耐火材料工藝3

1、耐火材料工藝學(xué)硅質(zhì)耐火材料硅質(zhì)耐火材料2硅磚的組成及性質(zhì)1SiO2變體及晶型轉(zhuǎn)變25鱗石英的性質(zhì)及其影響3礦化劑的選擇原則及其種類4硅磚的生產(chǎn)工藝要點(diǎn)5緒 言1、概念：硅質(zhì)耐火材料是指以SiO2為主要化學(xué)組成 （2 ）的耐火材料。2、分類：包括普通硅磚、特種硅磚、石英玻璃及其制品。3、性質(zhì)及應(yīng)用：硅質(zhì)制品屬典型的酸性耐火材料，抗酸性渣侵蝕能力強(qiáng)，易受堿性渣強(qiáng)烈侵蝕。荷重軟化溫度高，接近于鱗石英、方石英的熔點(diǎn)（1670、1710）。但耐火度較低，熱震穩(wěn)定性差。硅磚主要用于砌筑高爐熱風(fēng)爐、焦?fàn)t、玻璃熔窯及其他有酸性熔渣產(chǎn)生的熱工設(shè)備。邯鋼7m焦?fàn)t工程玻璃窯橫焰玻璃窯煉鐵熱風(fēng)爐硅磚的組成、顯微結(jié)構(gòu)與

2、性質(zhì)一、硅磚的組成、結(jié)構(gòu)及其與制品性質(zhì)關(guān)系 硅磚的化學(xué)礦物組成范圍如圖：化學(xué)組成（%）SiO2Al2O3Fe2O3CaOR2O93980.52.50.32.50.22.71.01.5礦物組成（%）鱗石英方石英石 英玻璃相3702080315410硅磚的組成、結(jié)構(gòu)及其與制品性質(zhì)關(guān)系硅磚的一般顯微結(jié)構(gòu)：T：鱗石英C：方石英Q：殘余石英G：玻璃相 硅磚的組成、結(jié)構(gòu)及其與制品性質(zhì)關(guān)系硅磚真比重與礦物組成的關(guān)系 硅磚的密度一般應(yīng)小于 2.38g/cm3 優(yōu)質(zhì)硅磚的密度在2.322.36g/cm3硅磚真比重鱗石英，%方石英，%石英，%玻璃相，%2.338013172.347217382.376317912

3、.396015962.40581212182.4253121718硅磚的組成、結(jié)構(gòu)及其與制品性質(zhì)關(guān)系組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：硅磚的組成、結(jié)構(gòu)及其與制品性質(zhì)關(guān)系組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：方石英含量與侵蝕量的關(guān)系 （熔點(diǎn)1723）0204060801000.00.51.01.52.02.53.0 侵蝕量/mm方石英含量/%1400oC1500oC硅磚的組成、結(jié)構(gòu)及其與制品性質(zhì)關(guān)系組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：硅磚的組成、結(jié)構(gòu)及其與制品性質(zhì)關(guān)系組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：硅磚的性質(zhì)硅磚質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng) 目指標(biāo)JG94SiO2/%大于（或等于）94（94）耐火度/不低于16900.2MPa荷重軟化開(kāi)始溫度不低于1650

4、（膠結(jié)硅石1620）重?zé)€變化(1450 ,2h（3h）)/0.2（0.5）顯氣孔率/%爐底，爐壁磚其他部位用磚及手工成型磚不大于22（爐壁磚23）24（25）常溫耐壓強(qiáng)度/Mpa爐底，爐壁磚其他部位用磚及手工成型磚不小于29.4（25）19.6（20）真密度爐壁其他部位用磚不大于不大于不大于2.34（2.35）2.36硅磚的性質(zhì)硅磚的理化指標(biāo)中國(guó)LPBG-96中國(guó)LBG-96德國(guó)DIDER日本旭硝子美國(guó)VEGA英國(guó)皮爾金頓SiO2 97.696.5495.998.595.6496.18Fe2O3 0.350.670.480.90.710.52 熔融指數(shù) （Al2O3+2R2O）0.350.4

5、10.540.640.39真密度 g/cm32.332.332.322.332.322.33顯氣孔率 171821.72020.322常溫耐壓強(qiáng)度MPa45383235.656.80.2MPa荷重軟化開(kāi)始溫度 169016801680167516901680重?zé)€變化率14502h +0.2+0.1+0.19方石英 55354055殘余石英 2035硅質(zhì)耐火材料生產(chǎn)的理化基礎(chǔ)SiO2的多晶轉(zhuǎn)變關(guān)系-石英石英亞亞 穩(wěn)穩(wěn)方石英方石英-鱗石英鱗石英-方石英方石英熔體熔體石英玻璃石英玻璃-鱗石英鱗石英-鱗石英鱗石英-石英石英-方石英方石英亞亞 穩(wěn)穩(wěn)方石英方石英+0.82%無(wú)礦化劑存在時(shí)無(wú)礦化劑存在時(shí)有

6、礦化劑存在時(shí)有礦化劑存在時(shí)+20%+0.28%+2.8%+ 12.7%+ 4.7%硅質(zhì)耐火材料生產(chǎn)的理化基礎(chǔ)SiO2變體的性質(zhì)變體名稱穩(wěn)定溫度，晶系結(jié)晶習(xí)性常溫下真比重熔點(diǎn),-石英573三方柱狀2.6511713-石英573870六方2.533-鱗石英常溫117斜方矛頭狀雙晶2.272.35（天然）2.2622.285（人工）1670-鱗石英117163六方2.24-鱗石英8701470六方蜂窩狀結(jié)構(gòu)2.228-方石英180270斜方2.332.34（天然）2.312.32（人工）1730-方石英14701713等軸2.229石英玻璃1713非晶質(zhì)2.203硅質(zhì)耐火材料生產(chǎn)的理化基礎(chǔ)硅磚礦物組

7、成中，要求有大量鱗石英存在，而不希望有殘余石英和方石英存在，尤其是殘余石英。原因在于：1）鱗石英可在磚體結(jié)構(gòu)中形成由矛頭狀雙晶構(gòu)成的相互交錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，賦予制品較高的荷軟溫度及機(jī)械強(qiáng)度。鱗石英矛頭狀雙晶鱗石英矛頭狀雙晶硅質(zhì)耐火材料生產(chǎn)的理化基礎(chǔ)硅質(zhì)耐火材料生產(chǎn)的理化基礎(chǔ)硅磚中方石英含量與渣侵蝕量的關(guān)系硅磚中方石英含量與渣侵蝕量的關(guān)系硅質(zhì)耐火材料生產(chǎn)的理化基礎(chǔ)殘余石英在制品于高溫下使用時(shí)，會(huì)繼續(xù)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生較大的體積膨脹，導(dǎo)致制品結(jié)構(gòu)松散。所以，一般希望燒成的硅磚中有盡可能多的鱗石英存在，其次是方石英，殘余石英越少越好。鱗石英矛頭狀雙晶硅磚生產(chǎn)中礦化劑的作用及影響其效能的因素礦化劑的作用1.

8、 在高溫下促使石英轉(zhuǎn)變?yōu)轺[石英和方石英，而又不顯著降低制品的耐火度。2. 防止磚坯燒成時(shí)因發(fā)生急劇體積效應(yīng)而產(chǎn)生的松散和開(kāi)裂礦化劑的存在導(dǎo)致形成一定量的液相，從而緩沖磚坯因體積變化而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。硅磚生產(chǎn)中礦化劑的作用及影響其效能的因素礦化劑的作用機(jī)理（1） -石英石英 半安定方石英半安定方石英 足量的礦化劑（足量的礦化劑（C）存在）存在12001470AB同時(shí)：同時(shí)： A + B + C L（2） 液相形成后，更促使液相形成后，更促使A、B不斷的熔入液相，使之成為過(guò)飽和不斷的熔入液相，使之成為過(guò)飽和熔體，然后以穩(wěn)定的鱗石英從熔體析出：熔體，然后以穩(wěn)定的鱗石英從熔體析出： L 鱗石英鱗石英 （

9、3） 液相的存在緩沖著晶型轉(zhuǎn)變所引起的體積膨脹應(yīng)力，防止制液相的存在緩沖著晶型轉(zhuǎn)變所引起的體積膨脹應(yīng)力，防止制品開(kāi)裂和結(jié)構(gòu)松散。品開(kāi)裂和結(jié)構(gòu)松散。硅磚生產(chǎn)中礦化劑的作用及影響其效能的因素影響礦化劑效能的因素1. 礦化劑的種類 (化學(xué)性質(zhì)) 礦化劑與石英作用 形成液相的溫度越低，則礦化劑的作用 越強(qiáng)，越有利于亞穩(wěn)方石英向鱗石英轉(zhuǎn)化。 堿金屬氧化物的礦化作用最強(qiáng)，其次是FeO、MnO等，再次是CaO、MgO等。但是，當(dāng)有Al2O3存在時(shí)，CaO-Al2O3-SiO2 系統(tǒng)可望在1170開(kāi)始出現(xiàn)液相?？梢?jiàn)在有其他雜質(zhì)存在時(shí)，CaO也是強(qiáng)的礦化劑。系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成低共熔點(diǎn)溫度（低共熔點(diǎn)溫度（）Na2O

10、-SiO2728FeO-SiO21178MnO-SiO21291CaO-SiO21436MgO-SiO21543TiO2-SiO21550CaO-Al2O3-SiO21170硅磚生產(chǎn)中礦化劑的作用及影響其效能的因素影響礦化劑效能的因素2. 高溫下液相的粘度、對(duì)石英和方石英的潤(rùn)濕溶解能力。粘度小、潤(rùn)濕溶解能力大的礦化作用強(qiáng)。3. 高溫下液相被SiO2飽和的難易程度，即液相的析晶能力。 熔體中高聚合物濃度大時(shí)，尤其是當(dāng)O/Si比值=2.12.5時(shí)， -鱗石英容易從熔體中大量析出。硅磚生產(chǎn)中礦化劑的選擇 礦化劑選擇的總原則是既要考慮其礦化作用的強(qiáng)弱，形成液相溫度要低（ 1470，鱗石英的最高穩(wěn)定溫度

11、）還需考慮原料的配料，以及礦化劑對(duì)制品性能的綜合影響理想的礦化劑應(yīng)具備如下條件： 能與SiO2作用，并在較低的溫度下（一般應(yīng)低于13001350）形成液相，且對(duì)系統(tǒng)的耐火度降低不大。 能夠形成足夠數(shù)量的液相。液相應(yīng)具有較低的粘度及較強(qiáng)的潤(rùn)濕石英顆粒表面的能力。液相的數(shù)量隨溫度升高變化不大。 液相的結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于鱗石英析晶即液相的 O/Si =2.5，液相中陰離子團(tuán)為Si2O52-，溶解不穩(wěn)定變體（-石英、亞穩(wěn)方石英）能力較強(qiáng)，而在1470以下對(duì)穩(wěn)定變體（鱗石英）溶解能力很小。 礦化作用不過(guò)于激烈，燒后制品不產(chǎn)生裂紋。 礦化劑為非水溶性物質(zhì)，且在坯體中易于分布均勻；價(jià)格合理，易于制備。硅磚生產(chǎn)中礦

12、化劑的選擇堿金屬氧化物的礦化作用最強(qiáng)，其次是FeO、MnO等，再次是CaO、MgO等。但堿金屬氧化物一般不能用作礦化劑，原因包括：降低制品高溫性能；生坯干燥泛堿易使制品燒成時(shí)開(kāi)裂。實(shí)際生產(chǎn)中，廣泛采用的礦化劑是“CaO(石灰乳石灰乳) + FeO/Fe2O3(鐵鱗鐵鱗)”，加入量一般為 CaO 22.5%，F(xiàn)eO(Fe2O3) 0.51.0%，即總加入量 34%。因?yàn)椋?1. 該系統(tǒng)的始熔溫度較低 2. CaO既有足夠的礦化作 用，又對(duì)硅磚的耐火度 降低不大。系統(tǒng)組成低共熔點(diǎn)溫度（）FeO-SiO21178CaO-SiO21436CaO-Al2O3-SiO21170CaO-FeO-SiO211

13、05硅磚生產(chǎn)中礦化劑的選擇3. CaO可以改善坯料的結(jié)合性和可塑性，使磚坯具有足夠的干燥強(qiáng)度。因?yàn)镃a(OH)2是一種氣硬性膠凝性物質(zhì)。4. 氧化鐵的加入可以顯著降低液相出現(xiàn)的溫度及其粘度，既提高鱗石英的生成量，又可緩解內(nèi)熱應(yīng)力，減小制品的開(kāi)裂。以鐵鱗做礦化劑時(shí)，要求FeO+Fe2O390%，0.088mm 的 顆粒80%，0.5mm 的顆粒1%2%。 礦化劑的總加入量通常不應(yīng)超過(guò)3%4%，否則會(huì)強(qiáng)烈降低系統(tǒng)的耐火度。一般的礦化劑配合加入情況如表所示。原料種類硅磚品種FeO+Fe2O3 /%CaO /%結(jié)晶硅石1焦?fàn)t磚0.50.82.03.0結(jié)晶硅石2焦?fàn)t磚1.02.02.5結(jié)晶硅石2電爐磚1

14、.01.41.7膠結(jié)硅石1焦?fàn)t磚0.51.82.5膠結(jié)硅石1電爐磚0.31.41.75硅磚的生產(chǎn)工藝要點(diǎn)生產(chǎn)工藝過(guò)程廢廢 磚磚 硅硅 石石 粗粗 碎碎 中中 碎碎 合格顆粒料合格顆粒料 粗粗 碎碎 中中 碎碎 洗洗 滌滌 篩篩 分分 合格料合格料 配配 料料 管磨機(jī)管磨機(jī) 混混 練練 成成 型型 干干 燥燥 燒燒 成成 檢驗(yàn)包裝檢驗(yàn)包裝 （+）礦化劑礦化劑 結(jié)合劑結(jié)合劑（紙漿廢液）（紙漿廢液） 篩篩 分分 （+）硅磚的生產(chǎn)工藝要點(diǎn)原 料 1. 硅石：用于硅磚生產(chǎn)的硅石原料要求SiO2含量96%，同時(shí)還要考慮其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，要求其晶粒較粗，結(jié)構(gòu)致密，否則制磚燒成時(shí)易松散。2. 廢硅磚：加入廢硅磚可以

15、減小硅磚的燒成膨脹，提高成品率。但廢硅磚的加入量通常20%。 廢硅磚要求SiO293%，耐火度1670，吸水率4.0，作用：減少膨脹，但會(huì)降低制品的耐火度和機(jī)械強(qiáng)度，提高氣孔率。3. 礦化劑： 包括石灰乳、鐵鱗、平爐渣、硫酸渣等。分分類類巖石分巖石分類類 顯微結(jié)構(gòu)和特征顯微結(jié)構(gòu)和特征舉例舉例結(jié)結(jié)晶晶硅硅石石脈石英脈石英石英巖石英巖變質(zhì)石變質(zhì)石英巖英巖石英砂石英砂晶粒很大，純凈，轉(zhuǎn)變晶粒很大，純凈，轉(zhuǎn)變困難困難晶粒較小，純凈，中速晶粒較小，純凈，中速轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變晶粒受地殼壓力而發(fā)生晶粒受地殼壓力而發(fā)生扭曲，易轉(zhuǎn)變扭曲，易轉(zhuǎn)變晶粒較大，純度不定晶粒較大，純度不定吉林吉林本溪本溪包頭包頭河南河南鐵門鐵門

16、膠膠結(jié)結(jié)硅硅石石砂巖砂巖玉髓玉髓燧石巖燧石巖以膠結(jié)石英為基質(zhì)的砂以膠結(jié)石英為基質(zhì)的砂巖巖由玉髓組成由玉髓組成以玉髓為基質(zhì)以玉髓為基質(zhì)武漢武漢山西山西硅磚生產(chǎn)工藝要點(diǎn)1、配料：硅磚生產(chǎn)配料，細(xì)顆粒配比應(yīng)適當(dāng)大些，且臨界顆粒尺寸不宜太大，一般以23mm為宜。這樣有利于減小硅磚的燒成膨脹和開(kāi)裂，也有利于提高鱗石英的生成量大顆粒溶解慢、轉(zhuǎn)變慢 臨界粒度：顆粒大易壓碎、轉(zhuǎn)變時(shí)體積膨脹大而易開(kāi)裂； 細(xì)粉數(shù)量：轉(zhuǎn)變時(shí)體積膨脹小、與礦化劑作用及燒結(jié)性增強(qiáng)31mm: 3545 %; 10.088mm：2025；0.088mm: 3540 %2、成型：關(guān)鍵是調(diào)整好坯料的顆粒組成、水分和礦化劑、結(jié)合劑等含量，同時(shí)采

17、取較高的成型壓力，以保證磚坯的密度和強(qiáng)度。成型壓力一般應(yīng)100150 MPa，生坯密度控制為2.22.3g/cm3。硅磚生產(chǎn)工藝要點(diǎn)硅磚生產(chǎn)工藝要點(diǎn)123冷卻制度：4燒成： 硅磚燒成的控制難度較大，原因在于： 硅磚燒成時(shí)產(chǎn)生的體積膨脹較大；燒成時(shí)產(chǎn)生的液相較少（10%）。燒成溫度：控制為1430，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致方石英量增多。保溫時(shí)間：在最高燒成溫度下，要注意根據(jù)制品的形狀大小、質(zhì)量要求等因素，進(jìn)行足夠時(shí)間的保溫。通常保溫時(shí)間在2048 h 之內(nèi)選擇最高燒成溫度600800：快冷600800常溫：慢冷燒成曲線制定原則：按一定速度平穩(wěn)升溫，止火溫度正確，弱還原氣氛燒成。硅磚生產(chǎn)工藝要點(diǎn)燒成制度制訂原則

18、： 石英的相變（石英，石英 方石英 方石英） 原料的轉(zhuǎn)變速度（快速轉(zhuǎn)變，升溫和止火溫度） 添加物的數(shù)量和性質(zhì)（液相多，升溫） 磚塊的形狀大?。ù髩K及異型，升溫） 20600 20 小時(shí)（快） 6001100 25 小時(shí)（最快） 11001300 10 小時(shí) 13001350 5 小時(shí)（慢） 13501430 2 小時(shí)（最慢）硅磚燒成過(guò)程中的主要物理化學(xué)變化硅磚燒成過(guò)程中的主要物理化學(xué)變化 （1） 150 自由水 （2） 450500 Ca(OH)2分解，磚坯結(jié)合強(qiáng)度 （3） 550650 石英石英 （4） 600700 CaO與SiO2的固相反應(yīng)開(kāi)始，磚坯結(jié)合強(qiáng)度 2CaO SiO2 2CaOSiO2 2CaOSiO2SiO22（CaOSiO2） （5）10001100 生成固溶體： CaOSiO2FeOSiO2 CaOSiO2FeOSiO2 （6）1200： 與雜質(zhì)如Al2O3、 Na2O等作用形成液相（8-10 %）， 潤(rùn)濕石英顆粒，石英轉(zhuǎn)變速度。 （7）13001350 鱗石英和方石英 （8）13501430 鱗石英，方石英 硅磚相組成：鱗石英、方石英、石英、玻璃相、氣孔 提高熱導(dǎo)率