《耐火材料工艺学》课件 5-1 硅质耐火材料

第五章

硅质耐火材料5.1硅质制品生产的物理化学原理5.2硅砖生产用原料5.3硅砖的生产工艺5.4硅质耐火材料的性质及使用内容提要5.1硅质制品生产的物理化学原理SiO2含量不低于93%的耐火制品称为硅砖。鳞石英、方石英、石英硅酸盐玻璃、鳞石英细晶网5.1硅质制品生产的物理化学原理重建型转变位移型转变鳞石英越多越好，残余石英越少越好5.1.1SiO2的各种变体及性质5.1硅质制品生产的物理化学原理5.1.2石英转化的动力学及矿化剂的作用A.温度高低B.温度作用时间C.颗粒大小D.矿化剂石英的转化速度和转化程度取决于如下几点：温度高，高温作用时间长、颗粒比表面积大，有合适的矿化剂条件下利于转化5.1硅质制品生产的物理化学原理5.1.2石英转化的动力学及矿化剂的作用表5-1矿化剂对石英转化程度的影响（1300℃、保温1小时）物质名称真比重石英转化量%无矿化剂2.65-TiO22.625-Al2O32.6153CaO2.58012-14MnO22.55023FeO2.53029Na2SiO32.39072Na2CO32.32085K2CO32.32592各种氧化物的矿化能力大小为如下顺序：K2O>Na2O>FeO>MnO2>CaO>MgO>Cr2O3>Al2O3。5.1硅质制品生产的物理化学原理5.1.2石英转化的动力学及矿化剂的作用①促进石英转变为鳞石英②不能显著降低耐火度等高温性能充当矿化剂的物质应该具备如下特点：③防止在烧成过程中相变过快导致制品松散和开裂5.1硅质制品生产的物理化学原理5.1.2石英转化的动力学及矿化剂的作用结合相图理论，矿化剂选择原则如下：1.相图中与SiO2有二液区2.形成液相温度＜1470℃（鳞石英最高稳定温度）5.1硅质制品生产的物理化学原理CaO-SiO2系FeO-SiO2系5.1硅质制品生产的物理化学原理MgO-SiO2系Na2O-SiO2系5.1硅质制品生产的物理化学原理

硅砖的实际生产中用作矿化剂的物质主要有：石灰（CaO）铁磷（FeO+Fe2O3）FeO含量高的平炉渣5.2硅砖生产用原料5.2.1硅质原料的种类分类岩石分类显微结构和特征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主要原料是SiO2含量不少于95%的硅质岩石。5.2硅砖生产用原料5.2.2硅砖生产用硅石性质原料的外观特征、组成、耐火度、气孔率、机械强度以及烧成时真比重和气孔率是重要指标。1.颜色2.致密3.纯净外观及断面Al2O3有害，越少越好SiO2含量越高，耐火度也越高化学组成和耐火度表示原料的致密程度，吸水率越高，其质量就越差。吸水率转化速度快，容易开裂；过慢，则不易转化完全控制气孔率显著增加硅石的加热性质5.2硅砖生产用原料5.2.2硅砖生产用硅石性质表5-2制造硅砖用硅石的技术条件等级化学成分耐火度℃吸水率%用途SiO2CaOAl2O3特级Ⅰ级Ⅱ级>98>97>96<0.5<1.0<1.2<0.5<1.3<2.0>1750>1730>1710<3.0<4.0<4.0电炉中炉顶，高硅质硅砖Ⅰ等硅砖质制品焦炉硅砖和Ⅱ等硅砖硅质块度不大于300mm，其中<25mm应小于5%。5.3硅砖的生产工艺5.3.1生产硅砖的工艺流程图5-1硅砖生产的一般工艺流程废硅砖加入量不大于20wt%5.3硅砖的生产工艺5.3.2生产工艺要求利用机压成型砖坯时应注意以下几个问题：①装料入模后，要按实四角，以保证砖坯的棱角致密性。②在加压时应掌握先轻后重，短程多打的原则，减轻弹性后效。③对于带沟槽的砖坯，其最后一次冲压时要轻起轻落。防止产生裂纹。④操作过程中，要勤刷模，以保证砖坯外表平整。⑤干燥车面要平整，砖坯注意轻拿轻落，砖坯之间的间隔应在10～15mm以上。⑥成型不宜过压，也会产生裂纹。◆

成型砖坯体积密度2.2-2.3g/cm3砖模尺寸应缩小（缩尺）5.3硅砖的生产工艺5.3.2生产工艺要求硅砖的烧成是工艺过程最最复杂的过程。

≤450℃自由水↑450－600℃Ca(OH)2分解，β－石英→α－石英；600－1100℃α-石英→亚稳方石英，出现液相；1300－1350℃鳞石英和方石英数量增加；1350～1430℃，石英转化速度加快，体积膨胀大。5.3硅砖的生产工艺5.3.2生产工艺要求硅砖的烧成过程几个问题。

在生产中为何通常采取弱还原气氛烧成？

硅砖烧成的最高温度为何不应超过1430℃①α<1,软火烧成，温度分布均匀，避免强火焰冲击；②弱还原气氛使加入的铁质矿化剂保持呈现FeO状态，增强矿化作用。

若烧成温度超过1470℃时，则由于磷石英不能稳定存在，大量转化成方石英，加剧体积膨胀会增加废品率。5.3硅砖的生产工艺5.3.2生产工艺要求经过实验得出升温曲线可划分为下列几个阶段：温度范围℃升温速度℃/h20-6020600-1100251100-1300101300-135051350-14302在1300℃以上，升温速度低。5.4硅质耐火材料的性质及使用5.4.1硅质耐火材料的性质1.荷重软化温度高，并接近于耐火度。硅质制品在荷重2kg/cm2时，其软化温度为1620～1670℃之间。