Высокая стабильность объема при высоких температурах В определенных условиях кремнеземистый кирпич, используемый для футеровки котлов, может проявлять свои преимущества в отношении стабильности объема при высоких температурах и кислотостойкости. Сжигание угля в котлах приводит к образованию оксидов серы, образующих кислые дымовые газы, кремнеземистый кирпич хорошо противостоит воздействию кислотной среды.

Сохранение прочности конструкции Кремнеземистый кирпич имеет высокую температуру начала деформации под нагрузкой, и в таких местах, как свод котла, подвергающихся воздействию абразивных частиц золы при высоких температурах, он может сохранять прочность конструкции, в отличие от некоторых легких огнеупорных футеровок, которые легко сжимаются и деформируются при высоких температурах.

Долговременная стабильность Для котлов, работающих непрерывно на полной мощности и с небольшим количеством пусков и остановок, кремнеземистый кирпич после первоначального обжига и стабилизации расширения при длительной работе при высоких температурах сохраняет стабильность размеров и прочность кладки.

4.3 Анализ ограничений

Особенности работы энергетических котлов выявляют недостатки кремнеземистого кирпича, ограничивая его область применения:

Неприспособленность к частым колебаниям температуры Тепловые котлы электростанций довольно часто запускаются, останавливаются и изменяют нагрузку в зависимости от потребностей в мощности, и футеровка часто подвергается температурным циклам. Проблема низкой термостойкости кремнеземистого кирпича в таких условиях очень заметна, так как при запуске котла и его нагреве, а также при остановке и охлаждении температура проходит через область фазовых переходов кремнеземистого кирпича, что приводит к образованию трещин и отслаиванию.

Серьезная коррозия щелочными металлами и золой Зола, образующаяся при сжигании угля в котлах, богата щелочными оксидами (такими как CaO, K₂O и др.) и расплавленными солями, которые сильно корродируют кремнеземистый кирпич. При контакте с щелочами кремнеземистый кирпич образует легкоплавкие вещества, что приводит к разрушению структуры; в котлах с циркулирующим кипящим слоем зола постоянно ударяет по футеровке и содержит щелочи, что кремнеземистый кирпич не может выдерживать в течение длительного времени.

Чувствительность к механической эрозии и истиранию Быстрое движение твердых частиц (шлака, золы) в котле приводит к истиранию и эрозии футеровки. Кремнеземистый кирпич относительно хрупок, и его устойчивость к механическим ударам ниже, чем у корундового муллитового кирпича и заливочных масс.

Проблемы с гигроскопичностью и прочностью при низких температурах Если кремнеземистый кирпич намокнет, то при повторном нагреве при низких температурах он может растрескаться. Кроме того, рабочая температура в некоторых зонах котла может быть ниже 600 ℃, и объемная стабильность кремнеземистого кирпича в этих низкотемпературных зонах невысока, что может привести к ослаблению футеровки.

В заключение следует отметить, что применение кремнеземистого кирпича в энергетических котлах имеет ряд ограничений, и в современных крупных котлах предпочтение отдается огнеупорным материалам с более высокими комплексными характеристиками. Однако в некоторых специальных котлах/печах (например, в непрерывно работающих печах для рекуперации серы, кислотных камерах сгорания и т. д.) кремнеземистый кирпич по-прежнему является экономически выгодным вариантом.

5. Основные факторы, влияющие на срок службы кремнеземистого кирпича

Срок службы кремнеземистого кирпича в высокотемпературных промышленных применениях ограничивается многими факторами, в основном включая следующие аспекты:

5.1 Термостойкость (устойчивость к тепловому удару)

Это основной фактор, влияющий на срок службы кремнеземистого кирпича. Из-за особенностей кристаллической структуры кремнеземистый кирпич очень чувствителен к резким изменениям температуры. Когда температура резко падает или повышается, пересекая температуру перехода кварца (около 573 ℃), внутри кремнеземистого кирпича происходит фазовый переход, вызывающий скачкообразное изменение объема, создающее большое внутреннее напряжение, что легко приводит к растрескиванию или отслаиванию кирпича.

Поэтому частые пуски и остановки печи и большие колебания температуры значительно сокращают срок службы кремнеземистого кирпича. Напротив, при стабильной температуре выше 600 ℃ термостойкость кремнеземистого кирпича достаточно высока, что объясняет, почему срок службы кремнеземистого кирпича в таких устройствах, как коксовые печи и воздухонагреватели, работающих при постоянной высокой температуре, относительно высок.

5.2 Химическая коррозия

Кремнеземистый кирпич относится к кислотным огнеупорным материалам, и он очень устойчив к кислотным шлакам и атмосферам, но при контакте со щелочными химическими веществами он легко подвергается коррозии. Типичными факторами коррозии являются:

• Шлак и летучая зола, содержащие оксиды щелочных металлов
• Известь и щелочные соли в клинкере цемента
• Пары Na₂O/K₂O в стекловаренных печах
• Сульфиды щелочных металлов в доменном газе

Эти компоненты вступают в химическую реакцию с SiO₂ с образованием низкоплавких силикатов, что приводит к частичному размягчению, распылению или образованию эрозионных углублений в футеровке, в результате чего кладка постепенно истончается и ослабевает.

5.3 Механические напряжения и нагрузки

Кладка из кремнеземистого кирпича должна выдерживать собственный вес, давление сверху и напряжения, возникающие в результате ограничения теплового расширения. При неправильном проектировании или кладке чрезмерные механические напряжения могут привести к образованию трещин в кирпичах или смещению кладки. Деформация корпуса вращающейся печи в переходной зоне, боковое давление и износ толкателя коксовой батареи, абразивное воздействие твердых частиц в циркуляционных кипящих слоях котлов — все это примеры механического воздействия, влияющего на срок службы кремнеземистого кирпича.

5.4 Влияние температуры и времени (высокотемпературная ползучесть)

При длительном воздействии высоких температур и нагрузок кремнеземистый кирпич подвергается ползучести, то есть накоплению малых пластических деформаций. Хотя скорость ползучести кремнеземистого кирпича относительно ниже, чем у магнезиального кирпича и т.п., при температурах, близких к температуре размягчения под нагрузкой, после нескольких лет эксплуатации могут наблюдаться прогибы свода, сжатие кладки и т.д., что влияет на стабильность конструкции.

5.5 Качество строительных работ

Срок службы кладки из кремнеземистого кирпича тесно связан с качеством строительно-монтажных работ. Недостаточный зазор для расширения может привести к разрушению кирпича при тепловой эксплуатации, а слишком большой зазор — к ослаблению кладки и утечке газа. Несоответствие размеров кирпичей, неправильный раствор — все это создает точки концентрации напряжений, которые первыми разрушаются в процессе эксплуатации. Кроме того, важным фактором является качество самого кремнеземистого кирпича (например, точность размеров, внутренние трещины).

6. Стратегии повышения срока службы кремнеземистого кирпича

В связи с вышеперечисленными факторами, влияющими на срок службы, в промышленности и научных кругах предложено множество стратегий повышения долговечности кремнеземистого кирпича в жестких условиях:

6.1 Оптимизация рецептуры материала и модификация легированием

Повышение чистоты и плотности Повышение чистоты и плотности SiO₂ позволяет улучшить высокотемпературные характеристики и коррозионную стойкость кремнеземистого кирпича. Используется высококачественное сырье из кремнезема с содержанием SiO₂ ≥ 99%, а также минерализаторы для обеспечения полного превращения кремнезема при обжиге, уменьшения остаточного кварца и повышения плотности изделия.

Модификация с помощью функциональных добавок Введение небольшого количества добавок в состав кремнеземистого кирпича для улучшения его свойств. Например, добавление микропорошков оксидов (например, 1–2% CuO, Fe₂O₃, TiO₂) может повысить теплопроводность коксового кирпича примерно на 10%, что способствует уменьшению температурных напряжений. Добавление мелких частиц карбида кремния (SiC) или нитрида кремния (Si₃N₄) частично превращается в SiO₂ в процессе обжига и заполняет поры, что снижает пористость изделия и повышает термостойкость.

Применение технологии упрочнения Использование циркона или ZrO₂ для упрочнения, использование мартенситного превращения ZrO₂ при нагревании для образования микротрещин для рассеивания энергии, что повышает стойкость к тепловому удару.

6.2 Оптимизация конструктивного решения и кладки

Контроль температурных зон Разумный дизайн футеровки и выбор типа кирпича имеют решающее значение для срока службы кремнеземистого кирпича. Следует стремиться к поддержанию температуры в рабочей зоне кремнеземистого кирпича ≥ 600 ℃, чтобы избежать области низкотемпературных фазовых превращений. Этого можно достичь путем проектирования теплоизоляционного слоя и оптимизации конструкции печи.

Рациональный дизайн компенсационных швов Предусмотрение компенсационных швов является важным принципом кладки из кремнеземистого кирпича. При строительстве в соответствии с коэффициентом теплового расширения кремнеземистого кирпича оставляются компенсационные зазоры в различных направлениях кладки, чтобы предотвратить разрушение кладки при первичном тепловом расширении.

Применение многослойной футеровки Использование кирпича с соответствующими свойствами в разных частях. Например, в нижней части рекуператора коксовой батареи используется полукремнеземистый кирпич (содержание SiO₂ около 50–80%) вместо кремнеземистого кирпича, поскольку температура здесь относительно низкая, а щелочная атмосфера более агрессивная, а свойства полукремнеземистого кирпича, находящегося между кремнеземистым и глиняным кирпичом, по расширению и коррозионной стойкости более подходят.

6.3 Меры по строительству и техническому обслуживанию

Строгий контроль качества строительных работ При кладке каждого кремнеземистого кирпича необходимо проверять его размеры и наличие внешних трещин, обеспечивать перевязку швов, ровность и заполнение швов огнеупорной затиркой, не допускать сквозных швов и сухих швов. После кладки обычно проводится низкотемпературная сушка печи для медленного удаления влаги из кладки, а также постепенного превращения кварца, чтобы уменьшить риск растрескивания при резком повышении температуры.

Оптимизация эксплуатации и технического обслуживания Следует избегать резких колебаний температуры и частых остановок, при необходимости остановки печи следует снижать температуру в соответствии с нормами, обеспечивая время для выравнивания температур кремнеземистого кирпича. Регулярно контролировать распределение температуры футеровки, предотвращая местный перегрев. Для участков, подверженных эрозии, можно использовать методы нанесения защитных покрытий.

Своевременный ремонт и техническое обслуживание При обнаружении локальных трещин и утечек в швах можно производить ремонт с помощью напыления ремонтного материала в горячем состоянии, заполняя трещины для восстановления целостности кладки. В коксовых батареях в среднесрочной перспективе используется метод ремонта рекуператора с помощью ремонтного материала для восстановления осевших слоев кремнеземистого кирпича, а в стеклянных печах на ранней стадии холодного ремонта часто используется огнеупорная заливочная масса для заделки стекающих стеклянных шлаков на верху печи.

7. Примеры промышленной практики и последние достижения в исследованиях

7.1 Примеры в сталелитейной промышленности

Современные крупные коксовые батареи должны иметь срок службы не менее 20 лет, а воздухонагреватели доменных печей должны работать без капитального ремонта в течение десятилетий. На одном металлургическом заводе для кладки стен камер коксования использовался высокоплотный кремнеземистый кирпич с низкой пористостью, который показал значительный срок службы в условиях высоких температур и циклического нагрева: после 15 лет эксплуатации практически не наблюдалось видимых повреждений конструкции, ожидаемый срок службы превышает 20 лет. Это объясняется низкой истинной плотностью кирпича (≈2,35 г/см³), содержанием остаточного кварца <1%, полным расширением и стабилизацией при сушке печи, отсутствием значительного расширения в процессе эксплуатации и значительным уменьшением концентрации напряжений.

7.2 Примеры в цементной промышленности

Успешное применение динасового кирпича в цементных вращающихся печах демонстрирует значительное увеличение срока службы. Например, в новой сухой цементной печи производительностью 5000 тонн/сут в одной из провинций Чжэцзян, где ранее в переходной зоне использовался магнезитохромитовый кирпич со средним сроком службы около 10 месяцев, после перехода на отечественный динасовый кирпич марки SA-1680 срок службы футеровки переходной зоны увеличился до более чем 15 месяцев. Одновременно в другой цементной печи производительностью 2500 тонн/сут в провинции Аньхой, в переходной зоне которой ранее использовался высокоглиноземистый кирпич, устойчивый к отслаиванию, требовавший многочисленных ремонтных работ в течение года, а минимальный срок службы составлял 3 месяца до прогорания, после замены на динасовый кирпич футеровка этого участка работала непрерывно 15 месяцев без капитального ремонта.

7.3 Примеры применения в стекольной промышленности

Ванны для варки стекла всегда были областью, где динасовый кирпич демонстрирует свои лучшие качества. Одна из компаний по производству огнеупоров в провинции Чжэцзян, повысив чистоту SiO₂ и добавив комплексные добавки, разработала большой динасовый кирпич для стекловаренных печей, который используется в печах для производства бытового и листового стекла, срок службы которого составляет 8-10 лет, что значительно превышает 5-летний срок службы традиционного динасового кирпича. В этом динасовом кирпиче в качестве добавок используются отработанный динасовый кирпич и порошок из кварцевых трубок, что уменьшает трещины, образующиеся в результате кристаллической трансформации при обжиге, значительно повышая выход и стабильность готовой продукции.

7.4 Последние достижения в исследованиях

В последние годы технологии производства динасового кирпича постоянно развиваются:

• Динасовый кирпич с нулевым расширением Используя электроплавленый кварц (аморфная фаза) в качестве заполнителя, кирпич практически не расширяется от комнатной температуры до высоких температур, что в корне решает проблему фазового перехода кварца и значительно повышает термостойкость.
• Композитный динасовый кирпич На горячей поверхности динасового кирпича создается слой легкого теплоизоляционного материала, что дополнительно снижает температуру корпуса. Измерения показали, что такой композитный кирпич может снизить температуру кожуха печи еще на 80-120 ℃.
• Развитие бескромовых огнеупорных материалов Динасовый кирпич как бескромовый материал имеет преимущества с точки зрения охраны окружающей среды и, как ожидается, получит более широкое распространение.

8. Выводы и перспективы

Динасовый кирпич как традиционный огнеупорный материал по-прежнему занимает важное место в высокотемпературных отраслях промышленности, таких как металлургия, цементная промышленность, стекольная промышленность и энергетика. Системный анализ состояния применения в различных отраслях показывает:

1. Традиционные области применения остаются стабильными В коксовых печах, воздухонагревателях, верхах стекловаренных печей и других местах с высокими температурами и относительно стабильной кислотной средой динасовый кирпич по-прежнему является оптимальным материалом благодаря своей высокой термостойкости, кислотостойкости и экономичности.
2. Композитная модификация открывает новые возможности применения Композитный модифицированный динасовый кирпич, в частности, успешно решил проблему сложных условий эксплуатации в переходных зонах цементных печей и других местах, где традиционный динасовый кирпич не справлялся, что демонстрирует огромный потенциал инноваций в области материалов.
3. Тенденции развития технологий очевидны Благодаря оптимизации состава материалов, улучшению конструкции и совершенствованию методов монтажа и технического обслуживания, область применения и срок службы динасового кирпича постоянно расширяются.
4. Вызовы и возможности сосуществуют Перед лицом вызовов современной промышленности, связанных с более высокими температурами и более агрессивными средами, динасовый кирпич нуждается в постоянных инновациях в области материаловедения и технологий применения.

В перспективе динасовый кирпич как классический огнеупорный материал, благодаря новым технологиям, сможет «расцвести второй жизнью», достигнув сочетания долговечности и высоких эксплуатационных характеристик в более широком спектре промышленных применений, и продолжит обеспечивать надежную поддержку развитию высокотемпературной промышленности.

---

Составление отчета Компания Hubei Zhongnai New Materials Technology Co., Ltd.
Техническая поддержка Компания Hubei Zhongnai New Materials Technology Co., Ltd.