硅石耐火材料
硅石质量标准
书山有路勤为径,学海无涯苦作舟
硅石质量标准
我国行业标准对耐火材料用硅石质量标准作出了规定。
标准要求硅石中不
得混入废石、角砾石状硅石、风化石等,表面不允许有超出1mm 厚的杂质,
硅石块内不允许有直径大于5mm 的各种有害包裹体。
具体的硅石质量标准请
看下表:理化指标要求
牌号化学成分/% 耐火度/°C 吸水率/% SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO GS-98.5 ≥98.5 <0.3 <0.5 <0.15 ≥1750 <3.0 GS-98 ≥98.0 <0.5 <0.8 <0.20 ≥1750 <4.0 GS-97 ≥97.0 <1.0 <1.0 <0.30 ≥1730 <4.0 GS-96 ≥96.0 <1.3 <1.3 <0.40 ≥1710 <4.5 粒度范围/mm 最大粒度/mm 允许波动范围/% 下限上限20~40 50 10 8 40~60 70 10 8 60~120 140 10 5 120~160 170 10 8 160~250 260 8 6 硅石,是脉石英、石英岩、石英砂岩的总。
关于耐火材料硅砖的介绍
关于耐火材料硅砖的介绍暑假期间应学校教务处关于社会实践的要求,我和同寝室的高振东、魏珊珊同学一起在山西省阳泉市平定县社会高新福利耐火材料厂进行了为期十天的社会实践。
该厂是以生产耐火材料硅砖为主的乡镇企业,我们的实践是以参观硅砖生产工艺流程为主展开的。
经过十天的实践,我对耐火材料硅砖有了一个初步的认识,以下就是对耐火材料硅砖的介绍:硅砖主要是由鳞石英、方石英以及少量残余石英和玻璃相组成的酸性耐火材料。
其二氧化硅含量94%以上,真密度2. 35g/cm3,具有抗酸性渣侵蚀性能,较高的高温强度,荷重软化开始温度1620~1670℃,在高温下长期使用不变形,热震稳定性低(水中热交换1~4次)。
以天然硅石为原料,外加适量矿化剂,以促进胚体中的石英转化为鳞石英,在还原气氛下经1350~1430℃缓慢烧成,加热到1450℃时约有1.5~2.2%的总体积膨胀,这种残余膨胀会使切缝密合,保证砌筑体有良好的气密性和结构强度。
硅砖的矿相组成主要为鳞石英和方石英,还有少量石英和玻璃质。
鳞石英、方石英和残存石英在低温下因晶型变化,体积有较大变化,因此硅砖在低温下的热稳定性很差。
使用过程中,在800℃以下要缓慢加热和冷却,以免产生裂纹。
所以不宜在 800℃以下有温度急变的窑炉上使用。
硅砖的性质和工艺过程同SiO2的晶型转化有密切关系,因此,真比重是硅砖的一个重要质量指标。
一般要求在 2.38以下,优质硅砖应在 2.35以下。
真比重小,反映砖中鳞石英和方石英数量多,残余石英量小,因而残余线膨胀小,使用中强度下降也少。
二氧化硅有七个结晶型变体和一个非晶体变体。
这些变体可分为两大类: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──αβ和γ型,它们的结构相似,相互间转化较快。
制造硅砖的原料为硅石。
硅石原料的SiO2含量越高,耐火度也越高。
最有害的杂质是Al2O3、K2O、Na2O等,它们严重地降低耐火制品的耐火度。
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。
硅石的分类方法
硅石的分类方法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SiO2,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。
表1-1结晶硅石与胶结硅石的特征组织分类结晶硅石胶结硅石岩石分类石英岩脉石英石英砂岩燧石岩组织结构石英砂岩受动力变质作用而成,由石英颗粒组成,石英晶粒0.15~0.25mm,杂质物较少,质纯分浆沉淀,火成岩,显晶质石英,晶粒粗大,一般>2mm,质地纯净以蛋白石或玉髓等隐晶质胶结物结合石英颗粒。
颗粒大小不同,粗粒者1~0.5mm,细粒者0.1~0.25mm 以玉髓为基质,其中含有脉石英晶粒化学组成SiO2>98% SiO2 99% SiO2>95% ,Al2O3 1%~3%,R2O 1%~2% SiO2>95% 矿物组成石英为主,有的含有粘土、云母、绿泥石、长石、金红石、赤铁石、褐铁矿等石英为主,有的夹有红色或黄褐色水锈石英>90%,含少量长石、云母石英、玉髓为主,有的含氧化铁、石灰石、绿泥石转变特征不易转变难于转变不易转变易转变制砖适应性制砖废品率高制造各种硅砖制造一般硅砖制造各种硅砖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)。
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。
硅质耐火材料综述
硅质耐火材料综述说明:本文主要介绍了硅质耐火材料、生产硅砖的原料及其主要成分不同变体之间的转变及工艺流程,并详细介绍了生产硅砖的机械设备及它们的工作原理和硅砖在实际生产中的应用。
关键词:硅砖原料工艺设备应用1.硅质耐火材料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。
二氧化硅含量93%~98%,真密度一般为2.37~2.40g/cm3,具有抗酸性渣侵蚀性能,荷重软化温度在1640~1680℃之间,同时具有很高的导热系数。
当温度高于600℃时,其抗热震性也很好。
因而,它用作高炉热风炉及焦炉的砌筑材料。
在还原气氛下经1350~1430℃缓慢烧成,加热到1450℃时约有1.5~2.2%的总体积膨胀,这种残余膨胀会使切缝密合,保证砌筑体有良好的气密性和结构强度。
硅砖主要用于炼焦炉的炭化室和燃烧室的隔墙、炼钢平炉的蓄热室和沉渣室、均热炉、玻璃熔窑、耐火硅砖材料和陶瓷的烧成窑等窑炉的拱顶和其他承重部位。
而且硅砖抗硅酸盐玻璃成分侵蚀的能力较好,因而也可以用于玻璃熔窑上。
硅砖的主要缺点是,当温度低于600℃时,由于氧化硅的多晶转变导致较大的体积变化,使其在600℃以下的抗热震性差。
因此,使用硅砖的炉子不宜冷却至600℃以下。
硅砖以二氧化硅含量不小于96%的硅石为原料,加入矿化剂(如铁鳞、石灰乳)和结合剂(如糖蜜、亚硫酸纸浆废液),经混练、成型、干燥、烧成等工序制得。
2.SiO2的同质多晶转变二氧化硅在常压下有7个变体和1个非晶体,各变体间的转变可分为两类:第一类是高温型转变,即石英、鳞石英、方石英之间的转变,即图中水平方向的转变。
由于他们在晶体结构和物理性质方面差别较大,因此转变所需的活化能大,转变温度高而缓慢,并伴随有较大的体积效应。
第二类是低温型转变,即石英、鳞石英、方石英本身的α、β、γ型的转变,即图中垂直方向的转变。
由于他们在晶体结构和物理性质方面差别很小,因此转变温度低,转变速度快,且转变是可逆的,所伴随的体积效应也比高温型的小。
第三节 硅质耐火材料
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
石英玻璃
磷石英具有较高的体积稳定性。硅砖中磷石英
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。
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
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。
矛头状鳞石英
矛头状、片状磷石英
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
硅质耐火材料培训课件(31页)
硅质耐火材料绿色生产技术与可持续发展建议
推广清洁能源
在硅质耐火材料生产过程中, 应积极推广清洁能源,如太阳 能、风能等,减少对传统能源 的依赖,降低能源消耗和环境
污染。
优化生产工艺
通过不断优化生产工艺和技术装备 ,提高硅质耐火材料的生产效率和 产品质量,降低能源消耗和环境污 染。
加强资源回收利用
在硅质耐火材料生产过程中,应加 强资源回收利用,提高资源利用效 率,减少废弃物排放量。
烧成
将干燥后的坯体在高温下烧成 ,以获得硅质耐火材料制品。
硅质耐火材料的制备技术
常压烧成技术
常压烧成技术是指在常压下进行烧成,烧成温度通常在 1100~1400℃之间,烧成周期为12小时左右。
加压烧成技术
加压烧成技术是指在高压下进行烧成,烧成温度通常在 1400~1600℃之间,烧成周期为数小时左右。加压烧成 技术可以提高制品的密度和强度。
机械伤害
硅质耐火材料生产过程中,涉及到的机械设备较多,如传动带、搅拌机等,如果操作不当 或防护措施不到位,容易导致机械伤害事故。防范措施包括定期检查设备维护情况,确保 设备安全运行,加强员工安全培训,提高安全意识。
电器事故
硅质耐火材料生产过程中,涉及到大量的电气设备,如配电箱、电动机等,如果电路故障 或电气设备老化,容易导致电器事故。防范措施包括定期检查电气设备运行情况,及时维 修故障设备,加强员工安全培训,提高用电安全意识。
热压烧成技术
热压烧成技术是指在高温高压下进行烧成,烧成温度通常 在1500~1700℃之间,烧成周期为数小时左右。热压烧 成技术可以提高制品的密度、强度和热稳定性。
03
硅质耐火材料的性能检测与评价
硅质耐火材料的物理性能检测
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)
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。
硅质耐火材料生产工艺流程
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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。
硅质耐火材料培训课件(31页)
硅质耐火材料培训课件(31页) xx年xx月xx日contents •硅质耐火材料概述•硅质耐火材料的分类及应用•硅质耐火材料的性能及检测•硅质耐火材料的制备及加工•硅质耐火材料的性能优化及发展方向•硅质耐火材料的相关知识及法规目录01硅质耐火材料概述硅质耐火材料是指以硅酸铝质为主要原料,加入一定量的粘土、石英、高岭土等原料,经过高温烧结而成的耐火材料。
硅质耐火材料主要分为硅砖、硅质不定形材料和硅质制品三大类。
硅质耐火材料的定义硅质耐火材料的性能特点硅质耐火材料具有良好的抗渣性和耐腐蚀性,能够抵抗大部分金属熔渣的侵蚀。
硅质耐火材料具有较低的热膨胀系数和良好的耐磨性和气密性。
硅质耐火材料具有高荷重软化点、高温强度和良好的抗热震性能。
硅质耐火材料的生产工艺流程包括原料的制备、成型、干燥、烧成和后加工等环节。
制备硅质耐火材料的原料主要包括硅酸铝质、粘土、石英、高岭土等,将这些原料按一定比例混合后,经过破碎、粉碎和细磨等工序制备成硅质耐火材料生料。
将生料进行成型,可以采用机压、振动、挤压等方式,成型后的坯体需要在干燥窑中进行干燥。
干燥后的坯体经过高温烧成后,可以得到所需的硅质耐火材料产品。
烧成后的硅质耐火材料产品需要进行后加工,如修整、磨削等,以满足不同使用场合的要求。
硅质耐火材料的生产工艺流程010*******02硅质耐火材料的分类及应用硅质耐火材料主要分为硅砖、硅质不定形材料和硅质制品三类。
按化学成分分类硅质耐火材料可分为烧成和不烧成两类,烧成制品具有较高的密度和较低的气孔率。
按制造工艺分类硅质耐火材料的分类方法各种硅质耐火材料的应用场景硅砖主要用于玻璃窑炉、水泥窑炉、钢铁冶炼炉等高温工业炉。
硅质不定形材料主要用于炉衬修补料和炉顶、炉墙修补料。
硅质制品包括硅质坩埚、硅质耐火窗等,用于有色金属冶炼、玻璃熔窑燃烧器口等。
硅质耐火材料在工业炉中的应用硅质耐火材料具有较高的耐火度和较低的热膨胀系数,适用于高温工业炉的炉衬和燃烧器口等高温部位。
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。
硅质耐火砖的原料组成及性能分析
硅质耐火砖的原料组成及性能分析一般来说,硅质原料质量的优劣应从显微组织、化学成分、耐火度、致密性、强度、外观和烧成转变等方面进行考虑。
采用硅质原料作耐火材料时,首先要注意其化学组成和耐火度。
特别是生产优质硅砖时,硅石中SiO2含量和杂质的种类、分布和数量极为重要。
生产一般硅砖,硅石中SiO2,含量应不小于96%。
AI2O3≤1.2~1.6%,Na2O+K2O 总量不超过0.2~0.4%。
而对于优质硅砖,硅石中的杂质(Al2O3、TiO2和碱性物质)含量应尽可能低,三者之和不能超过0.5%。
对于优质硅砖,耐火度要求大于或等于1750℃和1730℃,而一般工业炉则要求大于和等于1710℃。
此外硅石的致密度也极为重要,一般要求硅石致密,因为质地疏松,则制品气孔率高。
至于硅石的类型和石英晶粒的大小等显微结构,因为对于硅石煅烧过程中的SiO2晶型转化影响较大,因而应给予足够的重视。
由于硅石中石英晶型转化速度的快慢直接影响制砖工艺,因而一定要事先确定其类型,硅石的转化速度按其在1450°C下煅烧1h的真密度数值的大小,可分为四类:快速转变,真密度小于2.4g/cm^3;中速转变,真密度2.4~2.45g/ cm^3 慢速转变,真密度 2.45~2.50g/cm^3;特慢转变,真密度不小于2.50g/cm^3生产中,Al2O3的存在不仅会增加在高温下硅石中液硅质原料中各种杂质成分对制品性能有什么影响了体形成的趋势,而且会延缓硅石的分解,当它与普通催化剂混合时,还会降低其活性。
从Al2O3-SiO2系的二元相图可见,当Al 2O3 含量达到5.5%时,将与SiO2形成低共熔混合物,共熔温度仅为1545 °C。
硅石中的TiO2在量不是很大的情况下不仅不影响石英的转化,而且还可改进制品的热震稳定性。
但含量过高则会严重影响制品的高温性能。
碱类物质将严重影响制品的耐火度,而Fe2O3和CaO虽然也是熔剂,但如果它们呈分散状态存在,可视为有益组分。
硅石耐火材料
第三章 硅石耐火材料
1 概况
定义: SiO2 93-98% 酸性 →定形硅石制品→硅砖 分类: 普通硅砖 高密度硅砖→超高密度硅砖 — 焦炉、热风炉、玻璃熔窑、隧道窑的拱顶、各种 窑炉的架子砖等。
第三章 硅石耐火材料
第三章 硅石耐火材料
焦炉部分截面图
第二章 硅石耐火材料
耐火砖的热膨胀曲线
格子砖材质和长时间压缩蠕变
重建型 转变
第三章 硅石耐火材料
SiO2变体的性质
变体名称 稳定温度/℃ β-石英 α-石英 <573 573~870 晶系 三方 六方 结晶习性 柱状 常温下真比重 2.651 2.533 熔点/℃ 1713
γ-鳞石英
β-鳞石英 α-鳞石英 β-方石英 α-方石英 石英玻璃
常温~117
117~163 870~1470 180~270 1470~1713 <1713
第三章 硅石耐火材料 FeO-SiO2系
∵液化温度1698℃,二液 区宽度3-42 FeO,二元 共熔点1178℃
∴FeO能用作矿化剂 ; 硅砖可以单独吸收 42%FeO而不致崩溃 。
第三章 硅石耐火材料 MgO-SiO2系
2.40 58 12 12 18
2.42 53 12 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
17
18
第三章 硅石耐火材料
纯SiO2变体的△G。-T图
第三章 硅石耐火材料 3 矿化剂选择原则
第三章 硅石耐火材料
矿化剂选择原则:
*有二液区 **形成液相温度< 1470℃(鳞石英最高稳定温度)
斜方
六方 六方 斜方 等轴 非晶质
矛头状 双晶
蜂窝状ห้องสมุดไป่ตู้
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%。
耐火工程施工材料(3篇)
第1篇一、耐火原料1. 硅质原料:包括石英砂、石英石、硅石等,主要成分为SiO2,具有良好的耐高温性能,适用于高温炉窑的炉衬和炉墙。
2. 镁质原料:包括白云石、镁砂等,主要成分为MgO,具有良好的耐高温、耐腐蚀性能,适用于高温炉窑的炉衬和炉墙。
3. 铝质原料:包括刚玉、莫来石等,主要成分为Al2O3,具有良好的耐高温、耐腐蚀性能,适用于高温炉窑的炉衬和炉墙。
4. 碳质原料:包括碳化硅、石墨等,主要成分为C,具有良好的耐高温、耐腐蚀性能,适用于高温炉窑的炉衬和炉墙。
二、耐火制品1. 耐火砖:分为硅质砖、镁质砖、铝质砖、碳质砖等,适用于高温炉窑的炉衬和炉墙。
2. 耐火板:具有较好的隔热性能,适用于高温炉窑的隔热层。
3. 耐火浇注料:由耐火骨料、耐火细粉、结合剂等组成,适用于高温炉窑的炉衬和炉墙。
4. 耐火纤维:具有良好的隔热性能,适用于高温炉窑的隔热层。
三、施工材料1. 耐火泥:由耐火细粉、结合剂等组成,用于砌筑耐火砖和浇注耐火浇注料。
2. 耐火涂料:具有耐高温、耐腐蚀、耐磨等性能,用于炉窑的防腐和隔热。
3. 砌筑工具:如砖刀、凿子、錾子等,用于砌筑耐火砖。
4. 耐火材料运输工具:如手推车、平板车等,用于运输耐火材料。
四、施工要求1. 施工前应充分了解耐火材料的性能、规格和施工要求。
2. 施工现场应保持清洁、整齐,确保施工安全。
3. 砌筑耐火砖时应注意砖缝的密实度,防止热量损失。
4. 浇注耐火浇注料时应确保浇注均匀,避免出现蜂窝、气泡等现象。
5. 耐火材料施工完成后,应进行烘烤、预热等处理,确保炉窑的正常运行。
总之,耐火工程施工材料在高温工业领域中发挥着至关重要的作用。
了解耐火材料的性能、规格和施工要求,严格按照施工规范进行操作,是确保高温炉窑稳定运行的关键。
第2篇一、耐火材料的种类1. 耐火砖:包括黏土砖、高铝砖、硅砖、镁砖等。
它们具有较高的耐火性能,广泛应用于高温炉窑的内衬。
2. 耐火浇注料:由耐火骨料、耐火细粉、结合剂等组成,具有良好的流动性和施工性能,适用于炉窑内衬的施工。
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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胶结硅石
武汉 山西
3
硅砖的生产工艺要点
3.2 颗粒组成的选择 对硅砖生产而言,除注意最紧密堆积原则外,还要充分考虑 混练过程、成型压力、烧成条件等各方面的影响。 一般最大颗粒应小于3mm。以脉石英作原料时,多用2mm为 最大颗粒。选择临界粒度时应以砖在烧成时不发生松散破裂, 而且致密稳定为宜。通常3~1mm 35~45%,1~0.088mm 20~25%,<0.088mm35~40%。
■ 我国是耐火材料大国,但不是耐火材料强国。 ◇ 我国是钢铁生产大国,也是耐火材料需求大国。 全国仅冶金企业年耗耐火材料价值达300多亿元 ◇ 耐火材料资源消耗大 ◇ 耐火材料能源消耗大 ◇ 耐火材料污染
■ 加强耐火材料应用基础研究(体系) → Al2O3-SiO2系耐火材料 → 碳复合耐火材料 → 碱性耐火材料 → 非氧化物耐火材料
矿化作用还与氧化硅在熔液中的溶解度有关。
矿化剂的阳离子半径对矿化作用也有影响。 矿化剂与氧化硅所形成的熔体的粘度愈小,矿化作用愈强。 矿化作用以碱金属氧化物为最强,FeO、MnO次之,CaO、 MgO较差。
在实际生产中,通常可以根据矿化剂与SiO2能否形成二液区 以及液相开始形成温度小于鳞石英稳定温度1470℃作为判据 来选择矿化剂。
2.33 20
2.32 20.3 35.6
0.2MPa荷重软化 开始温度℃ 重烧线变化率 ×2h% 方石英% 残余石英%
1675
1690
55 3 ~5
2
硅砖生产的物理化学原理
硅砖生产的关键是根据耐火性能的要求,控制砖中鳞石英、 方石英、残余石英及玻璃相的含量。此外,硅石在一定条件 下的晶型转变伴随一定的体积变化而产生应力。为了得到合 理的相组成又不会因相变应力而导致砖破坏,了解SiO2各种 晶型的转换条件,以及矿化剂对其晶型转化的影响,对硅砖 的制造、生产和使用均有重要意义。
第二类是低温型转变,即石英、鳞石英、方石英本身的α、β、 γ型的转变,即上图中垂直方向的转变。
由于它们在晶体结构和物理性质方面差别很小,因此转变温 度低,转变速度快,也称为快速型转变。而且转变是可逆的, 所伴随的体积效应也比高温型的小。
2
硅砖生产的物理化学原理
2.2 矿化剂的作用
在硅砖生产中,由于SiO2不能由石英直接转变为鳞石英。为 了获得大量的鳞石英,必须添加合适的矿化剂。
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
矿物组成(%) : 鳞石英 方石英 3-70 20-80
石英 3-15
玻璃相 4-10
硅砖的显微结构如图:
其中包括有细小的鳞石英颗粒(T)、玻璃相、方 石英(C)与未完全转化的石英颗粒(Q)等。
问题二:硅砖中各物相的相对 含量对硅砖的性质有很大影响, 主要表现在哪些方面?
硅砖中鳞石英、方石英、残存石英与玻璃相的相对含 量对硅砖的性质有很大影响。 首先, SiO2各种晶型的熔点不同。其中方石英最高,为 1728℃,鳞石英次之,为1670℃,石英最低,为1600℃。 因此,从提高制品的耐火度考虑,方石英含量高较有利。 由于鳞石英晶体具有矛 头状双晶结构,晶体在 制品中能形成相互交错 的网络结构,有利于提 高制品的荷重软化温度 与高温强度。
SiO2晶型(实际)转化示意图
第一类是高温型转变,即石英、鳞石英、方石英之间的转变, 即上图中水平方向的转变。
由于它们在晶体结构和物理性质方面差别较大,因此转变所 需的活化能大,转变温度高而缓慢,因此也称之为缓慢型转 变,并伴随有较大的体积效应。有矿化剂存在时可显著加速 转变,无矿化剂时几乎不能转变。
硅砖有很高的荷重软化温度,它接近鳞石英的熔点,在 1640℃~1680℃之间。同时具有很高的导热系数。当温度高 于600℃时,其抗热震性也很好。因而,它用做为高炉热风 炉及焦炉的砌筑材料。 硅砖的主要缺点是,当温度低于600℃时,由于氧化硅的多 晶转变导致较大的体积变化,使其在600℃以下的抗热震性 差。因此,使用硅砖的炉子不宜冷却至600℃以下。
LBG-96 96.54 0.67 0.41 2.33 18 38 1680 +0.1 DIDER 95.9 0.48 0.54 2.32 21.7 32 1680 +0.19 35~40 0
日本 旭硝子 98.5 0.9
美国 VEGA 95.64 0.71 0.64
英国 皮尔金顿 96.18 0.52 0.39 2.33 22 56.8 1680
α-石英和亚稳方石英不断地溶解成过饱和溶液,鳞石英结晶。
矿化剂促使石英转变为鳞石英能力的大小主要取决于所加矿 化剂与砖坯中的SiO2在高温时所形成液相的数量及其性质, 即液相开始形成温度、液相的数量、粘度、润湿能力和其结 构等。
矿化剂与氧化硅形成的共熔点愈低,矿化作用愈强,鳞石英 生成量愈多,晶粒愈大。在SiO2与相关氧化物形成的二元系 中,液相出现的温度按下列顺序升高。 Na2O-SiO2>FeO-SiO2>MnO-SiO2>CaO-SiO2>MgO-SiO2 782℃ 1200℃ 1300℃ 1436℃ 1543℃
MgO-SiO2系相图
CaO-SiO2系相图
2
硅砖生产的物理化学原理
2.3 外加物的引入和作用
为了进一步提高硅砖的导热性和热震稳定性等性能,除了采 用特殊硅石,控制合适的矿相组成外,引入一定数量级的添 加物可以达到较好的效果。
如ZrO2微裂纹增韧和相变增韧、堇青石较低的热膨胀系数、 铬镁砖废砖和硅砖的热膨胀系数不匹配,都可以提高硅砖的 热震稳定性能。
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。
不同矿化剂对熔液硅氧比及鳞石英含量的影响
Li O2 熔液中 2.2 O/Si比 3 鳞石英量, 98 % 矿化剂
Na2 O 2.1 6 95
K2 O 2.1 0 88
Sr O 2.5 2 40
Mn O 2.8 4 35
Mn O 3.1 2 20
硅砖抗硅酸盐玻璃成分侵蚀的能力较好。因而也可以用于玻 璃熔窑上。
中国 LPBG-96 SiO2% Fe2O3% 熔融指数 (Al2O3+2R2O)% 真密度g/cm3 显气孔率% 常温耐压强度MPa 97.6 0.35 0.35 2.33 17 45 1690 +0.2 55 2
各国产硅砖的性 质 德国 中国
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?
除了上述三晶相外,硅石制品中还含有一部分玻璃相。在硅 砖的生产过程中为了促进与控制SiO2晶型的转变,常需加入 CaO、Fe2O3等矿化剂。它们在硅砖的烧成过程中形成液相 促进SiO2晶型的转化。因此,适量的液相对于硅砖的生产是 重要的。但如果液相过高则会对硅砖的高温性能产生不良影 响。在满足晶型转化要求的情况下以玻璃相少为好。
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。
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
图给出了不同方石英含量的硅砖被渣侵蚀的实验结果。由图 可见,随方石英含量的提高,硅砖抗渣侵蚀的能力下降。方石英含量与侵蚀量的关系
综上所述,硅石制品中SiO2晶型的相对含量对于其性质有很 大影响。
根据使用条件与要求的性质不同,选择最合理的含量特别是 鳞石英与方石英的相对含量,是生产硅砖的关键。
但是,由于鳞石英在1000℃以上时,其膨胀量减少,制品会 产生一定的收缩(负膨胀)。为补偿这一收缩,硅砖中应有 少量的残余石英。
问题四:在硅砖生产中, 添加的矿化剂必须满足什 么条件?
添加的矿化剂必须满足三个条件: ①促进石英转化为密度较低的鳞石英; ②不显著降低硅砖的耐火度等高温性能;
③防止在烧成过程中因相变过快导致制品的松散与开裂。
矿化剂的作用过程:
β-石英在573℃转变为α-石英,然后在1200~1470℃α-石英不 断地转变成亚稳方石英。 同时,α-石英、亚稳方石英和矿化剂量及杂质等相互作用形 成液相,并侵入裂纹中。
SiO2的各种变体的性质和稳定存在温度范围如表所列。SiO2在常压下有7 个变体和1个非晶体,即β-石英、α-石英、γ-鳞石英、β-鳞石英、α-鳞石 英、β-方石英、α-方石英以及石英玻璃。
变体 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
晶系 三方晶系 六方晶系 斜方晶系 六方晶系 六方晶系 斜方晶系 等轴晶系 无定形
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硅砖的组成、显微结构与性质