硅石耐火材料
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。
第2章 硅石耐火材料
真密度，g/cm3 2.65 2.53 2.37～2.35 2.24 2.23 2.31～2.32 2.23 2.20
稳定温度范围，℃ ＞573 573～870 ＜117 117～163 870～1470 ＜180～270 1470～1723 ＜1713(急冷)
问题三：SiO2 各变体间的 转变可分为哪两类，各包 括什么内容？
鳞石英矛头双晶显 微结构照片
其次，不同的氧化硅晶型在加热冷却过程中产生的膨胀也 不同。 图中给出三种不同SiO2晶型在加 热过程中的膨胀。由图可见，当 温度高于600℃时，鳞石英的膨 胀率最小，当温度低于600℃时 ，石英的膨胀率最小。 因此，从膨胀率来看，鳞石英的 含量高有利于提高制品的抗热震 性与体积稳定性。
3
硅砖生产的工艺要点
1
硅砖的组成、显微结构与性质
1.1 硅砖的组成结构及对性质的影响
硅砖的矿物组成主要是鳞石英、方石英、少量的残余石英与玻璃相。
硅砖的化学及矿物组成大致如下：
化学成分（%） ：
SiO2 93-98 Al2O3 0.5-2.5 Fe2O3 0.3-2.5 CaO 0.2-2.7 R2O 1-1.5
还可以在硅砖中引入一些含硅的化合物，如Si、SiC、Si3N4 等来降低其气孔率，提高其导热系数。
3
硅砖的生产工艺要点
3.1 原料
硅石的分类
分类 结晶硅石 岩石分类 脉石英 石英岩 变质石英岩 石英砂 砂岩 玉髓 燧石岩 显微结构和特征 晶粒很大，纯净，转变困难 晶粒较小，纯净，中速转变 晶粒受地壳压力而发生扭曲，易转变 晶粒较大，纯度不定 以胶结石英为基质的砂岩 由玉髓组成 以玉髓为基质 国内原料示例 吉林 本溪 包头
矿化剂与氧化硅所形成的熔液中O:Si比值愈小，矿化作用愈 好。
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。
耐火材料浇注料配方
耐火浇注料是一种不定型耐火材料，其种类众多，配方也是不一样的。
那具体都是什么呢？
1、耐酸浇注料配方
用于配置耐酸耐火浇注料的骨料主要有硅石、铸石、蜡石、安山岩、辉绿岩等。
几种成用的原材料的耐酸度(重里法则，%)为:铸石98%，硅石大于97%，粘土熟料92%~97%，蜡石92~96%，安山岩大于94%。
选用何种原材料根据使用条件而定。
但采用硅石时必须注意石英在加热时有多晶转变，在转变过程中会产生体积变化(膨胀)，因此较好采用废硅砖料取代部分硅石原料作集料，配置此浇注料的粉料主要采用硅石粉'铸石粉、瓷器粉、高硅质粘土熟料粉等，其中铸石粉是采用较多的耐酸粉料。
2、刚玉浇注料配方
以电熔刚玉为主要原料，配以多种超细分和高效添加剂复合而成。
主要特点是强度高、体积稳定性好、抗侵蚀性能优异，不受H2、CO等还原性气体的影响等特性。
质产品采用AI203含量大于90%，以刚玉为主晶相的耐火制品并配
入适量的分散剂、促凝剂、不锈钢纤维、按严格的配方复合而成。
3、超低水泥浇注料配方
采用85%的特级矾土熟料、W(Al2O3)≥70%的二级矾土熟料、焦宝石、蓝晶石、W(SiO2)≥96%的SiO2微粉、W(Si)=98.2%的Si粉，结合剂为Secar71纯铝酸钙水泥与水合氧化铝的复合。
如有不清楚的，可咨询巩义市恩众耐材科技有限公司。
高炉硅石的用途
高炉硅石的用途
高炉硅石是一种由硅、铝、氧、磷等元素组成的复合矿物，它是高炉冶炼的主要原料，具有优异的耐热性。
高炉硅石的主要用途是橡型铸性的钢铁的产生。
它是高炉的物质能源，高温下硅石可以作为熔铁的渗透剂，对于钢铁的成分影响十分重要。
硅石能够帮助熔铁进行相分离，将不锈钢中的铁离子以特定的半径形式渗透到熔铁中，并将其他不需要的无定形元素（如碳）以沉淀形式从钢铁中移除。
此外，高炉硅石还可以用于炼钢的净火。
添加硅石后，可以温和地将低品位的铁精炼成高品位的钢铁，使其含碳量下降，从而增强了材料的强度和耐磨性。
总之，高炉硅石是高炉冶炼的必备原料，可以帮助熔铁进行分离、清洁炼钢和提高材料的强度及耐磨性。
碳化硅是什么材料
碳化硅（又名：碳硅石、金钢砂或耐火砂），化学简式：SiC，是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成的一种耐火材料。
碳化硅在大自然也存在于罕见的矿物，莫桑石中。
在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种。
我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。
碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基该品种，都属α-SiC。
①黑碳化硅含SiC约95%，其韧性高于绿碳化硅，大多用于加工抗张强度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。
②绿碳化硅含SiC约97%以上，自锐性好，大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速钢刀具。
此外还有立方碳化硅，它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体，用以制作的磨具适于轴承的超精加工，可使表面粗糙度从Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。
化学特性及用途：
碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的高级耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高，节能效果好。
低品级碳化硅（含SiC约85%）是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质
量。
此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。
碳化硅的硬度很大,莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石（10级），具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。
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）
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◆ 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。
耐火材料工艺学第四章硅质耐火材料
CaO-FeO-SiO2 系
∵CaO-SiO2 、 FeO-SiO2 都 有二液区，由两个含二 液区的二元系统构成的 三元系统，仍然保持着 二液区。
∴ CaO- FeO可作为矿化剂； 硅砖可以同时吸收不同 比例的CaO和FeO。
Al2O3-SiO2系
∵加入6% Al2O3，液化 温度由1723℃ 降到 3Al2O3·2SiO2-SiO2共晶 点1595℃ ，并且无二 液区。
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；
②荷重变形温度高，波动在1640~1680℃间， 接近鳞石英，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 制了广泛应用。
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。
为什么在硅砖的生产过程中，β-石英 转化成鳞石英的量越多越好？
然界中，各种硅石所含的石英一般均为 β-石英， 至于鳞石英、方石英则很少。 ①方石英的熔点1723℃、鳞石英是1670℃、而石
英是1600℃，但石英具有较高的体积稳定性； ②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 的骨架；因而使砖具有较高的荷重软化点及机械 强度；
3、矿化剂的选择原则
①与SiO2作用,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;
②能够形成足够的液相,液相应具有低的黏度及 大的润湿石英的能力,且数量随温度的改变不 大;
③在制砖过程中,矿化剂分布应均匀,不具水溶性; ④经济、溶液制备容易、便于生产控制。
即:
* 有二液区； ** 形成液相温度＜ 1470℃（鳞石英的最高稳定温度）
硅石的分类
.硅石的分类、性质、评价及技术标准中国耐材之窗网2006年2月24日一、硅石的分类，其它成分均为杂质。
由于 SiO硅石是硅质耐火材料的主要原料。
硅石也称石英岩，主要矿物是石英2生成条件不同，工艺要求各有侧重，所以有多种分类方法。
1.按硅石的组织结构分类耐火材料工业用的硅石可以分为结晶硅石（再结晶石英岩）和胶结硅石（胶结石英岩）。
⑴结晶硅石是由硅质砂岩（石英砂岩）经变质作用再结晶而成得变质岩。
硅质砂岩中的硅质胶结物在地质条件作用下而在原石英颗粒表面再结晶，成为石英颗粒的增大部分。
因此，其组织结构特征是：由结晶的石英颗粒所组成，石英颗粒间没有胶结物或极少（3%～8%）；由于变质过程中的再结晶作用而使石英颗粒紧密地连接在一起，并且构成了原硅质砂岩所没有的各种变晶结构，如锯齿结构、花岗岩结构和镶嵌结构等。
脉石英也属于结晶硅石，它是火成岩，特征是石英颗粒较大（＞2mm），纯度较高（SiO2＞99%），煅烧时转化迟钝，膨胀性大，直接用于制砖较为困难。
⑵胶结硅石石英颗粒被硅质胶结物结合而成的沉积岩，胶结构主要是隐晶质的二次石英，胶结物含量通常约占30%～75%。
胶结硅石中的石英颗粒结晶较小，杂质含量多，加热时易于转变。
结晶硅石与胶结硅石的特征对比如表1-1所列。
表1-1结晶硅石与胶结硅石的特征2.按转变速度分类从硅砖的制造工艺观点出发，依照硅石原料在1450°C时煅烧1小时的真比重大小，可将硅石非为极慢、慢速、中速和快速转变四种类型（表1-2）。
因鳞石英的真比重（2.242）较小，烧后真比重越小，则表明转变成鳞石英的数量也多。
表1-2硅石的转变速度分类3.按硅石的致密程度分类可以分为极致密、致密、比较多孔和多孔四种（表1-3）。
硅石原料应具有较大的致密性，前两种硅石是优质的耐火材料，第三种可以与前两种配合使用，或单独用于制造一般用途的硅砖。
第四种不适合制砖。
表1-3硅石的致密程度分类..4.按剧烈膨胀温度分类硅石受热时，由于石英的多晶转变，其比重减小、体积膨胀，加热至某一温度时开始产生剧烈的膨胀。
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。
硅线石火泥的理化指标
硅线石（Sillimanite）是一种矿物，化学式为Al2SiO5，它是一种高硬度、高熔点的矿物，通常在高温和高压的地质条件下形成。
硅线石火泥，也称为硅线石耐火泥，是一种以硅线石为主要原料制成的耐火材料。
这种材料因其优异的高温性能而被广泛应用于炉墙、炉顶、高温炉衬等工业领域。
硅线石火泥的理化指标通常包括以下几个方面：
1. 化学成分：硅线石火泥的主要成分是硅线石，此外还可能含有少量的其他矿物和添加剂，如莫来石、刚玉、高铝水泥等。
2. 密度：硅线石火泥的密度取决于其成分和制造工艺。
一般来说，密度范围在 1.5-
2.0g/cm³之间。
3. 耐火度：硅线石火泥的耐火度很高，通常在1700℃以上，这使得它能够在高温环境中保持稳定。
4. 热导率：硅线石火泥的热导率较低，具有良好的隔热性能，能够有效减少热量的传递。
5. 抗渣性：硅线石火泥对炉渣有很好的抗侵蚀能力，能够在高温下保持结构的稳定性。
6. 抗压强度：硅线石火泥在高温下的抗压强度较高，能够承受炉内高温和机械应力。
7. 抗热震性：硅线石火泥具有较好的抗热震性能，能够在温度变化较大的环境中不易破裂。
8. 水分含量：硅线石火泥的水分含量对其性能有重要影响，通常要求在一定的控制范围内。
具体的理化指标可能会根据制造商和应用场景的不同而有所差异。
在选择和使用硅线石火泥时，需要根据实际的工作条件和要求来确定合适的材料规格。
耐火材料原料
耐火材料原料耐火材料是指在高温环境下具有较高耐火性能的材料。
它能在高温下保持良好的物理和化学性能，不受热胀、热膨胀和热冷循环的影响，起到保护和隔热作用。
耐火材料广泛应用于冶金、建筑、陶瓷、化工等工业领域。
耐火材料的原料主要包括以下几种。
一、黏土：黏土是一种含有特殊结构的可塑性土壤。
它是耐火材料的主要原料之一。
黏土经过加工和烧结之后，形成矿物质固结体，具有良好的耐火性能。
黏土的主要成分是硅酸盐矿物，如膨润土、高岭土等。
它们具有良好的塑性和可塑性，能够形成坚固的矿物质晶格结构，具有良好的耐火性和隔热性能。
二、氧化铝：氧化铝是一种耐火性能非常好的材料。
它具有高熔点、高硬度和高耐火性能，能够在高温下保持较长时间的稳定性。
氧化铝主要通过铝土矿石的煅烧和冷却制得。
氧化铝能够在高温下形成稳定的陶瓷相，具有优良的耐火性能和隔热性能。
三、硅石：硅石是指富含二氧化硅的石英矿石。
它是一种常见的原料，广泛应用于耐火材料的制备。
硅石具有高熔点、高耐火性和高热稳定性，能够在高温下保持较长时间的稳定性。
它能够形成稳定的石英晶体结构，具有良好的耐火性和隔热性能。
四、铬矿石：铬矿石是指富含铬元素的矿石。
它可以作为一种重要的耐火材料原料。
铬矿石经过煅烧和冷却处理后，能够形成稳定的铬酸盐晶体结构，具有良好的耐火性和隔热性能。
铬矿石主要用于制备铬砖、铬质制品和其他耐火材料。
五、高岭土：高岭土是一种富含高岭石的黏土。
它是一种重要的原料，广泛应用于耐火材料的制备。
高岭土具有优良的塑性、可塑性和粘结性，能够形成坚固的矿物质晶格结构，具有良好的耐火性和隔热性能。
这些原料是耐火材料的主要成分，通过不同的加工工艺和烧结过程，可以制得具有不同耐火性能的各类耐火材料，如耐火砖、耐火板、耐火涂料等，广泛应用于各种高温环境下的保护和隔热作用。
硅石的性能指标
硅石的性能指标标题：硅石的性能指标解析简介：硅石是一种广泛应用于各个领域的重要材料，其性能指标对于其应用效果和市场需求具有重要影响。
本文将深入探讨硅石的性能指标，并提供对这些指标的观点和理解。
一、硅石的化学成分硅石主要由二氧化硅（SiO2）和其他杂质组成。
其化学成分对硅石的性能具有直接影响。
高纯度的硅石通常含有较高比例的二氧化硅，而杂质含量较低，这有利于提高硅石的物理和化学性能。
二、硅石的物理性能指标1. 密度：硅石的密度是指单位体积内的质量，常用单位是克/立方厘米（g/cm³）。
硅石的密度对于其在制造工艺中的应用具有重要意义。
2. 熔点：硅石的熔点是指硅石从固态转变为液态的温度。
硅石的高熔点使其在高温环境下具有很好的耐热性能。
3. 硬度：硅石的硬度是指其抵抗外力、摩擦和刮擦的能力。
硅石具有较高的硬度，因此常用于制作耐磨材料和磨料。
4. 热膨胀系数：硅石的热膨胀系数是指其单位温度变化时长度或体积的变化率。
了解硅石的热膨胀系数有助于在高温环境中预测其热稳定性和应力分布。
5. 热导率：硅石的热导率是指单位时间内热量通过单位厚度的材料的传导性能。
硅石具有较高的热导率，因此在导热领域有广泛应用。
三、硅石的化学性能指标1. 酸碱性：硅石的酸碱性是指其在酸性或碱性环境中的稳定性和活性。
硅石通常对酸和碱具有较好的抗腐蚀性能，这使其广泛应用于化工和电子行业。
2. 溶解度：硅石的溶解度是指在特定条件下硅石在溶液中的溶解程度。
硅石在水中的溶解度较低，这使其成为一种稳定的材料。
3. 硅酸盐含量：硅石中的硅酸盐含量是指硅石中二氧化硅的含量百分比。
硅酸盐含量直接影响硅石的物理性能和应用领域。
四、硅石的应用领域硅石作为一种重要的材料，广泛应用于以下领域：1. 建筑材料：硅石可以用于制造玻璃、陶瓷、水泥等建筑材料，其中玻璃工业是最大的应用领域之一。
2. 电子行业：硅石是典型的半导体材料，广泛应用于电子器件、太阳能电池等领域。
耐火砖成分及配比
耐火砖成分及配比
耐火砖是一种具有耐高温性能的建筑材料，广泛应用于各种高温设备的内部，如炉膛、窑炉、热处理炉等。
其主要成分包括氧化铝、硅石、膨润土、硼、镁等，不同的配比和生产工艺将直接影响其耐火性能和使用寿命。
氧化铝是耐火砖的主要成分之一，其含量通常在35%~50%之间。
氧化铝具有良好的耐高温性能，能够抵抗高温下的氧化、还原和腐蚀，有助于提高耐火砖的耐火性能。
硅石是另外一种常用的耐火砖成分，其含量通常在45%~65%之间。
硅石具有很强的抗震性和耐磨性，能够在高温下保持稳定的物理和化学性质，有助于提高耐火砖的耐火性能和使用寿命。
膨润土是一种具有强大吸附性能的黏土矿物，其含量通常在
5%~10%之间。
膨润土能够吸收火炉内的水分和有害气体，有助于提高耐火砖的耐腐蚀性能。
硼、镁等元素则通常被用来调整耐火砖的化学成分和物理性能，以满足不同的使用需求。
总之，耐火砖的成分和配比，是制定耐火砖的生产工艺和质量标准的重要依据，对于提高其耐火性能和使用寿命具有至关重要的作用。
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耐火材料的基本知识
耐火材料的基本知识目录一、耐火材料的定义与分类 (2)1.1 耐火材料的定义 (3)1.2 耐火材料的分类 (3)1.2.1 根据化学成分分类 (4)1.2.2 根据耐火度分类 (5)1.2.3 根据使用温度分类 (6)1.2.4 根据材质分类 (7)二、耐火材料的物理化学性质 (8)2.1 耐火材料的物理性质 (9)2.2 耐火材料的化学性质 (10)2.2.1 化学稳定性 (11)2.2.2 抗氧化性 (12)2.2.3 耐酸性 (13)三、耐火材料的应用领域 (15)3.1 建筑材料 (16)3.2 陶瓷与玻璃工业 (17)3.3 冶金工业 (18)3.4 耐火材料在环保和节能方面的应用 (20)四、耐火材料的制备与加工 (21)4.1 原料的选择与处理 (22)4.2 炼制过程 (23)4.3 成型方法 (24)4.4 后处理与检验 (26)五、耐火材料的性能评估与测试 (27)5.1 性能评估方法 (28)5.2 主要性能测试方法 (30)5.2.1 化学分析 (31)5.2.3 工艺性能测试 (33)六、耐火材料的选用与优化 (34)6.1 选用原则 (36)6.2 优化策略 (36)七、耐火材料的发展趋势与挑战 (38)7.1 发展趋势 (40)7.2 面临的挑战 (41)一、耐火材料的定义与分类耐火材料是一种在高温环境下能够保持其物理性质和化学性质稳定的材料。
它们广泛应用于冶金、陶瓷、石油化工等领域，为各种高温设备或工艺过程提供必要的结构支撑和保护。
基于其特殊的性质和应用，耐火材料在工业领域中的重要性不言而喻。
粘土质耐火材料：以粘土为主要原料，具有良好的可塑性、耐火度和化学稳定性，广泛应用于高炉、热风炉等冶金设备中。
硅质耐火材料：以硅石为原料，具有优异的耐高温性能、抗渣性和耐腐蚀性，常用于炼钢炉等高温设备的内衬材料。
高铝质耐火材料：以高铝矾土或工业氧化铝为原料，具有优良的抗侵蚀性和高温机械强度，常用于玻璃熔窑等高温设备的结构材料。
Al2O3-SiO2系耐火材料2
材料科学与工程系
焦宝石
矾 土
高岭土
材料科学与工程系
水泥回转窑
陶瓷隧道窑
玻璃熔窑
材料科学与工程系
Al2O3-SiO2二元系相平衡
材料科学与工程系
SiO2—Al2O3系组成与耐火度间的关系
材料科学与工程系
Al2O3-SiO2系耐火材料组成与性能
制品名称 硅质 半硅质 粘土 Ⅲ等高铝砖 Ⅱ等高铝砖 Ⅰ等高铝砖 刚玉砖 Al2O3含量% ≥93（SiO2） 15~30 30~46 46~60 60~75 ＞75 95~99 主要矿相 鳞石英、方石英、残余石英、玻璃相 石英变体、莫来石、玻璃体 莫来石（~50%）、石英变体、玻璃体 莫来石（60~70%）、石英变体、玻璃 体 莫来石、少量刚玉、玻璃体 莫来石、刚玉、少量玻璃体 刚玉、少量玻璃体 化学性质 酸性 半酸性 弱酸性 弱酸性 弱酸性 似中性 中性
离子半径＜0.7埃，可以占据莫来石晶格中的空位；
离子半径＞0.7埃，则使晶格膨胀 在离子半径较大的碱或碱土族化合物作用下将促使莫来 石分解。
材料科学与工程系
不同半径过渡金属在莫来石中固溶量 不同过渡金属随固溶量增加莫来石组分变化
材料科学与工程系
含V2O38.7wt.%莫来石
含Cr2O311.5wt.%莫来石
材料科学与工程系
Al2O3—SiO2—MgO系统
优质粘土砖A：Al2O3 46% 吸收2%MgO,1500℃形成 液相量 L=(A’A3S2)×100%/(a’A3S2)≈60%
材料科学与工程系
Al2O3—SiO2—CaO系统
当材料的组成点在莫来石初晶区内，形成钙斜长石 (CAS2)—莫来石—鳞石英间的共熔点1(1345℃)，其熔 液相量达10%左右。当温度升高到1500℃时，液相量 增到3l.2％。
硅石的分类
硅石的分类、性质、评价及技术标准中国耐材之窗网2006年2月24日一、硅石的分类硅石是硅质耐火材料的主要原料。
硅石也称石英岩，主要矿物是石英SiO 2，其它成分均为杂质。
由于生成条件不同，工艺要求各有侧重，所以有多种分类方法。
1. 按硅石的组织结构分类耐火材料工业用的硅石可以分为结晶硅石（再结晶石英岩）和胶结硅石（胶结石英岩）。
⑴结晶硅石是由硅质砂岩（石英砂岩）经变质作用再结晶而成得变质岩。
硅质砂岩中的硅质胶结物在地质条件作用下而在原石英颗粒表面再结晶，成为石英颗粒的增大部分。
因此，其组织结构特征是：由结晶的石英颗粒所组成，石英颗粒间没有胶结物或极少（3%～8%）；由于变质过程中的再结晶作用而使石英颗粒紧密地连接在一起，并且构成了原硅质砂岩所没有的各种变晶结构，如锯齿结构、花岗岩结构和镶嵌结构等。
脉石英也属于结晶硅石，它是火成岩，特征是石英颗粒较大（＞2mm），纯度较高（SiO2＞99%），煅烧时转化迟钝，膨胀性大，直接用于制砖较为困难。
⑵胶结硅石石英颗粒被硅质胶结物结合而成的沉积岩，胶结构主要是隐晶质的二次石英，胶结物含量通常约占30%～75%。
胶结硅石中的石英颗粒结晶较小，杂质含量多，加热时易于转变。
结晶硅石与胶结硅石的特征对比如表1-1 所列。
从硅砖的制造工艺观点出发，依照硅石原料在1450°C 时煅烧1小时的真比重大小，可将硅石非为极慢、慢速、中速和快速转变四种类型（表1-2 ）。
因鳞石英的真比重（2.242 ）较小，烧后真比重越小，则表明转变成鳞石英的数量也多。
3. 按硅石的致密程度分类可以分为极致密、致密、比较多孔和多孔四种（表1-3 ）。
硅石原料应具有较大的致密性，前两种硅石是优质的耐火材料，第三种可以与前两种配合使用，或单独用于制造一般用途的硅砖。
第四种不适合制砖。
4. 按剧烈膨胀温度分类硅石受热时，由于石英的多晶转变，其比重减小、体积膨胀，加热至某一温度时开始产生剧烈的膨胀。
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。
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干转变与湿转变
• 低温型石英转变为高温型石英过程中，石英颗粒 会开裂。如有矿化剂存在时，形成的液相就会沿着裂 纹侵入颗粒内部，促使石英转变为鳞石英。通常，这 种转变称为湿转变。
• 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。
硅砖体积密度对导热系数的影响
• 由图可见，随硅砖显气孔率的提高，其导热系数下 降。
3.硅石耐火材料
• 硅石耐火材料是指以天然硅石为主要原料制得的 耐火材料。
• SiO2含量不得少于93%。
• 85% ≤SiO2含量＜93%——称为硅质耐火材料。 • 习惯上，把硅石耐火材料叫硅质耐火材料。
普通硅砖 • 种类：硅砖（最常见）
高密度硅砖
特种硅砖、石英玻璃
• 主要用途：焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉 以及其他热工设备。
• 硅砖自1822年被英国人制成开始，已有188年历史。 • 1834年起，在炼钢炉厂的耐火材料中保持首要地位。 • 随着炼钢技术的发展，平炉基本被淘汰，硅砖也逐渐
被高铝质耐火材料所取代。 ——至此，硅砖基本退出了炼钢领域。因而
消耗量也大减，20世纪70年代以来年均消耗量为十几 万吨，占全部耐火材料的1-3%。
• 硅砖理想的矿物组成是主要矿物为鳞石英， 其次是方石英。 残余石英（β -石英 ）越少 越好。
• 硅砖中石英转变程度用真比重衡量，一般小 于2.38g/cm3。优质硅砖真比重2.32～ 2.36之间。
3.1.2 硅砖的性质
真密度和体积密度
• 真密度为考核硅砖的一个重要性能指标。反映硅砖中SiO2的 各相组成，尤其是鳞石英的含量。
• 根据转变特点和速度，SiO2晶型转变分为两类：迟钝 型转变（重建型）和快速型转变（位移型）。
不同晶型之间的转变（迟钝型转变）
• 在加热过程中，石英、鳞石英、方石英及硅氧溶液（ 石英玻璃）之间发生相互转化，是属于由一种晶型转 变成另一种晶型的转变过程（重建型转变，速度慢、 时间长）。这种转变过程伴随有较大的体积效应。一 般是不可逆的。晶型之间在结构和物理性质上存在较 大的差别。
硅砖真密度g/cm3 鳞石英含量 %
2.33
80
方石英含量 石英含量% %
13
1
玻璃相含量%
7
2.34
72
17
3
8
2.37
63
17
9
1
2.39
60
15
9
6
2.40
58
12
12
18
2.42
53
12
17
18
• 耐火度：硅砖的耐火度为1600～1730℃。随着SiO2含量 、晶型、杂质种类及数量的不同略有变化，但波动范围 较小。总的来看，硅砖的耐火度不高，不能满足强化冶 炼的要求。
• 荷重软化温度：硅砖的荷重软化温度较高，一般为1620 ～1670℃，与其耐火度接近，也接近于鳞石英的熔点。 这主要是因为构成硅砖的主晶相为具有矛头状双晶的鳞 石英形成网络状结构和基质为粘度较大的玻璃相所致。
• 高温体积稳定性 硅砖在加热过程中，除了存在一般的热膨胀外，还发生 晶型转变并伴有体积膨胀。
• 耐热震性 硅质耐火制品的耐热震性很差，在850℃下水冷仅为1～ 2次。当硅砖的使用温度在600℃以上波动时，由于结晶 不发生快速型转变，它的耐热震性较好。在600 ℃以下 ，由于多晶转变导致较大的体积变化，因此使用硅砖的 炉子不宜冷却至600 ℃以下。
3.1硅砖的组成、显微结构与性质
• 3.1.1 硅砖的组成、结构及对性质的影响 • 由两表可以看出：硅砖中SiO2含量在93％以上；一般硅砖中的晶
相为鳞石英和方石英以及少量残存石英，基质为玻璃相。
化 学 成 分 SiO2
%
93-98
Al2O3 0.5-2.5
Fe2O3 0.3-2.5
CaO 0.2-0.7
• 不同晶型之间的转变从晶体的边缘开始，逐渐发展 至中心， 必须破坏原有的晶体结构，使Si-0键断开， 实现原子的重新排列，组成新的结构。所以转变过程 消耗能量大，转变温度高，转变速度慢，经过较长时 间才能实现，故称为迟钝型转变。
同一晶型亚态之间的转变（快速型转变）
同一晶型亚态、型之间也发生相互转变，并 且是可逆的。由于快速转变是在瞬时发生的，其 体积效应危害大。
• 高密度硅砖具有较高的导热系数。
• 因此，对于一些要求高导热系数的硅砖，如焦炉 硅砖，常加入CaO、Na2O 、TiO2、Fe2O3等添加 剂。 CaO作用最好，据报道CaO可使导热系数提 高20%， Fe2O3次之， TiO2最差。
• 由于这些添加剂对硅砖的其他高温性质有影响， 所以不宜加入太多，在2%左右为宜。
矿物组成 磷石英 方石英
%
30-70
20-30
石英 3-15
R2O 1-1.5
玻璃相 4-10
• 硅砖的组成决定其性质
• SiO2有8个变体：α-石英、β-石英、 α-鳞石英、β -鳞石英、γ -鳞石英 α-方石英、β –方石英、石英玻璃
变体分为两类：第一类变体是石英、鳞石英和方石英，它们的晶型结构 极不相同，彼此间转化很慢；第二类变体是上述变体的亚种──α β 和γ 型，它们的结构相似，相互间转化较快。
• 如果很少或几乎没有矿化剂时，石英开始形成半安 定方石英，然后形成方石英，这种转变称为干转变。 干转变时砖坯产生较大的不均匀膨胀，又无液相缓冲 应力，会造成制品的结构开裂和松散。
• 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ห้องสมุดไป่ตู้723℃，鳞石英为1670 ℃。
• 硅砖真密度的大小是判断其晶型转变程度的重要标志之一。 一般硅砖的真密度在2.38g/cm3以下，优质硅砖在2.32～2.36
g/cm3范围内，硅石为2.65g/cm3 。
• 硅砖的体积密度与气孔率有关。一般硅砖的显气孔率为17～25 ％，体积密度为1.8～1.95g／cm3。
硅砖真密度与矿物组成的关系