第三节 硅质耐火材料
硅酸铝系耐火材料硅质耐火材料课件
VS
详细描述
高炉内衬需要承受高温、高压和化学侵蚀 等恶劣条件，因此需要选用具有良好耐火 性能和结构强度的硅质耐火材料。常见的 硅质耐火材料包括硅砖、硅质捣打料等。 在施工时，需要严格控制砌筑质量，确保 内衬的尺寸精度和表面平整度，同时采取 适当的维护措施，延长内衬的使用寿命。
案例二：连铸中间包内衬的选用及施工方法
良好的抗热震性能
硅质耐火材料具有较好的抗热 震性能，能在温度急变的情况 下保持稳定性。
良好的机械性能
硅质耐火材料具有较高的密度 和硬度，耐磨、耐压性能良好
。
硅质耐火材料的应用场景
高炉内衬
硅质耐火材料因其高温稳定性、化学 稳定性和良好的抗热震性能，广泛应 用于高炉内衬。
玻璃窑炉
玻璃窑炉内衬需要抵抗高温和化学侵 蚀，硅质耐火材料是常用的材料之一 。
采用清洁能源
在硅质耐火材料生产过程中，应 尽量采用清洁能源，如电力、天 然气等，以减少燃煤和燃油的使
用，从而降低污染物排放。
优化生产工艺
通过技术改造和升级，优化硅质耐 火材料的生产工艺，提高设备的能 源利用效率，减少能源浪费和排放 。
废弃物资源化利用
对于硅质耐火材料生产过程中产生 的废渣和废气，应进行资源化利用 ，如回收废渣制作建筑材料、废气 回收再利用等。
等方面的不同需求。技术创新能够开发出适应市场需求的新产品，提高
企业的市场竞争力。
硅质耐火材料的研发方向
提高热学性能
研发新型的硅质耐火材料，提高其热学性能，如热导率、热膨胀系 数等，以满足高温工业炉窑对材料的高温适应性要求。
提高抗腐蚀性能
针对化工、钢铁等领域的高温、高压、强腐蚀等极端环境，研发具 有优异抗腐蚀性能的硅质耐火材料。
硅酸铝质耐火材料介绍
4．耐热震性 850℃水冷循环仅3—5次。主要是由于刚玉
的热膨胀性较莫来石高，而无晶型转化之故。 提高高铝制品的耐热震性：改善制品的颗粒结构，降低细
粒料的含量及提高熟料临界颗粒尺寸和合理级配，以提高制品 的耐热震性。
根据矿物组成分类为： 低莫来石及莫来石质(A12O3 48—71.8％) 莫来石－刚玉质及刚玉—莫来石质(Al2O3 71.8—95％) 刚玉质(Al2O3 95—100％)
一、原料：高铝矾土（主要原料）、三石、工业氧化铝等。 二、生产工艺特点
与多熟料粘土质制品的生产工艺相似。烧成比粘土耐火制品因难得多 （二次莫来石化），条件控制更加严格。
踏实肯干，努力奋斗。2020年12月18日下午8时2分20.12.1820.12.18
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年12月18日星期 五下午8时2分2秒20:02:0220.12.18
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年12月 下午8时 2分20.12.1820:02Dec ember 18, 2020
土砖可达50一100次或更高。原因主要是莫来石及整个制品的热膨胀 系数小(平均4.5－5.8×10／℃)，而且比较均匀，过程中不发生晶型 转变所引起的体积变比。而且熟科颗粒之间尚有许多裂纹，可以缓冲 应力作用。
6．抗渣性 抵抗弱酸性炉渣侵蚀的能力强，对酸性和碱性炉渣的抵抗能力较
弱。提高制品的致密度，降低气孔率，能提高制品的抗渣性能。
3（Al2O3·2SiO2·2H2O）→3A12O3.2SiO2＋4SiO2＋6 H2O↑
高岭石
莫来石
硅砖生产的物理化学原理
砖生产的物理化学原理硅砖属于硅质耐火材料范畴，硅质耐火材料是以二氧化硅为主要成分的耐火材料，包括硅砖、特种硅砖、石英玻璃及其制品。
氧化硅质耐火材料突出特性是硅质制品属于酸性耐火材料，对酸性炉渣抵抗能力强，但受碱性渣强烈侵蚀，易被含AI2O3、K2O、Na2O等氧化物作用而破坏，对CaO、FeO、Fe2O3等氧化物有良好的抵抗性，其中典型的产品硅砖具有荷重变形温度高，波动在1640℃~1680℃之间,接近鳞石英,方石英熔点(1670℃、1713℃)，残余膨胀保证了砌筑体有良好的气密性和结构强度。
最大的缺点是热震稳定性低，其次是耐火度不高。
硅质耐火材料主要原料有硅石，硅石原料有绞结硅石（胶结石英岩）和结晶硅石（结晶石英岩），此外还有脉石英；生产过程中废硅砖可作为原料使用，减少砖坯烧成膨胀，从而降低烧成废品；石灰是以石灰乳的形式加入坯料中；矿化剂主要有轧钢皮（铁鳞），平炉渣，硫酸渣，软锰矿等。
SiO2的同质多晶转变据资料报道，SiO2系中有11种主要变体，总共变体有22种，加上方英石为23种，其中包括9种鳞石英,5种非晶质变体。
但研究得最多的有七个结晶变体和一个非晶型变体，即β-石英、α-石英；γ-鳞石英、α-鳞石英、β-鳞石英；方石英、α-石英和石英玻璃（非晶型）。
上述晶型变体又可分为两类：第一类变体是石英、鳞石英和方石英。
它们在结构上和物理性质上极不相同，相互间的转化很慢；第二类变体是上述变体的亚种α、β、γ型。
它们在结构和性质方面很相似，相互间的转变很快。
在理论上它们之间的相互转变关系如图所示。
石英变体的理论转变关系图中水平方向的相互转变为慢速转变，这种转变一般是从晶体的表面边缘开始，极其缓慢地进展到晶体中心。
垂直方向的转变为快速转变。
这种转变在转变温度下会骤然发生，且是整个晶体骤然转变。
各种变体的基本性质如表所示。
上述慢速转化的温度界限只是在加热时间很长，原料粉碎很细，有强矿化剂存在的条件下，才是正确的。
耐火材料分类
耐火材料的分类耐火材料的种类很多，为了便于生产研究、生产和选择，通常按其共性与特征划分类别。
其中按材料的化学矿物组成分类是一种常用的基本分类方法，但也常按材料的制造方法、材料的性质、材料的形状尺寸、材料的应用等来分类。
按化学矿物组成分类按化学矿物组成的不同，耐火材料主要有以下几类：（1）氧化硅质耐火材料。
这是以SiO2为主要成分的耐火材料，主要品种有各种硅砖和石英玻璃制品。
（2）硅酸铝质耐火材料。
这是以AL2O3和SiO2为基本化学组成的耐火材料，根据制品中AL2O3和SiO2含量分为三类：半硅质耐火材料、粘土质耐火材料和高铝质耐火材料。
（3）镁质耐火材料。
这是以MgO为主要成分，以方镁石为主要矿物结构的耐火材料，依其次要的化学成分和矿物组成的不同有以下品种：镁砖、镁铝砖、镁硅砖、镁钙砖、镁炭砖和铁白云石砖。
此外，还有冶金镁砂。
（4）白云石质耐火材料。
这是一类以CaO(40%-60%)和氧化镁（30%-42%）为主要成分的耐火材料。
其主要品种有：焦油白云石转、烧成油浸白云石砖、烧成油浸半稳定性白云石砖、烧成稳定性白云石砖、轻烧油浸白云石砖和冶金白云石砖。
（5）橄榄石质耐火材料。
这是一种含MgO35%-62%，Mg/SiO2质量比波动于0.95-2.00，由镁橄榄石为主要矿物组成的耐火材料。
（6）尖晶石质耐火材料。
这是一类主要由尖晶石组成的耐火材料。
主要品种有铬尖晶石构成的铬质制品[w(Cr2O3)≥30%)]，由铬尖晶石、方镁石构成的铬镁制品[w(Cr2O3)18%-30%)，w（MgO）25%-55%]和由镁铝尖晶石构成的制品。
（7）含炭质耐火材料。
这类耐火材料中均含有一定数量的炭或碳化物。
主要品种有由无定形炭结构的碳砖和炭块;由石墨结构的石墨制品；由碳化硅构成的碳化硅制品；由碳纤维及碳纤维与树脂或其其他炭素材料复合构成的材料。
（8）含锆质耐火材料。
这类材料中含有一定数量的氧化锆。
常用的品种有以锆英石为主要成分的锆英石质制品；以氧化锆和刚玉或莫来石构成的锆刚玉和锆莫来石制品，以及以氧化锆为主要组成的纯氧化锆制品。
第3章 Al2O3-SiO2系耐火材料-1相组成与性质
经时间间隔τ，给予第二次相同剂量的药物后体内的最大和最小药量分别为 ：
经时间间隔τ，给予第三次相同的剂量后体内的最大和最小药量为 ：
依次类推，至第n次，体内的最大和最小药量分别为 ：
多剂量函数
随着给药次数的增加，血药浓度不断递增，但递增的速度逐渐减慢，直至达到稳态(steady state) 水平, 此时若继续给药则血药浓度在稳态水平上下波动，稳态时的血药浓度(Css)变化可用下式 表示：
平均血药浓度与给药剂量成正比，与半衰期对给药 间隔时间的比值成正比。因此给药剂量和给药间隔 时间是控制重复给药血药浓度的决定因素
❖ 重复给药体内药量的蓄积 ❖ 累积系数R
药量的蓄积
❖ 蓄积系数是一个很有价值的表示药物在体内蓄积程度的参数。若已知药物的半衰期，则可以 计算出任一给药间隔时该药物的体内的蓄积系数。τ越小，蓄积的程度越大，当给药间隔时 间相同时，半衰期较大的药物容易产生蓄积。
谢谢！
❖ 达坪分数 在临床实际工作中，常常需要计算经过多少个给药半衰期才 能接近坪浓度或者给药一定时间后达到坪浓度的什么程度？
达坪分数：指n次给药后的血药浓度Cn与坪浓度Css相比， 相当于坪浓度Css的分数。
fss=Cn/Css
达坪分数
表示经6.64 t1/2可达到99%稳态水平。故一般认为经4-6个半衰期药物已基本达到稳态浓度。上述 的关系式表明达到稳态水平某一百分比所需的时间与药物的半衰期成正比，而与给药次数和给药 间隔无关。
❖ 重复给药后血药浓度的波动程度 波动百分数 波动度 血药浓度变化率
A. 达到稳态后，血药浓度始终维持在一个恒定值； B. 平均稳态血药浓度是稳态最大血药浓度和稳态最小血药浓度的算术平均数； C. 达到稳态血药浓度的时间取决于药物的半衰期； D. 增加给药频率，稳态最大血药浓度和稳态最小血药浓度的差值减少； E. 半衰期越长，稳态血药浓度越小。
耐火材料资料整理
1.2.2 按化学矿物组成分类此种分类法能够很直接地表征各种耐火材料的基本组成和特性，在生产、使用、科研上是常见的分类法，具有较强的实际应用意义。
（1）硅质耐火材料含SiO2在90%以上的材料通常称为硅质耐火材料，主要包括硅砖及熔融石英制品。
硅砖以硅石为主要原料生产，其SiO2含量一般不低于93%，主要矿物组成为磷石英和方石英，主要用于焦炉和玻璃窑炉等热工设备的构筑。
熔融石英制品以熔融石英为主要原料生产，其主要矿物组成为石英玻璃，由于石英玻璃的膨胀系数很小，因此熔融石英制品具有优良的抗热冲击能力。
如熔融石英质浸入式水口用于炼钢连铸中，具有较好的使用效果。
（2）硅酸铝质耐火材料此类材料通常亦称为硅铝质（或铝硅质）材料，在耐火材料领域中是用量最大、用途最广的类别，此类材料的应用范围几乎覆盖所有的工业窑炉，故亦可认为是最基本的耐火材料。
硅酸铝质耐火材料的主要化学成分为Al2O3和SiO2以及少量杂质，主要矿物成分随着含Al2O3量的不同分别为莫来石（3Al2O3•2SiO2）、刚玉（α- Al2O3）和莫来石、方石英。
按含Al2O3量的不同分为：○z半硅质耐火材料：Al2O3含量为15-30%;z 粘土质耐火材料：Al2O3含量为30-48%;z 高铝质耐火材料：Al2O3含量大于48%。
（3）镁质耐火材料镁质耐火材料是指以镁砂为主要原料，以方镁石为主晶相，MgO 含量大于80%的碱性耐火材料。
通常依其化学组成不同分为：z 镁质制品：MgO含量≥87%，主要矿物为方镁石；z 镁铝质制品：含MgO >75%，Al2O3一般为7-8%，主要矿物成分为方镁石和镁铝尖晶石（MgO•Al2O3）；z 镁铬质制品：含MgO>60% ，Cr2O3一般在20%以下，主要矿物成分为方镁石和铬尖晶石;z 镁橄榄石质及镁硅质制品：此种镁质材料中除含有主成分MgO外，第二化学成分为SiO2。
镁橄榄石砖比镁硅砖含有更多的SiO2，前者的主要矿物成分为镁橄榄石和方镁石，后者的主要矿物为方镁石和镁橄榄石；z 镁钙质制品：此种镁质材料中含有一定量的CaO,主要矿物成分除方镁石外还含有一定量的硅酸二钙（2 CaO•SiO2）。
硅质耐火材料的正确使用——玻璃熔窑炉盖掉砖原因探讨
较大的缓慢升温 ， 这样硅砖晶体的纯度问题、 测温仪器仪表的精度问题对烤窑的影响都减少到最低限度 。为 了减少砖 体 内外温 差 ， 我们在 冷态就 将 炉盖保 温砌好 ， 预 留炉 盖 中间约 １ｍ 宽 的地 方 暂不砌 保 温 （ 窑结 只 烤
束 后再 做保 温 ）盖 上硅 酸铝纤 维毡 ， ， 目的是尽 可能 降低温 差又便 于检 查 。
中 图分 类 号 ： Ｑ ７ ． ２ Ｔ １１６ ３ 文 献标 识码 ： Ｂ 文章 编 号 ：０ ０— ８ １ ２ １ ） ６— ０ ４— ６ １０ ２ ７ （ ０ １ ０ ０ １ ０
Ａｐ ｏ ｒａ ｅ Ｕｓ ｆＳ ｌｃ ｏ ｓ Ｒｅ ｒ ｃ ｏ ｙ ｐｒ ｐ ｉ ｔ ｅ ｏ ｉｉｅ ｕ ｆ ａ ｔ ｒ
表 面的温差大， 而不能全部转化为 仪一 方石英 ； 若窑内温度 因条件变化降低到 １ ０ ％左右或更低 ， 方石 ０ ２ 仪一 英将 向 一 鳞石英和 Ｂ一 方石英转化 。理论上 一 方石英转化到 仪一 鳞石英体积收缩 ４ ７ ， 一 ．％ ０ 方石英转 ／ ． 化到 ｐ一 方石英体积收缩 ２ ８ ， ．％ 碹砖体积收缩 ， 碹升高减小 。而在一定时间内， 由于碹砖 内外温差大 ， 碹砖
是实验室用的 Ｓ ， ｉ 晶体纯度高， Ｏ 而实际所用的硅砖加人矿化剂后 ， 晶型转化温度点会发生变化 ； 二是实验室
用 的测温 仪器 仪表精 度高 ， 工业 生产 没有这 些条 件 ， 两 者之 间肯 定存 在 一定 的误 差 ； 外 硅砖 是 热 的不 良 这 另 导 体 ， 在热 阻 ， 传递 速度 缓慢 。为解 决这 个矛盾 ， 存 热量 我们 就将 一个 温度 点 的硅砖 保 温 ， 成一个 温度 范 围 形
硅砖 产 品主要 是 由鳞 石英 、 方石 英 、 残存 石英 和少 量硅 酸盐 液相 组成 的 。硅砖 在使用 时各 种 晶型 的转 变 仍在 进行 中 ， 随着 温度 的升 高逐 渐转 变 为 一方 石英 ， 但有 相 当部 份 的 仪一鳞石英 存在 。 从 图 １中可知温 度在 １ ７ ￣ ０Ｃ以上 （ 窑 内温 度远超 过 此温度 ， 达不 到方 石英 的熔融 温度 １ ２ ℃ ） 硅 ４ 熔 但 ３ ， ７ 砖 内部 晶型 由 仅一鳞石 英 向 仅一方石 英转 化 ， 形成 ５ ０ｍｍ左 右 的 ０一方 石英 晶相 保 护层 ｊ ／ ． 。但 因为碹 内外
第三章 硅酸铝及刚玉质耐火材料
第一节 硅酸铝质耐火材料生产的理论基础
1.2 三元系统
在天然原料中，均含有5～6种常见的杂质氧化物，主要有：TiO2、 Fe2O3、CaO、MgO、R2O等。这些成分均起熔剂作用，降低熔液的生成温度 及其粘度，增大液相的生成量，提高熔液对固相的溶解速度和溶解数量。
K2O－SiO2－Al2O3三元系统 三 元 系 统 Na2O－SiO2－Al2O3三元系统 Fe2O3－SiO2－Al2O3三元系统 Ti2O－SiO2－Al2O3三元系统
图 3-2 Al2O3-SiO2-K2O三元相平衡图
图 3-3 Al2O3-SiO2-Fe2O3三元相平衡图
第一节 硅酸铝质耐火材料生产的理论基础
图 3-4 Al2O3-SiO2-TiO2相平衡图
第一节 硅酸铝质耐火材料生产的理论基础
在该系统中，当Na2O含量为1％，组成点在莫来石初晶区内时，其始熔
可塑性：物料受外力作用后发生形变而不破裂，在所施加使其形变的外力撤除 后，变形的形态仍保留而不恢复原状，这种性质称为可塑性。 粘土的可塑性通常用塑性指数和塑性指标来表示．塑性指数是以形成可塑 状态时的水分上限和下限之差来衡量可塑性强弱的间接指数值。 结合性：是粘土对非塑性材料的粘结能力，即使成型后的坯体能保持其形状和 具有一定的机械强度能力。一般而言，粘土的分散性越高，比表面积越大，其 结合性也越强。但还取决于粘土矿物的种类、组成、特性和颗粒组成。
第三章
硅酸铝及刚玉质耐火材料Leabharlann 硅酸铝耐火纤维毡第三章
硅酸铝及刚玉质耐火材料
刚玉质耐火制品
第三章
硅酸铝及刚玉质耐火材料
1 硅酸铝质耐火材料生产的理论基础
2 3 4 5 粘土质耐火材料
半硅质耐火材料
硅质
一硅质耐火材料矿物组成（重量%）鳞石英20～80% 30～70%方石英20～80%10～65%残余石3～15% 玻璃相4～15%4. 硅砖的显微结构分析鳞石英：存在于基质中。
非均质性，呈矛头状双晶，交织成密集的网状或者在大颗粒边缘，形成反应环，分布较均匀。
方石英：石英很容易转化为方石英，方石英为均质性，全消光，单偏光下，淡黄色，裂纹多而密，呈网状结构，希望分布均匀些。
残余石英：（分布不均匀）未能转化的石英，干涉色高，一级黄白或灰白，裂纹粗而少，玻璃相：为均质性，淡黄色，不规则状，其他杂质的硅酸盐熔融后，急冷或结晶成细小的晶体，⑴. 烧成良好的砖的特点①.鳞石英呈矛头状双晶，互相穿插，形成网络状，均匀分布；②.方石英少，鳞石英量多，且无残余石英（尽量少）；③.鳞石英周围由矿化剂和杂质等作用形成玻璃相及次要矿物；④.无裂隙，气孔率低。
⑵.烧成差的硅砖①.石英转化不完全，具有较大的残余石英颗粒，呈孤岛状分布，有宽大的裂纹；②.只在裂纹边缘方石英化；③.鳞石英很少，外形模糊，彼此独立存在。
这种砖一般在烧成后，由于转化不均匀，则体积变化不均匀，易裂纹产生。
⑶.使用后分为四个带：第一层方石英带:由于这一带颜色发灰又叫灰色带，以方石英为主，并呈蜂窝状，无残余石英，因为这一层温度最高，易生成方石英。
第二层为反应带：由于这一层颜色发黑，又叫黑色带，以粗大的矛头状鳞石英为主，部分为方石英及其它矿物，因为这一层与工作面接触较近，侵入杂质多（矿化作用），形成鳞石英。
第三层为过渡带：由于这一带颜色为棕色，又叫棕色带，鳞石英的再结晶作用不如第二层明显，鳞石英与方石英共存，其它矿物与原砖相比鳞石英多些，方石英也多些，一般无残余石英。
第四层为未变带：这一带既是原砖层，其显微结构无明显变化，原砖中的鳞石英和方石英为主，少量残余石英及其它矿物。
二普通镁砖它的矿物组成CaO/SiO2比主要矿物相＞2M，C2S，C4AF，MF，当F/A＜1 C3AF/A＞1 C2F=2M，C2S，MF，MA2～1.5M，C2S，C3MS2，MF，MA=1.5 M，C3MS2，MF，MA1.5～1M，CMS，C3MS2，MF，MA=1M，CMS，MF，MA＜1M，CMS，M2S，MF，MA3.镁砖的显微结构分析方镁石（M）：主晶相，浑圆状，多边形粒状颗粒，无色或淡黄色，均质性；硅酸二钙（C2S正光性），粒状，镁橄榄石（M2S正光性），干涉色较高，钙镁橄榄石（CMS负光性），干涉色较低；镁铝尖晶石（MA）：存在于基质中，均质性，无色，干涉色高级白，凸起较高；铁酸镁（MF）：存在于方镁石颗粒中间，由于MgO与Fe2O3的固溶与脱溶从方镁石晶粒中析出，呈树枝状；烧成较好的镁砖有如下特征：①方镁石颗粒大小均匀（粒状，浑圆状，长柱状，镶嵌结构）；②晶体轮廓清楚（杂质少，基质少）；③解理发育良好（一般一组或二组）；④孔隙很少（致密）；⑤MgO之间胶结结构少，且分布均匀（硅酸盐少，杂质少）。
耐火材料,硅砖
•
高密度高导热硅砖பைடு நூலகம்
•
供应碳素炉用硅砖
•
焦炉用硅
•
热风炉用硅砖
• 轻质硅砖
焦炉用硅砖
小结
• • • • 硅质耐火材料及硅砖的分类 二氧化硅的同素异晶转变 硅砖的性能 硅砖的用途
玻璃窑硅砖
• 三、耐火度 • 1710一1730℃。随着SiO2含量、晶型、杂质种类及数 量的不同而略有变化。SiO2含量愈高耐火度愈高，杂质含 量愈多则耐火度愈低。
• 四、荷重软化温度 • 一般为1640一1680℃以上，与其耐火度接近。影响因 素主要是砖中杂质种类、数量和晶型与密实状况等。 • 硅砖的苛重软化温度所以高，是因为硅砖中的鳞石英、方 石英和石英之间形成一个紧密的结晶网骨架，杂质形成的 玻璃体（硅酸盐）充填在骨架之间，温度升高后，虽有液 相出现，但砖的形状和苛重由骨架保持和承受，故受压并 不变形，直到温度达到骨架的熔化温度为止。 • 五、高温体积稳定性 • 高温体积稳定性差， 热膨胀+晶型转变导致的体积膨胀 。烘烤炉子时，低温下升温应缓慢。
硅砖的用途
• 以鳞石英为主晶相的硅砖用于砌筑焦炉、玻璃熔 窑、酸性炼钢炉以及其他热工设备。用硅砖砌筑 焦炉炭化室隔墙，在高温下具有良好的稳固性和 气密性，使用寿命可达10-15年。
• 也可用在电炉炉顶上。 • 使用硅砖时应注意： • 1、硅砖在200~300 ℃和573 ℃时由于高低晶型 转变，体积骤然膨胀，故在烘炉时在600 ℃以下 升温不宜太快，否则有破裂的危险，冷却至600 ℃以下时应避免剧烈的温度变化。 • 2、尽量避免和碱性露珠接触。
• 硅砖
石英制品
原料的产地
石英岩 脉石英
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耐火材料的定义与分类
耐火材料的定义与分类目录一、说明 (2)二、耐火材料的定义与分类 (3)三、全球经济发展对耐火材料需求的影响 (5)四、不同领域对耐火材料的需求变化 (7)五、耐火材料行业的发展历程 (9)六、耐火材料行业的现状 (11)七、总结 (13)一、说明全球经济发展对耐火材料需求的影响是全方位的，包括全球制造业的扩张、基础设施建设的推动以及全球经济一体化进程等。
随着全球经济的持续发展，耐火材料市场需求将持续增长。
有色金属和陶瓷行业是耐火材料的另一重要应用领域。
随着全球汽车、建筑等产业的快速发展，有色金属和陶瓷材料的需求不断增加，进而带动耐火材料市场的增长。
全球经济一体化进程加速了各国间的经济交流与合作，也为耐火材料市场的国际交流提供了良好的平台。
随着国际贸易的不断发展，耐火材料的进出口贸易也呈现出稳步增长的趋势。
国际间的技术交流和合作也促进了耐火材料的技术创新和品质提升，进一步扩大了耐火材料的市场需求。
有色金属冶炼过程中同样需要大量的耐火材料。
尤其是铝、镁等轻金属冶炼过程中，由于高温环境的存在，对耐火材料的耐高温性能、抗腐蚀性等方面要求极高。
随着有色金属工业的快速发展，这一领域对耐火材料的需求也在增长。
有色金属冶炼行业所需的耐火材料主要包括耐火砖、耐火水泥以及各种耐火涂料等。
在一带一路倡议的推动下，中国耐火材料企业正积极拓展国际市场。
通过与国外企业的合作和交流，中国耐火材料行业将不断吸收国外先进技术和管理经验，提高自身竞争力。
随着中国品牌的国际影响力不断提升，中国耐火材料将在全球市场上占据更重要的地位。
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本文内容仅供参考，不构成相关领域的建议和依据。
二、耐火材料的定义与分类耐火材料是指能够在高温环境下保持其物理和化学性质稳定的材料。
这些材料广泛应用于冶金、化工、建材等行业的各种高温设备中，是高温技术领域中不可或缺的重要材料。
硅质耐火材料
硅质耐火材料
硅质耐火材料是一种具有耐高温、耐腐蚀性能的重要材料，广泛应用于冶金、建材、化工等领域。
它具有优异的耐火、耐热、耐磨、抗侵蚀等特点，能够有效地保护工业设备，延长使用寿命，提高生产效率。
首先，硅质耐火材料主要由硅石、石英砂等原料制成，经过高温煅烧而成。
它具有高纯度、高密度、低温膨胀系数等特点，能够在高温环境下保持稳定的物理和化学性能。
因此，硅质耐火材料被广泛应用于炉窑、热风炉、玻璃窑等工业设备的内衬和砌筑，起到了重要的保护作用。
其次，硅质耐火材料具有良好的耐腐蚀性能，能够抵抗酸、碱、盐等腐蚀介质的侵蚀。
在化工、冶金等行业，硅质耐火材料被广泛用于炉膛、转炉、电炉等设备的内衬和砌筑，能够有效地抵抗腐蚀介质的侵蚀，保护设备不受损坏，保证生产的持续进行。
此外，硅质耐火材料还具有良好的耐磨性能，能够抵抗物料的冲击和磨损。
在冶金、建材等行业，硅质耐火材料被广泛用于煅烧炉、磨煤机、磨矿机等设备的内衬和砌筑，能够有效地延长设备的使用寿命，减少维护成本，提高生产效率。
总的来说，硅质耐火材料是一种重要的工业材料，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨等优异性能，能够有效地保护工业设备，延长使用寿命，提高生产效率。
随着工业技术的不断发展，硅质耐火材料的应用范围将会进一步扩大，为工业生产提供更加可靠的保障。
硅质耐火材料生产工艺流程
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硅质耐火材料PPT课件
§4-1 硅砖的组成、显微结构与性质
一、硅砖的组成、结构及其与制品性质关系
硅砖的组成：根据使用要求的不同，或者所用原料及生 产工艺的不同，硅砖的化学矿物组成范围如下：
SiO2 93~98
鳞石英 3~70
化学组成（%）
Al2O3
Fe2O3
CaO
0.5~2.5 0.3~2.5 0.2~2.7
变体名称 β-石英 α-石英 γ-鳞石英
β-鳞石英 α-鳞石英 β-方石英
α-方石英 石英玻璃
稳定温度，℃ 晶系 结晶习性
常温下真比重
＜573 573~870
三方 六方
柱状
2.651 2.533
常温~117 117~163
斜方 六方
矛头状双晶 2.27~2.35（天然） 2.262~2.285（人工）
以铁鳞做矿化剂时，要求FeO+Fe2O3＞90%，＜0.088mm 的 颗粒≥80%，＞0.5mm 的颗粒≤1%～2%。
矿化剂的加入量
矿化剂的总加入量通常不 应超过3%～4%，否则会 强烈降低系统的耐火度。 一般的矿化剂配合加入情 况如表所示。
原料种类 硅砖品种 FeO+Fe2O3 /%
结晶硅石1 焦炉砖
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二、硅砖生产中矿化剂的作用及影响其效能的因素
（三）影响矿化剂效能的因素
——主要包括矿化剂的种类（性质），以及因其而形成的液相的性质。
1. 矿化剂的种类 (化学性质) 矿化剂与石英作用 形成液相的温度越低，则矿化剂的作用越强， 越有利于亚稳方石英向鳞石英转化。
●显然，碱金属氧化物的矿
（四）硅砖生产中矿化剂的选择
● 矿化剂选择的总原则是——既要考虑其矿化作用的强弱，形 成液相温度要低（＜ 1470℃，鳞石英的最高稳定温度）；还需 考虑原料的配料，以及矿化剂对制品性能的综合影响。
硅质矿物原料
耐火矿物原料概述
耐火材料是指耐火度不低于1580℃的无机非金属 材料。其功能是抵抗高温及由高温产生或衍生的磨蚀、 冲击、化学侵蚀等破坏力，主要用于冶金、建筑材料、 化工等领域。
耐火材料在早期大多以粘土、硅石、三石、菱镁矿 、白云石等为原料制成。目前，大量人工合成原料成为 应用的主体。
下面将以耐火材料的基本化学组成为分类，分别介 绍不同类别耐火材料所需的天然矿物原料和人工合成原 料。
4、主要性能：
1）属于酸性耐火材料，对酸性炉渣侵蚀抵抗能力强；
2）其荷重软化点高(1640-1680C)。鳞石英 (1670C)、方石英(1713C)
3）炉衬有良好的气密性。在使用过程中，加热到 1450C时约有1.5%-2.2%的总体积膨胀，此种残余 膨胀会使砖缝密合。
4）热震稳定性低，使其应用范围受到了限制。熔融石 英例外。
2）隐晶质异种：
玉髓（石髓）：呈钟乳状、肾状、葡萄状、 皮壳状等外貌，具蜡状光泽半透明的纤维状异 种，常呈乳白、黄、褐、深蓝等色，尚有红褐 色(光玉髓)、苹果绿（绿玉髓）、绿色中夹有红 色碧玉小斑点(血玉髓，血滴石，鸡血石)。
玛瑙： 不同颜色的玉髓条带或 同心环状相间分布。 有缠丝玛瑙、 苔纹玛瑙、缟玛瑙、 截子玛瑙等。
4、硅砂和硅石类型 硅砂：
1）根据产区不同，习惯上将天然砂分作内陆砂 和海滨砂；
一般来说，海滨砂优于内陆砂质量。 2）按颜色不同，天然砂又有黄色砂和白色砂；
硅石：
1）按岩石类型或形成原因分：
脉石英、石英岩、石英砂岩、燧石岩
类型 脉石英 石英岩
石英砂 岩
燧石岩
石英砂
成因
特征
用途
由地下岩浆分泌出来的氧化 硅热液充填在岩石裂缝中形 成
硅石耐火材料
• 虽然硅砖的耐火度不很高，但荷重软化温度较 高，高温结构强度大，而且在 600℃以上长期 使用稳定性好，能抵抗酸性炉渣的侵蚀。
• 用硅砖砌筑的炉窑在加热烘烤过程中，应缓慢 升温，以免困膨胀过激而使砌体破坏。
3.2 硅砖的生产工艺
• 3.2.1硅砖生产的工艺流程：硅砖与其他耐火砖的生产 工艺不同之处在于：原料不经煅烧，直接配用破粉碎 和筛分后的硅石颗粒料和细粉；需加一定的矿化剂， 其中石灰乳既是矿化剂又起结合作用。然后成型、干 燥和烧成。
•
• 经过高温烧成后，硅砖的性能主要与SiO2的晶型有关。 各种晶型的熔点不同：石英的熔点最低，为1600℃；方 石英的熔点最高为1723℃，鳞石英为1670 ℃。
• 因此，方石英的含量高，有利于提高硅砖的耐火度；而 鳞石英含量高，则因其具有矛头双晶。在砖中相互交错 形成网络状结构，有利于提高制品的荷重软化温度。 • 由于残余石英在高温下可继续向方石英或鳞石英转变， 并伴有较大的体积膨胀，故其含量愈少愈好。
吉林
本溪 包头
胶结硅石
砂岩 玉髓 燧石岩
武汉 山西
石英岩
• 石英岩是由石英砂岩或硅质岩，经区域变质作用而形 成的。此时石英砂岩的石英颗粒和硅质胶结合物结合 为一体，因此强度很大，抗压强度可达 294MPa。石 英岩的主要矿物成分是石英，含量大于 85%，粒度也 较大，一般大颗粒为 0.2～0.5毫米，小颗粒为0.01 ～0.08毫米，含少量的长石、绢云母、白云母、角闪 石及绿泥石等。纯粹的石英岩颜色浅白，含铁的氧化 物呈红色；石英岩的SiO2含量在98%以上，有一定杂 质成分，主要是Al2O3，R2O。石英粒度也较大，在加 热时，SiO2多晶较容易转变，尤以具有锯齿形结构的 细粒结晶硅石表现出较好的工艺性能。以此为原料制 砖时温度容易控制，膨胀量小，不易松散，有利于制 得优质制品。
耐火材料(4)氧化硅质耐火材料
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: 颗粒大易压碎、转变时体积膨胀大而开裂. 临界粒度:（颗粒大易压碎、转变时体积膨胀大而开裂. 临界粒度要小,一般为2~3mm） mm） 临界粒度要小,一般为 mm
< 0.088mm% 粒度系数 = 3 − 1mm%
临界颗粒为3mm,粒度系数=0.75-1.00时砖体的气孔率、 临界颗粒为3mm,粒度系数=0.75-1.00时砖体的气孔率、 3mm,粒度系数=0.75 时砖体的气孔率 密度和外观质量最好！ 密度和外观质量最好！ 细粉数量（转变时体积膨胀小、 细粉数量（转变时体积膨胀小、与矿化剂作用及烧结性 增强） 增强）
8
◆ 成型 砖坯体积密度2.2-2.3g/cm3 ； 砖坯体积密度 砖模尺寸应缩小（缩尺）； 砖模尺寸应缩小（缩尺）； 为了保证致密砖体，成型压力应不低于100~150MPa。 为了保证致密砖体，成型压力应不低于 。 ◆ 烧成 废品率高 —— SiO2晶型转变，体积变化 晶型转变， —— 液相量较少（~10%） 液相量较少（ ）
第一节 二氧化硅的同素异晶转变
二氧化硅在加热过程中，在不同的温度下以不同的晶型存在，在 一定条件下相互转变，并伴随有体积变化。 •迟钝型转变 迟钝型转变 •不可逆 不可逆 •快速型转变 快速型转变 •可逆 可逆
第一节 二氧化硅的同素异晶转变
•迟钝型转变 迟钝型转变 •不可逆 不可逆 •晶型变化，消耗能量大，转变温度高，转变速度慢 晶型变化，消耗能量大，转变温度高， 晶型变化 •快速型转变 快速型转变 •可逆 可逆 •晶型不变化，消耗能量小，转变温度低，转变速度 晶型不变化，消耗能量小，转变温度低， 晶型不变化 快
11
及烧成窑的特性等因素有关。 及烧成窑的特性等因素有关。
硅砖生产的物理化学原理
砖生产的物理化学原理硅砖属于硅质耐火材料范畴，硅质耐火材料是以二氧化硅为主要成分的耐火材料，包括硅砖、特种硅砖、石英玻璃及其制品。
氧化硅质耐火材料突出特性是硅质制品属于酸性耐火材料，对酸性炉渣抵抗能力强，但受碱性渣强烈侵蚀，易被含AI2O3、K2O、Na2O等氧化物作用而破坏，对CaO、FeO、Fe2O3等氧化物有良好的抵抗性，其中典型的产品硅砖具有荷重变形温度高，波动在1640℃~1680℃之间,接近鳞石英,方石英熔点(1670℃、1713℃)，残余膨胀保证了砌筑体有良好的气密性和结构强度。
最大的缺点是热震稳定性低，其次是耐火度不高。
硅质耐火材料主要原料有硅石，硅石原料有绞结硅石（胶结石英岩）和结晶硅石（结晶石英岩），此外还有脉石英；生产过程中废硅砖可作为原料使用，减少砖坯烧成膨胀，从而降低烧成废品；石灰是以石灰乳的形式加入坯料中；矿化剂主要有轧钢皮（铁鳞），平炉渣，硫酸渣，软锰矿等。
SiO2的同质多晶转变据资料报道，SiO2系中有11种主要变体，总共变体有22种，加上方英石为23种，其中包括9种鳞石英,5种非晶质变体。
但研究得最多的有七个结晶变体和一个非晶型变体，即β-石英、α-石英；γ-鳞石英、α-鳞石英、β-鳞石英；方石英、α-石英和石英玻璃（非晶型）。
上述晶型变体又可分为两类：第一类变体是石英、鳞石英和方石英。
它们在结构上和物理性质上极不相同，相互间的转化很慢；第二类变体是上述变体的亚种α、β、γ型。
它们在结构和性质方面很相似，相互间的转变很快。
在理论上它们之间的相互转变关系如图所示。
石英变体的理论转变关系图中水平方向的相互转变为慢速转变，这种转变一般是从晶体的表面边缘开始，极其缓慢地进展到晶体中心。
垂直方向的转变为快速转变。
这种转变在转变温度下会骤然发生，且是整个晶体骤然转变。
各种变体的基本性质如表所示。
上述慢速转化的温度界限只是在加热时间很长，原料粉碎很细，有强矿化剂存在的条件下，才是正确的。
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一般为1620~1670℃，与其耐火度接近。影响因素主
要是砖中杂质种类、数量和晶型与密实状况等。
◆
高温体积稳定性
热膨胀+晶型转变导致的体积膨胀。
◆ 耐热震性
在850℃下水冷仅为1~2次。其原因在于温度剧烈变化 时，硅砖内部的结晶发生快速型转变，体积突然膨胀或收 缩，产生较大的内应力所致。 当使用温度在600℃以上波动时，由于结晶不发生快速型 转变，耐热震性较好。
英的含量和降低气孔率而取得的。 选择特殊硅石原料和可转化成SiO2的添加物，严
格调整烧成制度，在控制气氛条件下烧砖，对于开
发高密度高导热率硅砖是可能的。
思考题
1、什么是硅质耐火材料？包括哪些制品？这类耐 火材料有哪些特点？
烧成制度
600℃以下，可用较快而均匀地升温速度烧成。
700℃以上至1100～1200℃温度范围内，因砖坯体积变化 不大，强度逐渐提高，不会产生过大应力，只要保证砖坯加 热均匀，可尽快升温。 1100～1200℃至烧成终了温度的高温阶段，硅砖的密度 显著降低，晶体转变及体积变化集中地发生在这一阶段。它 是决定砖坯出现裂纹与否的关键阶段。这个阶段升温速度应 逐渐降低，并能缓慢均匀升温。 硅砖烧成后的冷却，高温下(600～800℃以上)可以快冷； 低温时因有方石英和鳞石英的快速晶型转变，产生体积收缩， 故应缓慢冷却。
150℃以下从砖坯中排出残余水分； 450℃时，Ca(OH)2开始分解； 450～500℃时Ca(OH)2脱水完毕，硅石颗粒与石灰的结 合破坏，坯体强度大为降低。 550～650℃范围内，-石英转变为α-石英，由于转变过 程中伴有0.82％的体积膨胀，故石英晶体将出现密度不等 的显微裂纹。
600～700℃间，CaO与SiO2的固相反应开始，砖坯强度 有所增加， 2CaO+SiO2→-2CaO· 2 SiO 2CaO· 2+SiO2→2(CaO·SiO2) SiO 1000～1100℃有固熔体状α-CaO· 2与FeO· 2生成。 SiO SiO
具有矛头状双晶相互交错的网络状结构。因而使砖
具有较高的荷重软化点及机械强度。 一般希望烧成后硅砖中含大量磷石英，方石英 次之，而残余石英愈少愈好。 在硅砖生产中石英的转变程度用密度衡量，硅 砖的密度一般应小于2.38g／cm3，优质硅砖的密度 在2.32～2.36g／cm3之间。
矛头状鳞石英
矛头状、片状磷石英
四、硅砖生产的物理化学原理
（1）SiO2的同质多晶转变
-石英
870℃ ±16%
-磷石英
163℃
1470℃ ±4.7%
-方石英
1713℃
熔融态石英
573℃ ±0.82%
±0.2%
180~270℃ ±2.8%
-石英
-磷石英
117℃ ±0.2%
-方石英
急冷
-磷石英中磷石英
②荷重变形温度高，波动在1640~1680℃间，接近磷 石英、方石英的熔点(1670℃、1713℃)；
③热震稳定性低，其次是耐火度不高，这限制了其 广泛应用。
三、应用
玻璃熔窑
隧道窑
应用于：
焦炉、热风炉、玻璃熔窑、隧道窑的拱顶各种 窑炉的架子砖等。 用硅砖砌筑焦炉炭化室隔墙，在高温下具有良好的 稳固性和气密性，使用寿命可达10~15年。
（3）烧成
硅砖在烧成过程中发生相变，并有较大的体积变化， 加上砖坯在烧成温度下形成的熔液量较少(约10 ％左右)， 使其烧成较其它耐火材料困难得多。 硅砖的烧成制度与砖坯在烧成过程中所发生的一系列 物理化学变化，加入物的数量和性质，坯体的形状大小以 及烧成窑的特性等因素有关。
硅砖在烧成过程中的物理化学变化
针状磷石英
管柱状磷石英
五、硅砖的生产与性能
1.组成
◆
化学成分
SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 CaO R2O
◆ 矿物组成 磷石英 方石英 石英玻璃相
2. 性质
◆
耐火度 1600~1730℃。随着SiO2含量、晶型、杂质种类及数
量的不同而略有变化。SiO2含量愈高耐火度愈高，杂质 含量愈多则耐火度愈低。
从l100℃开始，石英的转变速度大大增加，砖坯的密 度也显著下降，此时砖坯体积由于石英转变为低密度变体 而大为增加。
1300～1350℃时，由于鳞石英和方石英数量增加，砖 坯的密度降低得很多。此时液相粘度仍较大，对内应力的 抵抗性还弱，生成裂纹的可能性存在。 当加热到1350～1430℃时，石英的转变程度和由此产 生的砖体膨胀大大增强，在这一温度范围内，加热得愈缓 慢，石英溶于液相再结晶生成的磷石英量愈多，方石英生 成量愈少，砖体生成裂纹的可能性也愈小。
◆ 抗渣性
对酸性及弱酸性炉渣和含腐蚀性炉气的侵蚀有很强的 抵抗能力。对含CaO和FeO有一定的抵抗能力。
3.生产工艺流程
• 硅石→破碎→粉碎→筛分 • 矿化剂→
烧成
工艺特点： •使用前原料必须拣选、冲洗。
配料
混合
干燥
成型
•原料中加入废硅砖以减少烧成膨胀。
•原料不经煅烧，直接配用破碎和筛分后的硅石颗粒料和细粉。
（2）成型
硅砖成型的特点表现在硅砖坯料成型特性和硅砖 砖型形状复杂与质量差别大等方面。
硅质坯料是质硬、结合性和可塑性低的瘠性料，因 此它受压而致密的能力低。硅质坯料的成型性能受其颗 粒组成、水分和加入物的影响。调整这些因素可以改善 坯料的成型性能。
对任何组成的坯料，增加成型压力都会提高硅砖密 度。为了保证制得致密砖坯，成型压力应不低于100～ 150MPa。
•需加矿化剂(3%~4%)
• 矿化剂的作用（催化剂/缓冲热应力）： – 烧成时加速石英转化为磷石英和方石英； – 同时仍保持其耐火度并防止松散和开裂。 – 使泥料具有结合性和可塑性；
常用矿化剂：
CaO、FeO 、MnO
4.物理化学反应
• SiO2和CaO作用生成偏硅酸钙； • 石英直接转化为磷石英和方石英，砖坯发生体积 膨胀； • 硅砖的机械强度发生变化。 • 杂质（CaO、FeO、Al2O3等与SiO2作用生成液相 →润湿石英颗粒表面→ 使石英颗粒胶结）
五、高导热性硅砖
提高硅砖的热导率，对缩短结焦时间，提高生 产率有一定的经济效果。因此，制造高密度高导热 性硅砖引起了人们的重视。
硅砖的相组成是晶相(磷石英、方石英和石英)， 玻璃相及气孔。其中玻璃相和气孔是降低硅砖导
热率的主要因素。影响最大的是气孔，其次是玻璃 相。
目前提高硅砖热导率的途径主要是靠增加磷石
耐火材料分类
第七章 耐火材料
第三节 硅质耐火材料
一、定义
以SiO2为主要成分（93-98%）的耐火制品，包括硅 砖、不定形耐火材料以及石英玻璃制品。 矿物组成：主晶相为磷石英和方石英，基质为石英玻
璃相。
二、特点
①对酸性炉渣抵抗力强，但受碱性渣强烈侵蚀，对 CaO、FeO、Fe 2O3等氧化物有良好的抵抗性；
减少在石英产生各种变化作用时出现的应力； 结合结晶颗粒和填满生成的裂纹； 熔解部分石英。
5. 硅砖生产工艺要点
（1）颗粒组成的选择
硅质坯体加热时的松散和烧结能力取决于颗粒组成 中粗细两种粒度的性质和数量。 采用细颗粒组成的砖坯时，在烧成时有利于减少膨 胀，减少砖体的裂纹和体积变化，提高成品率，还可提 高制品中磷石英的含量，但泥料颗粒过细，也将导致硅 砖气孔率的提高。 一般硅砖的临界粒度以2～3mm为宜。