硅石耐火材料课件

◆耐火材料直接应用于钢铁、有色、水泥、玻璃、陶瓷和化工、机械、电力、国防等各个领域的高温工业生产过程中，是保证其生产运行和技术发展必不可少的基础材料。

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耐火材料是工业背后的工业◆耐火材料与生活息息相关耐火材料的重要性第三章硅石耐火材料

硅石耐火材料

重点内容：

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SiO2变体及晶型转变

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鳞石英结晶及物理特性

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矿化剂的选择原则及其种类

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硅砖的生产工艺及其性能第三章硅石耐火材料

1概况

定义：SiO293-98%酸性→定形硅石制品→硅砖

分类：普通硅砖高密度硅砖→超高密度硅砖—焦炉、热风炉、玻璃熔窑、隧道窑的拱顶、各种窑炉的架子砖等。

第三章硅石耐火材料

第三章硅石耐火材料焦炉部分截面图第三章硅石耐火材料

第二章硅石耐火材料耐火砖的热膨胀曲线格子砖材质和长时间压缩蠕变

性能普通硅砖高密度硅砖超高密度硅砖真比重2.3092.3112.302体积密度g/cm31.801.851.93显气孔率％21.619.514.6常温耐压强度MPa606295抗折强度室温MPa1919.921.1高温1480℃，MPa55.511.6常温弹性模数MPa1.301.351.76重烧变形1450℃×2h，％000荷重软化点T1℃162016301630热传导率Kcal/m·h·℃350℃1.391.61800℃1.661.96不同密度硅砖物理性能对比第三章硅石耐火材料

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）0.350.410.540.640.39真密度g/cm32.332.332.322.332.322.33显气孔率％171821.72020.322常温耐压强度MPa45383235.656.8荷重软化开始温度℃169016801680167516901680重烧线变化率1450℃×2h％+0.2+0.1+0.19优质硅砖的理化性能第二章硅石耐火材料如何生产出性能优良的硅砖？

——耐火材料性能主要取决于其组成与结构→显微结构？

↓

化学组成矿物组成？

第三章硅石耐火材料——上世纪初以前硅砖曾被认为有“神经病”

2硅砖生产的物理化学原理第三章硅石耐火材料

SiO2不同变体间转变时的体积变化互变性转变体积变化/%转变温度/℃转变方式β-石英→α-石英+0.82573位移型转变γ-鳞石英→β-鳞石英+0.28117β-鳞石英→α-鳞石英+0.2163β-方石英→α-方石英+2.8180~270α-石英→α-鳞石英+12.7870重建型转变α-石英→α-方石英+17.41200~1350α-鳞石英→α-方石英+4.71470α-方石英→熔体+0.11713熔融石英→α-方石英-0.4~1200第三章硅石耐火材料

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/℃β-石英＜573三方柱状2.6511713α-石英573~870六方2.533γ-鳞石英常温~117斜方矛头状双晶2.27~2.35（天然）2.262~2.285（人工）1670β-鳞石英117~163六方2.24α-鳞石英870~1470六方蜂窝状2.228β-方石英180~270斜方2.33~2.34（天然）2.31~2.32（人工）1730α-方石英1470~1713等轴2.229石英玻璃＜1713非晶质2.203第三章硅石耐火材料鳞石英矛头双晶α－方石英晶粒断口形貌

第三章硅石耐火材料为什么硅质玻璃的线膨胀系数最小？

第三章硅石耐火材料讨论

1、影响耐火材料热膨胀系数的因素

2、影响耐火材料热导率的因素

第三章硅石耐火材料方石英含量与侵蚀量的关系（熔点1723℃）第三章硅石耐火材料

第三章硅石耐火材料硅砖真比重鳞石英，%方石英，%石英，%玻璃相，%2.338013172.347217382.376317912.396015962.40581212182.4253121718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2.32~2.36g/cm3为了生产荷重软化温度或抗蠕变性及导热性优良的硅砖，在相组成选择上，应该尽可能向鳞石英相转变。

第三章硅石耐火材料

纯SiO2变体的△G。-T图

第三章硅石耐火材料3矿化剂选择原则

第三章硅石耐火材料*有二液区**形成液相温度＜1470℃（鳞石英最高稳定温度）矿化剂选择原则：第三章硅石耐火材料含SiO2的二元系统类型

CaO-SiO2FeO-SiO2MgO-SiO2TiO2-SiO2Cr2O3-SiO2

Al2O3-SiO2Na2O-SiO2K2O-SiO2

第三章硅石耐火材料

CaO-SiO2系∵液化温度1707℃，二液区宽度1-27.5CaO，二元共熔点1436℃∴CaO可用作矿化剂；硅砖可以单独吸收27.5%CaO而不致崩溃。第三章硅石耐火材料FeO-SiO2系∵液化温度1698℃，二液区宽度3-42FeO，二元共熔点1178℃∴FeO能用作矿化剂；硅砖可以单独吸收42%FeO而不致崩溃。第三章硅石耐火材料

MgO-SiO2系∵液化温度1695（1723）℃，二液区宽度3-42MgO，二元共熔点1543℃。∴MgO不能用作矿化剂第三章硅石耐火材料TiO2-SiO2系∵液化温度1780（1794）℃，二液区宽度18-92TiO2（偏向TiO2），二元共熔点1553℃∴TiO2不能用作矿化剂

第三章硅石耐火材料Cr2O3-SiO2系∵液化温度2250℃，二液区宽度5-98Cr2O3，二元共熔点1720℃。∴Cr2O3不能用作矿化剂第三章硅石耐火材料Na2O-SiO2系∵加入6.5%Na2O，液化温度下降到1600℃，25%Na2O，液化温度降到Na2O·SiO2-SiO2共晶点789℃，并且无二液区。∴Na2O不能用作矿化剂;Na2O是有害杂质之一。第三章硅石耐火材料Al2O3-SiO2系∵加入6%Al2O3，液化温度由1723℃降到3Al2O3·2SiO2-SiO2共晶点1595℃，并且无二液区。∴Al2O3不能用作矿化剂

Al2O3

是最有害杂质。第三章硅石耐火材料Al2O3-CaO-SiO2系

B:1%Al2O3,2%CaO,97%SiO2B’:0.5%Al2O3,2%CaO,97.5%SiO2两组成点1600℃液相量？第三章硅石耐火材料

B:1%Al2O3、2%CaO、97%SiO2L1600=(SiO2-B)×100%/（SiO2-C）≈15.3%S1600=(SiO2-B)×100%/（SiO2-C）≈84.5%B’:0.5%Al2O3、2%CaO、97.5%SiO2L1600=(SiO2-B’)×100%/（SiO2–

C’）≈10.9%S1600=(SiO2-B’)×100%/（SiO2-C’）≈89.1%

第三章硅石耐火材料Al2O3对硅砖有严重影响

Al2O3对Al2O3-CaO-SiO2系液相数量的影响1900℃时CaO-Al2O3-SiO2系渣的黏度（Pa·s）

第三章硅石耐火材料R2O-Al2O3-SiO2系

Na2O（K2O）-SiO2杂质作用

Al2O3-SiO2杂质作用Na2O(K2O)-Al2O3-SiO2耐火度↓↓

优质硅砖要求：CaO≤3％（A12O3十TiO2十R2O）≤0.5％第三章硅石耐火材料与液相相关的其它因素：

—液相的数量

—液相的粘度（如氟化物）

—液相对SiO2的润湿能力

—液相（硅酸盐）的结构（O:Si≈2.1-2.5，硅氧四面体

中O:Si＝2.29）

第三章硅石耐火材料

第三章硅石耐火材料如何从工艺上来实现或生产出性能优良的硅砖？

第三章硅石耐火材料课间休息

第三章硅石耐火材料分类岩石分类显微结构和特征示例结晶硅石脉石英石英岩变质石英岩石英砂晶粒很大，纯净，转变困难晶粒较小，纯净，中速转变晶粒受地壳压力而发生扭曲，易转变晶粒较大，纯度不定吉林本溪包头胶结硅石砂岩玉髓燧石岩以胶结石英为基质的砂岩由玉髓组成以玉髓为基质武汉山西废硅砖（≤20%）矿化剂：轧铁皮（铁鳞）、硫酸渣、软锰矿等。结合剂：石灰乳、硅酸盐水泥、亚硫酸纸浆废液。4硅砖的生产工艺要点第三章硅石耐火材料◆

颗粒组成的选择（结合剂少）临界粒度（颗粒大易压碎、转变时体积膨胀大而开裂）细粉数量（与矿化剂作用及烧结性增强、转变时体积膨胀小）◆

成型砖坯体积密度2.2-2.3g/cm3

砖模尺寸应缩小（缩尺）◆

烧成

废品率高

——SiO2晶型转变，体积变化大

——液相量较少（~10%）

第三章硅石耐火材料

≤150℃自由水↑450－500℃Ca(OH)2分解，砖坯结合强度↓550－650℃β－石英→α－石英600－700℃CaO与SiO2的固相反应开始，砖坯结合强度↑

2CaO＋SiO2→β－2CaO·SiO22CaO·SiO2＋SiO2→2（CaO·SiO2）

硅砖烧成中主要物理化学变化第三章硅石耐火材料1000－1100℃生成固溶体α－CaO·SiO2＋FeO·SiO2→[CaO·SiO2－FeO·SiO2]≥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↑1300－1350℃鳞石英和方石英↑1350－1430℃鳞石英↑，方石英↓第三章硅石耐火材料20－600℃20℃／小时（快）600－1100℃25℃／小时（最快）1100－1300℃10℃／小时1300－1350℃5℃／小时（慢）1350－1430℃2℃／小时（最慢）

冷却慢速弱还原气氛？第三章硅石耐火材料5性质◆

化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOR2O93-980.5-2.50.3-2.50.2-2.71-1.5◆

矿物组成Tridymite：鳞石英Cristobalite：方石英Quartz：残余石英Glass：玻璃相第三章硅石耐火材料第三章硅石耐火材料6特种硅砖

—金属氧化物，如CuO、Cu2O、TiO2、Fe2O3等

—特殊硅石（Al2O3、R