Spiekaniecegły krzemionkowejest w rzeczywistości jednorodnym polikrystalicznym procesem transformacji SiO2. Pod wpływem mineralizatorów surowce krzemionkowe ulegają powolnej spiekaniu i zasadniczo przekształcają się w trydymit i krystobalit, z niewielką ilością resztkowego kwarcu. Gdy cegły ogniotrwałe krzemionkowe zostaną podgrzane podczas użytkowania do 1450 stopni, całkowite zwiększenie objętości wynosi 1,5% ~ 2,2%. Ta resztkowa ekspansja spowoduje zamknięcie spoin muru, co sprzyja zapewnieniu dobrej szczelności i wytrzymałości konstrukcyjnej muru z cegły silikonowej. Co więcej, ta jednorodna polikrystaliczna przemiana SiO2 wskazuje, że monitorowanie materiałów ogniotrwałych na wczesnym etapie wypalania w piecu skupia się na cegłach szamotowych krzemionkowych, a szybkość nagrzewania charakteryzuje się powolnym i równomiernym nagrzewaniem. W zakresie temperatur 150~300 stopni należy zwrócić szczególną uwagę na powolne nagrzewanie w tym zakresie temperatur podczas pieczenia w piecach, ponieważ przemianie krystalicznej B i tylko krystobalitu towarzyszy efekt dużej objętości.
Szybkość i stopień przemiany kwarcu w trydymit są związane nie tylko z temperaturą i obecnością mineralizatorów, ale także z takimi czynnikami, jak czas działania temperatury, wielkość cząstek surowców i wielkość kryształów fazy transformacji. Konwersja jest szybka, jeśli temperatura jest wysoka, czas działania w wysokiej temperaturze jest długi, cząstki są małe, kryształy są małe, a mineralizator jest mocny i odwrotnie. Głównymi fazami krystalicznymi cegieł krzemionkowych są trydymit i krystobalit. Temperatura topnienia trydymitu wynosi 1670 stopni i ma wysoką stabilność objętościową. Jeżeli trydymit w cegle szamotowej ma postać bliźniaczych kryształów typu grot i jest spleciony w rozkładzie sieciowym, cegła może mieć wyższą temperaturę mięknienia pod obciążeniem i wytrzymałość mechaniczną. Kiedy w cegle ogniotrwałej krzemionkowej znajduje się więcej kwarcu, będzie on nadal ulegał przemianie krystalicznej podczas użytkowania, a zwiększenie objętości będzie duże, co spowoduje poluzowanie i pęknięcie struktury cegły. Zmiany fizyczne i chemiczne zachodzące w cegle szamotowej podczas procesu wypalania można podsumować w następujący sposób:
①<150℃ remove the residual moisture of the brick blank.
②W temperaturze 450~550 stopni Ca(OH)2 zaczyna się rozkładać i rozkład jest zakończony w 550%. W tym czasie wiązanie pomiędzy cząstkami cegły krzemionkowej zostaje zniszczone w wyniku działania CaO itp., wytrzymałość maleje, a półfabrykat staje się kruchy.
③W temperaturze 550~650 stopni cegły kwarcowe przekształcają się w kwarc, a ich objętość wzrasta.
④W temperaturze 600 ~ 700 stopni zachodzi reakcja w fazie stałej pomiędzy CaO i SiO2, co poprawia wytrzymałość korpusu.
⑤W temperaturze 800 ~ 1100 stopni w ceglanym korpusie zachodzi reakcja w fazie ciekłej, a wytrzymałość korpusu szybko wzrasta. Począwszy od 1100 stopni, szybkość przemiany kwarcu znacznie wzrasta, a warianty kwarcu o niskim ciężarze właściwym powodują w tym czasie dużą ekspansję objętości.
⑥W temperaturze 1300 ~ 1350 stopni, ze względu na wzrost liczby trydymitu i krystobalitu, rzeczywisty ciężar właściwy ciała maleje, a zwiększona ekspansja objętości może powodować pękanie.
⑦W temperaturze 1350 ~ 1470 stopni stopień transformacji kwarcu i wynikająca z tego ekspansja są bardzo duże. Tylko monokwarc, metastabilny krystobalit, mineralizatory i zanieczyszczenia wchodzą w interakcję, tworząc fazę ciekłą i wnikają w cząstki kwarcu, tworząc pęknięcia, gdy tworzy się metastabilny krystobalit, co sprzyja ciągłemu rozpuszczaniu monokwarcu i metastabilnego krystobalitu w utworzonej fazie ciekłej, czyniąc go przesyconym stopiony krzem i tlen, a następnie w sposób ciągły krystalizuje ze stopu w postaci stabilnego trydymitu. W tym czasie im większa lepkość cieczy, tym większa prędkość transformacji cegły ogniotrwałej krzemionkowej i większa możliwość pęknięć cegły.
Dlatego, aby zapobiec zmianie formy krystalicznej cegły krzemionkowej podczas procesu wypalania, której towarzyszy duża zmiana objętości prowadząca do powstawania pęknięć, należy podjąć następujące działania procesowe:
(1) Należy kontrolować szybkość nagrzewania w różnych zakresach temperatur wypalania. Gdy temperatura jest niższa niż 600 stopni, należy zmniejszyć szybkość nagrzewania. Szybkość nagrzewania można przyspieszyć do 600 ~ 1000 stopni, a szybkość nagrzewania powinna być powolna do 1100 ~ 1300 stopni. Gdy temperatura wypalania wynosi 1300 stopni (1430 do 1450 stopni), szybkość nagrzewania powinna być najwolniejsza podczas procesu wypalania. Kiedy wypalana cegła krzemionkowa jest schładzana poniżej 600 stopni, zwłaszcza 300 stopni, powinna być powolna. Może to skutecznie buforować zmianę objętości transformacji kryształu, zwiększać zawartość trydymitu i krystobalitu oraz zapobiegać tworzeniu się pęknięć.
(2) Na etapie wypalania w wysokiej temperaturze należy stosować atmosferę redukującą, która sprzyja mineralizacji niskowartościowego tlenku żelaza i sprzyja wytwarzaniu trydymitu na dużą skalę. W przeciwnym razie w atmosferze utleniającej, zwłaszcza gdy mineralizator jest niewystarczający, większość -kwarcu przekształca się w -kwarc. Ta konwersja nazywana jest „konwersją na sucho”. Podczas konwersji na sucho, ze względu na dużą nierównomierną ekspansję objętościową bryły cegły i brak naprężeń buforowych w fazie ciekłej, struktura produktu stanie się luźna i popękana. Jednocześnie należy wykonać odpowiednią izolację w różnych fazach temperaturowych wypalania cegły szamotowej, aby cegła krzemionkowa miała rozsądny skład fazowy i spełniała wymagania użytkowe.
(3) Ulepsz system ładowania półproduktów, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo pęknięć. Pęknięcia poprzeczne cegieł ogniotrwałych krzemionkowych, czyli pęknięcia równoległe do kierunku nacisku produktu, są zwykle spowodowane nierównomiernym nagrzewaniem różnych części produktu podczas wypalania. Najczęściej pojawiają się na powierzchni ognioodpornej na zewnątrz komina, szczególnie na powierzchni produktu wierzchniego. Pęknięcia siatki na powierzchni cegieł ogniotrwałych krzemionkowych są zwykle spowodowane zbyt wysoką temperaturą ogrzewania i dużymi wahaniami produktu, a także mikroskopijnymi nierównościami samego półwyrobu na skutek nierównomiernego ugniatania lub zmian surowców. Podczas załadunku specjalne cegły szamotowe krzemionkowe należy umieścić wewnątrz wózka pieca, a standardowe zwykłe cegły układa się na zewnątrz wózka pieca; wystające części cegieł o specjalnym kształcie lub części podatne na pęknięcia należy umieścić do wewnątrz; górną część wózka pieca należy przykryć cienką cegłą, aby uniknąć bezpośredniego oddziaływania płomienia itp., w przeciwnym razie doprowadzi to do większej liczby pęknięć.
