1、,耐火材料工藝學(xué),耐火材料工藝學(xué),Processes of Refractory,安徽工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 冒愛(ài)琴 mail：,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,2,第三章硅酸鋁系耐火材料 Refractories of Al2O3-SiO2 system,本章重點(diǎn)： Al2O3-SiO2二元系統(tǒng)結(jié)晶效應(yīng) 雜質(zhì)對(duì)Al2O3-SiO2二元系統(tǒng)的影響玻璃效應(yīng) Al2O3-SiO2系制品的生產(chǎn)工藝 Al2O3-SiO2系制品的性能,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,3,概況,Al2O3- SiO2系耐火材料:硅質(zhì)、硅酸鋁質(zhì)、 氧化鋁質(zhì)。 硅質(zhì)SiO2 ： SiO2 93% 硅酸鋁質(zhì)

2、 Al2O3,SiO2 半硅質(zhì)： Al2O3:1530%，酸性，略有膨脹（不定型 耐火材料的膨脹劑）; 粘土質(zhì)： Al2O3 : 3046%（我國(guó)為48%），具有較高的高溫性能，適應(yīng)性強(qiáng)；陶瓷的主要原料; 高鋁質(zhì)： Al2O3 : 46% ，（又可分為I 、II 、III等三 等，耐火度和熱震性隨A3S2 、 Al2O3 量變化； 氧化鋁質(zhì)Al2O3： Al2O3 95%,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,4,按晶相組成可以分為：莫來(lái)石質(zhì)、剛玉、 剛玉-莫來(lái)石質(zhì)。 應(yīng)用：冶金工業(yè)（高爐、熱風(fēng)爐、蓄熱 室、加熱爐、 均熱爐、退火爐及鑄 錠系統(tǒng)等）、建材工業(yè)、機(jī)械工 業(yè)、石油化工工業(yè)、動(dòng)力工

3、業(yè)以及 輕工 業(yè)等。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,5,7278%,可分為兩個(gè)子二元系： - Al2O3-A3S2 A3S2-SiO2, 3.1 Al2O3-SiO2 系相組成情況,一、 Al2O3-SiO2 二元系的情況,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,6,1、Al2O3/SiO2 的連續(xù)變化，可以生產(chǎn)出剛玉 質(zhì)、I、II、III等高鋁質(zhì)，粘土質(zhì)、半硅質(zhì)、 硅質(zhì)耐火材料； 2、莫來(lái)石組成為產(chǎn)品種類(lèi)明顯變化的分界 線； 莫來(lái)石組成： Al2O3：71.8%,SiO2 ：28.2% 熔點(diǎn)：1850 實(shí)際上,莫來(lái)石組成不固定, Al2O3：72-78% 3、Al2O3/SiO2

4、莫來(lái)石組成的高鋁磚（特等、一等和高二等）、剛玉磚基本晶相組成為：莫來(lái)石、剛玉或剛玉。 Al2O3/SiO2 莫來(lái)石組成的高鋁磚（低二等、三等）、粘土磚、半硅磚和硅磚基本晶相組成為： SiO2 、莫來(lái)石或SiO2 。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,7,表 Al2O3-SiO2 系耐火材料的分類(lèi)及主要礦相,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,8,SiO2與莫來(lái)石之間有一低共熔點(diǎn)(158710),共溶組成為Al2O3：5.5%,SiO2 ：94.5%. E1點(diǎn)距SiO2 一側(cè)很近, 如果在SiO2 中加入1%的Al2O3,根據(jù)杠桿規(guī)則,在1587將會(huì)產(chǎn)生1:5.5=18.2%的液相.

5、所以,硅磚中要防止Al2O3混入. 15871700，液相線較陡（說(shuō)明液相增加速度慢）;1700以上，液相線較平（說(shuō)明液相增加速度較快） *以上說(shuō)明：粘土制品的荷重軟化開(kāi)始溫度低，荷重軟化溫度范圍寬。,4、A3S2-SiO2子系統(tǒng),2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,9,5 Al2O3-A3S2子體系,5、結(jié)論： 固液相數(shù)量及其比例、共熔溫度、及液相隨溫度升高的增長(zhǎng)速度決定制品的高溫性能。,A3S2熔點(diǎn)為1850， Al2O3：2050 以及低共熔點(diǎn)1840，都很高，因此莫來(lái)石 和剛玉質(zhì)的耐火材料性能優(yōu)良。 Al2O3含量高，則剛玉生成量越高， 使液相生成溫度越高。,2020/7/25,材

6、料科學(xué)與工程學(xué)院,10,SiO2-Al2O3系組成與耐火度間的關(guān)系,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,11,3.2 硅酸鋁質(zhì)耐火材料,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,12,Al2O3 71.877.3 wt%,-莫來(lái)石：3Al2O32SiO2 -莫來(lái)石：含有呈固溶體狀態(tài)存 在的殘余氧化鋁 -莫來(lái)石：含有少量以固溶體狀 態(tài)存在的氧化鐵和氧 化鈦,Al4+2xSi2-2xO10-x固溶體,X=0.2-0.9, 3.2.1莫來(lái)石,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,13,Lattice constants a, b and c of mullite dependent from t

7、he Al2O3 content of the phase,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,14,與硅線石礦物，其化學(xué)成分不同，但在晶體結(jié)構(gòu)上頗為相似。,莫來(lái)石是由4個(gè)硅線石晶胞組成，每一個(gè)晶胞中有一個(gè)Si4+ 被Al3+所置換。,2Si4+O2-2Al3+,為氧空位,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,15,氧的電價(jià)不平衡，致使莫來(lái)石礦物不穩(wěn)定,離子半徑0.7埃，可以占據(jù)莫來(lái)石晶格中的空位； 離子半徑0.7埃，則使晶格膨脹,在離子半徑較大 的堿或堿土族化合物作用下將促 使莫來(lái)石分解。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,16,莫來(lái)石性質(zhì), 熔點(diǎn)較高（1910） 密度低（3.1

8、6g/cm3） 導(dǎo)熱率低（1000，=13.8KJ/mhk） 線膨脹較?。?01000，=5.310-6K-1） 楊氏模量為230GPa左右 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 高溫力學(xué)強(qiáng)度優(yōu)良 結(jié)晶習(xí)性（長(zhǎng)柱狀、針狀 ）結(jié)構(gòu)特征,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,17,天然原料含56種雜質(zhì)： 等均起到熔劑作用，熔劑作用的三種形式 降低熔液的生成溫度及其粘度； 增大液相的生成量； 提高熔液對(duì)固相的溶解速度和溶解數(shù)量。,一、熔劑雜質(zhì)（三元以上體系）,舉例：R2O降低液相形成溫度513724（熔劑化作用大） TiO2降低液相生成溫度101107（熔劑化作用?。? 3.2.2 雜質(zhì)氧化物對(duì)硅酸鋁質(zhì)制品 組成及性能的

9、影響,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,18,（1）R2O的影響,河南礬土原料中含 K2O高，一般為0.5%2.0%, K2O也是粘土磚和半硅磚的主要雜質(zhì)。,Al2O3-SiO2 - K2O系統(tǒng),2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,19,SiO2-A3S2 (Al2O3/SiO2 2.55) 1840 Al2O3-A3S2 KAS4 (1315) T=525 較小,Al2O3-SiO2 - K2O三元系統(tǒng)相圖,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,20,舉例：,1 粘土磚 K2O 1.0%A 2.0%B A: L985 =(A-a)/(a-985）=9.2% B: L985 =(B

10、-b)/(b-985）=20.0% 2 高鋁磚 K2O 1.0%C 2.0%D C: L1315 =(C-c)/(c-1315) =6.4% D: L1315 =(D-d)/(d-1315)=13.8% B磚、D磚液相約為A磚、C磚的2.2倍,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,21,Al2O3SiO2Na2O系統(tǒng),用于玻璃窯的粘土磚，在Na2O的作用下，往往形成霞石和剛玉，存在于玻璃結(jié)石之中。 SiO2-A2S3(1595) SiO2-A2S3-AS6(1050) Al2O3-A2S3- NAS6(1104) Al2O3-NAS6- NAS2(1063),2020/7/25,材料科學(xué)與工

11、程學(xué)院,22,22,（2）RO的影響,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,23,Al2O3SiO2CaO系統(tǒng),當(dāng)材料的組成點(diǎn)在莫來(lái)石初晶區(qū)內(nèi)，形成鈣斜長(zhǎng)石(CAS2)莫來(lái)石鱗石英間的共熔點(diǎn)1(1345)，其熔液相量達(dá)10%左右。當(dāng)溫度升高到1500時(shí)，液相量增到3l.2。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,24,（3）TiO2的影響,1） Al2O3-B-AT 固化溫度1727（P1） 凝聚相為剛玉、AT、莫來(lái)石 2）AT-C- SiO2 固化溫度1480（P2） 凝聚相為AT、SiO2、莫來(lái)石 3) 平行四邊形ABCD 凝聚相為莫來(lái)石、剛玉 4) Al2O3-A-B 凝聚相為莫來(lái)石

12、 5) AT-B-C 凝聚相為莫來(lái)石、AT 6）SiO2-D-C 凝聚相為莫來(lái)石、SiO2,C:Al2O369.5%、固溶體中TiO23.5% B: Al2O375%、固溶體中TiO26%,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,25,認(rèn)識(shí):,我國(guó)高鋁磚TiO21.54.0%，粘土磚和半硅磚TiO22.1%左右，因此，如只考慮Al2O3、SiO2和TiO2三成分，硅酸鋁制品的組成點(diǎn)分別落在SiO2DC、Al2O3AB和Al2O3ATB三角形和莫來(lái)石固溶區(qū)ABCD之內(nèi)。 思考: 1) Al2O3 含量88%的煅燒礬土中0.16%TiO2 ， TiO2 存在方式？ 2) 在硅酸鋁質(zhì)制品中哪個(gè)磚種才

13、會(huì)出現(xiàn)AT相？,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,26,1) Al2O3含量88%的煅燒礬土中0.16% TiO2 ，應(yīng)固溶于剛玉中; 2)只有高鋁磚中才會(huì)出現(xiàn)AT.,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,27,（4）Fe2O3的影響,1、為什么要避免“黑心”磚出現(xiàn)？ 2、為什么要磁選？控制氧化鐵含量？,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,28,a-氧化氣氛;b-還原氣氛,不同氣氛下Al2O3SiO2氧化鐵系統(tǒng)相圖,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,29,比較： 氧化氣氛 SiO2-A3S2 (1595) SiO2-A3S2-Fe2O3Al2O3 (1380) T=215,還

14、原氣氛 SiO2-A3S2 (1595) SiO2 A3S2-2FeO2Al2O35SiO2 (1210) T=385,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,30,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,31,1、硅酸鋁耐火材料不宜在還原氣氛下燒成和使用?！昂谛摹贝u中氧化鐵含量應(yīng)盡可能的低。 2、抵抗氧化鐵侵蝕的能力，Al2O3/SiO2比大于莫來(lái)石組成的高鋁磚優(yōu)于Al2O3/SiO2 比較莫來(lái)石組成低的高鋁磚、粘土磚和半硅磚。,Al2O3SiO2氧化鐵系統(tǒng),2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,32,雜質(zhì)氧化物對(duì)二元混合物無(wú)變點(diǎn)的影響,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,33,33,

15、無(wú)變點(diǎn)降低順序,SiO2-莫來(lái)石組合 K2ONa2OFeOCaOFe3O4MgOTiO2 莫來(lái)石-Al2O3組合 Na2OK2OFeOFe3O4CaOMgOTiO2,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,34,二、一般原則,Al2O3含量提高，高溫性能提高；當(dāng)熔劑含量增加，高溫性能降低；因此，應(yīng)設(shè)法減少熔劑成分。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,35, 3.3.3 粘土質(zhì)耐火材料,2007-5-20,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,36,簡(jiǎn)介：,粘土質(zhì)耐火材料：用天然產(chǎn)的各種粘土作原料，將一部分粘土預(yù)先煅燒成熟料，并與部分生粘土配合制成Al2O3 含量在3046%的耐火制品。

16、 天然粘土： 熟料：焦寶石 結(jié)合粘土（水曲柳）,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,37,一、粘土原料,1、定義： 沉積礦床或鋁硅酸鹽巖石風(fēng)化 土狀礦物。 耐火粘土：耐火度1580 按耐火度分：特級(jí)、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí) 耐火材料中所使用的粘土:以高嶺石為主粘土礦，Al2O3+TiO2 不小于30%，F(xiàn)e2O3不大于2.5%。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,38,2、種類(lèi)（可塑性）,1)硬質(zhì)粘土沉積礦床（時(shí)間長(zhǎng)）、致密水中不分散，可塑性差熟料 耐火度 17701790，煅燒后作為骨料 山東淄博地區(qū)的硬質(zhì)粘土含有較低的雜質(zhì)成分焦寶石 2)軟質(zhì)粘土（半軟質(zhì)粘土、可塑粘土） 沉積礦床（時(shí)間

17、短）、松散水中分散，可塑性好結(jié)合劑,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,39,我國(guó)部分地區(qū)硬質(zhì)粘土技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,40,軟質(zhì)粘土和半軟質(zhì)粘土的技術(shù)指標(biāo)：,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,41,3、粘土的基本性質(zhì),主要化學(xué)成分：Al2O3、SiO2 主礦物（主晶相）：高嶺石 （ 高嶺石族、蒙脫石族、葉臘石族、水云母族） 次礦物（次晶相）：石英、鐵化合物、有機(jī)物等 Al2O3含量及Al2O3 / SiO2比值愈接近高嶺石礦物的理論值粘土純度，質(zhì)量。 Al2O3 / SiO2比值，粘土耐火度，粘土燒結(jié)熔融范圍越寬。 分布： 河南、山西、山東、遼寧、內(nèi)蒙

18、等地的粘土資源貯量很大，并且品種齊全；在江西、湖南、廣西、江蘇、浙江等地也有優(yōu)質(zhì)的高嶺土礦物。,（1）化學(xué)礦物組成,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,42,2007-5-20,42,粘土可能有的礦物組成,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,43,粘土的基本性質(zhì),2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,44,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,45,(2)耐火粘土的工藝特性,粘土的礦物組成和顆粒組成。,分散性 可塑性 結(jié)合性 燒結(jié)性,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,46,分散程度：粘土礦物為極小顆粒(顆粒組成或比表 面積) 粘土屬于高分散性物質(zhì)，一般不大于10m; 粘土的工

19、藝性質(zhì)主要取決于小于2 m顆粒數(shù)量. 粘土的分散度等級(jí)與在水中的分散性,1)分散性,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,47,a、定義： 物料受外力作用后發(fā)生變形而 不破裂，在所施加使其變形的外力撤除后，變形的形態(tài)仍保留而不恢復(fù)原狀，這種性質(zhì)稱(chēng)為可塑性。,2)可塑性,b、表示方法：塑性指數(shù)和塑性指標(biāo) 塑性指數(shù)法：粘土顯可塑狀態(tài)時(shí)的水量上限和下限之差(含水量變化的范圍)的間接指數(shù)值來(lái)衡量其強(qiáng)弱的方法。 塑性指標(biāo)法：采用一定直徑的泥球，當(dāng)外力作用后發(fā)生變形并開(kāi)始產(chǎn)生裂紋，以應(yīng)力(變形力)與應(yīng)變(變形的程度)的乘積來(lái)。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,48,表示其可塑性程度的一種方法,2

20、020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,49,C、增加粘土可塑性的方法： 除去如石英等非可塑性的雜質(zhì)礦物； 細(xì)磨以增加其分散度； 加入適 量塑性物質(zhì)結(jié)合劑（如亞硫酸紙 漿廢液等）； 真空處理； 困料。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,50,粘土分散程度，比表面積，結(jié)合性。 在實(shí)際生產(chǎn)中，通常都以粘土的可塑性 來(lái)判斷其結(jié)合性能的強(qiáng)弱。 氫鍵、堆積的毛細(xì)管力，分散性越好，結(jié)合性能越高；,3)結(jié)合性,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,51,（方石英）,（無(wú)定形）,（均為無(wú)定型）,4)燒結(jié)性,液相燒結(jié)（加速氣孔消失、氣孔率較低,高嶺石的加熱變化,（450550）,（結(jié)晶型）（930960）

21、,一次莫來(lái)石,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,52,a、加熱的礦相變化：最終的產(chǎn)物為莫來(lái)石和方石英。 莫來(lái)石的得率6090%，1200生成完畢。 1200 主要為莫來(lái)石長(zhǎng)大，至15001600結(jié)結(jié)束，方石英成玻璃相。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,53,高嶺石為主體的粘土加熱變化特性曲線（共性）,2007-5-20,53,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,54,*熱分析的重要性： 鑒定礦物 制定合理熱工制度 確定是否煅燒完全（選擇骨料和結(jié)合劑的依據(jù)）,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,55,b、加熱收縮： 1000左右收縮較大 可塑性強(qiáng)，收縮率大（軟質(zhì)、半軟質(zhì)）

22、多，收縮小，硬質(zhì)粘土，方石英膨脹 c、粘土的燒結(jié)性評(píng)價(jià)方法： 吸水率（顯氣孔率）體積密度、加熱收縮 反映出燒結(jié)性能是一致的。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,56,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,57,開(kāi)始燒結(jié)溫度 粘土加熱到最大密度時(shí)的溫度 最大燒結(jié)收縮溫度范圍(迅速燒結(jié)) 燒結(jié)溫度范圍 是保證粘土獲得最大燒結(jié)程度的安全加熱溫度范圍 所以，耐火粘土按其燒結(jié)性可區(qū)分為低燒結(jié)粘土和高溫?zé)Y(jié)粘土；寬燒結(jié)范圍粘土和窄燒結(jié)范圍粘土等,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,58,雜質(zhì)的影響 熔劑作用 Fe2O3、TiO2 促進(jìn)莫來(lái)石化； CaO、R2O 抑制莫來(lái)石化、分解。 雜質(zhì)數(shù)量和

23、種類(lèi)決定燒結(jié)機(jī)制 液相燒結(jié)（粘滯流動(dòng)燒結(jié)）高硅玻璃 硬質(zhì)粘土 A， T 軟質(zhì)粘土 A，T 如R2O，T 煤質(zhì)粘土或含有機(jī)物較多，孔隙多，燒結(jié)困難。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,59,59,在未出現(xiàn)液相莫來(lái)石結(jié)晶初期， 莫來(lái)石晶體大小、形狀不僅取決于煅燒溫度，更受升溫速度所控制,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,60,硬質(zhì)粘土熟料技術(shù)要求（YB221182）,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,61,小結(jié)： 粘土的燒結(jié)性對(duì)制品的生產(chǎn)工藝和制品的性能,如熱震穩(wěn)定性、抗渣性、荷重軟化溫度、密度和強(qiáng)度等均有影響。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,62,二、粘土制品的生產(chǎn)工

24、藝,簡(jiǎn)介： 定義：粘土Al2O3 3048% 分類(lèi)： 普通粘土磚 全生料粘土磚 多熟料粘土磚 高硅粘土磚,2007-5-20,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,63,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,64,（1）結(jié)合粘土和熟料的比例 普通熟料制品：結(jié)合粘土不少于20% 多熟料制品：結(jié)合粘土不超過(guò)20% （2）對(duì)結(jié)合粘土的要求 a、應(yīng)有一定耐火度、較好可塑性和燒結(jié)性 b、半軟質(zhì)粘土+高可塑性粘土； c、粒度要求：一般越細(xì)越好. 可塑法：粒度可大些、一般為0.61mm;半干法:不超過(guò)0.20.5mm為宜;制備泥漿的結(jié)合黏土: 25mm,1、配料,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,

25、65,（3）其它結(jié)合劑：亞硫酸鹽紙漿廢液 2%左右（輔助粘結(jié)劑） （4）坯料的顆粒組成： 兩頭大，中間小的密堆配料 臨界顆粒34粘土形成膜包圍在骨料表面（要求有足夠的結(jié)合粘土量）,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,66,加料順序：,1) 結(jié)合粘土熟料干混水混合 2) 熟料水或泥漿結(jié)合粘土混合 3) 細(xì)顆粒熟料結(jié)合粘土共磨已潤(rùn)濕的粗粒 料混合 機(jī)壓半干泥料水分一般為46%。 生坯體積密度2.102.40g/cm3,結(jié)合粘土加部分熟料共磨/熟料骨料 軟質(zhì)粘土變成泥漿/熟料骨料,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,67,2、成型,3、干燥,坯體含水量低，可以快速干燥，坯體不發(fā)生收縮，殘余水

26、分小于2% 快速干燥制度: 半干法機(jī)壓成型磚坯在隧道式干燥器內(nèi)的干燥制度為： 1）干燥介質(zhì)進(jìn)口溫度：標(biāo)、普型磚150200，異型磚120160；2）廢氣排出口溫度：7080； 3）磚坯殘余水分：2%；4）干燥時(shí)間：1624h,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,68,粘土制品的燒成大致可劃分為四個(gè)階段 : 第一階段：常溫至200 為排除坯體中殘余水分的階段 . 第二階段：200900間為中溫階段。 結(jié)合粘土中的雜質(zhì)礦物以及有機(jī)物等分解和氧化，粘 土礦物分解脫水等. 第三階段：溫度在900以上至燒成最高溫度為燒結(jié)階段，也稱(chēng)高溫階段。 是產(chǎn)生熔劑、坯體燒結(jié)及莫來(lái)石形成長(zhǎng)大的階段。 第四階段：為

27、冷卻階段 粘上制品在冷卻過(guò)程中發(fā)生莫來(lái)石緩慢析晶，熔體固化變成玻璃態(tài)，并有物理熱收縮作用。,4、燒成,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,69,三、粘土制品的性質(zhì),抗酸性熔渣侵蝕（SiO2） 高溫性能差（無(wú)A3S2骨架）數(shù)量(50%)、結(jié)晶大小措施 (1)對(duì)粘土原料進(jìn)行選礦純化處理，降低雜質(zhì)含量; (2)適當(dāng)提高燒成溫度，使制品具有致密結(jié)構(gòu)； (3)采用高基質(zhì)（基質(zhì)中Al2O3含量接近莫來(lái)石 組成）組成結(jié)構(gòu)特征的配料； (4)采用多熟料配料及混合細(xì)磨措施。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,70,四、粘土制品在生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題,1、粘土磚成型時(shí)產(chǎn)生廢品的原因是什么? 磚坯尺寸

28、不合格： 這是由于模具安裝不牢，成型時(shí)模板外移所致；如果加料量波動(dòng)較大，也會(huì)引起坯體尺寸發(fā)生變化。 產(chǎn)生層裂和裂紋： 成型操作時(shí)，未根據(jù)先輕后重原則打磚；初壓時(shí)空氣未排出，再壓時(shí)產(chǎn)生彈性后效所致；泥料水分過(guò)大、混料不均勻、模板不平等都可使坯體產(chǎn)生層裂或裂紋。 扭曲： 模板使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、模板變形，因而磚坯變形。泥料水分過(guò)大，磚坯產(chǎn)生自然變形，造成坯體扭曲。 缺邊掉角： 由于泥料塑性差、顆粒偏析、加料后邊角不實(shí)，坯體均能出現(xiàn)缺邊掉角現(xiàn)象。 偏壓：由于模頭偏斜或模底不平所致。 疏松：由于加料量不足或加壓次數(shù)不夠所致。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,71,2、粘土磚坯在干燥過(guò)程中為什么會(huì)產(chǎn)生

29、廢品? 由于干燥器進(jìn)口溫度過(guò)高，粘土磚坯進(jìn)入干燥器后，干燥不均勻而產(chǎn)生裂紋； 是由于坯體單重大、形狀復(fù)雜、入窯水分高，且在干燥器內(nèi)放置不平造成坯體變形，因而產(chǎn)生廢品； 搬運(yùn)過(guò)程中，由于操作不慎而造成缺邊掉角，以至廢品串增加。 所以，在于燥過(guò)程中一定要遵守干燥制度和操作扔程，輕章輕放，擺放平直，才能減少?gòu)U品。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,72,粘土磚在燒成過(guò)程中，由于窯內(nèi)氧化氣氛不足，磚坯內(nèi)的有機(jī)物在燒結(jié)前未能氧化燒掉，因而使粘土磚內(nèi)部出現(xiàn)不同程度的黑色或紅色。 此外磚坯內(nèi)含有的Fe 2O3、TiO2 等雜質(zhì)，在還原氣氛下，從高價(jià)氧化物還原成低價(jià)氧化物，也會(huì)使粘土磚內(nèi)部出現(xiàn)黑色或褐綠

30、色。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，增強(qiáng)窯內(nèi)的氧化氣氛，或在裝窯時(shí)增大磚坯表面被氧化的面積，使磚坯直接接觸火焰的面積增大，從而提高氧化效果。,3、粘土磚燒成后為什么會(huì)出現(xiàn) “紅心”或“黑心”現(xiàn)象？,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,73,出窯后的粘土磚經(jīng)外形檢查、理化性能檢驗(yàn)合格，以200烘 烤2h，在熱態(tài)下放入預(yù)先配制的磷酸中浸漬。 在浸漬過(guò)程中，磷酸沿磚的開(kāi)口氣孔滲入，與磚中的SiO2、Al 2O3、反應(yīng)，生成磷酸鹽化合物，并充填于氣孔之中，因面降低了磚的氣孔率，提高了耐壓強(qiáng)度。（試驗(yàn)結(jié)果表明，磷酸浸漬后粘土磚耐壓強(qiáng)度比浸漬前提高20以上，氣孔率降低5左右） 在磷酸浸漬過(guò)程中，生成的磷酸鹽化合物具

31、有優(yōu)良的抗堿侵蝕性能，因而提高了粘土磚的抗堿侵蝕能力?？箟A侵蝕試驗(yàn)表明，粘土磚經(jīng)抗賦侵蝕后耐壓強(qiáng)度下降30以上；同樣條件下，磷酸浸漬粘土磚堿侵蝕后耐壓強(qiáng)度下降15左右。,4、用磷酸浸漬粘土磚有什么好處?,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,74,簡(jiǎn)介： 定義：高鋁礬土熟料結(jié)合粘土 A12O348% 分類(lèi)： I等： A12O3含量75； II等： A12O3含量6075； III等： A12O3含量4860%。, 3.3 高鋁質(zhì)耐火材料,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,75,一、高鋁礬土原料,高鋁礬土（又稱(chēng)鋁土礦、礬土、鋁礬土、礬石） 分布：山西（陽(yáng)泉、孝義、太原）； 河北（唐山、古

32、冶）， 河南（鞏義、新密、 泌陽(yáng)、登封） 以及貴州等地。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,76,1）致密狀：礦石光滑、細(xì)膩，斷面均勻；有的組成礦物以水鋁石（細(xì)晶質(zhì)到隱晶質(zhì)）為主，有的以高嶺石或葉臘石為主。 2）多孔狀：多為純水鋁石構(gòu)成，結(jié)構(gòu)十分疏松。水鋁石一 般都較粗大，有時(shí)在孔洞中填有其它搬運(yùn)礦物，如金紅石或石英等。 3）鮞狀：結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜。 4）粗糙狀：斷面粗糙，略顯疏松，但均勻。礦石主要成分為水鋁石和高嶺石，二者含量相近。,（1）礬土礦石構(gòu)造,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,77,（2）礬土礦石的化學(xué)礦物組成及分類(lèi),2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,78,2007-

33、5-20,耐火材料用鋁礬土（生料）的等級(jí)劃分：,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,79,水鋁石高嶺石類(lèi)(D-K型)鋁礬土的分類(lèi)及特征,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,80,（3）高鋁礬土的加熱變化, 分解階段（400-600） -Al2O3H2O-Al2O3+H2O (400-600) Al2O32SiO22H2OAl2O32SiO2+2H2O (600左右） 3（Al2O32SiO2）3Al2O32SiO2+4 SiO2（980左右）, 莫來(lái)石化階段 3-Al2O3+ 2SiO23Al2O32SiO2 （1200-1500） V+10% 二次莫來(lái)石化,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,81, 重結(jié)晶燒結(jié)階段 莫來(lái)石和剛玉晶體發(fā)育長(zhǎng)大，氣孔縮小和消失，塊料逐漸致密化并燒結(jié)。 影響燒結(jié)的主要因素：二次莫來(lái)石化 高溫下液相組成和數(shù)量。 為什么二級(jí)礬土燒結(jié)最困難，且產(chǎn)生比較大的體積膨脹？ 1）形成莫來(lái)石時(shí)產(chǎn)生體積增值； 2）在二次莫來(lái)石化時(shí)，由于體積增大導(dǎo)致顆粒間相互推開(kāi)而產(chǎn)生孔隙，此孔隙很難靠液相來(lái)彌合。,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)院,82,圖礬土燒后莫來(lái)石含量與煅燒溫度的關(guān)系,2020/7/25,材料科學(xué)與工程學(xué)