耐火材料及燃烧概论3

1、 铝硅系耐火制品按化学组成，即按制品成分从其自铝硅系耐火制品按化学组成，即按制品成分从其自(1) (1) 氧化硅质耐火材料：氧化硅质耐火材料：SiOSiO2 2含量大于含量大于93%93%；(2) (2) 半硅质耐火材料：半硅质耐火材料： AlAl2 2O O3 3含量为含量为15%-30%15%-30%；(3) (3) 粘土质耐火材料：粘土质耐火材料： AlAl2 2O O3 3含量为含量为30%-48%30%-48%；(4) (4) 高铝质耐火材料：高铝质耐火材料： AlAl2 2O O3 3含量大于含量大于48%48%；(5) (5) 莫来石质耐火材料：莫来石质耐火材料：AlAl2 2O

2、 O3 3含量为含量为72%72%，SiOSiO2 2含量为含量为28%28%；(6) (6) 刚玉质耐火材料：刚玉质耐火材料： AlAl2 2O O3 3含量大于含量大于90%90%。图图3-1 Al3-1 Al2 2O O3 3-SiO-SiO2 2二元系相图二元系相图 图中图中A A点为点为100% SiO100% SiO2 2的熔点，的熔点，B B点为点为100% Al100% Al2 2O O3 3的熔点。的熔点。3.1.1 SiO3.1.1 SiO2 2的同素异性转变的同素异性转变 3.1 3.1 氧化硅质耐火材料氧化硅质耐火材料 硅砖的主要成分为硅砖的主要成分为SiOSiO2 2

3、，在不同的温度下以不同的形态存在。在耐，在不同的温度下以不同的形态存在。在耐火材料加热或冷却的过程中，在一定的条件下常常发生晶型转变并伴火材料加热或冷却的过程中，在一定的条件下常常发生晶型转变并伴有体积变化。有体积变化。 SiOSiO2 2在常态下有在常态下有8 8种形态的变体，其中种形态的变体，其中7 7种为结晶形态，分别为种为结晶形态，分别为 - -石英、石英、-石英，石英，-方石英、方石英、-方石英，方石英，-鳞石英、鳞石英、-鳞石英、鳞石英、 -鳞石英。另一种为非结晶态，即石英玻璃。鳞石英。另一种为非结晶态，即石英玻璃。 SiO SiO2 2各种结晶态的性质各种结晶态的性质如表如表3-

4、13-1所示。所示。晶 型 晶 系 折射率 双折射 常温下真密度 (g/cm3) 比 容 稳定温度范围 (C) -石英 -石英 -鳞石英 -鳞石英 -鳞石英 -方石英 -方石英 石英玻璃 三方 六方 斜方 六方 六方 斜方 立方 无定性 =1.5142 =1.5530 580C 时 =1.5328 =1.1.5430 -=1.469 =1.473 1.475 =1.484 -=1.469 +0.0091 580C 时 +0.0076 +0.004 - 弱 0.003 均质的 均质的 2.65 2.533 2.372.35 2.242 (转变温度下) 2.228 (转变温度下) 2.332.34

5、 2.229 (转变温度下) 2.203 0.3773 0.3948 0.44050.4255 0.4460 0.4488 0.42920.4273 0.4486 0.4539 573 573870 117 117163 8701470 180270 14701723 171310(急冷) 表表3-1 SiO3-1 SiO2 2各种结晶态的性质各种结晶态的性质 SiOSiO2 2各种结晶态在外界条件下，可相互转化。根据转变特点和转变各种结晶态在外界条件下，可相互转化。根据转变特点和转变速度，速度， SiOSiO2 2的晶型转变可分为两类，即缓慢型转化和快速型转化。的晶型转变可分为两类，即缓慢型

6、转化和快速型转化。 SiOSiO2 2的晶型转化如图的晶型转化如图3-23-2所示。所示。 (1) (1) 缓慢型转化缓慢型转化。这种转化是从晶体的边缘开始，极其缓慢地进。这种转化是从晶体的边缘开始，极其缓慢地进行到核心。特别是在行到核心。特别是在870870C C时，只有在有强矿化剂存在时或者时，只有在有强矿化剂存在时或者-石英石英被粉碎得足够细的情况下，被粉碎得足够细的情况下，-石英才转化为石英才转化为-鳞石英。在实践中所鳞石英。在实践中所看到的转化作用与图看到的转化作用与图3-23-2差别很大，是如图差别很大，是如图3-33-3所示进行的。所示进行的。 缓慢型转化的速度和程度，取决于温度

7、的高低、保温时间、颗粒缓慢型转化的速度和程度，取决于温度的高低、保温时间、颗粒的大小、显微组织的大小、显微组织( (结晶的大小结晶的大小) )、矿化剂的种类和数量。温度高，保、矿化剂的种类和数量。温度高，保温时间长，颗粒小，结晶细，矿化剂的量多且矿化作用强，则转化就温时间长，颗粒小，结晶细，矿化剂的量多且矿化作用强，则转化就快。反之则慢。快。反之则慢。 图图3-2 SiO3-2 SiO2 2的理论晶型转变的理论晶型转变图图3-3 SiO3-3 SiO2 2的实际晶型转变的实际晶型转变 (2) (2) 快速型转化快速型转化。当达到一定温度时这种转化就会骤然发生，而。当达到一定温度时这种转化就会骤

8、然发生，而且不是从结晶核心或边缘开始逐步进展，而是整个结晶同时骤然转变，且不是从结晶核心或边缘开始逐步进展，而是整个结晶同时骤然转变，且转变是可逆的。且转变是可逆的。 无论是缓慢型转化或快速型转化，都伴随有体积的变化。体积的变无论是缓慢型转化或快速型转化，都伴随有体积的变化。体积的变化直接影响到硅砖的生产和使用过程。化直接影响到硅砖的生产和使用过程。SiOSiO2 2的各种形态转化时发生的体的各种形态转化时发生的体积效应如表积效应如表3-23-2所示。所示。 表表3-2 3-2 各种形态各种形态SiOSiO2 2转化时的膨胀率转化时的膨胀率 由于上述各种转变在硅砖烧成中进行，转变时有体积变化，

9、使砖内产由于上述各种转变在硅砖烧成中进行，转变时有体积变化，使砖内产生应力，如升温不当会导致制品的破裂，因此硅砖的烧成比其他耐火材料生应力，如升温不当会导致制品的破裂，因此硅砖的烧成比其他耐火材料困难。硅砖在使用中也将发生各种晶型转变和体积变化，因此使用时也与困难。硅砖在使用中也将发生各种晶型转变和体积变化，因此使用时也与其他耐火材料不同，在其他耐火材料不同，在600600C C以下必须注意缓热缓冷。以下必须注意缓热缓冷。 各种耐火材料的制造，最终要求获得一种高温稳定的矿物相，使之在各种耐火材料的制造，最终要求获得一种高温稳定的矿物相，使之在使用过程中不发生变化，故硅砖烧成要求使石英转变成鳞石

10、英或方石英。使用过程中不发生变化，故硅砖烧成要求使石英转变成鳞石英或方石英。但是，硅砖在烧成时并不能达到平衡，因此烧成的硅砖是方石英、鳞石英、但是，硅砖在烧成时并不能达到平衡，因此烧成的硅砖是方石英、鳞石英、石英同时存在的复相组织。方石英、鳞石英和石英的熔点分别为石英同时存在的复相组织。方石英、鳞石英和石英的熔点分别为1723C1723C， 1670C1670C和和1600C 1600C ，为了提高硅砖的耐火度，希望转变为方石英。但方石英，为了提高硅砖的耐火度，希望转变为方石英。但方石英的线膨胀系数比鳞石英变动大，而鳞石英在硅砖中呈矛头双晶相互交错的的线膨胀系数比鳞石英变动大，而鳞石英在硅砖中

11、呈矛头双晶相互交错的网络结构，对提高荷重变形温度和机械强度有利。至于残留石英希望减至网络结构，对提高荷重变形温度和机械强度有利。至于残留石英希望减至最少量。最少量。3.1.2 3.1.2 硅砖的生产硅砖的生产 生产硅砖的原料主要是硅石，其次还有少量的废硅砖生产硅砖的原料主要是硅石，其次还有少量的废硅砖( (大约大约20%20%左右左右) )以及矿化剂等。为了保证硅砖的质量，一般要求硅石中以及矿化剂等。为了保证硅砖的质量，一般要求硅石中SiOSiO2 2含量大于含量大于96% 96% ( (我国多数大于我国多数大于98%)98%)，AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3、TiOT

12、iO2 2及碱金属氧化物等杂质总含量一及碱金属氧化物等杂质总含量一般要小于般要小于2%2%。为了生产出高质量的致密硅砖，要求原料越致密越好。为了生产出高质量的致密硅砖，要求原料越致密越好。 图图3-4 3-4 硅砖生产工艺流程硅砖生产工艺流程 硅石硅石配料配料混合混合成型成型干燥干燥烧成烧成检选检选成品成品入库入库破碎破碎筛分筛分粉碎粉碎矿化剂矿化剂粉碎粉碎石灰石灰消化消化石灰乳石灰乳 与其他耐火制品相比，硅砖生产工艺的不同之处在于，原料不经过与其他耐火制品相比，硅砖生产工艺的不同之处在于，原料不经过煅烧，直接配用破粉碎和筛分后的硅石颗粒料和细粉。另外，需要加矿煅烧，直接配用破粉碎和筛分后的硅

13、石颗粒料和细粉。另外，需要加矿化剂。其中，铁鳞是矿化剂，而石灰既是矿化剂，其消化以后得到的石化剂。其中，铁鳞是矿化剂，而石灰既是矿化剂，其消化以后得到的石灰乳又是结合剂。灰乳又是结合剂。 硅砖烧成是硅砖生产中最重要的工序。硅砖的物理性能、外形和硅砖烧成是硅砖生产中最重要的工序。硅砖的物理性能、外形和成品率在很大程度上决定于硅砖烧成的热工制度。硅砖在加热过程中有成品率在很大程度上决定于硅砖烧成的热工制度。硅砖在加热过程中有晶相转化，并伴随体积变化的效应。这是硅砖与粘土砖、高铝砖、镁砖晶相转化，并伴随体积变化的效应。这是硅砖与粘土砖、高铝砖、镁砖在烧成上的根本区别。在烧成上的根本区别。 硅砖烧成的

14、目的是使石英充分转化和制品充分地烧结，从而获得硅砖烧成的目的是使石英充分转化和制品充分地烧结，从而获得所要求的足够强度。硅砖烧成的好坏决定于硅石转化的程度和转化的趋所要求的足够强度。硅砖烧成的好坏决定于硅石转化的程度和转化的趋向，也就是真密度的高低，残余线膨胀的大小和鳞石英化的多少。为了向，也就是真密度的高低，残余线膨胀的大小和鳞石英化的多少。为了烧成高质量的硅砖，必须要严格控制好升温速度。烧成高质量的硅砖，必须要严格控制好升温速度。600600C C以下为以下为2020C/C/小时，小时，600-1100600-1100C C，升温速度为，升温速度为2525C/hC/h，1100-13001

15、100-1300C C，升温速度为，升温速度为1010C/hC/h，1300-13501300-1350C C，升温速度为，升温速度为5 5C/hC/h，1350-14301350-1430C C，升温速，升温速度为度为2 2C/hC/h。3.1.3 3.1.3 硅砖的性质硅砖的性质 硅砖的性质，包括化学矿物组成、真密度、体积密度、耐火度、荷重硅砖的性质，包括化学矿物组成、真密度、体积密度、耐火度、荷重软化温度、高温体积稳定性、耐热震性以及抗渣性等与原料的性质、晶型软化温度、高温体积稳定性、耐热震性以及抗渣性等与原料的性质、晶型转变状况以及制造工艺等诸多因素密切相关。转变状况以及制造工艺等诸多

16、因素密切相关。 (1) (1) 化学矿物组成化学矿物组成。硅砖中。硅砖中SiOSiO2 2含量要求在含量要求在93%93%以上。一般硅砖中的晶以上。一般硅砖中的晶相为鳞石英和方石英以及少量的残存石英，基质为玻璃相。相为鳞石英和方石英以及少量的残存石英，基质为玻璃相。 (2) (2) 真密度和体积密度真密度和体积密度。硅砖真密度的大小是判断其晶型转变程度的。硅砖真密度的大小是判断其晶型转变程度的重要标志之一。一般硅砖的真密度在重要标志之一。一般硅砖的真密度在2.38g/cm2.38g/cm3 3以下，优质硅砖在以下，优质硅砖在2.33-2.33-2.34g/cm2.34g/cm3 3范围内。硅石

17、为范围内。硅石为2.65g/cm2.65g/cm3 3。如表。如表3-33-3所示，鳞石英化程度愈高所示，鳞石英化程度愈高，则烧成硅砖真密度愈小。因此，根据硅砖的真密度可以判断硅砖的矿物，则烧成硅砖真密度愈小。因此，根据硅砖的真密度可以判断硅砖的矿物组成。组成。 硅砖的体积密度与气孔率有关。一般硅砖的显气孔率为硅砖的体积密度与气孔率有关。一般硅砖的显气孔率为17-25%17-25%，体积密度为体积密度为1.8-1.95g/cm1.8-1.95g/cm3 3。硅砖的成型压力愈高，体积密度愈大。增。硅砖的成型压力愈高，体积密度愈大。增大体积密度可以提高硅砖的结构强度、导热性和抗渣性。大体积密度可以

18、提高硅砖的结构强度、导热性和抗渣性。 (3) (3) 耐火度耐火度。硅砖的耐火度较低，为。硅砖的耐火度较低，为1670-17301670-1730C C。随着。随着SiOSiO2 2含含量、晶型、杂质种类和数量的不同稍有变化，但波动不大。量、晶型、杂质种类和数量的不同稍有变化，但波动不大。SiOSiO2 2含量愈含量愈高、杂质含量愈少，则耐火度愈高。特别当高、杂质含量愈少，则耐火度愈高。特别当AlAl2 2O O3 3、K K2 2O O、NaNa2 2O O含量增加含量增加时，硅砖的耐火度降低。总之，硅砖的耐火度不高，不能满足强化冶时，硅砖的耐火度降低。总之，硅砖的耐火度不高，不能满足强化冶

19、炼的要求。炼的要求。 (4) (4) 荷重软化温度荷重软化温度。硅砖的荷重软化温度较高，一般为。硅砖的荷重软化温度较高，一般为1620-16701620-1670C C，与其耐火度接近。这主要是因为构成硅砖的主晶相为具有矛头双晶的鳞石与其耐火度接近。这主要是因为构成硅砖的主晶相为具有矛头双晶的鳞石英形成网状结构和基质粘度较大的玻璃相所致。硅砖在荷重作用下加热从英形成网状结构和基质粘度较大的玻璃相所致。硅砖在荷重作用下加热从开始软化变形到其破坏之间温度间隔不大，一旦达到软化温度便迅速破坏，开始软化变形到其破坏之间温度间隔不大，一旦达到软化温度便迅速破坏，致使荷重软化变形温度范围很窄，开始软化温度

20、与其耐火度接近。这是硅致使荷重软化变形温度范围很窄，开始软化温度与其耐火度接近。这是硅砖的一个特殊性能。砖的一个特殊性能。 (5) (5) 体积稳定性体积稳定性。硅砖在加热过程中，除了存在一般的热膨胀外，还。硅砖在加热过程中，除了存在一般的热膨胀外，还发生晶型转变并伴有体积膨胀。如果砖内存在未转变的残余石英，高温下发生晶型转变并伴有体积膨胀。如果砖内存在未转变的残余石英，高温下将继续转变成鳞石英或方石英，产生较大的体积膨胀。普通硅砖从常温加将继续转变成鳞石英或方石英，产生较大的体积膨胀。普通硅砖从常温加热到热到14501450C C时，体积膨胀率为时，体积膨胀率为1.5-2.2%1.5-2.2

21、%，而从，而从14501450C C冷却到冷却到250250C C时，时，体积收缩，最终残余膨胀率为体积收缩，最终残余膨胀率为0.1-0.9%0.1-0.9%。优质硅砖的残余膨胀不超过。优质硅砖的残余膨胀不超过0.3-0.3-0.4%0.4%。硅砖加热和冷却时体积膨胀与收缩变化曲线如图。硅砖加热和冷却时体积膨胀与收缩变化曲线如图3-53-5所示。所示。图图3-5 3-5 密度为密度为2.39g/cm2.39g/cm3 3硅砖加热和冷却时的膨胀收缩曲线硅砖加热和冷却时的膨胀收缩曲线 温度 / 线膨胀和收缩 / % 0.2 1.0 1.8 2.6 膨胀? 收缩 100 500 1000 1500

22、2.2 3.0 1.4 0.6 (6) (6) 抗热震性抗热震性。由于温度剧烈变化时，硅砖内部的结晶发生快速型转。由于温度剧烈变化时，硅砖内部的结晶发生快速型转变，体积突然膨胀或收缩，产生较大的内应力，使硅砖崩裂或剥落。因变，体积突然膨胀或收缩，产生较大的内应力，使硅砖崩裂或剥落。因此，硅质耐火制品的耐热震性很差，在此，硅质耐火制品的耐热震性很差，在850850C C下水冷仅为下水冷仅为1-21-2次。但是，次。但是，当硅砖的使用温度在当硅砖的使用温度在600600C C以上波动时，由于结晶不发生快速型转变，它以上波动时，由于结晶不发生快速型转变，它的抗热震性较好。的抗热震性较好。 (7) (

23、7) 抗渣性抗渣性。硅砖对酸性和弱酸性炉渣以及含腐蚀性气体的炉气的抗。硅砖对酸性和弱酸性炉渣以及含腐蚀性气体的炉气的抗侵蚀能力很强。对含有侵蚀能力很强。对含有CaOCaO和和FeOFeO的炉渣侵蚀作用也有一定的抵抗能力。的炉渣侵蚀作用也有一定的抵抗能力。 虽然硅砖的耐火度不是很高，但荷重软化温度较高，高温结构强度大，虽然硅砖的耐火度不是很高，但荷重软化温度较高，高温结构强度大，而且在而且在600C600C以上长期使用稳定性好，能抵抗酸性炉渣的侵蚀，因此，目以上长期使用稳定性好，能抵抗酸性炉渣的侵蚀，因此，目前主要用于砌筑玻璃熔窑和焦炉。用硅砖砌筑焦炉炭化室隔墙，在高温下前主要用于砌筑玻璃熔窑和

24、焦炉。用硅砖砌筑焦炉炭化室隔墙，在高温下具有良好的稳固性和气密性，位用寿命可达具有良好的稳固性和气密性，位用寿命可达10-1510-15年，如使用得当，可达年，如使用得当，可达2525年以上。年以上。3.1.4 3.1.4 其他氧化硅质耐火制品其他氧化硅质耐火制品 3.4.4.1 3.4.4.1 高密度导热性硅砖高密度导热性硅砖 一般采用高硅质原料，经高压成型，在尽量减少玻璃相的数量和一般采用高硅质原料，经高压成型，在尽量减少玻璃相的数量和降低气孔率的同时，掺入降低气孔率的同时，掺入CuOCuO、Cu2OCu2O、TiOTiO2 2、FeFe2 2O O3 3等导热能力强的金属等导热能力强的金

25、属氧化物，获得气孔率为氧化物，获得气孔率为16%16%左右，体积密度超过左右，体积密度超过1.95g/cm1.95g/cm3 3，热导率大，热导率大于于18W/18W/（mm），力学强度高的高密度高导热性硅砖。），力学强度高的高密度高导热性硅砖。3.1.4.2 3.1.4.2 石英玻璃制品石英玻璃制品 石英制品也称熔融石英制品，作为耐火材料有两类：石英制品也称熔融石英制品，作为耐火材料有两类：(1)(1)石英玻璃制品石英玻璃制品 (2)(2)石英玻璃再结合制品石英玻璃再结合制品 3.2 3.2 粘土质耐火材料粘土质耐火材料3.2.13.2.1粘土耐火材料化学组成及其相平衡粘土耐火材料化学组成及

26、其相平衡 粘土质耐火材料是指粘土质耐火材料是指AlAl2 2O O3 3的质量分数为的质量分数为30%-46%30%-46%的耐火材料。粘土的耐火材料。粘土质耐火材料为弱酸性制品，因其资源丰富，生产工艺简单，成本低，故质耐火材料为弱酸性制品，因其资源丰富，生产工艺简单，成本低，故应用广泛。应用广泛。 粘土制品的高温性能主要取决于制品的化学矿物组成。从粘土制品的高温性能主要取决于制品的化学矿物组成。从AlAl2 2O O3 3- -SiOSiO2 2二元相图可以看出粘土质耐火材料常温下平衡相为方石英和莫来石。二元相图可以看出粘土质耐火材料常温下平衡相为方石英和莫来石。 粘土质耐火材料中常含有粘土

27、质耐火材料中常含有FeFe2 2O O3 3、TiOTiO2 2、CaOCaO、MgOMgO等等5-65-6种杂质。种杂质。3.2.2 3.2.2 粘土耐火制品的分类粘土耐火制品的分类按耐火度的高低，将粘土质耐火制品划分为四个等级：按耐火度的高低，将粘土质耐火制品划分为四个等级：特级品：大于特级品：大于17501750一级品：一级品：1730-17501730-1750二级品：二级品：1670-17301670-1730三级品：三级品：1580-16701580-1670 粘土砖分为普通粘土砖、多熟料粘土砖、全生料粘土砖和高硅质粘土砖分为普通粘土砖、多熟料粘土砖、全生料粘土砖和高硅质粘土砖等品

28、种。粘土砖等品种。 (1) (1) 普通粘土砖普通粘土砖系指系指A1A12 2O O3 3含量在含量在 36%-42%36%-42%之间的品种。之间的品种。 (2) (2) 多熟料粘土砖多熟料粘土砖系指含熟料系指含熟料80%80%以上，结合粘土以上，结合粘土20%20%以下的制品。以下的制品。 全生料粘上砖全生料粘上砖也称无熟料粘土砖，是用可塑性低、分散性弱、收也称无熟料粘土砖，是用可塑性低、分散性弱、收 缩很小的硬质粘土或叶蜡石制成的。缩很小的硬质粘土或叶蜡石制成的。 (4) (4) 高硅质粘土砖高硅质粘土砖: : 根据原料类别不同，可分为石英根据原料类别不同，可分为石英高岭石质高硅高岭石质

29、高硅砖和石英砖和石英粘土质高硅两种。前者粘土质高硅两种。前者SiOSiO2 2最高含量可达最高含量可达75-80%75-80%，耐火度大于，耐火度大于1710 1710 ，显气孔率一般均大于，显气孔率一般均大于25%25%；后者是用含有石英岩的粘土或在烧；后者是用含有石英岩的粘土或在烧结的粘土中加入石英砂配制。制品的耐火度较低，一般在结的粘土中加入石英砂配制。制品的耐火度较低，一般在1610-17001610-1700之之间。高硅质粘土砖在一定的温度下体积稳定，长期使用并不产生过大的间。高硅质粘土砖在一定的温度下体积稳定，长期使用并不产生过大的体积膨胀或收缩，而且荷重软化温度也高于普通粘土砖，

30、非常适用于砌体积膨胀或收缩，而且荷重软化温度也高于普通粘土砖，非常适用于砌筑蓄热室或盛钢桶内衬。筑蓄热室或盛钢桶内衬。 3.2.3 3.2.3 粘土质耐火材料的原料粘土质耐火材料的原料 粘土质耐火材料的原料为耐火粘土。耐火粘土的矿物主要是高岭粘土质耐火材料的原料为耐火粘土。耐火粘土的矿物主要是高岭石，并伴有少量的石英、硫铁矿、金红石、蜡石及有机物等杂质。耐火石，并伴有少量的石英、硫铁矿、金红石、蜡石及有机物等杂质。耐火粘土的性能主要取决于高岭石，但杂质的存在危害极大。粘土的性能主要取决于高岭石，但杂质的存在危害极大。 高岭石的组成为高岭石的组成为A1A12 2O O3 32SiO2SiO2 2

31、2H2H2 2O O，其理论成分为，其理论成分为A1A12 2O O3 3 39.48%39.48%，SiOSiO2 2 46.60%46.60%，H H2 2O 13.92%O 13.92%。经煅烧以后成分为。经煅烧以后成分为A1A12 2O O3 3 45.87%45.87%，SiOSiO2 2 54.12%54.12%。 高岭石在加热煅烧过程中的物理化学变化过程如下；高岭石在加热煅烧过程中的物理化学变化过程如下； (1) (1) 脱水分解脱水分解。在。在450-550450-550间高岭石发生分解，排除结构水，形成间高岭石发生分解，排除结构水，形成偏高岭石。过程为吸热反应。偏高岭石。过程

32、为吸热反应。AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 2 H H2 2O O450550 C AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 2 +2H +2H2 2O O 高岭石高岭石偏高岭石偏高岭石吸热吸热 -AlAl2 2O O3 3( (结晶形结晶形) )930960 AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 2 AlAl2 2O O3 3( (无定形无定形)+ 2SiO)+ 2SiO2 2( (无定形无定形) ) 33AlAl2 2O O3 3+ 6SiO+ 6SiO2 2( (无定形无定形) ) 3Al3Al2 2O O3 32SiO2SiO2 2 + 4SiO + 4SiO

33、2 2( (无定形无定形) ) 11001200125013004SiO4SiO2 2( (无定形无定形) ) 4SiO4SiO2 2( (方石英方石英) ) (2) (2) 偏高岭石分解和莫来石化偏高岭石分解和莫来石化 Al2O3(Al2O3(无定形）无定形）3.2.5 3.2.5 粘土质耐火材料的性质粘土质耐火材料的性质 (1) (1) 耐火度耐火度。粘土质耐火批品的耐火度较低，波动在。粘土质耐火批品的耐火度较低，波动在1580-17701580-1770。一般情况下，耐火度随一般情况下，耐火度随AlAl2 2O O3 3含量的增加而提高，随杂质含量增加，尤其含量的增加而提高，随杂质含量增

34、加，尤其是是FeFe2 2O O3 3和碱金属含量的增加而显著降低。和碱金属含量的增加而显著降低。 (2) (2) 高温耐压强度高温耐压强度。粘土砖高温耐压强度随。粘土砖高温耐压强度随AlAl2 2O O3 3含量的增加而增含量的增加而增大。同时受低熔点物质高温下出现液相温度、液相的数量及其粘度影响。大。同时受低熔点物质高温下出现液相温度、液相的数量及其粘度影响。 (3) (3) 荷重软化温度荷重软化温度。因为粘土质耐火制品中莫来石晶相数量少，在。因为粘土质耐火制品中莫来石晶相数量少，在制品中尚未形成结晶骨架结构，而分散存在于玻璃相之中，粘土砖荷重软制品中尚未形成结晶骨架结构，而分散存在于玻璃

35、相之中，粘土砖荷重软化温度比硅砖低很多。随着温度的升高，玻璃相的粘度下降，制品逐渐变化温度比硅砖低很多。随着温度的升高，玻璃相的粘度下降，制品逐渐变形。因此，粘土质耐火制品的荷重软化温度开始于形。因此，粘土质耐火制品的荷重软化温度开始于1250-1400 1250-1400 ，压缩，压缩40%40%时温度为时温度为1500-1600 1500-1600 。 (5) (5) 耐热震性耐热震性。粘土质耐火制品的耐热震性好，普通粘土砖。粘土质耐火制品的耐热震性好，普通粘土砖1100 1100 水冷循环达水冷循环达1010次以上，多熟料粘土砖可达次以上，多熟料粘土砖可达50-10050-100次或更高

36、。粘土砖耐次或更高。粘土砖耐热震性好的原因主要是莫来石及整个制品的热膨胀系数小热震性好的原因主要是莫来石及整个制品的热膨胀系数小( (平均平均4.5-4.5-5.85.81010-6-6/ )/ )，而且比较均匀，过程中不发生晶型转变所引超的体积，而且比较均匀，过程中不发生晶型转变所引超的体积变化。而且熟料颗粒之间尚有许多裂纹，可以缓冲应力作用增加熟料量变化。而且熟料颗粒之间尚有许多裂纹，可以缓冲应力作用增加熟料量和颗粒的合理级配，提高成型压力，适当降低烧成终止温度，增加莫来和颗粒的合理级配，提高成型压力，适当降低烧成终止温度，增加莫来石晶体数量并减少玻璃相的含量都能提高制品的耐热震性。石晶体

37、数量并减少玻璃相的含量都能提高制品的耐热震性。(6) (6) 抗渣性抗渣性。粘土质耐火材料属酸性耐火材料，抵抗弱酸性炉渣侵蚀。粘土质耐火材料属酸性耐火材料，抵抗弱酸性炉渣侵蚀的能力强，对酸性和碱性炉渣的抵抗能力较差。提高制品的致密度，降的能力强，对酸性和碱性炉渣的抵抗能力较差。提高制品的致密度，降低气孔率，能提高制品的抗渣性能。增大低气孔率，能提高制品的抗渣性能。增大AlAl2 2O O3 3含量，抗碱性渣侵蚀能力含量，抗碱性渣侵蚀能力提高，随提高，随SiOSiO2 2含量的增加，抗酸性渣的能力增强。含量的增加，抗酸性渣的能力增强。 (4) (4) 高温体积稳定性高温体积稳定性。粘土质耐火制品

38、长期在高温条件下使用，。粘土质耐火制品长期在高温条件下使用，会产生残余收缩。这是由于在生产过程中加入一定数量的结合剂会产生残余收缩。这是由于在生产过程中加入一定数量的结合剂( (如结如结合粘土合粘土) )，在烧成时矿化作用不彻底造成的。，在烧成时矿化作用不彻底造成的。3.2.6 3.2.6 其他粘土制品其他粘土制品(1) (1) 半硅质耐火制品半硅质耐火制品(2) (2) 粘土质不定型耐火材料粘土质不定型耐火材料 半硅质耐火制品是指组成中半硅质耐火制品是指组成中SiOSiO2 2的质量分数大于的质量分数大于65%65%，AlAl2 2O O3 3+TiO+TiO2 2的质量分数小于的质量分数小

39、于30%30%的耐火材料。主要制品有的耐火材料。主要制品有半硅砖半硅砖和和蜡石砖蜡石砖，属半酸，属半酸性耐火材料。性耐火材料。 因浇注料的整体性以及粘土质耐火材料抗热震性和抗蠕变性能因浇注料的整体性以及粘土质耐火材料抗热震性和抗蠕变性能好，由这种粘土浇注料砌筑的衬体的使用寿命是普通耐火砖的好，由这种粘土浇注料砌筑的衬体的使用寿命是普通耐火砖的2-32-3倍。倍。3.3 3.3 高铝质耐火材料高铝质耐火材料 3.3.1 高铝质耐火材料分类高铝质耐火材料分类(1) (1) 按按AlAl2 2O O3 3含量的不同，高铝质耐火材料一般划分为三个等级：含量的不同，高铝质耐火材料一般划分为三个等级： 一

40、等：一等：AlAl2 2O O3 3 75%75% 二等：二等：AlAl2 2O O3 3 60%-75%60%-75% 三等：三等：AlAl2 2O O3 3 48%-60% 48%-60%(2) (2) 根据矿物组成，高铝质耐火材料可分为低莫来石及莫来石质根据矿物组成，高铝质耐火材料可分为低莫来石及莫来石质 (Al(Al2 2O O3 3 48%-71.8%)48%-71.8%)，莫来石，莫来石- -刚玉质及刚玉刚玉质及刚玉- -莫来石质莫来石质(Al(Al2 2O O3 3 71.8%-71.8%- 95%) 95%)和刚玉质和刚玉质(Al(Al2 2O O3 3 95%-100%)95

41、%-100%)。 高铝质耐火材料是高铝质耐火材料是AlAl2 2O O3 3的质量分数大于的质量分数大于48%48%的硅酸铝质耐火材料的的硅酸铝质耐火材料的统称。统称。3.3.2 3.3.2 高铝质耐火材料的原料高铝质耐火材料的原料 高铝质耐火材料的原料主要有高铝矾土、蓝晶石、红柱石、硅线石高铝质耐火材料的原料主要有高铝矾土、蓝晶石、红柱石、硅线石及工业氧化铝等及工业氧化铝等。高铝矾土是高铝质耐火材料的主要原料。我国高铝矾。高铝矾土是高铝质耐火材料的主要原料。我国高铝矾土 中 的 耐 火 矿 物 为 ： 水 铝 石土 中 的 耐 火 矿 物 为 ： 水 铝 石 ( - A l( - A l2

42、2O O3 3 H H2 2O )O ) 和 高 岭 石和 高 岭 石(Al(Al2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O)O)，有的高铝矾土含波美石，有的高铝矾土含波美石(-Al(-Al2 2O O3 3HH2 2O)O)或三水铝或三水铝石石(-Al(-Al2 2O O3 33H3H2 2O)O)，有的含少量天然刚玉，有的含少量天然刚玉(-Al(-Al2 2O O3 3) )。 高铝矾土不能直接用来制砖坯，必须先经高温煅烧制成熟料，才高铝矾土不能直接用来制砖坯，必须先经高温煅烧制成熟料，才能制砖。高铝矾土熟料的生产方法与粘土熟料相似，但烧结过程较困能制砖。高铝矾土熟料的生产方法与粘土熟料相似，但烧结过程较困难。难。(1) (1) 分解脱水和莫来石化阶段分解脱水和莫来石化阶段-Al-Al2 2O O3 3HH2 2O O -Al-Al2 2O O3 3 + H+ H2 2OO 水铝石水铝石游离刚玉游离刚玉 400-500 400-500 由水铝石和高岭石为主要矿物的高铝矾土的煅烧过程大致分为三个由水铝石和高岭石为主要矿物的高铝矾土的煅烧过程大致分为三个阶段：阶段：