第三章硅酸铝系耐火材料硅质耐火材料课件.ppt

第三章　硅酸铝系耐火材料第三章　硅酸铝系耐火材料 Refractories of AlRefractories of Al2 2OO3 3-SiO-SiO2 2 system system 本章重点：本章重点： ◆◆　　Al2O3-SiO2二元系统二元系统←←结晶效应结晶效应结晶效应结晶效应 ◆◆　杂质对　杂质对Al2O3-SiO2二元系统的影响二元系统的影响←←玻璃效应玻璃效应玻璃效应玻璃效应 ◆◆　　 Al2O3-SiO2系制品的生产工艺系制品的生产工艺 ◆◆　　 Al2O3-SiO2系制品的性能系制品的性能9/22/20241材料科学与工程学院概况概况Al2O3- SiO2系耐火材料系耐火材料:硅质、硅酸铝质、硅质、硅酸铝质、 氧化铝质氧化铝质 硅质硅质硅质硅质—SiO—SiO2 2 ：： SiOSiO2 2 >93%硅酸铝质硅酸铝质硅酸铝质硅酸铝质— Al— Al2 2OO3 3,SiO,SiO2 2 半硅质：半硅质：半硅质：半硅质： AlAl2 2OO3 3:15~30%，酸性，略有膨胀（不定型，酸性，略有膨胀（不定型 耐火材耐火材料的膨胀剂）料的膨胀剂）; 粘土质：粘土质：粘土质：粘土质： AlAl2 2OO3 3 : 30~46%（我国为（我国为48%），具有较高的高温），具有较高的高温性能，适应性强；陶瓷的主要原料性能，适应性强；陶瓷的主要原料; 高铝质：高铝质：高铝质：高铝质： AlAl2 2OO3 3 : >46% ，（又可分为，（又可分为I 、、II 、、III等三等三 等，等，耐火度和热震性随耐火度和热震性随A3 3S2 2 、、 AlAl2 2OO3 3 量变化；量变化；氧化铝质氧化铝质氧化铝质氧化铝质—Al—Al2 2OO3 3：：：： AlAl2 2OO3 3 >95% 9/22/20242材料科学与工程学院 按晶相组成可以分为按晶相组成可以分为：莫来石质、刚玉质、：莫来石质、刚玉质、 刚玉刚玉-莫来石质。

莫来石质 应用应用：冶金工业（高炉、热风炉、蓄热室、：冶金工业（高炉、热风炉、蓄热室、加热炉、加热炉、 均热炉、退火炉及铸锭系统等）、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、动建材工业、机械工业、石油化工工业、动力工业以及轻工力工业以及轻工 业等9/22/20243材料科学与工程学院72~78%可分为两个子二元系：可分为两个子二元系： α α- - AlAl2 2OO3 3-A-A3 3S S2 2 A A3 3S S2 2-SiO-SiO2 2§ 3.1 Al2O3-SiO2 系相组成情况系相组成情况一、一、 Al2O3-SiO2 二元系的情况二元系的情况205017239/22/20244材料科学与工程学院1 1、、、、AlAl2 2OO3 3/SiO/SiO2 2 的连续变化，可以生产出刚玉的连续变化，可以生产出刚玉 质、质、I、、II、、III等高铝质，粘土质、半硅质、等高铝质，粘土质、半硅质、 硅质耐火材料；硅质耐火材料；2、莫来石组成为产品种类明显变化的分界、莫来石组成为产品种类明显变化的分界 线；线； 莫来石组成：莫来石组成： AlAl2 2OO3 3：：：：71.8%, SiO71.8%, SiO2 2 ：：：：28.2% 28.2% 熔点：熔点：1850℃℃ 实际上实际上实际上实际上, ,莫来石组成不固定莫来石组成不固定莫来石组成不固定莫来石组成不固定, Al, Al2 2OO3 3：：：：72-78%72-78% 3 3、、、、AlAl2 2OO3 3/SiO/SiO2 2 >莫来石莫来石组成的高成的高铝砖（特等、一等和（特等、一等和高二等）、高二等）、刚玉玉砖基本晶相基本晶相组成成为：莫来石、：莫来石、刚玉玉或或刚玉。

玉 AlAl2 2OO3 3/SiO/SiO2 2 <莫来石莫来石组成的高成的高铝砖（低二等、三等）、（低二等、三等）、粘土粘土砖、半硅、半硅砖和硅和硅砖基本晶相基本晶相组成成为：： SiOSiO2 2 、、、、莫莫来石或来石或SiOSiO2 2 9/22/20245材料科学与工程学院制品名称制品名称制品名称制品名称AlAl2 2OO3 3含量，含量，含量，含量，%%主要主要主要主要矿矿相相相相化学性化学性化学性化学性质质硅硅硅硅质质＞＞＞＞93%(SiO93%(SiO2 2) )鳞鳞石英、方石英石英、方石英石英、方石英石英、方石英残余石英、玻璃相残余石英、玻璃相残余石英、玻璃相残余石英、玻璃相酸性酸性酸性酸性半硅半硅半硅半硅质质15~3015~30石英石英石英石英变变体、莫来石、体、莫来石、体、莫来石、体、莫来石、玻璃体玻璃体玻璃体玻璃体半酸性半酸性半酸性半酸性粘土粘土粘土粘土30~4630~46莫来石莫来石莫来石莫来石~50%~50%））））石英石英石英石英变变体、玻璃体体、玻璃体体、玻璃体体、玻璃体弱酸性弱酸性弱酸性弱酸性ⅢⅢ等高等高等高等高铝砖铝砖46~6046~60莫来石莫来石莫来石莫来石（（（（60~70%60~70%））））石英石英石英石英变变体、玻璃体体、玻璃体体、玻璃体体、玻璃体弱酸性弱酸性弱酸性弱酸性ⅡⅡ等高等高等高等高铝砖铝砖60~7560~75莫来石、少量莫来石、少量莫来石、少量莫来石、少量刚刚玉、玉、玉、玉、玻璃体玻璃体玻璃体玻璃体弱酸性弱酸性弱酸性弱酸性Ⅰ Ⅰ等高等高等高等高铝砖铝砖7575莫来石、莫来石、莫来石、莫来石、刚刚玉、少玉、少玉、少玉、少量玻璃体量玻璃体量玻璃体量玻璃体似中性似中性似中性似中性刚刚玉玉玉玉砖砖95~9995~99刚刚玉、少量玻璃体玉、少量玻璃体玉、少量玻璃体玉、少量玻璃体中性中性中性中性表表 AlAl2 2OO3 3-SiO-SiO2 2 系耐火材料的分类及主要矿相系耐火材料的分类及主要矿相9/22/20246材料科学与工程学院①SiOSiO2 2与莫来石之间有一低共熔点与莫来石之间有一低共熔点与莫来石之间有一低共熔点与莫来石之间有一低共熔点(1587(1587± ±1010℃),℃),℃),℃),共溶组成为共溶组成为共溶组成为共溶组成为AlAl2 2OO3 3：：：：5.5%,SiO5.5%,SiO2 2 ：：：：94.5%. 94.5%. E1E1点距点距点距点距SiOSiO2 2 一侧很近一侧很近一侧很近一侧很近, , 如果在如果在如果在如果在SiOSiO2 2 中加中加中加中加入入入入1%1%的的的的AlAl2 2OO3 3, ,根据杠杆规则根据杠杆规则根据杠杆规则根据杠杆规则, ,在在在在15871587℃℃℃℃将会将会将会将会产生产生产生产生1:5.5=18.2%1:5.5=18.2%的液相的液相的液相的液相. . . . 所以所以所以所以, , , ,硅砖中要防止硅砖中要防止硅砖中要防止硅砖中要防止AlAl2 2OO3 3混入混入混入混入. .②②②②1587~17001587~1700℃℃℃℃，液相线较陡（说明液，液相线较陡（说明液，液相线较陡（说明液，液相线较陡（说明液相增加速度慢）相增加速度慢）相增加速度慢）相增加速度慢）;1700;1700℃℃℃℃以上，液相线以上，液相线以上，液相线以上，液相线较平（说明液相增加速度较快）较平（说明液相增加速度较快）较平（说明液相增加速度较快）较平（说明液相增加速度较快）* *以上说明：粘土制品的荷重软化开始温度低，以上说明：粘土制品的荷重软化开始温度低，以上说明：粘土制品的荷重软化开始温度低，以上说明：粘土制品的荷重软化开始温度低，荷重软化温度范围宽。

荷重软化温度范围宽荷重软化温度范围宽荷重软化温度范围宽4、、A3S2-SiO2子系统子系统9/22/20247材料科学与工程学院5 Al2O3-A3S2子体系子体系5 5、结论：、结论：、结论：、结论： 固液相数量及其比例、共熔温度、固液相数量及其比例、共熔温度、固液相数量及其比例、共熔温度、固液相数量及其比例、共熔温度、及液相随温度升高的增长速度决定及液相随温度升高的增长速度决定及液相随温度升高的增长速度决定及液相随温度升高的增长速度决定制品的高温性能制品的高温性能制品的高温性能制品的高温性能 A3S2熔点为熔点为1850℃℃，， Al2O3：：2050 ℃℃以及低共熔点以及低共熔点1840℃1840℃，都很高，因此莫来石，都很高，因此莫来石和刚玉质的耐火材料性能优良和刚玉质的耐火材料性能优良 Al2O3含量高，则刚玉生成量越高，含量高，则刚玉生成量越高，使液相生成温度越高使液相生成温度越高9/22/20248材料科学与工程学院SiOSiO2 2-Al-Al2 2OO3 3系组成与耐火度间的关系系组成与耐火度间的关系系组成与耐火度间的关系系组成与耐火度间的关系9/22/20249材料科学与工程学院 本节重点：本节重点： ◆◆　　 SiO2变体及晶型转变变体及晶型转变 ◆◆　鳞石英的熔点及结晶特性　鳞石英的熔点及结晶特性　　 ◆◆　矿化剂的选择原则及其种类　矿化剂的选择原则及其种类 ◆◆　硅砖的生产工艺及其性能　硅砖的生产工艺及其性能　　3.2　硅质耐火材料　硅质耐火材料 Refractories of SiO2 system 9/22/202410材料科学与工程学院简介简介 : 定义定义定义定义: : : : 以以SiO2为主要成分（为主要成分（93-98%）的耐火）的耐火制品制品,包括硅砖、特种硅砖、石英玻璃及其制品包括硅砖、特种硅砖、石英玻璃及其制品。

分类分类分类分类: : : : 普通硅砖普通硅砖 高密度硅砖高密度硅砖→→超高密度硅砖超高密度硅砖 一、定义及分类定义及分类 9/22/202411材料科学与工程学院 普通硅普通硅砖高密度硅高密度硅砖超高密度硅超高密度硅砖耐火度耐火度（（SK））32 1/23332真比重真比重2.3092.3112.302显比重比重2.302.302.26体体积密度密度g/cm3 1.801.851.93显气孔率气孔率％％21.619.514.6透气度透气度cc/Sec0.1210.1030.035常温耐常温耐压强强度度MPa606295抗折抗折强强度度MPa室温室温1919.921.1高温高温1480℃℃55.511.6常温常温弹性模性模数数MPa1.301.351.76热膨膨胀率率1000℃℃，％，％1.171.201.18重重烧变形形1450℃℃×2h，，％％000荷重荷重软化点化点T1 ℃℃162016301630热传导率率Kcal/m·h·℃℃350℃℃1.391.61800℃℃1.661.96不同密度硅砖物理性能对比不同密度硅砖物理性能对比 9/22/202412材料科学与工程学院 不同密度硅砖化学矿物组成对比不同密度硅砖化学矿物组成对比 普通硅普通硅砖 高密度硅高密度硅砖 超高密度硅超高密度硅砖 化学成分化学成分 ％％ LOI 0.18 0.14 0.16 SiO2 95.60 95.85 96.06 TiO2 0.10 0.07 0.07 Al2O3 0.95 0.96 0.85 Fe2O3 0.55 0.59 0.54 CaO 2.00 2.10 1.96 MgO 0.06 0.06 0.15 Na2O 0.06 0.08 0.07 K2O 0.18 0.10 0.14 矿物物组成成 ％％ 石英石英 ＜＜1 ＜＜1 ＜＜1 鳞石英石英 63 61 53 方石英方石英 18 21 26 9/22/202413材料科学与工程学院14 中国中国 LPBG-96 中国中国 LBG-96 德国德国 DIDER 日本日本 旭硝子旭硝子 美国美国 VEGA 英国英国 皮尔金顿皮尔金顿 SiO2 ％％ 97.6 96.54 95.9 98.5 95.64 96.18 Fe2O3 ％％ 0.35 0.67 0.48 0.9 0.71 0.52 熔融指数熔融指数 ％％ （（Al2O3+2R2O）） 0.35 0.41 0.54 0.64 0.39 真密度真密度 g/cm3 2.33 2.33 2.32 2.33 2.32 2.33 显气孔率气孔率 ％％ 17 18 21.7 20 20.3 22 常温耐常温耐压强强度度MPa 45 38 32 35.6 56.8 0.2MPa荷重软化荷重软化 开始温度开始温度 ℃ 1690 1680 1680 1675 1690 1680 重烧线变化率重烧线变化率 1450℃×2h ％％ +0.2 +0.1 +0.19 方石英方石英 ％％ 55 35～～40 55 残余石英残余石英 ％％ 2 0 3～～5 优质优质硅硅硅硅砖砖的理化性能的理化性能的理化性能的理化性能 9/22/202414材料科学与工程学院二、特点二、特点①①对对酸性炉渣抵抗力强，但受碱性渣强烈侵酸性炉渣抵抗力强，但受碱性渣强烈侵蚀，对蚀，对CaO、、FeO、、Fe 2O3等氧化物有良好等氧化物有良好的抵抗性；的抵抗性；②②荷重变形温度高，波动在荷重变形温度高，波动在1640一一1680℃间，间，接近鳞石英、方石英的熔点接近鳞石英、方石英的熔点(1670℃、、1713℃)；；③③热震稳定性低，其次是耐火度不高，这限热震稳定性低，其次是耐火度不高，这限制了广泛应用。

制了广泛应用9/22/202415材料科学与工程学院应用于：应用于：应用于：应用于： —焦炉、热风炉、玻璃熔窑、隧道窑的拱顶、焦炉、热风炉、玻璃熔窑、隧道窑的拱顶、 各种窑炉的架子砖等各种窑炉的架子砖等9/22/202416材料科学与工程学院§3.2.1 硅硅砖生生产的物理化学原理的物理化学原理 一、一、SiO2的同质多晶转变的同质多晶转变SiOSiO2 2的晶型转变的晶型转变的晶型转变的晶型转变10509/22/202417材料科学与工程学院SiOSiO2 2不同变体间转变时的体积变化不同变体间转变时的体积变化不同变体间转变时的体积变化不同变体间转变时的体积变化互互变性性转变体体积变化，化，%转变温度，温度，℃℃转变方式方式 β-β-石英石英石英石英→→α-α-石英石英石英石英+0.82+0.82573573位位移移 型型转 变γ-γ-鳞鳞石英石英石英石英→→β-β-鳞鳞石英石英石英石英+0.28+0.28117117β-β-鳞鳞石英石英石英石英→→α-α-鳞鳞石英石英石英石英+0.2+0.2163163β-β-方石英方石英方石英方石英→→α-α-方石英方石英方石英方石英+2.8+2.8180~270180~270α-石英石英→α-鳞石英石英+12.7870重重建建 型型转 变α-石英石英→α-方石英方石英+17.41200~1350α-鳞石英石英→α-方石英方石英+4.714701470α-方石英方石英→熔体熔体+0.11713熔融石英熔融石英→α-方石英方石英-0.4~12009/22/202418材料科学与工程学院变体名称体名称稳定温度，定温度，℃晶系晶系结晶晶习性性常温下真比重常温下真比重熔点，熔点，℃β-石英石英＜＜573三方三方柱状柱状2.65116001600α-石英石英573~870六方六方2.533γ-鳞石英石英常温常温~117斜方斜方矛矛头状双晶状双晶2.27~2.35（天然）（天然） 2.262~2.285（人工）（人工）16701670β-鳞石英石英117~163六方六方2.24α-鳞石英石英870~1470六方六方蜂蜂窝状状结构构2.228β-方石英方石英180~270斜方斜方2.33~2.34（天然）（天然） 2.31~2.32（人工）（人工）17301730α-方石英方石英1470~1713等等轴2.229石英玻璃石英玻璃＜＜1713非晶非晶质2.203SiO2变体的性质变体的性质9/22/202419材料科学与工程学院磷石英具有较高的体积稳定性！！磷石英具有较高的体积稳定性！！磷石英具有较高的体积稳定性！！磷石英具有较高的体积稳定性！！9/22/202420材料科学与工程学院 纯纯纯纯SiOSiO2 2变体的变体的变体的变体的△△△△G-TG-T图图图图 9/22/202421材料科学与工程学院鳞石英矛头双晶（熔点鳞石英矛头双晶（熔点鳞石英矛头双晶（熔点鳞石英矛头双晶（熔点1670℃1670℃1670℃1670℃））））9/22/202422材料科学与工程学院鳞石英双晶(N1 ×100)石英粒状晶体的断口形貌9/22/202423材料科学与工程学院 然界中，各种硅石所含的石英一般均然界中，各种硅石所含的石英一般均然界中，各种硅石所含的石英一般均然界中，各种硅石所含的石英一般均为为为为 β β- -石英，石英，石英，石英，至于至于至于至于鳞鳞鳞鳞石英、方石英石英、方石英石英、方石英石英、方石英则则则则很少。

很少①①①①方石英的熔点方石英的熔点方石英的熔点方石英的熔点1723℃1723℃、鳞石英是、鳞石英是、鳞石英是、鳞石英是1670℃1670℃、而石英是、而石英是、而石英是、而石英是1600℃1600℃，但鳞石英具有较高的体积稳定性；，但鳞石英具有较高的体积稳定性；，但鳞石英具有较高的体积稳定性；，但鳞石英具有较高的体积稳定性； ②②②②硅砖中鳞石英具有特殊的结构，矛头状双晶相互硅砖中鳞石英具有特殊的结构，矛头状双晶相互硅砖中鳞石英具有特殊的结构，矛头状双晶相互硅砖中鳞石英具有特殊的结构，矛头状双晶相互交错的网络状结构，形成结晶网络，能获得坚强的骨交错的网络状结构，形成结晶网络，能获得坚强的骨交错的网络状结构，形成结晶网络，能获得坚强的骨交错的网络状结构，形成结晶网络，能获得坚强的骨架；因而使砖具有较高的荷重软化点及机械强度；架；因而使砖具有较高的荷重软化点及机械强度；架；因而使砖具有较高的荷重软化点及机械强度；架；因而使砖具有较高的荷重软化点及机械强度； ③③③③不易熔于液相，这就使制品不因液相的出现而发不易熔于液相，这就使制品不因液相的出现而发不易熔于液相，这就使制品不因液相的出现而发不易熔于液相，这就使制品不因液相的出现而发生变形，只有温度达到鳞石英的熔点，破坏了网络结生变形，只有温度达到鳞石英的熔点，破坏了网络结生变形，只有温度达到鳞石英的熔点，破坏了网络结生变形，只有温度达到鳞石英的熔点，破坏了网络结构，制品才被压溃。

构，制品才被压溃构，制品才被压溃构，制品才被压溃为什么在硅砖的生产过程中，为什么在硅砖的生产过程中，ββ- -石英石英 转化成鳞石英的量越多越好？转化成鳞石英的量越多越好？ 9/22/202424材料科学与工程学院1 1、作用、作用 是加速石英在烧成时转变为低密度的变体是加速石英在烧成时转变为低密度的变体是加速石英在烧成时转变为低密度的变体是加速石英在烧成时转变为低密度的变体( ( ( (鳞石鳞石鳞石鳞石英和方石英英和方石英英和方石英英和方石英) ) ) )而不显著降低其耐火度它还能防止砖而不显著降低其耐火度它还能防止砖而不显著降低其耐火度它还能防止砖而不显著降低其耐火度它还能防止砖坯烧成时因发生急剧膨胀而产生的松散和开裂坯烧成时因发生急剧膨胀而产生的松散和开裂坯烧成时因发生急剧膨胀而产生的松散和开裂坯烧成时因发生急剧膨胀而产生的松散和开裂 注：注：注：注：制品松散、开裂的原因：制品松散、开裂的原因：制品松散、开裂的原因：制品松散、开裂的原因：在矿化剂很少或几乎在矿化剂很少或几乎在矿化剂很少或几乎在矿化剂很少或几乎没有时，没有时，没有时，没有时，αααα- - - -石英转变石英转变石英转变石英转变αααα- - - -方石英（干转化）。

在干方石英（干转化）在干方石英（干转化）在干方石英（干转化）在干转化时，由于砖体的不均匀的体积膨胀很大，而又转化时，由于砖体的不均匀的体积膨胀很大，而又转化时，由于砖体的不均匀的体积膨胀很大，而又转化时，由于砖体的不均匀的体积膨胀很大，而又无液相缓冲应力因而引起制品结构松散和开裂，无液相缓冲应力因而引起制品结构松散和开裂，无液相缓冲应力因而引起制品结构松散和开裂，无液相缓冲应力因而引起制品结构松散和开裂，不可能制得良好性能的制品不可能制得良好性能的制品不可能制得良好性能的制品不可能制得良好性能的制品二、矿化剂二、矿化剂9/22/202425材料科学与工程学院2 2、影响矿化剂作用的因素、影响矿化剂作用的因素 取决于所加矿化剂与砖坯中硅氧在高温时所形成熔取决于所加矿化剂与砖坯中硅氧在高温时所形成熔液的数量和性质，即液相开始形成的温度，液相的数液的数量和性质，即液相开始形成的温度，液相的数量、粘度、润湿能力和结构等量、粘度、润湿能力和结构等①①①①共熔温度：共熔温度：共熔温度：共熔温度：愈低，愈有利于烧成中形成的方石英通过愈低，愈有利于烧成中形成的方石英通过愈低，愈有利于烧成中形成的方石英通过愈低，愈有利于烧成中形成的方石英通过 液相向鳞石英转变，矿化剂作用愈强，磷液相向鳞石英转变，矿化剂作用愈强，磷液相向鳞石英转变，矿化剂作用愈强，磷液相向鳞石英转变，矿化剂作用愈强，磷 石英愈多，晶粒愈大。

石英愈多，晶粒愈大石英愈多，晶粒愈大石英愈多，晶粒愈大如；如；如；如； CaO-AlCaO-Al2 2OO3 3-SiO-SiO2 2：：：：117011709/22/202426材料科学与工程学院②②②②液相的结晶能力（液相是否易被液相的结晶能力（液相是否易被液相的结晶能力（液相是否易被液相的结晶能力（液相是否易被SiOSiOSiOSiO2 2 2 2所饱和）所饱和）所饱和）所饱和） 含含LiLi2 2O O、、NaNa2 2O O、、FeOFeO、、MnOMnO等氧化物的液相易被等氧化物的液相易被SiOSiO2 2 饱和，具有高的结晶能力，是强矿化剂饱和，具有高的结晶能力，是强矿化剂③③③③液相黏度和润湿能力（溶解速度）液相黏度和润湿能力（溶解速度）液相黏度和润湿能力（溶解速度）液相黏度和润湿能力（溶解速度） 黏度：黏度：黏度：黏度： 扩散速度和液相的粘度有关，以碱金属氧化物作扩散速度和液相的粘度有关，以碱金属氧化物作扩散速度和液相的粘度有关，以碱金属氧化物作扩散速度和液相的粘度有关，以碱金属氧化物作 矿化剂时，所得液相的粘度最小，鳞石英化程度矿化剂时，所得液相的粘度最小，鳞石英化程度矿化剂时，所得液相的粘度最小，鳞石英化程度矿化剂时，所得液相的粘度最小，鳞石英化程度 也最高。

二价氧化物次之二价氧化物次之二价氧化物次之二价氧化物次之 注：注：注：注：当用复合氧化物为矿化剂时，在当用复合氧化物为矿化剂时，在当用复合氧化物为矿化剂时，在当用复合氧化物为矿化剂时，在SiOSiOSiOSiO2 2 2 2含量相同，含量相同，含量相同，含量相同， 则所得液相的粘度比只用其中一种氧化物的小，则所得液相的粘度比只用其中一种氧化物的小，则所得液相的粘度比只用其中一种氧化物的小，则所得液相的粘度比只用其中一种氧化物的小， 因而能增强矿化作用因而能增强矿化作用因而能增强矿化作用因而能增强矿化作用 润湿能力：润湿能力：润湿能力：润湿能力：与所加氧化物的阳离子半径及电荷有关与所加氧化物的阳离子半径及电荷有关与所加氧化物的阳离子半径及电荷有关与所加氧化物的阳离子半径及电荷有关 阳离子的电荷大，半径小的氧化物润湿能力阳离子的电荷大，半径小的氧化物润湿能力阳离子的电荷大，半径小的氧化物润湿能力阳离子的电荷大，半径小的氧化物润湿能力 强，因此化能力也强。

强，因此化能力也强强，因此化能力也强强，因此化能力也强9/22/202427材料科学与工程学院④④④④液相的结构：液相的结构：液相的结构：液相的结构： 若液相的原子比若液相的原子比若液相的原子比若液相的原子比OO：：：：SiSi约为约为约为约为2.1~2.52.1~2.5时含有大量的二氧化硅时含有大量的二氧化硅时含有大量的二氧化硅时含有大量的二氧化硅四面体的阴离子络合物，其近程次序和四面体的阴离子络合物，其近程次序和四面体的阴离子络合物，其近程次序和四面体的阴离子络合物，其近程次序和“ “α α- -鳞石英的晶格结构鳞石英的晶格结构鳞石英的晶格结构鳞石英的晶格结构相近，则将从液相中强烈析出鳞石英相近，则将从液相中强烈析出鳞石英相近，则将从液相中强烈析出鳞石英相近，则将从液相中强烈析出鳞石英 ∴ ∴ ∴ ∴矿化作用以碱金属最强，矿化作用以碱金属最强，矿化作用以碱金属最强，矿化作用以碱金属最强， FeOFeO、、、、MnOMnO次之，次之，次之，次之， CaOCaO、、、、MnOMnO较差。

较差9/22/202428材料科学与工程学院3、矿化剂的选择原则、矿化剂的选择原则 ①①①①与与与与SiOSiO2 2作用作用作用作用, ,并在不太高的温度下形成液相并在不太高的温度下形成液相并在不太高的温度下形成液相并在不太高的温度下形成液相, , 且对制品的耐火度降低不大且对制品的耐火度降低不大且对制品的耐火度降低不大且对制品的耐火度降低不大; ; ②②②②能够形成足够的液相能够形成足够的液相能够形成足够的液相能够形成足够的液相, ,液相应具有低的黏度及液相应具有低的黏度及液相应具有低的黏度及液相应具有低的黏度及 大的润湿石英的能力大的润湿石英的能力大的润湿石英的能力大的润湿石英的能力, ,且数量随温度的改变不且数量随温度的改变不且数量随温度的改变不且数量随温度的改变不 大大大大; ; ③③③③在制砖过程中在制砖过程中在制砖过程中在制砖过程中, ,矿化剂分布应均匀矿化剂分布应均匀矿化剂分布应均匀矿化剂分布应均匀, ,不具水溶性不具水溶性不具水溶性不具水溶性; ; ④④④④经济、溶液制备容易、便于生产控制。

经济、溶液制备容易、便于生产控制经济、溶液制备容易、便于生产控制经济、溶液制备容易、便于生产控制9/22/202429材料科学与工程学院即即: * 有二液区；有二液区； ** 形成液相温度＜形成液相温度＜ 1470℃℃（鳞石英的最高稳定温度）（鳞石英的最高稳定温度）9/22/202430材料科学与工程学院9/22/202431材料科学与工程学院含含含含SiOSiO2 2的二元系统类型的二元系统类型的二元系统类型的二元系统类型有二液区有二液区 CaO-SiO2 FeO-SiO2 MgO-SiO2 TiO2-SiO2 Cr2O3-SiO2 不含二液区不含二液区 Al2O3-SiO2 Na2O-SiO2 K2O-SiO2 9/22/202432材料科学与工程学院 CaO-SiOCaO-SiO2 2系系系系 ∵ ∵ 液液化化温温度度1707℃，，二二液液区区宽宽度度1-27.5 CaO，，二元共熔点二元共熔点1436℃ ∴∴ CaOCaO可可可可用用用用作作作作矿矿矿矿化化化化剂剂剂剂；；硅硅 砖砖 可可 以以 单单 独独 吸吸 收收27.5%CaO而而不不致致崩崩溃溃 。

l 27.59/22/202433材料科学与工程学院FeO-SiOFeO-SiO2 2系系系系 ∵∵液化温度液化温度1698℃，二液，二液区宽度区宽度3-42 FeO，二元，二元共熔点共熔点1178℃ ∴∴∴∴FeOFeO能用作矿化剂能用作矿化剂能用作矿化剂能用作矿化剂 ；； 硅硅砖可以可以单独吸收独吸收42%FeO而不致崩而不致崩溃 4239/22/202434材料科学与工程学院 MgO-SiOMgO-SiO2 2系系系系 ∵∵ 液化温度液化温度1695（（1723））℃，， 二液二液区宽度区宽度3-42 MgO，二元，二元 共熔点共熔点1543℃ ∴∴∴∴ MgOMgO不能用作矿化剂不能用作矿化剂不能用作矿化剂不能用作矿化剂 9/22/202435材料科学与工程学院TiOTiO2 2-SiO-SiO2 2系系系系 ∵∵液液化化温温度度1780（（1794））℃，，二二液液区区宽度度18-92 TiO2（（偏偏向向TiO2）），，二二元元共熔点共熔点1553℃ ∴∴∴∴ TiO TiO2 2不能用作矿化剂不能用作矿化剂不能用作矿化剂不能用作矿化剂 9/22/202436材料科学与工程学院CrCr2 2OO3 3-SiO-SiO2 2系系系系 ∵∵ 液化温度液化温度2250℃，， 二液区二液区宽度度5-98 Cr2O3 ，二元共熔点，二元共熔点1720℃ 。

∴∴∴∴ CrCr2 2OO3 3不能用作矿化剂不能用作矿化剂不能用作矿化剂不能用作矿化剂 9/22/202437材料科学与工程学院CaO-FeO-SiOCaO-FeO-SiO2 2 系系系系∵∵CaO-SiO2、、FeO-SiO2 都都有有二二液液区区，，由由两两个个含含二二液液区区的的二二元元系系统构构成成的的三三元元系系统，，仍仍然然保保持持着着二液区 ∴∴∴∴ CaOCaO- - FeOFeO可可可可作作作作为为为为矿矿矿矿化化化化剂剂剂剂；；；；硅硅砖砖可可以以同同时时吸吸收收不不同同比例的比例的CaO和和FeO 9/22/202438材料科学与工程学院AlAl2 2OO3 3-SiO-SiO2 2系系系系 ∵∵∵∵加入加入加入加入5.5% Al5.5% Al2 2OO3 3，液化，液化，液化，液化温度由温度由温度由温度由1723℃ 1723℃ 降到降到降到降到3Al3Al2 2OO3 3·2SiO·2SiO2 2-SiO-SiO2 2共晶共晶共晶共晶点点点点1595℃ 1595℃ ，并且无二，并且无二，并且无二，并且无二液区 ∴∴∴∴ AlAl2 2OO3 3不能用作矿化剂不能用作矿化剂不能用作矿化剂不能用作矿化剂 5.59/22/202439材料科学与工程学院NaNa2 2O-SiOO-SiO2 2系系系系 ∵∵加加入入6.5%Na2O，，液液化化温温度度下下降降到到1600℃，，25%Na2O，，液液 化化 温温 度度 降降 到到 Na2O·SiO2-SiO2共共晶晶点点789℃，，并并且且无无二二液区。

液区 ∴∴∴∴ NaNa2 2OO不能用作不能用作不能用作不能用作矿矿化化化化剂剂; ; Na Na2 2O O 也是有害也是有害也是有害也是有害杂质杂质 l 256.59/22/202440材料科学与工程学院 所以所以,生产中常用的矿化剂是生产中常用的矿化剂是: CaOCaO、、、、FeO FeO 、、、、MnO MnO ①①对硅质原料耐火度降低不大，温度升高，液相量对硅质原料耐火度降低不大，温度升高，液相量增加缓慢；增加缓慢；②②使泥料具有结合性和可塑性；使泥料具有结合性和可塑性；③③干燥后坯体具有一定的强度；干燥后坯体具有一定的强度；④④ 烧成时起矿化剂作用，促进石英转化烧成时起矿化剂作用，促进石英转化 目前生产中采用：目前生产中采用：石灰石灰石灰石灰- -铁质（铁质（铁质（铁质（ CaO+FeOCaO+FeO）））） 减少制品裂纹减少制品裂纹主要用轧钢皮（铁主要用轧钢皮（铁鳞）引入鳞）引入 要求：要求：Fe2O3+FeO>90%加入量加入量<3-4%9/22/202441材料科学与工程学院不同矿化剂对石英转化率的影响不同矿化剂对石英转化率的影响CaO-氟化物氟化物85%66%9/22/202442材料科学与工程学院三、与硅三、与硅砖有关的物系有关的物系 Na2O（（K2O））- SiO2 杂质作用杂质作用 Al2O3 - SiO2 杂质作用杂质作用 Na2O(K2O)-A12O3-SiO2 耐火度耐火度↓↓ 　　 优质硅砖要求：优质硅砖要求：优质硅砖要求：优质硅砖要求： CaO≤3％％ 　　　　　　 （（A12O3十十TiO2十十R2O））≤0.5％％R R2 2O-AlO-Al2 2OO3 3-SiO-SiO2 2系系系系9/22/202443材料科学与工程学院 B:1%Al2O3, 2%CaO, 97%SiO2B’:0.5%Al2O3,2%CaO, 97.5%SiO2AlAl2 2OO3 3-CaO-SiO-CaO-SiO2 2系系系系9/22/202444材料科学与工程学院2007-5-20 AlAl2 2OO3 3-CaO-SiO-CaO-SiO2 2系系系系 B:1%Al2O3、、 2%CaO、、 97%SiO2 L1600=(SiO2-B)×100%/（（SiO2-C））≈15.3% S1600=(B-C)×100%/（（SiO2-C））≈84.5% B’:0.5%Al2O3 、、2%CaO 、、97.5%SiO2 L1600=(SiO2-B’)×100%/(SiO2–C’)≈10.9% S1600=(B’-C’)×100%/（（SiO2-C’)≈89.1% 9/22/202445材料科学与工程学院 A1A12 2OO3 3对硅砖有严重影响对硅砖有严重影响对硅砖有严重影响对硅砖有严重影响9/22/202446材料科学与工程学院 Na2O（（K2O））- SiO2 杂质作用杂质作用 Al2O3 - SiO2 杂质作用杂质作用 Na2O(K2O)-A12O3-SiO2 耐火度耐火度↓↓ 　　 优质硅砖要求：优质硅砖要求：优质硅砖要求：优质硅砖要求： CaO≤3％％ 　　　　　　 （（A12O3十十TiO2十十R2O））≤0.5％％R R2 2O-AlO-Al2 2OO3 3-SiO-SiO2 2系系系系9/22/202447材料科学与工程学院§3.1.2 硅硅砖生生产工工艺 一、原料一、原料分分类岩石分岩石分类显微微结构和特征构和特征示例示例结晶晶硅石硅石脉石英脉石英 石英岩石英岩 变质石英岩石英岩 石英砂石英砂晶粒很大，晶粒很大，纯净，，转变困困难 晶粒晶粒较小，小，纯净，中速，中速转变 晶粒受地壳晶粒受地壳压力而力而发生扭曲，易生扭曲，易转变 晶粒晶粒较大，大，纯度不定度不定吉林吉林 本溪本溪 包包头胶胶结硅石硅石砂岩砂岩 玉髓玉髓 燧石岩燧石岩以胶以胶结石英石英为基基质的砂岩的砂岩 由玉髓由玉髓组成成 以玉髓以玉髓为基基质武武汉 山西山西1 1、硅、硅质原料原料9/22/202448材料科学与工程学院 2、废硅砖、废硅砖：：（（≤20%）） ①①降低成本降低成本；； ② ② 减少坯体的烧成收缩，降低烧减少坯体的烧成收缩，降低烧 成废品率。

成废品率 3、矿化剂：、矿化剂：轧钢皮（铁鳞轧钢皮（铁鳞,Fe2O3+FeO>90%）、）、 平炉渣、硫酸渣、软锰矿等平炉渣、硫酸渣、软锰矿等 4、结合剂：、结合剂：石灰乳、硅酸盐水泥、亚硫酸纸石灰乳、硅酸盐水泥、亚硫酸纸 浆废液9/22/202449材料科学与工程学院◆◆ 颗粒组成的选择（结合剂少）颗粒组成的选择（结合剂少） 临界粒度临界粒度: :（颗粒大易压碎、转变时体积膨胀大而开裂（颗粒大易压碎、转变时体积膨胀大而开裂. . 临界粒度要小临界粒度要小, ,一般为一般为2~3mm）） 细粉数量细粉数量（（转变时体积膨胀小、与矿化剂作用及烧结性转变时体积膨胀小、与矿化剂作用及烧结性 增强）增强） ◆◆ 成型成型 砖坯体积密度砖坯体积密度2.2-2.3g/cm3 砖模尺寸应缩小（砖模尺寸应缩小（缩尺缩尺缩尺缩尺）） ◆◆ 烧成烧成 废品率高废品率高 —— SiO2晶型转变，体积变化晶型转变，体积变化 —— 液相量较少（液相量较少（~10%））二、生产工艺要点二、生产工艺要点 9/22/202450材料科学与工程学院 ≤150℃ 自由水自由水↑ 450－－500℃ Ca(OH)2分解，砖坯结合强度分解，砖坯结合强度↓ 550－－650℃ β－石英－石英→α－石英－石英 600－－700℃ CaO与与SiO2的固相反应开始，砖坯结的固相反应开始，砖坯结 合强度合强度↑ 2CaO＋＋ SiO2 →β－－2CaO·SiO2 2CaO·SiO2＋＋SiO2→2（（CaO·SiO2）） ①①烧成中主要物理化学变化烧成中主要物理化学变化9/22/202451材料科学与工程学院 1000－－1100℃ 生成固溶体生成固溶体(α－－CaO·SiO2 、、 FeO·SiO2) α－－CaO·SiO2＋＋FeO·SiO2→[CaO·SiO2－－FeO·SiO2] ≥1200℃ 与杂质如与杂质如Al2O3、、Na2O等作用形成液等作用形成液 相相（（8－－10％），％）， 润湿石英颗粒，润湿石英颗粒，石石 英转变速度英转变速度↑。

1300－－1350℃ 鳞石英和方石英鳞石英和方石英↑ 1350－－1430℃ 鳞石英鳞石英↑，，方石英方石英↓9/22/202452材料科学与工程学院②②②②烧成曲线的制订烧成曲线的制订烧成曲线的制订烧成曲线的制订 制订原则制订原则制订原则制订原则: : 石英的相变（石英石英的相变（石英β→α,α-石英石英→ α-方石英方石英→ β-方石英）方石英） 573 ℃ 1200 ℃ 300 ℃ — 原料的转变速度（快速转变升温原料的转变速度（快速转变升温↓）） — 添加物的数量和性质（液相多升温添加物的数量和性质（液相多升温↑）） — 砖块的形状大小（大块及异型升温砖块的形状大小（大块及异型升温↓）） 20－－600℃ 20 ℃／小时（快）／小时（快） 600－－1100 ℃ 25 ℃／小时（最快）／小时（最快） 1100－－1300 ℃ 10 ℃／小时／小时 1300－－1350 ℃ 5 ℃／小时（慢）／小时（慢） 1350－－1430 ℃ 2 ℃／小时（最慢）／小时（最慢）晶型转变和体晶型转变和体晶型转变和体晶型转变和体积变化集中在积变化集中在积变化集中在积变化集中在这一阶段这一阶段这一阶段这一阶段, , , ,所以所以所以所以生温速度应逐生温速度应逐生温速度应逐生温速度应逐渐降低渐降低渐降低渐降低, , , ,并能缓并能缓并能缓并能缓慢匀速升温慢匀速升温慢匀速升温慢匀速升温弱还原气氛弱还原气氛9/22/202453材料科学与工程学院三、三、 性质性质◆◆　　化学成分化学成分SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaOR2O93-980.5-2.50.3-2.50.2-2.71-1.5◆◆　矿物组成　矿物组成 鳞石英石英 方石英方石英 石英石英 玻璃玻璃质 9/22/202454材料科学与工程学院9/22/202455材料科学与工程学院高密度高导热硅砖高密度高导热硅砖高密度高导热硅砖高密度高导热硅砖 硅砖相组成：鳞石英、方石英、石英、玻璃相、气孔硅砖相组成：鳞石英、方石英、石英、玻璃相、气孔 提高热导率的途径：鳞石英含量提高热导率的途径：鳞石英含量↑，气孔率，气孔率↓ — 金属氧化物，如金属氧化物，如CuO、、Cu2O、、TiO2、、Fe2O3等等 — 特殊硅石特殊硅石（（Al2O3、、R2O低低）） — 添加含硅的物质，如添加含硅的物质，如SiC、、Si3N4、、Si等等硅铬砖硅铬砖硅铬砖硅铬砖：抗氧化铁和熔渣侵蚀性强：抗氧化铁和熔渣侵蚀性强 硅锆砖和硅堇青石砖硅锆砖和硅堇青石砖硅锆砖和硅堇青石砖硅锆砖和硅堇青石砖：高热震稳定性：高热震稳定性 硅碳化硅砖硅碳化硅砖硅碳化硅砖硅碳化硅砖：高热震稳定性、耐磨性、热导率：高热震稳定性、耐磨性、热导率 §3.3 特种硅特种硅砖降低降低热导热导率率9/22/202456材料科学与工程学院作作业：： 影响致密硅影响致密硅砖性能的影响因素有哪些？性能的影响因素有哪些？请举1 1－－2 2个因素，个因素，说明原因。

明原因 9/22/202457材料科学与工程学院。