Batu bata silikaadalah bahan tahan api berbasis asam-yang terutama terdiri dari tridimit, kristobalit, dan sejumlah kecil sisa kuarsa dan kaca. Bahan ini menawarkan ketahanan yang kuat terhadap terak berbasis asam, namun rentan terhadap korosi terak alkali dan rentan terhadap korosi oksida seperti Al₂O₃, K₂O, dan Na₂O. Sifat refraktorinya di bawah beban tinggi, berkisar antara 1640 derajat hingga 1680 derajat, mendekati titik leleh tridimit dan kristobalit (masing-masing 1670 derajat dan 1713 derajat). Kelemahan terbesarnya adalah ketahanan terhadap guncangan termal yang rendah, namun sifat refraktorinya serupa dengan refraktorinya di bawah beban. Mereka tahan terhadap penggunaan jangka panjang pada suhu tinggi tanpa deformasi, sehingga membantu memastikan kekuatan struktural struktur pasangan bata selama pengoperasian.
Batu bata silika terutama digunakan pada dinding partisi ruang karbonisasi dan pembakaran oven kokas, serta pada atap atau kubah lubang perendaman, tanur sembur panas, tanur perapian terbuka asam, dan tanur kaca. Dalam teknologi pembuatan besi, teknologi baru seperti reduksi langsung dan reduksi cair secara bertahap diubah menjadi tenaga produktif. Dalam industri kokas, telah dikembangkan "kokas berbentuk" yang diproduksi tanpa menggunakan oven kokas, yang sebagian dapat menggantikan kokas tradisional.
Batu bata tahan api silika, seperti kebanyakan batu bata tahan api sinter, diproduksi menggunakan proses semi-kering dan dibakar dalam tanur terowongan. Retakan yang terjadi selama proses produksi menjadi salah satu penyebab utama tingginya scrap rate.
Jenis Retak pada Batu Bata Silika
Retakan pada batu bata silikon dapat dikategorikan menjadi retakan permukaan dan retakan internal, yang disebut juga retakan lapisan. Retakan permukaan selanjutnya dikategorikan menjadi retakan melintang, retakan memanjang, dan retakan jaringan. Batu bata silika diproduksi menggunakan metode pembentukan semi-pengepresan kering-untuk menghasilkan benda padat berwarna hijau. Retakan yang terjadi sepanjang arah tekanan yang diberikan pada benda hijau merupakan retakan melintang, sedangkan retakan yang terjadi tegak lurus terhadap arah tekanan merupakan retakan vertikal. Retakan jaringan terdiri dari beberapa retakan yang tersebar dalam pola jaring laba-laba pada permukaan batu bata silika.
Biasanya, untuk batu bata silika standar, badan hijau ditekan melalui ketebalannya. Proses pembentukan batu bata api silika pada dasarnya adalah proses pemadatan partikel-partikel di dalam blanko dan menghilangkan udara, sehingga membentuk blanko yang padat. Setelah ditekan dengan mesin-, batu bata tersebut menunjukkan keunggulan seperti kepadatan tinggi, kekuatan, penyusutan pengeringan dan pembakaran yang minimal, serta dimensi produk yang mudah dikontrol. Namun, jika proses pengepresan mesin tidak dikontrol dengan benar, retakan pipih yang tegak lurus terhadap arah tekanan dapat terbentuk pada blanko selama proses pemberian tekanan. Oleh karena itu, retakan pipih, atau hanya laminasi, pada batu bata tahan api silika juga merupakan retakan memanjang.
Laminasi besar dapat dideteksi segera setelah batu bata dibentuk atau dikeringkan. Namun, laminasi kecil di dalam batu bata baru terlihat setelah pembakaran, karena laminasi tersebut terus meluas akibat tekanan termal selama pembakaran. Batu bata yang retak, terutama yang laminasi, rentan pecah sehingga tidak dapat digunakan dan menurunkan rendemen produk batu bata silika.
Tindakan Kunci Pembentukan dan Pencegahan Retakan pada Batu Bata Silika
1. Mesin Pengepres
Laminasi pada batu bata silika terutama disebabkan oleh kontrol yang tidak tepat terhadap proses-pengepresan mesin dan terkadang disebut sebagai retakan-pengepresan mesin. Bahan baku dan blanko batu bata tahan api silika terdiri dari tiga fase materi: padat, air atau bahan pengikat lainnya, dan udara. Selama seluruh proses pencetakan kompresi mekanis atau pengepresan mati, jumlah fase padat dan cair tidak berubah, sedangkan jumlah udara dalam blanko dikompresi dan dikurangi karena aksi tekanan, dan volume blanko yang dikompresi juga berkurang. Proses pengepresan cetakan secara kasar dapat dibagi menjadi tiga tahap berikut: (1) Pada tahap pertama, di bawah pengaruh tekanan, partikel-partikel dalam blanko mulai bergerak dan dikonfigurasi ulang menjadi tumpukan yang lebih padat. Karakteristik dari proses ini adalah kompresi yang jelas. Ketika tekanan meningkat hingga nilai tertentu, ia memasuki tahap kedua. (2) Pada tahap kedua, partikel mengalami deformasi getas dan elastis. Setelah blanko dikompresi sampai batas tertentu, kompresi lebih lanjut akan terhambat. Ketika tekanan meningkat dan mencapai gaya eksternal yang menyebabkan partikel berubah bentuk lagi, blanko akan dikompresi kembali, dan densitas blanko pun meningkat. Tahap ini merupakan tahap dimana kompresi dan tekanan menjadi singkat dan sering. (3) Pada tahap ketiga, di bawah tekanan batas, kepadatan relatif blanko pada dasarnya stabil dan sulit untuk ditingkatkan. Pengepresan batu bata kosong telah selesai. Selama proses pencetakan kompresi, keterlambatan ekspansi benda hijau akibat efek elastis harus dikontrol hingga kurang dari 2%. Kegagalan untuk melakukan hal ini sering kali mengakibatkan penolakan produk selama proses pengepresan. Jika benda hijau membentuk "kepadatan berlapis" sepanjang arah tekanan yang diterapkan, dengan perbedaan kepadatan melebihi 2%, retakan berlapis kemungkinan besar akan terjadi di dalam benda hijau. Hal ini menyebabkan ekspansi termal yang tidak merata selama pembakaran, mengakibatkan tekanan termal yang signifikan dan pembentukan retakan memanjang yang sejajar dengan lapisan kepadatan, yang mengakibatkan penolakan produk.
Selama pencetakan kompresi, tekanan digunakan untuk mengatasi gesekan internal antar partikel, gesekan eksternal antara partikel dan dinding cetakan, dan deformasi benda hijau yang ditekan. Ketika jarak dari kepala penekan bertambah, tekanan internal benda hijau berkurang.
Oleh karena itu, saat menekan batu bata silika, yang terbaik adalah menggunakan cetakan pendek dengan rasio aspek kecil, daripada cetakan tinggi dengan rasio aspek besar, untuk memastikan distribusi tekanan seragam di dalam badan hijau. Pada saat yang sama, bahan pemlastis dan surfaktan tertentu dimasukkan ke dalam blanko untuk mengurangi gesekan internal dan kehilangan transmisi tekanan; hasil akhir cetakan diperbaiki atau dilumasi untuk mengurangi gesekan eksternal; pengepresan dua-sisi digunakan untuk mengurangi rasio L/D blanko; dan beberapa tekanan, dimulai dengan ringan dan kemudian berat, digunakan untuk mencegah akumulasi tekanan berlebihan di dalam blanko dan menghilangkan efek elastis. Langkah-langkah ini meningkatkan keseragaman tekanan dan kepadatan di dalam blanko. Hal ini mencegah kepadatan tinggi di dekat permukaan bertekanan dan kepadatan rendah jauh dari permukaan bertekanan di dalam blanko batu bata silika, sehingga mengurangi pembentukan kepadatan lapisan dan retakan.
Selain itu, blanko batu bata silika dibuat dengan mencampurkan agregat, klinker, bubuk ball mill, mineralizer, cairan limbah pulp sulfit, dan plasticizer. Memperbaiki proses pengadukan blanko juga dapat membantu meningkatkan kepadatan blanko. Dalam istilah teknologi pencampuran fisik, pergerakan bahan dalam satu fasa disebut pencampuran, pergerakan bahan dalam fasa berbeda disebut pengadukan, dan pencampuran cairan dan padatan dengan viskositas tinggi disebut pengadukan (kneading dan mixing). Melalui pengadukan yang tepat, bubuk halus dapat melapisi partikel yang lebih besar, secara efektif menghilangkan gas dan meningkatkan kepadatan batu bata, sehingga mengurangi porositas batu bata.
2. Proses Penembakan
Sintering batu bata silika pada dasarnya merupakan transformasi polikristalin SiO2. Di bawah aksi mineralisasi, bahan baku silika disinter secara perlahan, pada dasarnya berubah menjadi tridimit dan kristobalit, dengan hanya sejumlah kecil sisa kuarsa. Selama penggunaan, batu bata tahan api silika mengalami pemuaian volume total sebesar 1,5% hingga 2,2% bila dipanaskan hingga 1450 derajat. Ekspansi sisa ini menyegel sambungan mortar, memastikan kekencangan dan kekuatan struktural yang baik pada pasangan bata silika. Lebih jauh lagi, transformasi polikristalin SiO2 ini menentukan bahwa batu bata tahan api silika menjadi fokus pemantauan bahan tahan api selama fase pembakaran kiln awal, dengan karakteristik laju pemanasan yang lambat dan seragam. Karena transformasi kristal - dan -kristobalit dalam batu bata tahan api silika disertai dengan efek volume yang signifikan dalam kisaran suhu 150-300 derajat, perhatian khusus harus diberikan untuk meningkatkan suhu secara perlahan dalam kisaran ini selama pembakaran tanur.
Perubahan fisika dan kimia yang terjadi selama pembakaran batu bata silika dapat diringkas sebagai berikut:
① Sisa kelembaban pada batu bata dihilangkan pada suhu di bawah 150 derajat.
② Ca(OH)2 mulai terurai antara 450-550 derajat dan selesai pada 550 derajat . Pada titik ini, ikatan antar partikel batu bata silika terputus oleh aksi CaO dan zat lain, sehingga mengakibatkan penurunan kekuatan dan rapuhnya batu bata.
③ Pada suhu 550-650 derajat , batu bata -kuarsa berubah menjadi monokuarsa, menyebabkan pemuaian volume.
④ Pada suhu 600-700 derajat , reaksi fase padat terjadi antara CaO dan SiO2, sehingga meningkatkan kekuatan batu bata.
⑤ Pada suhu 800-1100 derajat, reaksi fase-cair terjadi pada batu bata, yang dengan cepat meningkatkan kekuatan batu bata. Mulai dari 1100 derajat, laju konversi kuarsa meningkat secara signifikan, dan kuarsa dengan kepadatan rendah terbentuk, menyebabkan perluasan volume yang signifikan.
⑥ Pada 1300-1350 derajat, karena peningkatan jumlah tridimit dan kristobalit, berat jenis sebenarnya dari benda hijau menurun, dan pemuaian volume meningkat, yang dapat menyebabkan keretakan.
⑦ Pada 1350-1470 derajat, derajat konversi kuarsa dan pemuaian yang dihasilkan sangat besar. Hanya monokuarsa, kristobalit metastabil, mineralisasi, dan pengotor yang berinteraksi untuk membentuk fase cair, dan menyerang partikel kuarsa untuk membentuk retakan ketika kristobalit metastabil terbentuk, yang mendorong pelarutan terus menerus dari monokuartz dan kristobalit metastabil dalam fase cair yang terbentuk, menjadikannya lelehan silikon dan oksigen lewat jenuh, dan kemudian terus mengkristal dari lelehan dalam bentuk tridimit stabil. Pada saat ini, semakin besar viskositas fase cair, semakin cepat laju konversi bata silika, dan semakin besar kemungkinan terjadinya retakan pada bodi hijau bata. Oleh karena itu, untuk mencegah batu bata silika mengalami perubahan bentuk kristal selama proses pembakaran yang disertai dengan perubahan volume yang besar sehingga mengakibatkan terbentuknya retakan, maka harus dilakukan tindakan proses sebagai berikut:
(1) Kontrol laju pemanasan pada rentang suhu pembakaran yang berbeda. Laju pemanasan harus diperlambat ketika suhu kurang dari 600 derajat. Laju pemanasan dapat dipercepat bila suhunya antara 600 derajat dan 1000 derajat. Laju pemanasan harus lambat ketika suhu antara 1100 derajat dan 1300 derajat. Ketika suhu antara 1300 derajat dan suhu pembakaran (1430 derajat hingga 1450 derajat), laju pemanasan harus paling lambat selama proses pembakaran. Ketika batu bata silika yang dibakar didinginkan di bawah 600 derajat, terutama pada suhu 300 derajat, batu bata tersebut harus didinginkan secara perlahan. Hal ini secara efektif dapat menahan perubahan volume transformasi kristal, membuat kandungan tridimit dan kristobalit lebih tinggi dan menghindari pembentukan retakan.
(2) Atmosfer pereduksi harus digunakan selama tahap pembakaran bersuhu tinggi, yang kondusif bagi mineralisasi oksida besi bervalensi rendah dan mendorong produksi tridimit dalam skala besar. Jika tidak, dalam atmosfer pengoksidasi, terutama ketika mineralisasi tidak mencukupi, sebagian besar -kuarsa diubah menjadi -kristobalit. Konversi ini disebut “konversi kering”. Selama konversi kering, karena pemuaian volume badan bata yang tidak merata dan kurangnya tegangan penyangga fase cair, struktur produk akan menjadi kendor dan retak. Pada saat yang sama, isolasi yang tepat harus dilakukan pada tahap suhu pembakaran batu bata silika yang berbeda untuk memastikan bahwa batu bata silika memiliki komposisi fase yang wajar dan memenuhi persyaratan penggunaan.
(3) Memperbaiki sistem pemuatan produk setengah-jadi untuk mengurangi kemungkinan retak. Retakan melintang pada batu bata tahan api silika, yaitu retakan yang sejajar dengan arah tekanan produk, biasanya disebabkan oleh pemanasan yang tidak merata pada berbagai bagian produk selama pembakaran. Mereka kebanyakan muncul di-permukaan yang terkena api di luar tumpukan batu bata, terutama permukaan produk teratas. Retakan jaring pada permukaan batu bata api silika, selain ketidakrataan mikroskopis dari benda hijau itu sendiri akibat pengadukan yang tidak merata atau perubahan bahan baku, biasanya disebabkan oleh produk yang dipanaskan pada suhu yang terlalu tinggi dengan fluktuasi yang besar. Saat memuat, batu bata silikon khusus perlu ditempatkan di dalam tempat pembakaran, dan batu bata biasa standar perlu ditempatkan di luar tempat pembakaran; bagian yang menonjol dari-bata berbentuk khusus atau bagian yang rawan retak harus ditempatkan di dalam; bagian atas mobil kiln harus ditutup dengan batu bata tipis untuk menghindari dampak langsung dari nyala api, dll. Jika tidak, retakan akan lebih banyak terjadi.
Retak adalah faktor utama yang mempengaruhi hasil dan kinerja batu bata silikon. Menguasai proses pencetakan dan pembakaran adalah kunci untuk mencegah keretakan pada batu bata silika. Konversi teoritis dan aktual bahan baku silika bervariasi, dan jadwal pembakaran harus disesuaikan secara real time berdasarkan perubahan bahan baku, jenis batu bata, dan faktor lainnya. Persiapan dan kualitas blanko batu bata silika merupakan faktor penting, bahkan kritis. Hanya dengan mengontrol setiap langkah proses secara ketat,-bata silika berperforma tinggi dapat diproduksi secara efisien dan dengan konsumsi energi yang rendah.
