第二章铝硅系20134

作业：如何提高硅砖导热性能？说明原因。1烧成砖的制造工艺流程原料A原料B原料C粉碎/分级成型干燥混合/混练添加物/结合剂粉碎/分级粉碎/分级烧成烧成砖（制品）配料（粗/中/细）25.5高铝质耐火材料定义：高铝矾土熟料＋结合粘土，A12O3不低于48%。按A12O3含量分：I等，＞75％；II等，60～75％；III等，48～60%。公元400年前后中国已开始制造高铝质耐火材料（河南省）。3

2）矿物组成及分类基本类型亚类型主要分布一水型铝矾土1)水铝石—高岭石(D—K型)2)水铝石—叶蜡石(D—P型）3)勃姆石—高岭石(B—K型）4)水铝石—伊利石(D—I型）5)水铝石—高岭石—金红石(D—K—R型）山西、山东、河北、河南、贵州河南山东、山西、湖南河南四川三水型铝矾土三水铝石型（G型）福建、广东5.5.1高铝矾土原料

1）分布山西、河北、河南以及贵州等地。4◆

致密状：矿石光滑、细腻，断面均匀；有的组成矿物以水铝石（细晶质到隐晶质）为主，有的以高岭石或叶腊石为主。◆

多孔状：多为纯水铝石构成，结构十分疏松。水铝石一般都较粗大，有时在孔洞中填有其它矿物，如金红石或石英等。◆

鲕状：结构特别复杂。◆

粗糙状：断面粗糙，略显疏松，但均匀。矿石主要成分为水铝石和高岭石，二者含量相近。3）构造→→我国铝矾土矿构造复杂，成分不均5

级别化学成分，％耐火度，℃Al2O3Fe2O3CaO特级＞75＜2.0＜0.5＞1770一级70～75＜2.5＜0.6＞1770二级60～70＜2.5＜0.6＞1770三级55～60＜2.5＜0.6＞1770四级45～55＜2.0＜0.7＞1770耐火材料用铝矾土（生料）的等级划分6

矾土等级Al2O3,%Al2O3／SiO2外观特征特等＞76＞20灰色、重而硬，结构致密均匀一等68～765.5～20浅灰色、重而硬，结构致密均匀二等（甲）60～682.8～5.5灰白色、结构尚致密，具有少量鲕状体二等（乙）50～601.8～2.8灰色、结构疏松，具有较多的鲕状体三等42～521.0～1.8灰色、质轻又软，易碎，结构均匀水铝石—高岭石类(D-K型)铝矾土的分类及特征75.5.2高铝矾土的加热变化

——分解阶段；

——莫来石化阶段；——重结晶烧结阶段。分解阶段：

α-Al2O3·H2O→α-Al2O3+H2O↑（400-600℃）Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3·2SiO2+2H2O↑（600℃左右）3（Al2O3·2SiO2）→3Al2O3·2SiO2+4SiO2

（980℃左右）3α-Al2O3+2SiO2→3Al2O3·2SiO2

（1200-1500℃）

△V≈+10%↑

二次莫来石化8

9分解阶段：

10

等级Al2O3，％烧结情况烧结温度原因特级＞75较易1600～1700℃高岭石少，水铝石多，二次莫来石化程度弱，可能还有TiO2作用Ⅰ级70～75较难1500～1600℃一定程度的二次莫来石化Ⅱ级60～70最难1600～1700℃二次莫来石化强烈Ⅲ级55～60最易1500℃左右高岭石多，水铝石少，二次莫来石化程度弱Ⅳ级45～55最易1500℃左右同上不同等级铝矾土的烧结情况11◆铝矾土资源遭受破坏的原因：采富弃贫，采易弃难，采剥失调◆铝矾土原料储量目前存在的问题：“四不清”1）探明的不同品位储量不清；2）保有的真实储量不清；3）累计消耗及其质量不清；4）乱采乱挖对矿床破坏程度不清。◆解决办法：1）选矿、提纯；2）均化

◆均化：仿水泥生产工艺→→均化料

12

相同点：高铝制品的生产工艺流程与多熟料粘土质制品生产工艺流程相似。不同点：二次莫来石化反应。5.5.3高铝质制品生产工艺要点减轻二次莫来石化反应措施：（1）熟料的严格拣选分级

（2）合理选择结合剂的种类和数量

——结合粘土尽可能少加（5～10%）——用生矾土细粉代替结合粘土——用高铝矾土和结合粘土粉按比例配合

13

（3）熟料的邻级混配和氧化铝含量高的熟料以细粉形式加入（4）合适的颗粒组成

——适当增加细粉数量（45～50%）——适当增大粗颗粒的尺寸和数量——部分熟料和结合粘土共同细磨——共磨时熟料和粘土混合料中的A12O3／SiO2重量比应略大于2.55。（5）适当提高烧成温度（Ⅱ级矾土熟料）145.5.4高铝质制品性质1）高铝砖中A12O3含量和荷重软化温度关系名称煅烧温度，℃玻璃成分，％SiO2Al2O3Fe2O3TiO2Ⅰ级矾土Ⅱ级矾土1500150024.9544.8245.1646.159.352.5019.523.20Ⅰ、Ⅱ等矾土煅烧后的玻璃相组成15

2）高铝制品的热震稳定性比粘土砖差I、Ⅲ等高铝砖比Ⅱ等高铝砖更差些

3）高铝制品的抗渣性随制品中A12O3含量增多和液相量的减少而有所提高。→→提高原料纯度，改变基质的化学—矿物组成，减少玻璃相数量，调整玻璃相成分，是提高制品的高温结构强度、热震稳定性及抗渣性的关键。◆高炉用硅线石砖、红柱石砖、蓝晶石砖、热风炉用低蠕变高铝砖、高荷软高铝砖、高热震高铝砖以及水泥窑和电炉顶用优质磷酸盐结合高铝不烧砖等。◆莫来石砖、莫来石－刚玉砖和刚玉－莫来石砖等。165.6硅线石质耐火材料蓝晶石：印度、美国、加拿大和巴西，河南隐山、江苏、河北、山西、新疆、四川、辽宁、吉林、安徽等。硅线石：印度、澳大利亚、美国和朝鲜，黑龙江鸡西、河南南阳、河北、陕西、新疆、河南等。红柱石：南非、法国和俄罗斯，河南西峡、陕西眉县、辽宁、新疆等。定义：部分硅线石族矿物原料—硅线石砖、红柱石砖或蓝晶石砖。5.6.1硅线石族原料17

品名与产地化学成分，％线膨胀率，％SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O灼减500℃1000℃1500℃蓝晶石印度-136.3362.050.310.160.130.060.280.080.590.401.8714.95印度-237.1159.610.700.580.100.050.360.440.31美国37.7058.771.171.30微0.590.38肯尼亚37.3859.650.561.090.270.07——0.60保加利亚38.8657.861.020.750.400.36——1.17硅线石南非-117.2077.800.942.400.050.070.080.05—0.190.960.79南非-234.2058.220.3810560.110.180.430.40—0.240.890.46印度34.7061.180.500.100.350.16微微2.93美国34.4858.762.407.450.800.120.39—1.36红柱石南非-141.1953.092.260.460.610.28—0.881.20南非-237.3459.661.110.300.110.120.170.07—0.281.091.44法国38.5559.250.950.24——0.250.09—Al2O3·SiO2

Al2O362.92%SiO237.08%18矿物性质蓝晶石红柱石硅线石晶系三斜斜方斜方晶格常数a=0.71nm,α=9005b=0.774nm,β=10102c=0.557nm,βγ=10544a=0.778nmb=0.792nmc=0.557nma=0.744nmb=0.759nmc=0.575nm结构岛状岛状链状结构式Al2[SiO4]OAlO[AlSiO4]Al[AlSiO5]解理沿{100}解理完全，{010}良好沿{110}解理完全沿{010}解理完全硅线石族矿物原料的结构特征

195.6.2硅线石族原料加热变化矿物名称硅线石红柱石蓝晶石莫来石形成温度范围℃1500～15501350～14001300～1500转化速度慢中快转化所需时间长中短转化后体积膨胀中，（7～8％）小，（3～5％）大，（16～18％）莫来石结晶过程在整个晶粒发生在颗粒表面开始逐步深入内部同红柱石莫来石结晶形态及大小短柱状，针状长约3微米针状、柱状长约20微米长针状长约35微米莫来石结晶方向平行于原硅线石晶面平行于原红柱石晶面垂直于原蓝晶石晶面20——蓝晶石莫来石生成温度低，温度范围宽，膨胀值大。——红柱石膨胀值最小。——硅线石膨胀温度高。21影响分解或膨胀性的因素：

◆矿物本身结构

◆矿物纯度

◆矿物粒度大小

——蓝晶石粒度＜0.2mm，膨胀小且无明显差异；粒度＞0.2mm，膨胀大且差异大。

——硅线石粒度＜0.088mm，1400℃开始分解，1700℃完全莫来石化；粒度＞0.088mm，分解温度提高100℃，1700℃尚有残余硅线石。

——红柱石＜0.15mm，1500℃均莫来石化。22

蓝晶石热膨胀曲线

硅线石热膨胀曲线230.07mm红柱石试样的膨胀率与温度的关系24试样粒径（mm）温度（℃）（保温2小时）1200130014001500蓝晶石（沐阳产）0.154～0.074253062700.074～0.05427407378＜0.05430437578红柱石HJ-58（库尔勒产）5—3—＜1*5*31＜0.074—＜1*11*48红柱石HJ-56（库尔勒产）5—3＜1＜2*21*34＜0.074＜14*32*63不同粒径蓝晶石与红柱石经不同温度煅烧后莫来石含量

25

制砖工艺与高铝砖的基本相同

原料为精料

硅线石和红柱石精矿料可直接制砖，蓝晶石不宜直接用来制砖。但通过对其粒度的调整，也可直接制砖。

天然硅线石族精料通常以细颗粒状或粉状料作为添加剂引入。

硅线石一般要求小于0.5mm，红柱石可适当放宽至小于2mm，蓝晶石一般为0.147～0.074mm。

一般制品的烧成温度为1350～1500℃（莫来石化转变温度＋体积效应）。5.6.3硅线石质制品生产工艺要点26思考：

将硅线石族矿物引入铝硅系耐火材料中有何作用？

27将硅线石族矿物引入铝硅系耐火材料中作用:

◆利用硅线石族矿物的莫来石化与二次莫来石过程而形成合理的显微结构。

→形成具有莫来石交错网络的显微结构，可提高铝硅系耐火材料的性能。

◆由于大部分硅线石族矿物是经过选矿的，因而其杂质含量普遍低于高铝矾土。→

液相量少◆利用硅线石族矿物加热发生膨胀，以弥补制品加热过程中的收缩，保证耐火材料砌体的体积稳定性。

→→提高荷重软化温度与抗蠕变性。28编号硅线石加入量/%制品中Al2O3含量/%体积密度g/cm3耐压强度MPa线变化率/%（1500℃，3h）荷软点℃13564.52.4786＋0.14>170023065.52.5481＋0.06/32566.42.5578＋0.06>170042067.22.5370＋0.03/51568.02.5269＋0.03>1680添加硅线石精矿对制品性能的影响

29红柱石量%制品中Al2O3%荷重软化开始点，℃蠕变率,%（50h）1580.8216001400℃,≤－0.82078.0416301400℃,≤－0.82577.6717001450℃,≤－0.63076.77>17001450℃,≤－0.63574.67>17001500℃,≤－0.8添加红柱石低蠕变砖的性能305.6.4硅线石质制品性能优良的高温性能，尤其是荷重软化温度高，蠕变率低。项目H21H22H23H24H25H26H27N41耐火度，℃≥1850≥1850≥1850≥1825≥1790≥1790≥1770≥1750体积密度g/cm3≥2.60(≥2.55)≥2.70(≥2.65)≥2.45(≥2.40)≥2.40(≥2.35)≥2.34(≥2.30)≥2.30(≥2.25)≥2.20(≥2.15)≥2.15(≥2.10)显气孔率%≤21(≤24)≤22(≤24)≤19(≤22)≤23(≤24)≤24(≤25)≤24(≤25)≤24(≤25)≤24(≤25)耐压强度MPa≥49(≥39.2)≥49(≥39.