耐火材料工艺3

1、耐火材料工艺学硅质耐火材料硅质耐火材料2硅砖的组成及性质1SiO2变体及晶型转变25鳞石英的性质及其影响3矿化剂的选择原则及其种类4硅砖的生产工艺要点5绪 言1、概念：硅质耐火材料是指以SiO2为主要化学组成 （2 ）的耐火材料。2、分类：包括普通硅砖、特种硅砖、石英玻璃及其制品。3、性质及应用：硅质制品属典型的酸性耐火材料，抗酸性渣侵蚀能力强，易受碱性渣强烈侵蚀。荷重软化温度高，接近于鳞石英、方石英的熔点（1670、1710）。但耐火度较低，热震稳定性差。硅砖主要用于砌筑高炉热风炉、焦炉、玻璃熔窑及其他有酸性熔渣产生的热工设备。邯钢7m焦炉工程玻璃窑横焰玻璃窑炼铁热风炉硅砖的组成、显微结构与

2、性质一、硅砖的组成、结构及其与制品性质关系 硅砖的化学矿物组成范围如图：化学组成（%）SiO2Al2O3Fe2O3CaOR2O93980.52.50.32.50.22.71.01.5矿物组成（%）鳞石英方石英石 英玻璃相3702080315410硅砖的组成、结构及其与制品性质关系硅砖的一般显微结构：T：鳞石英C：方石英Q：残余石英G：玻璃相 硅砖的组成、结构及其与制品性质关系硅砖真比重与矿物组成的关系 硅砖的密度一般应小于 2.38g/cm3 优质硅砖的密度在2.322.36g/cm3硅砖真比重鳞石英，%方石英，%石英，%玻璃相，%2.338013172.347217382.376317912

3、.396015962.40581212182.4253121718硅砖的组成、结构及其与制品性质关系组成、结构与性质的关系：硅砖的组成、结构及其与制品性质关系组成、结构与性质的关系：方石英含量与侵蚀量的关系 （熔点1723）0204060801000.00.51.01.52.02.53.0 侵蚀量/mm方石英含量/%1400oC1500oC硅砖的组成、结构及其与制品性质关系组成、结构与性质的关系：硅砖的组成、结构及其与制品性质关系组成、结构与性质的关系：硅砖的性质硅砖质量标准项 目指标JG94SiO2/%大于（或等于）94（94）耐火度/不低于16900.2MPa荷重软化开始温度不低于1650

4、（胶结硅石1620）重烧线变化(1450 ,2h（3h）)/0.2（0.5）显气孔率/%炉底，炉壁砖其他部位用砖及手工成型砖不大于22（炉壁砖23）24（25）常温耐压强度/Mpa炉底，炉壁砖其他部位用砖及手工成型砖不小于29.4（25）19.6（20）真密度炉壁其他部位用砖不大于不大于不大于2.34（2.35）2.36硅砖的性质硅砖的理化指标中国LPBG-96中国LBG-96德国DIDER日本旭硝子美国VEGA英国皮尔金顿SiO2 97.696.5495.998.595.6496.18Fe2O3 0.350.670.480.90.710.52 熔融指数 （Al2O3+2R2O）0.350.4

5、10.540.640.39真密度 g/cm32.332.332.322.332.322.33显气孔率 171821.72020.322常温耐压强度MPa45383235.656.80.2MPa荷重软化开始温度 169016801680167516901680重烧线变化率14502h +0.2+0.1+0.19方石英 55354055残余石英 2035硅质耐火材料生产的理化基础SiO2的多晶转变关系-石英石英亚亚 稳稳方石英方石英-鳞石英鳞石英-方石英方石英熔体熔体石英玻璃石英玻璃-鳞石英鳞石英-鳞石英鳞石英-石英石英-方石英方石英亚亚 稳稳方石英方石英+0.82%无矿化剂存在时无矿化剂存在时有

6、矿化剂存在时有矿化剂存在时+20%+0.28%+2.8%+ 12.7%+ 4.7%硅质耐火材料生产的理化基础SiO2变体的性质变体名称稳定温度，晶系结晶习性常温下真比重熔点,-石英573三方柱状2.6511713-石英573870六方2.533-鳞石英常温117斜方矛头状双晶2.272.35（天然）2.2622.285（人工）1670-鳞石英117163六方2.24-鳞石英8701470六方蜂窝状结构2.228-方石英180270斜方2.332.34（天然）2.312.32（人工）1730-方石英14701713等轴2.229石英玻璃1713非晶质2.203硅质耐火材料生产的理化基础硅砖矿物组

7、成中，要求有大量鳞石英存在，而不希望有残余石英和方石英存在，尤其是残余石英。原因在于：1）鳞石英可在砖体结构中形成由矛头状双晶构成的相互交错网络结构，赋予制品较高的荷软温度及机械强度。鳞石英矛头状双晶鳞石英矛头状双晶硅质耐火材料生产的理化基础硅质耐火材料生产的理化基础硅砖中方石英含量与渣侵蚀量的关系硅砖中方石英含量与渣侵蚀量的关系硅质耐火材料生产的理化基础残余石英在制品于高温下使用时，会继续发生晶型转变，产生较大的体积膨胀，导致制品结构松散。所以，一般希望烧成的硅砖中有尽可能多的鳞石英存在，其次是方石英，残余石英越少越好。鳞石英矛头状双晶硅砖生产中矿化剂的作用及影响其效能的因素矿化剂的作用1.

8、 在高温下促使石英转变为鳞石英和方石英，而又不显著降低制品的耐火度。2. 防止砖坯烧成时因发生急剧体积效应而产生的松散和开裂矿化剂的存在导致形成一定量的液相，从而缓冲砖坯因体积变化而产生的内应力。硅砖生产中矿化剂的作用及影响其效能的因素矿化剂的作用机理（1） -石英石英 半安定方石英半安定方石英 足量的矿化剂（足量的矿化剂（C）存在）存在12001470AB同时：同时： A + B + C L（2） 液相形成后，更促使液相形成后，更促使A、B不断的熔入液相，使之成为过饱和不断的熔入液相，使之成为过饱和熔体，然后以稳定的鳞石英从熔体析出：熔体，然后以稳定的鳞石英从熔体析出： L 鳞石英鳞石英 （

9、3） 液相的存在缓冲着晶型转变所引起的体积膨胀应力，防止制液相的存在缓冲着晶型转变所引起的体积膨胀应力，防止制品开裂和结构松散。品开裂和结构松散。硅砖生产中矿化剂的作用及影响其效能的因素影响矿化剂效能的因素1. 矿化剂的种类 (化学性质) 矿化剂与石英作用 形成液相的温度越低，则矿化剂的作用 越强，越有利于亚稳方石英向鳞石英转化。 碱金属氧化物的矿化作用最强，其次是FeO、MnO等，再次是CaO、MgO等。但是，当有Al2O3存在时，CaO-Al2O3-SiO2 系统可望在1170开始出现液相。可见在有其他杂质存在时，CaO也是强的矿化剂。系统组成系统组成低共熔点温度（低共熔点温度（）Na2O

10、-SiO2728FeO-SiO21178MnO-SiO21291CaO-SiO21436MgO-SiO21543TiO2-SiO21550CaO-Al2O3-SiO21170硅砖生产中矿化剂的作用及影响其效能的因素影响矿化剂效能的因素2. 高温下液相的粘度、对石英和方石英的润湿溶解能力。粘度小、润湿溶解能力大的矿化作用强。3. 高温下液相被SiO2饱和的难易程度，即液相的析晶能力。 熔体中高聚合物浓度大时，尤其是当O/Si比值=2.12.5时， -鳞石英容易从熔体中大量析出。硅砖生产中矿化剂的选择 矿化剂选择的总原则是既要考虑其矿化作用的强弱，形成液相温度要低（ 1470，鳞石英的最高稳定温度

11、）还需考虑原料的配料，以及矿化剂对制品性能的综合影响理想的矿化剂应具备如下条件： 能与SiO2作用，并在较低的温度下（一般应低于13001350）形成液相，且对系统的耐火度降低不大。 能够形成足够数量的液相。液相应具有较低的粘度及较强的润湿石英颗粒表面的能力。液相的数量随温度升高变化不大。 液相的结构应有利于鳞石英析晶即液相的 O/Si =2.5，液相中阴离子团为Si2O52-，溶解不稳定变体（-石英、亚稳方石英）能力较强，而在1470以下对稳定变体（鳞石英）溶解能力很小。 矿化作用不过于激烈，烧后制品不产生裂纹。 矿化剂为非水溶性物质，且在坯体中易于分布均匀；价格合理，易于制备。硅砖生产中矿

12、化剂的选择碱金属氧化物的矿化作用最强，其次是FeO、MnO等，再次是CaO、MgO等。但碱金属氧化物一般不能用作矿化剂，原因包括：降低制品高温性能；生坯干燥泛碱易使制品烧成时开裂。实际生产中，广泛采用的矿化剂是“CaO(石灰乳石灰乳) + FeO/Fe2O3(铁鳞铁鳞)”，加入量一般为 CaO 22.5%，FeO(Fe2O3) 0.51.0%，即总加入量 34%。因为： 1. 该系统的始熔温度较低 2. CaO既有足够的矿化作 用，又对硅砖的耐火度 降低不大。系统组成低共熔点温度（）FeO-SiO21178CaO-SiO21436CaO-Al2O3-SiO21170CaO-FeO-SiO211

13、05硅砖生产中矿化剂的选择3. CaO可以改善坯料的结合性和可塑性，使砖坯具有足够的干燥强度。因为Ca(OH)2是一种气硬性胶凝性物质。4. 氧化铁的加入可以显著降低液相出现的温度及其粘度，既提高鳞石英的生成量，又可缓解内热应力，减小制品的开裂。以铁鳞做矿化剂时，要求FeO+Fe2O390%，0.088mm 的 颗粒80%，0.5mm 的颗粒1%2%。 矿化剂的总加入量通常不应超过3%4%，否则会强烈降低系统的耐火度。一般的矿化剂配合加入情况如表所示。原料种类硅砖品种FeO+Fe2O3 /%CaO /%结晶硅石1焦炉砖0.50.82.03.0结晶硅石2焦炉砖1.02.02.5结晶硅石2电炉砖1

14、.01.41.7胶结硅石1焦炉砖0.51.82.5胶结硅石1电炉砖0.31.41.75硅砖的生产工艺要点生产工艺过程废废 砖砖 硅硅 石石 粗粗 碎碎 中中 碎碎 合格颗粒料合格颗粒料 粗粗 碎碎 中中 碎碎 洗洗 涤涤 筛筛 分分 合格料合格料 配配 料料 管磨机管磨机 混混 练练 成成 型型 干干 燥燥 烧烧 成成 检验包装检验包装 （+）矿化剂矿化剂 结合剂结合剂（纸浆废液）（纸浆废液） 筛筛 分分 （+）硅砖的生产工艺要点原 料 1. 硅石：用于硅砖生产的硅石原料要求SiO2含量96%，同时还要考虑其结构特点，要求其晶粒较粗，结构致密，否则制砖烧成时易松散。2. 废硅砖：加入废硅砖可以

15、减小硅砖的烧成膨胀，提高成品率。但废硅砖的加入量通常20%。 废硅砖要求SiO293%，耐火度1670，吸水率4.0，作用：减少膨胀，但会降低制品的耐火度和机械强度，提高气孔率。3. 矿化剂： 包括石灰乳、铁鳞、平炉渣、硫酸渣等。分分类类岩石分岩石分类类 显微结构和特征显微结构和特征举例举例结结晶晶硅硅石石脉石英脉石英石英岩石英岩变质石变质石英岩英岩石英砂石英砂晶粒很大，纯净，转变晶粒很大，纯净，转变困难困难晶粒较小，纯净，中速晶粒较小，纯净，中速转变转变晶粒受地壳压力而发生晶粒受地壳压力而发生扭曲，易转变扭曲，易转变晶粒较大，纯度不定晶粒较大，纯度不定吉林吉林本溪本溪包头包头河南河南铁门铁门

16、胶胶结结硅硅石石砂岩砂岩玉髓玉髓燧石岩燧石岩以胶结石英为基质的砂以胶结石英为基质的砂岩岩由玉髓组成由玉髓组成以玉髓为基质以玉髓为基质武汉武汉山西山西硅砖生产工艺要点1、配料：硅砖生产配料，细颗粒配比应适当大些，且临界颗粒尺寸不宜太大，一般以23mm为宜。这样有利于减小硅砖的烧成膨胀和开裂，也有利于提高鳞石英的生成量大颗粒溶解慢、转变慢 临界粒度：颗粒大易压碎、转变时体积膨胀大而易开裂； 细粉数量：转变时体积膨胀小、与矿化剂作用及烧结性增强31mm: 3545 %; 10.088mm：2025；0.088mm: 3540 %2、成型：关键是调整好坯料的颗粒组成、水分和矿化剂、结合剂等含量，同时采

17、取较高的成型压力，以保证砖坯的密度和强度。成型压力一般应100150 MPa，生坯密度控制为2.22.3g/cm3。硅砖生产工艺要点硅砖生产工艺要点123冷却制度：4烧成： 硅砖烧成的控制难度较大，原因在于： 硅砖烧成时产生的体积膨胀较大；烧成时产生的液相较少（10%）。烧成温度：控制为1430，过高会导致方石英量增多。保温时间：在最高烧成温度下，要注意根据制品的形状大小、质量要求等因素，进行足够时间的保温。通常保温时间在2048 h 之内选择最高烧成温度600800：快冷600800常温：慢冷烧成曲线制定原则：按一定速度平稳升温，止火温度正确，弱还原气氛烧成。硅砖生产工艺要点烧成制度制订原则

18、： 石英的相变（石英，石英 方石英 方石英） 原料的转变速度（快速转变，升温和止火温度） 添加物的数量和性质（液相多，升温） 砖块的形状大小（大块及异型，升温） 20600 20 小时（快） 6001100 25 小时（最快） 11001300 10 小时 13001350 5 小时（慢） 13501430 2 小时（最慢）硅砖烧成过程中的主要物理化学变化硅砖烧成过程中的主要物理化学变化 （1） 150 自由水 （2） 450500 Ca(OH)2分解，砖坯结合强度 （3） 550650 石英石英 （4） 600700 CaO与SiO2的固相反应开始，砖坯结合强度 2CaO SiO2 2CaOSiO2 2CaOSiO2SiO22（CaOSiO2） （5）10001100 生成固溶体： CaOSiO2FeOSiO2 CaOSiO2FeOSiO2 （6）1200： 与杂质如Al2O3、 Na2O等作用形成液相（8-10 %）， 润湿石英颗粒，石英转变速度。 （7）13001350 鳞石英和方石英 （8）13501430 鳞石英，方石英 硅砖相组成：鳞石英、方石英、石英、玻璃相、气孔 提高热导率