◆耐火材料直接應用于鋼鐵、有色、水泥、玻璃、陶瓷和化工、機械、電力、國防等各個領域的高溫工業(yè)生產(chǎn)過程中，是保證其生產(chǎn)運行和技術發(fā)展必不可少的基礎材料。

——

耐火材料是工業(yè)背后的工業(yè)◆耐火材料與生活息息相關耐火材料的重要性第三章硅石耐火材料

硅石耐火材料

重點內(nèi)容：

◆

SiO2變體及晶型轉變

◆

鱗石英結晶及物理特性

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礦化劑的選擇原則及其種類

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硅磚的生產(chǎn)工藝及其性能第三章硅石耐火材料

1概況

定義：SiO293-98%酸性→定形硅石制品→硅磚

分類：普通硅磚高密度硅磚→超高密度硅磚—焦爐、熱風爐、玻璃熔窯、隧道窯的拱頂、各種窯爐的架子磚等。

第三章硅石耐火材料

第三章硅石耐火材料焦爐部分截面圖第三章硅石耐火材料

第二章硅石耐火材料耐火磚的熱膨脹曲線格子磚材質和長時間壓縮蠕變

性能普通硅磚高密度硅磚超高密度硅磚真比重2.3092.3112.302體積密度g/cm31.801.851.93顯氣孔率％21.619.514.6常溫耐壓強度MPa606295抗折強度室溫MPa1919.921.1高溫1480℃，MPa55.511.6常溫彈性模數(shù)MPa1.301.351.76重燒變形1450℃×2h，％000荷重軟化點T1℃162016301630熱傳導率Kcal/m·h·℃350℃1.391.61800℃1.661.96不同密度硅磚物理性能對比第三章硅石耐火材料

中國LPBG-96中國LBG-96德國DIDER日本旭硝子美國VEGA英國皮爾金頓SiO2

％97.696.5495.998.595.6496.18Fe2O3

％0.350.670.480.90.710.52熔融指數(shù)％（Al2O3+2R2O）0.350.410.540.640.39真密度g/cm32.332.332.322.332.322.33顯氣孔率％171821.72020.322常溫耐壓強度MPa45383235.656.8荷重軟化開始溫度℃169016801680167516901680重燒線變化率1450℃×2h％+0.2+0.1+0.19優(yōu)質硅磚的理化性能第二章硅石耐火材料如何生產(chǎn)出性能優(yōu)良的硅磚？

——耐火材料性能主要取決于其組成與結構→顯微結構？

↓

化學組成礦物組成？

第三章硅石耐火材料——上世紀初以前硅磚曾被認為有“神經(jīng)病”

2硅磚生產(chǎn)的物理化學原理第三章硅石耐火材料

SiO2不同變體間轉變時的體積變化互變性轉變體積變化/%轉變溫度/℃轉變方式β-石英→α-石英+0.82573位移型轉變γ-鱗石英→β-鱗石英+0.28117β-鱗石英→α-鱗石英+0.2163β-方石英→α-方石英+2.8180~270α-石英→α-鱗石英+12.7870重建型轉變α-石英→α-方石英+17.41200~1350α-鱗石英→α-方石英+4.71470α-方石英→熔體+0.11713熔融石英→α-方石英-0.4~1200第三章硅石耐火材料

SiO2變體的性質

變體名稱穩(wěn)定溫度/℃晶系結晶習性常溫下真比重熔點/℃β-石英＜573三方柱狀2.6511713α-石英573~870六方2.533γ-鱗石英常溫~117斜方矛頭狀雙晶2.27~2.35（天然）2.262~2.285（人工）1670β-鱗石英117~163六方2.24α-鱗石英870~1470六方蜂窩狀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等軸2.229石英玻璃＜1713非晶質2.203第三章硅石耐火材料鱗石英矛頭雙晶α－方石英晶粒斷口形貌

第三章硅石耐火材料為什么硅質玻璃的線膨脹系數(shù)最?。?/p>

第三章硅石耐火材料討論

1、影響耐火材料熱膨脹系數(shù)的因素

2、影響耐火材料熱導率的因素

第三章硅石耐火材料方石英含量與侵蝕量的關系（熔點1723℃）第三章硅石耐火材料

第三章硅石耐火材料硅磚真比重鱗石英，%方石英，%石英，%玻璃相，%2.338013172.347217382.376317912.396015962.40581212182.4253121718硅磚真比重與礦物組成的關系硅磚的密度一般應小于2.38g/cm3優(yōu)質硅磚的密度在2.32~2.36g/cm3為了生產(chǎn)荷重軟化溫度或抗蠕變性及導熱性優(yōu)良的硅磚，在相組成選擇上，應該盡可能向鱗石英相轉變。

第三章硅石耐火材料

純SiO2變體的△G。-T圖

第三章硅石耐火材料3礦化劑選擇原則

第三章硅石耐火材料*有二液區(qū)**形成液相溫度＜1470℃（鱗石英最高穩(wěn)定溫度）礦化劑選擇原則：第三章硅石耐火材料含SiO2的二元系統(tǒng)類型

CaO-SiO2FeO-SiO2MgO-SiO2TiO2-SiO2Cr2O3-SiO2

Al2O3-SiO2Na2O-SiO2K2O-SiO2

第三章硅石耐火材料

CaO-SiO2系∵液化溫度1707℃，二液區(qū)寬度1-27.5CaO，二元共熔點1436℃∴CaO可用作礦化劑；硅磚可以單獨吸收27.5%CaO而不致崩潰。第三章硅石耐火材料FeO-SiO2系∵液化溫度1698℃，二液區(qū)寬度3-42FeO，二元共熔點1178℃∴FeO能用作礦化劑；硅磚可以單獨吸收42%FeO而不致崩潰。第三章硅石耐火材料

MgO-SiO2系∵液化溫度1695（1723）℃，二液區(qū)寬度3-42MgO，二元共熔點1543℃?！郙gO不能用作礦化劑第三章硅石耐火材料TiO2-SiO2系∵液化溫度1780（1794）℃，二液區(qū)寬度18-92TiO2（偏向TiO2），二元共熔點1553℃∴TiO2不能用作礦化劑

第三章硅石耐火材料Cr2O3-SiO2系∵液化溫度2250℃，二液區(qū)寬度5-98Cr2O3，二元共熔點1720℃。∴Cr2O3不能用作礦化劑第三章硅石耐火材料Na2O-SiO2系∵加入6.5%Na2O，液化溫度下降到1600℃，25%Na2O，液化溫度降到Na2O·SiO2-SiO2共晶點789℃，并且無二液區(qū)?！郚a2O不能用作礦化劑;Na2O是有害雜質之一。第三章硅石耐火材料Al2O3-SiO2系∵加入6%Al2O3，液化溫度由1723℃降到3Al2O3·2SiO2-SiO2共晶點1595℃，并且無二液區(qū)?！郃l2O3不能用作礦化劑

Al2O3

是最有害雜質。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%SiO2兩組成點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對硅磚有嚴重影響

Al2O3對Al2O3-CaO-SiO2系液相數(shù)量的影響1900℃時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雜質作用

Al2O3-SiO2雜質作用Na2O(K2O)-Al2O3-SiO2耐火度↓↓

優(yōu)質硅磚要求：CaO≤3％（A12O3十TiO2十R2O）≤0.5％第三章硅石耐火材料與液相相關的其它因素：

—液相的數(shù)量

—液相的粘度（如氟化物）

—液相對SiO2的潤濕能力

—液相（硅酸鹽）的結構（O:Si≈2.1-2.5，硅氧四面體

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從工藝上來實現(xiàn)或生產(chǎn)出性能優(yōu)良的硅磚？

第三章硅石耐火材料課間休息

第三章硅石耐火材料分類巖石分類顯微結構和特征示例結晶硅石脈石英石英巖變質石英巖石英砂晶粒很大，純凈，轉變困難晶粒較小，純凈，中速轉變晶粒受地殼壓力而發(fā)生扭曲，易轉變晶粒較大，純度不定吉林本溪包頭膠結硅石砂巖玉髓燧石巖以膠結石英為基質的砂巖由玉髓組成以玉髓為基質武漢山西廢硅磚（≤20%）礦化劑：軋鐵皮（鐵鱗）、硫酸渣、軟錳礦等。結合劑：石灰乳、硅酸鹽水泥、亞硫酸紙漿廢液。4硅磚的生產(chǎn)工藝要點第三章硅石耐火材料◆

顆粒組成的選擇（結合劑少）臨界粒度（顆粒大易壓碎、轉變時體積膨脹大而開裂）細粉數(shù)量（與礦化劑作用及燒結性增強、轉變時體積膨脹小）◆

成型磚坯體積密度2.2-2.3g/cm3

磚模尺寸應縮?。s尺）◆

燒成

廢品率高

——SiO2晶型轉變，體積變化大

——液相量較少（~10%）

第三章硅石耐火材料

≤150℃自由水↑450－500℃Ca(OH)2分解，磚坯結合強度↓550－650℃β－石英→α－石英600－700℃CaO與SiO2的固相反應開始，磚坯結合強度↑

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

硅磚燒成中主要物理化學變化第三章硅石耐火材料1000－1100℃生成固溶體α－CaO·SiO2＋FeO·SiO2→[CaO·SiO2－FeO·SiO2]≥1200℃與雜質如Al2O3、Na2O等作用形成液相（8－10％），潤濕石英顆粒，石英轉變速度↑1300－1350℃鱗石英和方石英↑1350－1430℃鱗石英↑，方石英↓第三章硅石耐火材料20－600℃20℃／小時（快）600－1100℃25℃／小時（最快）1100－1300℃10℃／小時1300－1350℃5℃／小時（慢）1350－1430℃2℃／小時（最慢）

冷卻慢速弱還原氣氛？第三章硅石耐火材料5性質◆

化學成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOR2O93-980.5-2.50.3-2.50.2-2.71-1.5◆

礦物組成Tridymite：鱗石英Cristobalite：方石英Quartz：殘余石英Glass：玻璃相第三章硅石耐火材料第三章硅石耐火材料6特種硅磚

—金屬氧化物，如CuO、Cu2O、TiO2、Fe2O3等

—特殊硅石（Al2O3、R