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La brique de silice est le matériau réfractaire à base de silice le plus courant. Elle présente d'excellentes propriétés telles qu'une résistance élevée aux températures élevées et une température de ramollissement sous charge, une bonne résistance au fluage à haute température et une forte résistance à l'érosion des scories acides, ce qui peut répondre aux exigences d'utilisation des fours à coke dans des environnements difficiles tels que les températures élevées, les charges lourdes et la corrosion.
Les briques réfractaires en silice contiennent généralement trois phases cristallines, à savoir la tridymite, la cristobalite et une petite quantité de quartz résiduel, et la densité réelle augmente à son tour. En règle générale, la densité réelle, le coefficient de dilatation thermique, la tridymite et la teneur en quartz résiduel sont les indicateurs de performance les plus critiques pour caractériser les briques de silice. Plus le degré de conversion du quartz en tridymite et cristobalite à volume stable avec d'excellentes performances à haute température pendant le processus de cuisson est élevé, moins la teneur en quartz résiduel est élevée, plus la densité réelle des briques réfractaires en silice est faible, meilleure est la stabilité du volume à haute température et plus faible est la réexpansion pendant l'utilisation.
La silice adaptée aux matériaux réfractaires est principalement la quartzite, qui peut être divisée en silice cristalline et silice cimentée selon sa structure organisationnelle. D'une manière générale, la silice cristalline a une pureté plus élevée, une densité de matière première plus élevée, des particules de cristal de quartz plus grosses et une vitesse de transformation plus lente lorsqu'elle est chauffée ; la silice cimentée contient souvent une petite quantité d'impuretés et a une pureté relativement faible. De plus, les particules de quartz de la silice cimentée sont plus petites lors de la cristallisation, ont une teneur plus élevée en matériaux de cimentation et se transforment plus rapidement lorsqu'elles sont chauffées. Par conséquent, un processus de production raisonnable doit être formulé en fonction des caractéristiques des matières premières de silice pour produire des briques réfractaires en silice adaptées à différentes fins.
Dans le processus de production de briques de silice, une certaine quantité de minéralisateur est souvent introduite. Sa fonction principale est d'utiliser le minéralisateur et le SiO2 ou d'autres impuretés pour former une phase liquide à bas point de fusion et à haute température, qui favorise la conversion du quartz en tridymite et en cristobalite pendant le processus de cuisson. En même temps, il peut amortir l'expansion rapide du volume causée par le changement de phase pendant le processus de cuisson, ce qui conduit au desserrage et à la fissuration du produit.
Les minéralisateurs largement utilisés sont la chaux et le tartre de fer. La chaux est généralement ajoutée sous forme de lait de chaux, ce qui peut non seulement augmenter la résistance de la brique après le moulage, mais aussi réagir avec le SiO2 dans la phase de cuisson à basse température pour augmenter la résistance de la brique. La pseudo-wollastonite générée après 1100 degrés peut former une phase liquide avec d'autres minéralisateurs pour convertir le quartz en tridymite. Le tartre de fer est souvent ajouté avec de la chaux comme minéralisateur, ce qui peut réduire considérablement la température et la viscosité de la phase liquide et réduire les fissures dans le produit. Afin de répartir uniformément le tartre de fer dans le lot pour obtenir un bon effet de minéralisation, la fraction massique de la taille des particules inférieure ou égale à 0,088 mm doit être supérieure à 80 %. En plus de la chaux et du tartre de fer, il a également été démontré que le composite de fluorite et de feldspath, MnO2 et C3S ont également un effet positif sur la promotion de la formation de tridymite.
L'ajout de SiC aux briques de silice peut favoriser la formation de tridymite, réduire le taux de dilatation thermique et le taux de fluage des briques réfractaires en silice, et améliorer la conductivité thermique et la résistance à la flexion à haute température des briques réfractaires en silice ; l'ajout de Si3N4 peut améliorer la stabilité aux chocs thermiques des briques réfractaires en silice, et lorsque la quantité ajoutée est de 5 %, elle a une teneur en tridymite plus élevée et une microstructure dense ; les métaux et leurs oxydes comme additifs tels que TiO2 ajoutés aux matériaux réfractaires siliceux peuvent réduire la porosité apparente du matériau, augmenter la densité apparente, réduire la teneur en quartz résiduel, augmenter la teneur en tridymite et optimiser la résistance du matériau et les propriétés réfractaires.
