3-4-铝硅系理论基础和粘土质耐火材料分析.ppt

《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 作为耐火材料原料必须具备的条件：作为耐火材料原料必须具备的条件： ◆◆ 在使用条件下具有工业使用的特性在使用条件下具有工业使用的特性◆◆ 具有使用经济、可靠性、安全性的特点具有使用经济、可靠性、安全性的特点◆◆ 具有可以在设备上进行施工、改补的技术具有可以在设备上进行施工、改补的技术◆ ◆ 对成品（钢、气体、玻璃、半导体等）无污染作用对成品（钢、气体、玻璃、半导体等）无污染作用◆◆ 原料资源储量大，能够稳定供给原料资源储量大，能够稳定供给 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 地球表面元素的贮藏量（地球表面元素的贮藏量（%））1氧氧49.511氯0.192硅硅25.812锰0.093铝7.5613磷磷0.084铁4.7014碳碳0.085钙3.3915硫磺硫磺0.086钠2.6316氮气氮气0.037钾2.4017氟氟0.038镁1.9318铷0.039氢气气0.8719钡0.0210钛0.4620锆0.02贮藏量在前贮藏量在前20位的元素可以制造大部分工业用耐火材料位的元素可以制造大部分工业用耐火材料 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 重点内容：重点内容： ◆◆　　 Al2O3-SiO2二元系统二元系统 ← 结晶效应结晶效应 ◆◆　　杂质对杂质对Al2O3-SiO2二元系统的影响二元系统的影响 ← 玻璃效应玻璃效应 ◆◆　　Al2O3-SiO2系制品的生产工艺要点系制品的生产工艺要点 ◆◆　　Al2O3-SiO2系制品的性能特点系制品的性能特点第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料Al2O3-SiO2系耐火材料系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 应用应用：冶金工业（高炉、热风炉、蓄热室、加热炉、：冶金工业（高炉、热风炉、蓄热室、加热炉、 均热炉、退火炉及铸锭系统等）、建材工业、均热炉、退火炉及铸锭系统等）、建材工业、 机械工业、石油化工工业、动力工业以及轻工机械工业、石油化工工业、动力工业以及轻工 业等。

业等1 概况概况第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料 定义定义：：Al2O3，，SiO2（硅酸铝质）（硅酸铝质） （（Al2O3—氧化铝质）氧化铝质）《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》制品名称制品名称Al2O3含量含量/%主要主要矿相相化学化学性性质半硅半硅质15~30石英石英变体、体、莫来石莫来石、玻璃体、玻璃体半酸性半酸性粘土粘土30~46莫来石莫来石（（~50%）、石英）、石英变体、玻璃体体、玻璃体弱酸性弱酸性Ⅲ等高等高铝砖46~60莫来石莫来石（（60~70%）、石英）、石英变体、玻璃体体、玻璃体弱酸性弱酸性Ⅱ等高等高铝砖60~75莫来石莫来石、少量、少量刚玉、玻璃体玉、玻璃体弱酸性弱酸性Ⅰ等高等高铝砖＞＞75莫来石莫来石、、刚玉、少量玻璃体玉、少量玻璃体似中性似中性Al2O3-SiO2系耐火材料组成与性能系耐火材料组成与性能 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 SiO2-A12O3系耐火材料组成与耐火度间的关系系耐火材料组成与耐火度间的关系第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 Al2O3-SiO2系制品的荷重软化变形温度系制品的荷重软化变形温度 （（1））Al2O3－－SiO2二元系统相图二元系统相图砖种种Al2O3/%开始开始变形温形温度度TH/℃4%变形温形温度度/℃40%变形温形温度度TK/℃TK-THⅢ等等粘土粘土砖/125013201500250Ⅰ等等粘土粘土砖40140014701600200莫来石莫来石砖70160016601800200刚玉玉砖9018701900//第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》与硅线石矿物，其化学成分不同，但在晶体结构上颇为与硅线石矿物，其化学成分不同，但在晶体结构上颇为相似。

相似晶体结构为斜方晶系，呈链状排列晶体结构为斜方晶系，呈链状排列 莫来石是由莫来石是由4个硅线石晶胞组成个硅线石晶胞组成，每一个晶胞中有一个，每一个晶胞中有一个Si4+被被Al3+所置换2Si4+＋＋O2-→2Al3++□□为氧空位为氧空位 2 莫来石莫来石氧的电价不平衡，致使莫来石矿物不稳定氧的电价不平衡，致使莫来石矿物不稳定第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》Al2O3 71.8~77.3 wt% α-莫来石：莫来石：3Al2O3·2SiO2 β-莫来石：含有呈固溶体状态存莫来石：含有呈固溶体状态存 在的残余氧化铝在的残余氧化铝 γ-莫来石：含有少量以固溶体状莫来石：含有少量以固溶体状 态存在的氧化铁和氧态存在的氧化铁和氧 化钛化钛 Al4+2xSi2-2xO10-x固溶体固溶体 X=第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 不同Al2O3含量莫来石的晶格常数值第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》离子半径离子半径＜＜0.7埃埃，可以占据莫来石晶格中的空位；，可以占据莫来石晶格中的空位；离子半径离子半径＞＞0.7埃埃，则使晶格膨胀。

则使晶格膨胀如：在离子半径如：在离子半径较大较大的的碱或碱土族碱或碱土族化合物作用下将促使莫化合物作用下将促使莫 来石分解来石分解 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 不同半径过渡金属在莫来石中固溶量 不同过渡金属随固溶量增加莫来石组分变化 过渡金属在莫来石中的固溶情况过渡金属在莫来石中的固溶情况 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》B2O3在莫来石中的固溶区域 ● 碱金属、碱土金属离子可少量碱金属、碱土金属离子可少量 固溶到莫来石结构中固溶到莫来石结构中 ● Na2O固溶量最大可达固溶量最大可达0.4wt.% ● MgO固溶量最大可达固溶量最大可达0.5wt.% 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》莫来石性质莫来石性质 ◆◆ 熔点较高（熔点较高（1910℃））◆◆ 密度低（密度低（3.16g/cm3））◆◆ 导热率低（导热率低（1000℃，，λ=13.8KJ/m·h·k））◆◆ 线膨胀系数较小（线膨胀系数较小（20~1000℃，，α=5.3×10-6K-1））◆◆ 杨氏模量为杨氏模量为230GPa左右左右◆◆ 化学性质稳定化学性质稳定◆◆ 高温力学强度优良高温力学强度优良 ↑ 结晶习性（结晶习性（长柱状、棒状、针状长柱状、棒状、针状 ）结构特征）结构特征 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》硅线石硅线石 莫来石莫来石 硅线石硅线石/莫来石莫来石 不同温度下硅线石/莫来石的热容变化 （a：实测值，b：计算值）第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 含含V2O38.7wt.%莫来石莫来石 含含Cr2O311.5wt.%莫来石莫来石 含含Fe2O310.3wt.%莫来石莫来石 当过渡金属固溶量达到饱和后或有一定数量的杂质当过渡金属固溶量达到饱和后或有一定数量的杂质存在时，莫来石如何变化？存在时，莫来石如何变化？第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 我国硅酸铝质制品的杂质主要有：我国硅酸铝质制品的杂质主要有： TiO2、、Fe2O3、、CaO、、MgO、、K2O、、Na2O等等3 杂质氧化物对硅酸铝质制品组成及性能的影响杂质氧化物对硅酸铝质制品组成及性能的影响 例如：我国高铝砖例如：我国高铝砖TiO2 1.5~4.0% 粘土砖粘土砖TiO21%左右左右 假设只考虑假设只考虑A12O3、、SiO2和和TiO2三成分，三成分，TiO2如何影响？如何影响？ 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》SiO2-A12O3-TiO2系系 我国高铝砖我国高铝砖TiO2 1.5~4.0% 粘土砖粘土砖TiO21%左右左右 如只考虑如只考虑A12O3、、SiO2和和TiO2 三成分，组成点落在何处？三成分，组成点落在何处？ 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》思考：思考：在硅酸铝质制品中哪个砖种有可在硅酸铝质制品中哪个砖种有可能会出现能会出现AT相？相？ 组成点可能落在：组成点可能落在： △△SiO2—D—C（（凝聚相为莫来石、凝聚相为莫来石、SiO2 ）） △△A12O3—A—B（（凝聚相为莫来石、刚玉）凝聚相为莫来石、刚玉） 莫来石固溶区莫来石固溶区ABCD（（凝聚相为莫来石凝聚相为莫来石）） →→没有出现没有出现AT 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》不同气氛下不同气氛下Al2O3—SiO2—氧化铁系统相图氧化铁系统相图 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》比较比较还原气氛还原气氛 SiO2-A3S2 (1595℃) ↓SiO2-A3S2-2FeO·2Al2O3·5SiO2 (1210℃) △△T=385℃氧化气氛氧化气氛 SiO2-A3S2 (1595℃) ↓ SiO2-A3S2-Fe2O3·Al2O3 (1380℃) △△T=215℃ 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》比较比较还原气氛还原气氛 Al2O3 - A3S2 (1840℃) ↓Al2O3 -A3S2-FeO·Al2O3 (1380℃) △△T=460℃ 氧化气氛氧化气氛 Al2O3- A3S2 (1840℃) ↓ Al2O3 -A3S2-Fe2O3·Al2O3 (1460℃) △△T=380℃第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》1）） 硅酸铝耐火材料不宜在还原气氛下烧成和使用。

硅酸铝耐火材料不宜在还原气氛下烧成和使用黑心黑心”砖中氧化铁含量应尽可能的低砖中氧化铁含量应尽可能的低2）） 抵抗氧化铁侵蚀的能力抵抗氧化铁侵蚀的能力，，Al2O3／／SiO2比大于莫来石组成比大于莫来石组成的高铝砖优于的高铝砖优于Al2O3／／SiO2比较莫来石组成低的高铝砖、比较莫来石组成低的高铝砖、粘土砖和半硅砖粘土砖和半硅砖第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》Al2O3—SiO2—K2O系统系统 河南矾土原料中含河南矾土原料中含 K2O高，一般为高，一般为0.5%~2.0%, K2O也是粘土砖和半硅也是粘土砖和半硅砖的主要杂质砖的主要杂质 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》Al2O3—SiO2—K2O系统相图系统相图 SiO2-A3S2 （（1595℃））→ SiO2-A3S2-KAS4（（985 ℃））△△T=610 ℃ 较大较大Al2O3-A3S2（（1840 ℃））→Al2O3-A3S2-KAS4（（1315 ℃））△△T=525 ℃ 较小较小第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》举例举例 1 粘土砖粘土砖 K2O 1.0%A 2.0%B A: L985 =(A-a)/(a-985℃））=9.2% B: L985 =(B-b)/(b-985℃））=20.0% 2 高铝砖高铝砖 K2O 1.0%C 2.0%D C: L1315 =(C-c)/(c-1315℃））=6.4% D: L1315 =(D-d)/(d-1315℃））=13.8% →B砖、砖、D砖液相约为砖液相约为A砖、砖、C砖的砖的2.2倍。

倍第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》Al2O3—SiO2—Na2O系统系统 用用于于玻玻璃璃窑窑的的粘粘土土砖砖，，在在Na2O的的作作用用下下，，往往往往形形成成霞霞石石和和刚刚玉玉，，存在于玻璃结石之中存在于玻璃结石之中 ∵∵SiO2-A2S3(1595℃)→ SiO2-A2S3-NAS6(1050℃)→ Al2O3-A2S3-NAS6(1104℃)→ Al2O3-NAS6-NAS2(1063℃)第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》通过添加碱性物质的莫来石热膨胀率曲线第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》Al2O3—SiO2—MgO系统系统 优质粘土砖优质粘土砖A：：Al2O3 46% 吸收吸收2%MgO，，1500℃形成形成液相量：液相量： L=(A’-A3S2)×100%/(a’- A3S2)≈60%第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》Al2O3—SiO2—CaO系统系统 当材料的组成点在莫来石初当材料的组成点在莫来石初晶区内，形成钙斜长石晶区内，形成钙斜长石(CAS2)—莫来石莫来石—鳞石英间鳞石英间的共熔点的共熔点1(1345℃)，其液相，其液相量达量达10%左右。

当温度升高左右当温度升高到到1500℃时，液相量增到时，液相量增到3l.2％％ 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》杂质氧化物对二元混合物无变点的影响杂质氧化物对二元混合物无变点的影响 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》无变点降低顺序：无变点降低顺序： SiO2-莫来石组合莫来石组合 K2O>Na2O>FeO>CaO>Fe3O4>MgO>TiO2 莫来石莫来石-Al2O3组合组合 Na2O>K2O>FeO>Fe3O4>CaO>MgO>TiO2第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》含有不纯物质耐火材料和耐火度第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》课课 间间 休休 息息第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》4 粘土质耐火材料粘土质耐火材料 ◆◆ 耐火材料是人类从使用火时开始使用（耐火材料是人类从使用火时开始使用（205万年万年-70万年前）。

万年前） —— 世界上最古老的陶器：世界上最古老的陶器： 中国（中国（11700多年前）多年前） 土耳其（土耳其（9000年前）年前） —— BC3500年前后青铜器时代年前后青铜器时代 —— BC1500年熔炼玻璃（特别是埃及）年熔炼玻璃（特别是埃及） 粘土矿物：地球上最常见的物质，最初的生命物质粘土矿物：地球上最常见的物质，最初的生命物质 微小晶体，其晶体中存在一种有趣的缺陷结构微小晶体，其晶体中存在一种有趣的缺陷结构 这种结构可能决定晶体生长的取向和构型这种结构可能决定晶体生长的取向和构型 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料1）） 概况概况 《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》铝英石结构模型丝状铝英石结构模型粘土双层结构示意图蒙脱石的“三明治”结构第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》性质：性质： ◆ 离子交换性离子交换性 ◆◆ 粘土－水系统特点粘土－水系统特点 ◆◆ 粘土矿物与有机质的反应特点粘土矿物与有机质的反应特点 用途：用途： 主要用作陶瓷、耐火材料，主要用作陶瓷、耐火材料， 并用于石油、建筑、纺织、造纸、油漆、医药等工业。

并用于石油、建筑、纺织、造纸、油漆、医药等工业 粘土矿物是一种既古老又非常神奇的物质粘土矿物是一种既古老又非常神奇的物质第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》中国粘土质耐火材料产销量 定义定义：粘土：粘土—Al2O3 30～～48%第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》烧成砖的制造工艺流程烧成砖的制造工艺流程原料原料A A原料原料B B原料原料C C破粉碎破粉碎/ /分级分级成型成型干燥干燥混合混合/ /混练混练添加物添加物/ /结合剂结合剂破粉碎破粉碎/ /分级分级破粉碎破粉碎/ /分级分级烧成烧成烧成砖（制品）烧成砖（制品）配料（粗配料（粗/ /中中/ /细）细）第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 定义定义：沉积矿床或铝硅酸盐岩石：沉积矿床或铝硅酸盐岩石—风化风化—土状矿物土状矿物 耐火粘土：耐火度耐火粘土：耐火度≥1580℃ 按耐火度分：特级、一级、二级、三级按耐火度分：特级、一级、二级、三级 种类：种类： ● 硬质粘土硬质粘土 沉积矿床（时间长）、致密沉积矿床（时间长）、致密→水中不分散，可塑性差水中不分散，可塑性差 ● 软质粘土（半软质粘土、可塑粘土）软质粘土（半软质粘土、可塑粘土） 沉积矿床（时间短）、松散沉积矿床（时间短）、松散→水中分散，可塑性好水中分散，可塑性好含有较低杂质成分的硬质粘土含有较低杂质成分的硬质粘土—焦宝石焦宝石（山东淄博、河南济源）（山东淄博、河南济源）2）） 粘土原料粘土原料 →骨料骨料→结合剂结合剂第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 化学矿物组成：化学矿物组成： 主要化学成分：主要化学成分：Al2O3、、SiO2 主矿物（主晶相）：高岭石（高岭石族）主矿物（主晶相）：高岭石（高岭石族） （蒙脱石族、叶腊石族、水云母族）（蒙脱石族、叶腊石族、水云母族） 次矿物（次晶相）：石英、铁化合物等次矿物（次晶相）：石英、铁化合物等 ◆◆　　Al2O3含量及含量及Al2O3／／SiO2比值愈接近高岭石矿物的理论值比值愈接近高岭石矿物的理论值 →→粘土纯度粘土纯度↑，质量，质量↑。

◆◆ Al2O3／／SiO2比值比值↑，粘土耐火度，粘土耐火度↑，粘土烧结熔融范围越宽粘土烧结熔融范围越宽 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》分布：分布：河南、山西、山东、辽宁、内蒙古等地的粘土资源贮河南、山西、山东、辽宁、内蒙古等地的粘土资源贮量很大，并且品种齐全；在量很大，并且品种齐全；在江西、湖南、广西、江苏、浙江江西、湖南、广西、江苏、浙江等地也有优质的高岭土矿物等地也有优质的高岭土矿物 粘土可能有的矿物组成粘土可能有的矿物组成岩石岩石类型型主要成分主要成分（高岭石族）（高岭石族）少量成分（主要少量成分（主要为杂质矿物成分）物成分）常常见的的少少见的的常常见的的一般含量很少的（碎屑，同生及后生的）一般含量很少的（碎屑，同生及后生的）高岭土高岭土高岭石高岭石多水高岭石多水高岭石迪开石迪开石变水高岭石水高岭石珍珠陶土珍珠陶土富硅高岭石富硅高岭石石英、石英、长石、石、黑（白）黑（白）云母、云母、水云母水云母褐褐铁矿、、针铁矿、赤、赤铁矿、磁、磁铁矿、、电气石、榍石、金气石、榍石、金红石、石、钛铁矿、、锐钛矿、黄、黄铁矿、柘榴石、、柘榴石、蓝晶石、晶石、闪石、石、辉石、石、绿廉石、磷灰石、明廉石、磷灰石、明矾土、叶腊石、水土、叶腊石、水铝石、勃姆石、三水石、勃姆石、三水铝石、石、绿泥石、泥石、堇青石、黝帘石、菱青石、黝帘石、菱铁矿、方解石及其它粘土、方解石及其它粘土矿物与物与有机物等。

有机物等高岭石粘土高岭石粘土（（软质粘土）粘土）高岭石高岭石多水高岭石多水高岭石变水高岭石水高岭石迪开石迪开石石英石英水云母水云母三水三水铝石石针铁矿、褐、褐铁矿、赤、赤铁矿、金、金红石、石、锆英石、英石、电气石、气石、长石、石、云母、菱云母、菱铁矿、黄、黄铁矿（白（白铁矿）、）、锐钛矿、板、板钛矿、、钛铁矿、、榍石、磁榍石、磁铁矿、、辉石、角石、角闪石、石、绿廉石、黝廉石、符山石、廉石、黝廉石、符山石、蓝晶石、磷灰石、柘榴石、晶石、磷灰石、柘榴石、锡石、方解石、白云石、蛋白石、石石、方解石、白云石、蛋白石、石髓、叶腊石、海髓、叶腊石、海绿石、石膏、石、石膏、绿泥石、三水泥石、三水铝石、勃姆石、水石、勃姆石、水铝石、明石、明矾石及其它粘土石及其它粘土矿物与有机物等物与有机物等高岭石高岭石粘土岩粘土岩（半（半软质及硬及硬质粘土）粘土）高岭石高岭石变水高岭石水高岭石石英石英水云母水云母水水铝石石勃姆石勃姆石第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 2）） 耐火粘土的工艺特性耐火粘土的工艺特性 ◇◇　　分散性分散性 ◇◇　　可塑性可塑性 ◇◇　　结合性结合性 ◇◇ 烧结性烧结性 　　 （（1）分散性）分散性 分散程度：颗粒组成或比表面积分散程度：颗粒组成或比表面积 —— 粘土属于高分散性物质，一般不大于粘土属于高分散性物质，一般不大于10微米。

微米 —— 粘土的工艺性质主要取决于小于粘土的工艺性质主要取决于小于2微米颗粒的数量微米颗粒的数量 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 （（2）可塑性）可塑性 增加粘土可塑性的方法：增加粘土可塑性的方法： □　　除去如石英等非可塑性的杂质矿物；除去如石英等非可塑性的杂质矿物； □　　细磨以增加其分散度；细磨以增加其分散度； □　　加入适量塑性物质结合剂（如亚硫酸纸浆废液等）；加入适量塑性物质结合剂（如亚硫酸纸浆废液等）； □　　真空处理；真空处理； □　　困料 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 （（3）结合性）结合性 粘土分散程度粘土分散程度↑，比表面积，比表面积↑，结合性，结合性↑—— 在实际生产中，通常都以粘土的可塑性来判断其在实际生产中，通常都以粘土的可塑性来判断其 结合性能的强弱。

结合性能的强弱—— 我国缺少质量好的高塑性软质粘土，而半软质粘我国缺少质量好的高塑性软质粘土，而半软质粘 土大量存在土大量存在—— 结合粘土如含游离水分＜结合粘土如含游离水分＜10%，可直接使用，可直接使用否则， 需要进行干燥回转干燥筒采用顺流作业方式需要进行干燥回转干燥筒采用顺流作业方式—— 采用鼠笼式磨机（水分不超过采用鼠笼式磨机（水分不超过10%），周边卸料球），周边卸料球 磨机（水分不超过磨机（水分不超过5%）第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》（（4）粘土的）粘土的烧结性烧结性 ①①　　高岭石的加热变化高岭石的加热变化 Al2O3·2SiO2·2H2O→ Al2O3·2SiO2+2H2O （（450~550℃）） Al2O3·2SiO2→ Al2O3（无定形）（无定形）+2SiO2 （无定形）（无定形） Al2O3（无定形）（无定形）→γ- Al2O3（结晶型）（结晶型） （（930~960 ℃）） 3γ- Al2O3 +6SiO2 （无定形）（无定形）→A3S2+4SiO2 （无定形）（无定形） SiO2 （无定形）（无定形）→SiO2 （方石英）（方石英） （（1250~1300℃）） （一次莫来石）（一次莫来石）＞＞1200℃ 主要为莫来石长大，至主要为莫来石长大，至1500~ 1600℃结束，结束，方石英成玻璃相。

方石英成玻璃相第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 高岭石的TG/DTA(a) and DTG/DDTA(b) 曲线 (升温速率 20℃/min) 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 ②②　杂质的影响　杂质的影响 ◇◇ 熔剂作用熔剂作用 少量少量Fe2O3、、TiO2 可促进莫来石化；可促进莫来石化； ？？ CaO、、R2O 抑制莫来石化、分解抑制莫来石化、分解 ？？ ◇◇ 杂质数量和种类决定烧结机制杂质数量和种类决定烧结机制 液相烧结（粘滞流动烧结）液相烧结（粘滞流动烧结）←高硅玻璃高硅玻璃 ——硬质粘土硬质粘土 A↑，， T↑ ——软质粘土软质粘土 A↓，，T↓ 如如R2O↑，，T↓↓ 煤质粘土或含有机物较多，孔隙多，烧结困难煤质粘土或含有机物较多，孔隙多，烧结困难 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》在未出现液相莫来石结晶初期，在未出现液相莫来石结晶初期，莫来石晶体大小、形状不仅取决于莫来石晶体大小、形状不仅取决于煅烧温度煅烧温度，更受，更受升温速度升温速度所控制所控制 高岭土煅烧后莫来石晶体的TEM照片 a:1100℃，3℃/min；b: 1150℃，20℃/min第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 高岭土煅烧后的XRD图谱 a:1100℃，3℃/min；b: 三种不同热处理时间第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 分类：分类： — 普通粘土砖普通粘土砖 — 全生料粘土砖全生料粘土砖 — 多熟料粘土多熟料粘土砖砖 — 高硅粘土砖高硅粘土砖3）） 粘土砖的生产工艺要点粘土砖的生产工艺要点第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 ◆◆ 混练方法：混练方法： ◇◇熟料＋结合粘土熟料＋结合粘土—干混干混—水水—混合混合 ◇◇熟料熟料—水或泥浆水或泥浆—结合粘土结合粘土—混合混合 ◇◇熟料熟料—水或泥浆水或泥浆—细颗粒熟料＋结合粘土共磨料细颗粒熟料＋结合粘土共磨料—混合混合◆◆ 快速干燥制度快速干燥制度 ◇◇干燥介质进口温度：标、普型砖干燥介质进口温度：标、普型砖150～～200℃，异型砖，异型砖 120～～160℃；； ◇◇废气排出口温度：废气排出口温度：70～～80℃；； ◇◇砖坯残余水分：＜砖坯残余水分：＜2%；； ◇◇干燥时间：干燥时间：16～～24小时。

小时◆◆ 原料选择及加工原料选择及加工结合粘土结合粘土 第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》 4）） 粘土制品的性质粘土制品的性质 □ 抗酸性熔渣侵蚀（抗酸性熔渣侵蚀（SiO2）） □ 荷重软化点较高（荷重软化点较高（1200~1500℃）） □ 抗热震性较好（抗热震性较好（1100℃~水冷，水冷，10~100次）次） □ 高温性能差（高温性能差（无无A3S2骨架骨架））←←数量数量(≈50%)、结晶大小、结晶大小 提高高温性能的措施提高高温性能的措施 ◇◇ 多熟料配比及混合细磨工艺；多熟料配比及混合细磨工艺； ◇◇ 尽可能提高基质中尽可能提高基质中Al2O3含量，使基质中含量，使基质中Al2O3/SiO2比接近莫来石组成，即提高基质纯度；比接近莫来石组成，即提高基质纯度； ◇◇ 引入外加物，增大液相粘度；引入外加物，增大液相粘度； ◇◇ 控制烧成温度（低温长保）控制烧成温度（低温长保）。

第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料《《《《耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学》》》》作业：作业： 硅硅酸酸铝铝质质耐耐火火材材料料的的“黑黑心心”砖砖是是如如何何造造成的？说说解决途径成的？说说解决途径第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料。