5-6-高铝质和“三石”质耐火材料

（3）熟料的邻级混配和氧化铝含量高的熟料以细粉形式加入 （4）合适的颗粒组成 —— 适当增加细粉数量（45～50%） —— 适当增大粗颗粒的尺寸和数量 —— 部分熟料和结合粘土共同细磨 —— 共磨时熟料和粘土混合料中的A12O3／SiO2重量 比应略大于2.55。 （5）适当提高烧成温度（特别是Ⅱ级矾土熟料，高温短保）
《耐火材料工艺学》
作业讨论：
如何提高硅砖导热性能？说明原因。
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
5 高铝质耐火材料
公元400年前后中国已开始制造高铝质耐火材料（河南省）。 定义：高铝矾土熟料＋结合粘土，A12O3不低于48%。 按A12O3含量分类： I等，＞75％；II等，60～75％；III等，48～60%。
矾土等级 Al2O3,% Al2O3／SiO2 外观特征
特等 一等
二等甲 二等乙
＞76 68～76
60～68 50～60
＞20 5.5～20
2.8～5.5 1.8～2.8
灰色、重而硬，结构致密均匀 浅灰色、重而硬，结构致密均匀
灰白色、结构尚致密，具有少量鲕状体 灰色、结构疏松，具有较多的鲕状体
三等
42～52
平行于原硅线石 晶面
针状、柱状 长约20微米
平行于原红柱石晶面
长针状 长约35微米
垂直于原蓝晶石 晶面
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
—— 蓝晶石莫来石生成温度低，温度范围 宽，膨胀值大。 —— 红柱石膨胀值最小。
—— 硅线石膨胀温度高。
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
蓝晶石 1300～1500
1350～1400
转化速度 转化所需时间
转化后 体积膨胀 莫来石结晶 过程
慢 长
中（7～8％） 在整个晶粒发生
中 中
小（3～5％） 在颗粒表面开始逐步 深入内部
快 短
大（16～18％） 同红柱石
莫来石结晶形 态及大小
莫来石结晶 方向
短柱状，针状 长约3微米
《耐火材料工艺学》
Al2O3· SiO2 Al2O362.92% SiO237.08%
线膨胀率，％ Na2O 0.08 0.44 0.59 — — 0.05 0.40 微 — 0.88 0.07 0.09 灼减 0.59 0.31 0.38 0.60 1.17 — — 2.93 1.36 1.20 — — 0.28 1.09 1.44 0.19 0.24 0.96 0.89 0.79 0.46 500 ℃ 0.40 1000 ℃ 1.87 1500 ℃ 14.95
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
化学成分，％ 品名与产地 印度-1 蓝 晶 石 印度-2 美国 肯尼亚 保加利亚 南非-1 硅 线 石 红 柱 石 南非-2 印度 美国 南非-1 南非-2 法国 SiO2 36.33 37.11 37.70 37.38 38.86 17.20 34.20 34.70 34.48 41.19 37.34 38.55 Al2O3 62.05 59.61 58.77 59.65 57.86 77.80 58.22 61.18 58.76 53.09 59.66 59.25 Fe2O3 0.31 0.70 1.17 0.56 1.02 0.94 0.38 0.50 2.40 2.26 1.11 0.95 TiO2 0.16 0.58 1.30 1.09 0.75 2.40 1056 0.10 7.45 0.46 0.30 0.24 0.27 0.40 0.05 0.11 0.35 0.80 0.61 0.11 — CaO 0.13 0.10 MgO 0.06 0.05 微 0.07 0.36 0.07 0.18 0.16 0.12 0.28 0.12 — — — 0.08 0.43 微 0.39 — 0.17 0.25 K2O 0.28 0.36
1200
1400
Temperature/℃
0.07mm红柱石试样的膨胀率与温度的关系
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
不同粒径蓝晶石与红柱石经不同温度煅烧后莫来石含量
温 度（℃） （保温2小时） 试样 粒径（mm） 0.154～0.074 蓝晶石 （沐阳产） 0.074～0.054 ＜0.054 1200 25 27 30 1300 30 40 43 1400 62 73 75 1500 70 78 78
《耐火材料工艺学》
定义：部分硅线石族矿物原料—硅线石砖、红柱石砖或蓝晶石砖。
1） 硅线石族原料（三石）
蓝晶石：印度、美国、加拿大和巴西，河南隐山、江苏、河 北、山西、新疆、四川、辽宁、吉林、安徽等。 硅线石：印度、澳大利亚、美国和朝鲜，黑龙江鸡西、河南 南阳、河北、陕西、新疆等。 红柱石：南非、法国和俄罗斯，河南西峡、陕西眉县、辽宁、 新疆等。
结构
结构式 解理
岛状
Al2[SiO4 ]O 沿{100}解理完全， {010}良好
岛状
AlO[AlSiO4] 沿{110}解理完全
链状
Al[AlSiO5] 沿{010}解理完全
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料 2） 硅线石族原料加热变化
矿物名称 莫来石形成温 度范围/℃ 硅线石 1500～1550 红柱石
◆ 粗糙状：断面粗糙，略显疏松，但均匀。矿石主要成分为水 铝石和高岭石，二者含量相近。 →→我国铝矾土矿构造复杂，成分不均（与澳大利亚、几 内亚、巴西、牙买加矾土比）
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
耐火材料用铝矾土（生料）的等级划分 化学成分/ ％ 级别 Al2O3 Fe2O3 CaO 耐火度/℃
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
原料A 破粉碎 /分级 原料B 破粉碎 /分级 配料（粗/中/细） 混合/混练 原料C 破粉碎 /分级
《耐火材料工艺学》
添加物/结合剂
成型 干燥
烧成
烧成砖（制品）
烧成砖的制造工艺流程
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
1） 高铝矾土原料 （1）分布 山西、河北、河南以及贵州等地（？）。 （2）矿物组成及分类
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
4） 高铝质制品性质
（1）高铝砖中A12O3含量和 荷重软化温度关系 Ⅰ、Ⅱ等矾土煅烧后的玻璃相组成
名 称 Ⅰ级矾土 Ⅱ级矾土 煅烧 温度/℃ 1500 1500 玻璃成分/％
SiO2
24.95 44.82
Al2O3
45.16 46.15
Fe2O3
特级
一级 二级 三级 四级
＞75
70～75 60～70 55～60 45～55
＜2.0
＜2.5 ＜2.5 ＜2.5 ＜2.0
＜0.5Fra Baidu bibliotek
＜0.6 ＜0.6 ＜0.6 ＜0.7
＞1770
＞1770 ＞1770 ＞1770 ＞1770
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
水铝石—高岭石类(D-K型)铝矾土的分类及特征
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
高铝矾土的差热曲线（a:大湖矾土，b:巩义矾土 ）
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
不同矾土随温度升高莫来石含量的变化
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
不同等级铝矾土的烧结情况
等级 特级 Ⅰ级 Al2O3％ ＞75 70～75 烧结 情况 较易 较难 烧结温度 1600～ 1700℃ 1500～ 1600℃ 1600～ 1700℃ 原因 高岭石少，水铝石多，二次莫来石 化程度弱，可能还有TiO2作用 一定程度的二次莫来石化
《耐火材料工艺学》
影响分解或膨胀性的因素：
◆ 矿物本身结构 ◆ 矿物纯度（杂质影响） ◆ 矿物粒度大小 ——蓝晶石粒度＜0.2mm，膨胀小且无明显差异； 粒度＞0.2mm，膨胀大且差异大。 ——硅线石粒度＜ 0.088mm，1400℃开始分解， 1700℃完全莫来石化； 粒度＞ 0.088mm，分解温度提高100℃， 1700℃尚有残余硅线石。 ——红柱石＜0.15mm，1500℃均莫来石化。
9.35 2.50
TiO2
19.52 3.20
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
（2）高铝制品的热震稳定性比粘土砖差 I、 Ⅲ等高铝砖比Ⅱ等高铝砖更差些 （3）高铝制品的抗渣性随制品中A12O3含量增多和液相 量的减少而有所提高。 →→ 提高原料纯度，改变基质的化学—矿物组成，减少玻璃 相数量，调整玻璃相成分，是提高制品的高温强度、热震稳定 性及抗渣性的关键。
减轻二次莫来石化反应措施：
（1）熟料的严格拣选分级
（2）合理选择结合剂的种类和数量 —— 结合粘土尽可能少加（5～10%） —— 用生矾土细粉或微粉代替结合粘土 —— 用生矾土和结合粘土粉按比例配合
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
（3）构造
《耐火材料工艺学》
◆ 致密状：矿石光滑、细腻，断面均匀；有的组成矿物以水铝 石（细晶质到隐晶质）为主，有的以高岭石或叶腊石为主。 ◆ 多孔状：多为纯水铝石构成，结构十分疏松。水铝石一 般都 较粗大，有时在孔洞中填有其它矿物，如金红石或石英等。
◆ 鲕状：结构特别复杂。
◆ 高炉用硅线石砖、红柱石砖、蓝晶石砖、热风炉用低蠕 变高铝砖、高荷软高铝砖、高热震高铝砖以及水泥窑和电炉 顶用优质磷酸盐结合高铝不烧砖等。 ◆ 莫来石砖、莫来石－刚玉砖和刚玉－莫来石砖等。
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
课
间
休
息
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料 6 硅线石质耐火材料
基本类型 亚类型 水铝石—高岭石(D—K型) 水铝石—叶蜡石(D—P型） 勃姆石—高岭石(B—K型） 水铝石—伊利石(D—I型） 水铝石—高岭石—金红石 (D—K—R型） 三水铝石型（G型） 主要分布 山西、山东、河北、河南、贵州 河南 山东、山西、湖南 河南 四川
一水型 铝矾土
三水型 铝矾土
福建、广东
◆ 铝矾土资源遭受破坏的原因：
采富弃贫，采易弃难，采剥失调
◆ 解决办法：1）选矿、提纯；2）均化
◆ 均化：仿水泥生产工艺“共同粉磨”→→均化料
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料 3） 高铝质制品生产工艺要点
《耐火材料工艺学》
相同点：高铝制品的生产工艺流程与多熟料粘土质制品生产 工艺流程相似。 不同点：二次莫来石化反应（ ？）。
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
蓝晶石热膨胀曲线
硅线石热膨胀曲线
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
1.0
linear expansion ratio( % )
HJ-56 HJ-58
《耐火材料工艺学》
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0
200
400
600
800
1000
Ⅱ级
Ⅲ级
60～70
55～60
最难
二次莫来石化强烈
高岭石多，水铝石少，二次莫来石 化程度弱
最易 1500℃左右
Ⅳ级
45～55
最易 1500℃左右
同上
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
◆ 铝矾土原料储量目前存在的问题：“四不清”
—探明的不同品位储量不清；—保有的真实储量不清； —累计消耗及其质量不清；—乱采乱挖对矿床破坏程度不清。
1.0～1.8
灰色、质轻又软，易碎，结构均匀
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
2） 高铝矾土的加热变化
与高岭石分解相似 —— 分解阶段； —— 莫来石化阶段； —— 重结晶烧结阶段。
α-Al2O3· H2O→α-Al2O3+H2O↑ （400-600℃） Al2O3· 2SiO2· 2H2O→Al2O3· 2SiO2+2H2O↑ （600℃左右） 3（Al2O3· 2SiO2）→3Al2O3· 2SiO2+4 SiO2 （980℃左右） 3α-Al2O3+ 2SiO2→3Al2O3· 2SiO2 （1200-1500℃） △ V≈+10% ↑ 二次莫来石化→→不利于组织致密化（有害）
第四章 Al2O3-SiO2系耐火材料
《耐火材料工艺学》
硅线石族矿物原料的结构特征
矿物 性质 晶系 晶格 常数 蓝晶石 三斜 a=0.71nm,α=9005 b=0.774nm,β=10102 c=0.557nm,βγ=10544 红柱石 斜方 a=0.778nm b=0.792nm c=0.557nm 硅线石 斜方 a=0.744nm b=0.759nm c=0.575nm