硅質材料-鋼鐵冶金

1、1第四章第四章 硅質耐火材料硅質耐火材料 硅質耐火材料是指以硅質耐火材料是指以SiOSiO2 2為主成分的耐火材料為主成分的耐火材料（SiOSiO2 2 含量含量9393以上）；以上）； 種類：硅磚、特種硅磚、石英玻璃；種類：硅磚、特種硅磚、石英玻璃； 主要用途：焦爐、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐以及其主要用途：焦爐、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐以及其他熱工設備。他熱工設備。23性能特點：性能特點： 屬于酸性耐火材料，抵抗酸性爐渣侵蝕能力強；屬于酸性耐火材料，抵抗酸性爐渣侵蝕能力強； 高溫結構強度高，荷重軟化溫度高溫結構強度高，荷重軟化溫度1640 1640 16801680，接近鱗石英、方石英的熔點（接近鱗

2、石英、方石英的熔點（16701670、17131713）；）； 重燒膨脹，耐磨，導熱性好；重燒膨脹，耐磨，導熱性好； 熱震穩(wěn)定性差（熱震穩(wěn)定性差（1 14 4次）；次）； 耐火度不高（耐火度不高（1690169017201720）。）。4本章主要內容本章主要內容 硅磚生產的物理化學原理硅磚生產的物理化學原理 原料及其性質原料及其性質 硅磚的生產工藝要點硅磚的生產工藝要點 特種硅磚特種硅磚 石英玻璃及其制品石英玻璃及其制品5第一節(jié)第一節(jié) 硅磚生產的物理化學原理硅磚生產的物理化學原理 SiOSiO2 2的同質多晶轉變的同質多晶轉變 礦化劑的作用及影響礦化作用的因素礦化劑的作用及影響礦化作用的因素

3、與硅磚性質有關的物系與硅磚性質有關的物系6一、一、SiOSiO2 2的同質多晶轉變的同質多晶轉變 Si SiO O2 2在常壓下有七個變體和一個非晶型變體。在常壓下有七個變體和一個非晶型變體。 根據轉變特點和速度，根據轉變特點和速度，Si SiO O2 2晶型轉變分為兩類：遲鈍型轉晶型轉變分為兩類：遲鈍型轉變（重建型）和快速型轉變（位移型）。變（重建型）和快速型轉變（位移型）。7不同晶型之間的轉變（遲鈍型轉變不同晶型之間的轉變（遲鈍型轉變） 在加熱過程中，石英、鱗石英、方石英及硅氧溶液在加熱過程中，石英、鱗石英、方石英及硅氧溶液（石英玻璃）之間發(fā)生相互轉化，是屬于由一種晶型轉變（石英玻璃）之間

4、發(fā)生相互轉化，是屬于由一種晶型轉變成另一種晶型的轉變過程（重建型轉變，速度慢、時間成另一種晶型的轉變過程（重建型轉變，速度慢、時間長）。這種轉變過程伴隨有較大的體積效應。一般是不可長）。這種轉變過程伴隨有較大的體積效應。一般是不可逆的。晶型之間在結構和物理性質上存在較大的差別。逆的。晶型之間在結構和物理性質上存在較大的差別。 不同晶型之間的轉變從晶體的邊緣開始，逐漸發(fā)展至不同晶型之間的轉變從晶體的邊緣開始，逐漸發(fā)展至中心，中心， 必須破壞原有的晶體結構，使必須破壞原有的晶體結構，使Si-0Si-0鍵斷開，實現原鍵斷開，實現原子的重新排列，組成新的結構。所以轉變過程消耗能量大，子的重新排列，組成

5、新的結構。所以轉變過程消耗能量大，轉變溫度高，轉變速度慢，經過較長時間才能實現，故稱轉變溫度高，轉變速度慢，經過較長時間才能實現，故稱為遲鈍型轉變。為遲鈍型轉變。 8同一晶型亞態(tài)之間的轉變（快速型轉變） 同一晶型亞態(tài)、型之間也發(fā)生相互轉變，并且是可逆同一晶型亞態(tài)、型之間也發(fā)生相互轉變，并且是可逆的。由于快速轉變是在瞬時發(fā)生的，其體積效應危害大。的。由于快速轉變是在瞬時發(fā)生的，其體積效應危害大。 這種亞態(tài)變體的結構和物理性質是相似的，轉變時這種亞態(tài)變體的結構和物理性質是相似的，轉變時Si-0Si-0鍵沒有被破壞和斷開，只有鍵的角度發(fā)生變化，晶格發(fā)生鍵沒有被破壞和斷開，只有鍵的角度發(fā)生變化，晶格發(fā)

6、生扭曲或伸直，消耗能量小，轉變溫度低，轉變速度快，體扭曲或伸直，消耗能量小，轉變溫度低，轉變速度快，體積效應小，只要達到轉變溫度，晶體從中心到邊緣全部立積效應小，只要達到轉變溫度，晶體從中心到邊緣全部立刻轉變，故稱為快速型轉變?？剔D變，故稱為快速型轉變。 9干轉變與濕轉變 低溫型石英轉變?yōu)楦邷匦褪⑦^程中，石英低溫型石英轉變?yōu)楦邷匦褪⑦^程中，石英顆粒會開裂。如有礦化劑存在時，形成的液相就顆粒會開裂。如有礦化劑存在時，形成的液相就會沿著裂紋侵入顆粒內部，促使石英轉變?yōu)轺[石會沿著裂紋侵入顆粒內部，促使石英轉變?yōu)轺[石英。通常，這種轉變稱為濕轉變。英。通常，這種轉變稱為濕轉變。 如果很少或幾乎沒有礦

7、化劑時，石英開始形如果很少或幾乎沒有礦化劑時，石英開始形成半安定方石英，然后形成方石英，這種轉變稱成半安定方石英，然后形成方石英，這種轉變稱為干轉變。干轉變時磚坯產生較大的不均勻膨脹，為干轉變。干轉變時磚坯產生較大的不均勻膨脹，又無液相緩沖應力，會造成制品的結構開裂和松又無液相緩沖應力，會造成制品的結構開裂和松散。散。10 經過高溫燒成后，硅磚的性能主要與經過高溫燒成后，硅磚的性能主要與SiOSiO2 2的晶型的晶型有關。各種晶型的熔點不同：石英的熔點最低，有關。各種晶型的熔點不同：石英的熔點最低，為為16001600；方石英的熔點最高為；方石英的熔點最高為17231723，鱗石英，鱗石英為為

8、1670 1670 。 因此，方石英的含量高，有利于提高硅磚的耐火因此，方石英的含量高，有利于提高硅磚的耐火度；而鱗石英含量高，則因其具有矛頭雙晶。在度；而鱗石英含量高，則因其具有矛頭雙晶。在磚中相互交錯形成網絡狀結構，有利于提高制品磚中相互交錯形成網絡狀結構，有利于提高制品的荷重軟化溫度。的荷重軟化溫度。 由于殘余石英在高溫下可繼續(xù)向方石英或鱗石英由于殘余石英在高溫下可繼續(xù)向方石英或鱗石英轉變，并伴有較大的體積膨脹，故其含量愈少愈轉變，并伴有較大的體積膨脹，故其含量愈少愈好。好。11 硅磚理想的礦物組成是主要礦物硅磚理想的礦物組成是主要礦物 為鱗石英，其次為鱗石英，其次是方石英。是方石英。

9、殘余石英（殘余石英（ 石英石英 ）越少越好。）越少越好。 硅磚中所石英轉變程度用真比重衡量，一般小于硅磚中所石英轉變程度用真比重衡量，一般小于2.38g/cm32.38g/cm3。優(yōu)質硅磚真比重。優(yōu)質硅磚真比重2.322.322.362.36之間。之間。12 礦化作用：加速石英在燒成時轉變?yōu)榈兔芏鹊淖兊V化作用：加速石英在燒成時轉變?yōu)榈兔芏鹊淖凅w（鱗石英和方石英）而不顯著降低其耐火度。體（鱗石英和方石英）而不顯著降低其耐火度。同時能防止磚坯燒成時因發(fā)生急劇膨脹而產生的同時能防止磚坯燒成時因發(fā)生急劇膨脹而產生的松散和開裂。松散和開裂。 影響礦化作用的因素影響礦化作用的因素: : 液相開始形成的溫度

10、；液相開始形成的溫度； 液相的數量；液相的數量； 液相的粘度；液相的粘度； 液相的潤濕能力；液相的潤濕能力； 平衡時液相的結構；平衡時液相的結構； 礦化劑的加入量：不超過礦化劑的加入量：不超過3-4%3-4%。二、礦化劑的作用及影響礦化作用的因素二、礦化劑的作用及影響礦化作用的因素13三、與硅磚性質有關的物系三、與硅磚性質有關的物系 CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)系統(tǒng) CaO-FeO-SiO2系統(tǒng)系統(tǒng) FeO-Fe2O3-SiO2系統(tǒng)系統(tǒng) Na2O-Al2O3-SiO2系統(tǒng)系統(tǒng)14CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)系統(tǒng) 最低共熔液相溫度117015CaO-FeO-SiO2系統(tǒng)系統(tǒng) 最低共熔液相

11、溫度110516FeO-Fe2O3-SiO2系統(tǒng)系統(tǒng) 最低共熔液相溫度1178-145017Na2O-Al2O3-SiO2系統(tǒng)系統(tǒng)18第二節(jié)第二節(jié) 原料及其性質原料及其性質硅石原料硅石原料 制造硅磚的原料為硅石，要求硅石中制造硅磚的原料為硅石，要求硅石中SiOSiO2 2含量大于含量大于9696（我國多數在（我國多數在9898以上），以上），AlAl2 2O O3 3、TiOTiO2 2及堿金屬氧化物等雜質總含量一般要小于及堿金屬氧化物等雜質總含量一般要小于2 2。 硅石的顯微組織分為結晶質和膠結質兩種。結晶硅石由結晶石英顆粒組硅石的顯微組織分為結晶質和膠結質兩種。結晶硅石由結晶石英顆粒組成。

12、成。 膠結硅石是由硅質膠結物將細小石英晶體膠聚而成，若控制得當也可生膠結硅石是由硅質膠結物將細小石英晶體膠聚而成，若控制得當也可生產出合格產品。產出合格產品。 原料分類：原料分類： 按轉變速度分類；按轉變速度分類； 按致密程度分類；按致密程度分類； 按劇烈膨脹開始溫度分類。按劇烈膨脹開始溫度分類。廢硅磚廢硅磚石灰石灰礦化劑礦化劑有機結合劑有機結合劑19第三節(jié) 硅磚的生產工藝 硅磚生產的工藝流程：硅磚與其他耐火磚的生產工藝不同硅磚生產的工藝流程：硅磚與其他耐火磚的生產工藝不同之處在于：原料不經煅燒，直接配用破粉碎和篩分后的硅之處在于：原料不經煅燒，直接配用破粉碎和篩分后的硅石顆粒料和細粉；需加一

13、定的礦化劑，其中石灰乳既是礦石顆粒料和細粉；需加一定的礦化劑，其中石灰乳既是礦比劑又起結合作用。然后成型、干燥和燒成。比劑又起結合作用。然后成型、干燥和燒成。20 因硅磚燒成過程中有晶型轉變，并伴有體積變化，因硅磚燒成過程中有晶型轉變，并伴有體積變化，為了促進石英向鱗石英轉化和控制晶型轉化時體為了促進石英向鱗石英轉化和控制晶型轉化時體積效應的危害積效應的危害, ,獲得優(yōu)質硅磚，在生產過程中要配獲得優(yōu)質硅磚，在生產過程中要配入適量的礦化劑。入適量的礦化劑。 顆粒組成的選擇顆粒組成的選擇 成型成型 燒成燒成21第四節(jié) 硅磚的性質和使用 化學礦物組成：普通硅磚的化學礦物組成如表化學礦物組成：普通硅磚

14、的化學礦物組成如表3 34 4及表及表3 35 5所示。所示。 由兩表可以著出：硅磚中由兩表可以著出：硅磚中SiOSiO2 2含量在含量在9393以上；一般硅磚以上；一般硅磚中的晶相為鱗石英和方石英以及少量殘存石英，基質為玻中的晶相為鱗石英和方石英以及少量殘存石英，基質為玻璃相。璃相。 22 硅磚真密度的大小是判斷其晶型轉變程度的重要硅磚真密度的大小是判斷其晶型轉變程度的重要標志之一。標志之一。 一般硅磚的真密度在一般硅磚的真密度在2.38g/cm2.38g/cm3 3以下，以下，優(yōu)質硅磚在優(yōu)質硅磚在2.322.322.36g/cm2.36g/cm3 3范圍內，硅石為范圍內，硅石為2.65g/

15、cm2.65g/cm3 3。 硅磚的體積密度與氣孔率有關。一般硅磚的顯氣硅磚的體積密度與氣孔率有關。一般硅磚的顯氣孔率為孔率為17172525，體積密度為，體積密度為1.81.81.95g1.95gcmcm3 3。真密度和體積密度23 耐火度：硅磚的耐火度為硅磚的耐火度為1600160017301730。隨著。隨著SiOSiO2 2含量、晶型、雜質種類及數量的不同略有變化，含量、晶型、雜質種類及數量的不同略有變化，但波動范圍較小。總的來看，硅磚的耐火度不高，但波動范圍較小?？偟膩砜矗璐u的耐火度不高，不能滿足強化冶煉的要求。不能滿足強化冶煉的要求。 荷重軟化溫度：硅磚的荷重軟化溫度較高，一般硅

16、磚的荷重軟化溫度較高，一般為為1620162016701670與其耐火度接近。這主要是因為與其耐火度接近。這主要是因為構成硅磚的主晶相為具有矛頭狀雙晶的鱗石英形構成硅磚的主晶相為具有矛頭狀雙晶的鱗石英形成網絡狀結構和基質為粘度較大的玻璃相所致。成網絡狀結構和基質為粘度較大的玻璃相所致。24 高溫體積穩(wěn)定性 硅磚在加熱過程中，除了存在一般的熱膨脹外，還發(fā)生硅磚在加熱過程中，除了存在一般的熱膨脹外，還發(fā)生晶型轉變并伴有體積膨脹。晶型轉變并伴有體積膨脹。 耐熱震性 硅質耐火制品的耐熱震性很差，在硅質耐火制品的耐熱震性很差，在850850下水冷僅為下水冷僅為1 12 2次。當硅磚的使用溫度在次。當硅磚

17、的使用溫度在600600以上波動時，由于結晶不以上波動時，由于結晶不發(fā)生快速型轉變，它的耐熱震性較好。發(fā)生快速型轉變，它的耐熱震性較好。 抗渣性硅磚是酸性耐火材料，對酸性及弱酸性爐渣和含腐蝕性爐硅磚是酸性耐火材料，對酸性及弱酸性爐渣和含腐蝕性爐氣的侵蝕有根強的抵抗能力；氣的侵蝕有根強的抵抗能力； 對含對含CaOCaO和和FeOFeO的爐渣侵蝕的爐渣侵蝕作用也有一定的抵抗能力。作用也有一定的抵抗能力。25 雖然硅磚的耐火度不很高，但荷重軟化溫度較高，雖然硅磚的耐火度不很高，但荷重軟化溫度較高，高溫結構強度大，而且在高溫結構強度大，而且在 600600以上長期使用穩(wěn)以上長期使用穩(wěn)定性好，能抵抗酸性

18、爐渣的侵蝕。定性好，能抵抗酸性爐渣的侵蝕。 用硅磚砌筑的爐窯在加熱烘烤過程中，應緩慢升用硅磚砌筑的爐窯在加熱烘烤過程中，應緩慢升溫，以免困膨脹過激而使砌體破壞。溫，以免困膨脹過激而使砌體破壞。26第五節(jié)第五節(jié) 其他氧化硅質耐火制品其他氧化硅質耐火制品 高密度高導熱性硅磚 一般采用高硅質原料，經高壓成型。在盡量減一般采用高硅質原料，經高壓成型。在盡量減少玻璃相的數量和降低氣孔率的同時，摻加少玻璃相的數量和降低氣孔率的同時，摻加CuOCuO、Cu2OCu2O、TiO2TiO2、FeOFeO等導熱能力高的金屬氧化物，等導熱能力高的金屬氧化物，獲得氣孔率為獲得氣孔率為1616左右，體積密度超左右，體積

19、密度超1.95g/cm31.95g/cm3，導熱系數大于導熱系數大于18W18Wmm，機械強度高的高密度，機械強度高的高密度高導熱性硅磚。高導熱性硅磚。 石英玻璃制品:石英玻璃制品也稱熔融石英制品，作為耐火材料石英玻璃制品也稱熔融石英制品，作為耐火材料有兩類；石英玻璃制品和石英玻璃再結合制品。有兩類；石英玻璃制品和石英玻璃再結合制品。27石英玻璃制品 石英玻璃制品是二氧化硅單一組分的玻璃相，石英玻璃制品是二氧化硅單一組分的玻璃相，為非晶質結構。用硅石或硅化物為原料，經高溫為非晶質結構。用硅石或硅化物為原料，經高溫熔化或氣相沉積而成。熔化或氣相沉積而成。 主要制品有管、棒，板、塊和纖維等。主要制

20、品有管、棒，板、塊和纖維等。28石英玻璃制品的主要性能： 化學穩(wěn)定性好、耐高溫、熱膨脹系數很小、耐化學穩(wěn)定性好、耐高溫、熱膨脹系數很小、耐熱震性很高并具有良好的電絕緣性，能透過紅外熱震性很高并具有良好的電絕緣性，能透過紅外線、紫外線。廣泛應用于機電、冶金、化工、建線、紫外線。廣泛應用于機電、冶金、化工、建材及國防等工業(yè)部門。按透明度分為透明和不透材及國防等工業(yè)部門。按透明度分為透明和不透明兩種。明兩種。 不含或含有少量氣泡等散射質點的石英玻璃不含或含有少量氣泡等散射質點的石英玻璃呈透明狀態(tài)，故稱為透明石英玻璃。透明石英玻呈透明狀態(tài)，故稱為透明石英玻璃。透明石英玻璃長期在高溫下使用會失透，一般安

21、全使用溫度璃長期在高溫下使用會失透，一般安全使用溫度為為11001100，短時間可使用到更高的溫度。，短時間可使用到更高的溫度。29石英玻璃再結合制品 石英玻璃再結合制品也稱熔融石英再結合制石英玻璃再結合制品也稱熔融石英再結合制品，或稱熔融石英陶瓷制品和石英玻璃燒結制品。品，或稱熔融石英陶瓷制品和石英玻璃燒結制品。它以石英玻璃為原料，先制成細粉，然后加入結它以石英玻璃為原料，先制成細粉，然后加入結合劑，經再結合或再經快速燒成而制成再結合制合劑，經再結合或再經快速燒成而制成再結合制品。品。 石英玻璃英結合制品仍保持存石英玻璃的特石英玻璃英結合制品仍保持存石英玻璃的特性，即耐酸性能強。耐火性能好、

22、熱膨脹系數很性，即耐酸性能強。耐火性能好、熱膨脹系數很?。ㄐ。?.50.510106 6），耐熱震性很好，而且導熱），耐熱震性很好，而且導熱系數很小，耐磨和耐沖刷，高溫抗折及抗拉強度系數很小，耐磨和耐沖刷，高溫抗折及抗拉強度高。高。30第五章第五章 氧化鎂氧化鎂- -氧化鈣系耐火材料氧化鈣系耐火材料31概述概述 堿性耐火材料是化學性質呈堿性的耐火材料。堿性耐火材料是化學性質呈堿性的耐火材料。 鎂質耐火材料鎂質耐火材料 石灰耐火材料石灰耐火材料 白云石質耐火材料白云石質耐火材料 MgO-CaO-C系耐火材料系耐火材料 鎂橄欖石質耐火材料鎂橄欖石質耐火材料32堿性耐火材料的發(fā)展堿性耐火材料的發(fā)展

23、18061806年，粘土結合的氧化鎂坩堝研制成功；年，粘土結合的氧化鎂坩堝研制成功； 18171817年，年，O.HenryO.Henry利用濕法工藝從海水中或白云石利用濕法工藝從海水中或白云石中合成氧化鎂成功中合成氧化鎂成功; ; 18411841年，年，Pattionson Pattionson 獲得氧化鎂的合成專利；獲得氧化鎂的合成專利； 18601860年，實驗室制造了氧化鎂耐火磚；年，實驗室制造了氧化鎂耐火磚；LeobenLeoben首首先在氧氣底吹轉爐中使用鎂砂；先在氧氣底吹轉爐中使用鎂砂； 1877-18791877-1879年，托馬斯發(fā)明氧氣頂吹轉爐，同時發(fā)年，托馬斯發(fā)明氧氣頂

24、吹轉爐，同時發(fā)明焦油白云石磚作為轉爐內襯材料；明焦油白云石磚作為轉爐內襯材料； 18811881年，年，Karl SpaeterKarl Spaeter在奧地利的在奧地利的VeitschVeitsch州發(fā)州發(fā)現菱鎂礦的礦床，氧化鎂耐火磚正式生產；現菱鎂礦的礦床，氧化鎂耐火磚正式生產；33第一節(jié)第一節(jié) 鎂質耐火材料鎂質耐火材料 以氧化鎂為主成分和以方鎂石為主晶相的耐材統(tǒng)以氧化鎂為主成分和以方鎂石為主晶相的耐材統(tǒng)稱為鎂質耐火材料。稱為鎂質耐火材料。 鎂質耐火材料的主要品種有：普通鎂磚、直接結鎂質耐火材料的主要品種有：普通鎂磚、直接結合鎂磚、鎂鈣磚、鎂硅磚、鎂鋁磚、鎂鉻磚、鎂合鎂磚、鎂鈣磚、鎂硅磚、

25、鎂鋁磚、鎂鉻磚、鎂碳磚。碳磚。另外，還有其他不經燒結的不燒鎂質另外，還有其他不經燒結的不燒鎂質制品和不定形鎂質耐火材料。制品和不定形鎂質耐火材料。 鎂質耐火制品的性質主要取決于其化學和鎂質耐火制品的性質主要取決于其化學和礦物組成以及顯微結構，并受原料和生產礦物組成以及顯微結構，并受原料和生產工藝制度與方法控制。工藝制度與方法控制。34方鎂石 方鎂石是方鎂石是MgOMgO的唯一結晶形態(tài)。方鎂石的化學活的唯一結晶形態(tài)。方鎂石的化學活性很大，極易與水或大氣中的水分進行水化反應性很大，極易與水或大氣中的水分進行水化反應。方鎂石屬離子晶體，故熔點很高，達。方鎂石屬離子晶體，故熔點很高，達28002800

26、。當溫度達。當溫度達18001800以上，便可產生升華現象，而以上，便可產生升華現象，而且其穩(wěn)定性隨溫度提高而下降，壓力愈低，穩(wěn)定且其穩(wěn)定性隨溫度提高而下降，壓力愈低，穩(wěn)定性愈低。性愈低。35一、與鎂質耐火材料有關的物系一、與鎂質耐火材料有關的物系MgO-C MgOMgO的穩(wěn)定性隨溫度的提的穩(wěn)定性隨溫度的提高而下降；高而下降； COCO則隨著溫度的升高變得則隨著溫度的升高變得更加穩(wěn)定；更加穩(wěn)定； MgOMgO（固）（固）+C+C（固）（固）=Mg=Mg（氣）氣）+ CO+ CO（氣）（氣） 壓力降低，壓力降低，MgOMgO的穩(wěn)定程的穩(wěn)定程度降低，度降低，COCO的穩(wěn)定程度提的穩(wěn)定程度提高，即高

27、，即MgO-CMgO-C還原反應的還原反應的溫度降低；溫度降低；36MgO-FeO系系 MgO MgO與鐵氧化物在還原氣氛中與鐵氧化物在還原氣氛中于于80080014001400 C C范圍內，很容易范圍內，很容易形成此種固溶體，稱它為鎂方形成此種固溶體，稱它為鎂方鐵礦。由于鎂和鐵原子量的差鐵礦。由于鎂和鐵原子量的差別，鎂方鐵礦的真密度隨鐵固別，鎂方鐵礦的真密度隨鐵固溶量而增加。隨溶量而增加。隨FeOFeO固溶量增多固溶量增多，鎂方鐵礦在高溫下開始出現，鎂方鐵礦在高溫下開始出現液相和完全液化的溫度皆有降液相和完全液化的溫度皆有降低。由方鎂石為主晶相構成的低。由方鎂石為主晶相構成的鎂質耐火材料是

28、一種能夠抵抗鎂質耐火材料是一種能夠抵抗含鐵熔渣的優(yōu)質耐火材料。含鐵熔渣的優(yōu)質耐火材料。37MgO-Fe2O3系系鐵酸鎂是鐵酸鎂是MgOMgOFeFe2 2O O3 3系統(tǒng)中的唯系統(tǒng)中的唯一二元化合物。其密度較方鎂一二元化合物。其密度較方鎂石為重，為石為重，為4.204.204.49g/cm4.49g/cm3 3。熱膨脹性較高，但較方鎂石低熱膨脹性較高，但較方鎂石低， 方鎂石吸收大量方鎂石吸收大量FeFe2 2O O3 3后仍具后仍具有較高的耐火度。當固溶鐵酸有較高的耐火度。當固溶鐵酸鎂的方鎂石由高溫向低溫冷卻鎂的方鎂石由高溫向低溫冷卻時，所溶解的鐵酸鎂可再從方時，所溶解的鐵酸鎂可再從方鎂石晶粒

29、中以各向異性的枝狀鎂石晶粒中以各向異性的枝狀晶體或晶粒包裹體沉析出來。晶體或晶粒包裹體沉析出來。此種尖晶石沉析于晶體表面，此種尖晶石沉析于晶體表面，多見于晶粒的解理、氣孔和晶多見于晶粒的解理、氣孔和晶界處。通常，稱此種由界處。通常，稱此種由晶體中晶體中沉析出來的尖晶石為晶內尖晶沉析出來的尖晶石為晶內尖晶石石。如溫度再次升高，在冷卻。如溫度再次升高，在冷卻時沉析出來的晶內尖晶石，可時沉析出來的晶內尖晶石，可能又發(fā)生可逆溶解。如此溫度能又發(fā)生可逆溶解。如此溫度循環(huán)，發(fā)生溶解沉析變化，并循環(huán)，發(fā)生溶解沉析變化，并伴有體積效應。伴有體積效應。38MgO-AlMgO-Al2 2O O3 3系系在鎂質耐火

30、材料中，人為地加入含在鎂質耐火材料中，人為地加入含有有AlAl2 2O O3 3的組分。當的組分。當AlAl2 2O O3 3同方鎂石同方鎂石在在15001500附近共存時，如在鎂質耐附近共存時，如在鎂質耐火材料燒成過程中或在高溫下服役火材料燒成過程中或在高溫下服役時，即可經固相反應形成鎂鋁尖晶時，即可經固相反應形成鎂鋁尖晶石（石（MgO AlMgO Al2 2O O3 3 ，簡寫，簡寫MAMA）。）。鎂鋁尖晶石是鎂鋁尖晶石是MgOMgOAlAl2 2O O3 3二元系二元系統(tǒng)中唯一的二元化合物。常簡稱尖統(tǒng)中唯一的二元化合物。常簡稱尖晶石。真密度同方鎂石相近，較鎂晶石。真密度同方鎂石相近，較鎂

31、鐵尖晶石低，為鐵尖晶石低，為3.55g/cm3.55g/cm3 3。熱膨脹。熱膨脹性顯著低于方鎂石，也較鐵酸鎂小性顯著低于方鎂石，也較鐵酸鎂小。熔點高達。熔點高達21052105。39MgO-CrMgO-Cr2 2O O3 3系系鎂鉻尖晶石是鎂鉻尖晶石是MgOMgOCrCr2 2O O3 3系統(tǒng)系統(tǒng)中唯一的二元化合物。純鎂鉻中唯一的二元化合物。純鎂鉻尖晶石的晶格常數為尖晶石的晶格常數為8.32A 8.32A 。真。真密度密度4.404.404.43 g/cm4.43 g/cm3 3。純者熔。純者熔點約點約23502350。MgO-MgOCrMgO-MgOCr2 2O O3 3最低共熔溫度最低共

32、熔溫度23002300。40MgO-R2O3系系 這些尖晶石都具有較高的這些尖晶石都具有較高的熔點或分解溫度，與熔點或分解溫度，與MgOMgO的最低共熔溫度都較高，的最低共熔溫度都較高，其中（其中（MgOMgOCr2O3） （MgOMgOAl2O3) ) （MgOMgOFe2O3) )?？梢?、由方?？梢?、由方鎂石為主晶相，以這些尖鎂石為主晶相，以這些尖晶石為結合相構成的鎂質晶石為結合相構成的鎂質耐火材料開始出現液相的耐火材料開始出現液相的溫度都很高。其中尤以鎂溫度都很高。其中尤以鎂鉻尖晶石最為突出。鉻尖晶石最為突出。41 三種尖晶石在高溫下都可部分地溶解于方三種尖晶石在高溫下都可部分地溶解于方

33、鎂石中，形成固溶體。而且溶解度都隨溫鎂石中，形成固溶體。而且溶解度都隨溫度升降而變化，發(fā)生尖晶石的溶解沉析，度升降而變化，發(fā)生尖晶石的溶解沉析，并對固溶體的性質有一定影響。并對固溶體的性質有一定影響。 開始溶解溫度、各溫度下的溶解度和在開始溶解溫度、各溫度下的溶解度和在MgOMgOMgORMgOR2 2O O3 3共熔溫度下的最高熔解共熔溫度下的最高熔解量有所不同。三種量有所不同。三種R R2 2O O3 3在方鎂石中的溶解在方鎂石中的溶解度按下列順序遞增：度按下列順序遞增：AlAl2 2O O3 3CrCr2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3。42 由于由于R R2 2O O3 3固

34、溶于方鎂石，有助于其燒結，故對促固溶于方鎂石，有助于其燒結，故對促進燒結的影響順序可如下排列：進燒結的影響順序可如下排列： Fe3Cr3Al3 由于方鎂石固溶由于方鎂石固溶R R2 2O O3 3，使，使MgOMgO R R2 2O O3 3系統(tǒng)開始形系統(tǒng)開始形成液相的溫度都有所提高。成液相的溫度都有所提高。 以以MgOMgO R R2 2O O3 3系統(tǒng)中系統(tǒng)中固溶同量固溶同量R R2 2O O3 3而論，由于而論，由于MgOCrMgOCr2 2O O3 3的熔點最高的熔點最高，同方鎂石的共熔溫度最高，溶解量也較高，溶，同方鎂石的共熔溫度最高，溶解量也較高，溶于方鎂石形成固溶體后開始出現液相

35、溫度最高，于方鎂石形成固溶體后開始出現液相溫度最高，故在鎂質耐火材料中，除高純方鎂石材料外，含故在鎂質耐火材料中，除高純方鎂石材料外，含鎂鉻尖晶石的鎂質耐火材料的高溫性能是最優(yōu)秀鎂鉻尖晶石的鎂質耐火材料的高溫性能是最優(yōu)秀的。的。43MA-MK-C2S系系盡管盡管C C2 2S S和和MAMA都是高耐火相（都是高耐火相（21302130和和21352135），但是它們的共），但是它們的共熔點卻只有熔點卻只有14181418；當尖晶石中當尖晶石中AlAl2 2O O3 3被被CrCr2 2O O3 3取代后取代后，共熔點溫度提高，共熔點溫度提高300300度；度；CrCr2 2O O3 3增加，液

36、相量減少；增加，液相量減少；44MF-MK-C2S系系 C C2 2S S和和MFMF的最低共熔點的最低共熔點為為14151415 FeFe2 2O O3 3被被CrCr2 2O O3 3取代后，取代后，低共熔點升至低共熔點升至1700170045MA-MF-C2S系系 當尖晶石中當尖晶石中FeFe2 2O O3 3被被AlAl2 2O O3 3取取代后，低共熔點溫度提高代后，低共熔點溫度提高不大，從不大，從1415 1415 增加到增加到14181418，故對始熔溫度影響，故對始熔溫度影響較?。惠^??； 對于原料中不含對于原料中不含R R2 2O O3 3 氧化氧化物時，沒有必要添加物時，沒有

37、必要添加CrCr2 2O O3 346MgO-CaO-SiO2系系 此三元系統(tǒng)存在礦物相為此三元系統(tǒng)存在礦物相為MgOMgO，M M2 2S S，CMSCMS，C C3 3MSMS2 2，C C2 2S S； CaO/SiO2CaO/SiO2比是決定鎂質耐比是決定鎂質耐火材料礦物組成和高溫性火材料礦物組成和高溫性能的關鍵因素。能的關鍵因素。 CaO/SiO21.87CaO/SiO21.87時，生成時，生成高耐火的礦物，而當高耐火的礦物，而當CaO/SiO21.87CaO/SiO21.87時，生成時，生成低耐火相的礦物，嚴重影低耐火相的礦物，嚴重影響鎂質制品的耐火性；響鎂質制品的耐火性；47Mg

38、O-CaO-AlMgO-CaO-Al2 2O O3 3-Fe-Fe2 2O O3 3-SiO-SiO2 2系系與方鎂石處于平衡的礦物相有與方鎂石處于平衡的礦物相有：MFMF（17501750），），CMSCMS，MAMA，M M2 2S S，C C3 3MSMS2 2，C C2 2S S，C C4 4AFAF，CACA，C C5 5A A3 3，C C3 3A A，C C3 3S S，CaOCaO，C C2 2F F；48二、鎂質耐火制品的化學組成對性能的影響二、鎂質耐火制品的化學組成對性能的影響 CaOCaO和和SiOSiO2 2及及CaO/SiOCaO/SiO2 2比的影響比的影響 R R

39、2 2O O3 3型氧化物的影響型氧化物的影響49CaO和和SiO2及及CaO/SiO2比的影響比的影響 提高提高C/SC/S比，材料中高比，材料中高熔點相增多，低熔點熔點相增多，低熔點相降低，提高了制品相降低，提高了制品的高溫強度，所以鎂的高溫強度，所以鎂質材料的質材料的C/SC/S比應當控比應當控制在獲得強度最大值制在獲得強度最大值的最佳范圍；的最佳范圍；C/S平衡礦物平衡礦物1.87MF,C3S,MA,C2S50CaO和和SiO2及及CaO/SiO2比的影響比的影響 CaOCaO在在MgOMgO中的溶解會中的溶解會影響影響C/SC/S比；比；51R R2 2O O3 3型氧化物的影響型氧

40、化物的影響 硼的氧化物硼的氧化物: :對于鎂砂對于鎂砂來說為強熔劑，顯著來說為強熔劑，顯著降低其高溫強度；降低其高溫強度； AlAl2 2O O3 3、CrCr2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3：降低制品的最大強度降低制品的最大強度值，且降低值，且降低C/SC/S比；比；52三、鎂質耐火制品結合物及其組織結構特點三、鎂質耐火制品結合物及其組織結構特點 結合物結合物 硅酸鹽硅酸鹽 鐵的氧化物和鐵酸鹽鐵的氧化物和鐵酸鹽 尖晶石尖晶石 組織結構特點組織結構特點 直接結合直接結合 陶瓷結合陶瓷結合53硅酸鹽結合硅酸鹽結合 系統(tǒng)中同方鎂石共存的硅酸鹽分別為硅酸三鈣系統(tǒng)中同方鎂石共存的硅酸鹽分

41、別為硅酸三鈣(C(C3 3S S）、鎂）、鎂橄欖石（橄欖石（MM2 2S) S)、鈣鎂橄欖石（、鈣鎂橄欖石（CMSCMS），鎂薔薇輝石（），鎂薔薇輝石（C C3 3MSMS2 2）和硅酸二鈣）和硅酸二鈣(C(C2 2S S）；）； 以以C C3 3S S為結合物的鎂質制品：荷重變形溫度高，抗渣好，為結合物的鎂質制品：荷重變形溫度高，抗渣好，燒結差，若配料不準或混合不均，燒后得到的結果不是燒結差，若配料不準或混合不均，燒后得到的結果不是C C3 3S S，而是，而是C C2 2S S和和CaOCaO的混合物，由于的混合物，由于C C2 2S S的晶型轉化和的晶型轉化和CaOCaO的水化，致使制品

42、開裂；的水化，致使制品開裂； 以以C C3 3MSMS2 2、 CMSCMS為結合物的制品荷重軟化變形溫度低，耐為結合物的制品荷重軟化變形溫度低，耐壓強度??；壓強度小； 以以C C2 2S S為結合物的制品荷重軟化變形溫度高，耐壓強度高為結合物的制品荷重軟化變形溫度高，耐壓強度高，但需加入穩(wěn)定劑磷灰石，抗渣性好；，但需加入穩(wěn)定劑磷灰石，抗渣性好； 以以MM2 2S S為結合物的制品荷重軟化變形溫度高，耐壓強度高為結合物的制品荷重軟化變形溫度高，耐壓強度高，但是燒結性差，抗渣性好；，但是燒結性差，抗渣性好；54鐵的氧化物和鐵酸鹽鐵的氧化物和鐵酸鹽 C C2 2F F降低制品的燒成溫度，同時降低荷

43、重軟化溫度降低制品的燒成溫度，同時降低荷重軟化溫度； MFMF降低制品的熱震穩(wěn)定性；降低制品的熱震穩(wěn)定性； 氣氛波動下使用，應當控制制品的鐵含量；氣氛波動下使用，應當控制制品的鐵含量；55尖晶石結合物尖晶石結合物 以以MAMA為結合物的制品：熱震穩(wěn)定性高（等軸晶系為結合物的制品：熱震穩(wěn)定性高（等軸晶系，熱膨脹小；彈性模量?。?，耐火度和荷重變形，熱膨脹??；彈性模量?。突鸲群秃芍刈冃螠囟雀?；溫度高； MAMA能從方鎂石中轉移出能從方鎂石中轉移出MFMF，從而消除了，從而消除了MFMF因溫度因溫度波動引起的溶解及析出作用，提高了方鎂石的塑波動引起的溶解及析出作用，提高了方鎂石的塑性，消除對熱震穩(wěn)

44、定性的不良影響；性，消除對熱震穩(wěn)定性的不良影響；56陶瓷結合和直接結合陶瓷結合和直接結合 對高溫下含對高溫下含MgOMgO和液相的鎂磚中，為了不使液相不和液相的鎂磚中，為了不使液相不致貫穿方鎂石顆粒邊界，使方鎂石間直接結合程致貫穿方鎂石顆粒邊界，使方鎂石間直接結合程度提高，那么加入度提高，那么加入CrCr2 2O O3 3是非常有利的是非常有利的 用尖晶石或用尖晶石或C C2 2S S、M M2 2S S高熔點礦物作為次要相對直高熔點礦物作為次要相對直接結合是非常有利的。接結合是非常有利的。57四、鎂質原料四、鎂質原料 菱鎂礦菱鎂礦: :理論化學組成理論化學組成為為MgO47.82%MgO47

45、.82%，COCO2 252.18%52.18%，密度，密度2.96-3.21g/cm2.96-3.21g/cm3 3，燒，燒后后3.51-3.56g/cm3.51-3.56g/cm3 3 海水鎂砂海水鎂砂: :密度密度3.30-3.30-3.49g/cm3.49g/cm3 3 冶金鎂砂冶金鎂砂58五、鎂質制品的生產工藝五、鎂質制品的生產工藝 普通鎂磚與鎂硅磚的生產工藝普通鎂磚與鎂硅磚的生產工藝 原料：原料：MgO87%，CaO3.5%，SiO25.0%,密度大于密度大于3.53g/cm3 顆粒組成：緊密堆積和燒結；顆粒組成：緊密堆積和燒結； 配料：鎂砂，廢磚，結合劑，水配料：鎂砂，廢磚，結合

46、劑，水 混合：粗顆粒，紙漿廢液，筒磨粉；混合：粗顆粒，紙漿廢液，筒磨粉； 成型成型:高壓成型高壓成型 干燥：進干燥：進100-120，出，出40-60 燒成：燒成：1500-1600 燒成燒成59 以鎂鋁尖晶石為主要結合物；以鎂鋁尖晶石為主要結合物； Al2O3加入量增加，氣孔率增大，荷軟增加加入量增加，氣孔率增大，荷軟增加，抗渣性提高，當，抗渣性提高，當Al2O3含量小于含量小于10%時，時，磚較致密；磚較致密； Al2O3加入量為加入量為5-10%； 礬土、鎂砂共磨；礬土、鎂砂共磨； 應該嚴格控制應該嚴格控制CaO和和SiO2的含量；的含量； 臨界粒度較普通鎂磚大些；臨界粒度較普通鎂磚大些；鎂鋁磚的生產工藝鎂鋁磚的生產工藝60鎂鈣磚的生產工藝鎂鈣磚的生產工藝 以硅酸三鈣和硅酸二鈣為結合物；以硅酸三鈣和硅酸二鈣為