硅质耐火材料培训课件

CaO-Al2O3-SiO2系统
• 最低共熔液相温度 1170
CaO-FeO-SiO2系统
• 最低共熔液相温度 1105℃
FeO-Fe2O3-SiO2系统
• 最低共熔液相温度 1178-1450
Na2O-Al2O3-SiO2系统
第二节 原料及其性质
• 硅石原料
– 制造硅砖的原料为硅石，要求硅石中SiO2含量大于96％（我国多数 在98％以上），Al2O3、TiO2及碱金属氧化物等杂质总含量一般要 小于2％。
• 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。
• 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。
• 颗粒组成的选择
• 成型
• 烧成
第四节 硅砖的性质和使用
• 化学矿物组成：普通硅砖的化学矿物组成如表3－4及 表3－5所示。
• 由两表可以着出：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。
真密度和体积密度
• 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2.32～2.36g/cm3范围内，硅石为 2.65g/cm3。
• 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 比剂又起结合作用。然后成型、干燥和烧成。
•英向鳞石英转化和控制晶型转 化时体积效应的危害,获得优质硅砖，在生产 过程中要配入适量的矿化剂。
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1723℃ ，鳞石英为1670 ℃。
一、SiO2的同质多晶转变
• SiO2在常压下有七个变体和一个非晶型变体。 • 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。
• 重烧膨胀，耐磨，导热性好；
• 热震稳定性差（1～4次）；
• 耐火度不高（1690～1720℃）。
本章主要内容
• 硅砖生产的物理化学原理 • 原料及其性质 • 硅砖的生产工艺要点 • 特种硅砖 • 石英玻璃及其制品
第一节 硅砖生产的物理化学原理
• SiO2的同质多晶转变 • 矿化剂的作用及影响矿化作用的因素 • 与硅砖性质有关的物系
这种亚态变体的结构和物理性质是相似的，转变时 Si-0键没有被破坏和断开，只有键的角度发生变化，晶格 发生扭曲或伸直，消耗能量小，转变温度低，转变速度快 ，体积效应小，只要达到转变温度，晶体从中心到边缘全 部立刻转变，故称为快速型转变。
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（ —石英 ）越少 越好。
– 液相开始形成的温度； – 液相的数量； – 液相的粘度； – 液相的润湿能力； – 平衡时液相的结构；
• 矿化剂的加入量：不超过3-4%。
三、与硅砖性质有关的物系
• CaO-Al2O3-SiO2系统 • CaO-FeO-SiO2系统 • FeO-Fe2O3-SiO2系统 • Na2O-Al2O3-SiO2系统
• 硅砖中所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。
二、矿化剂的作用及影响矿化作用的因素
• 矿化作用：加速石英在烧成时转变为低密度的 变体（鳞石英和方石英）而不显著降低其耐火 度。同时能防止砖坯烧成时因发生急剧膨胀而 产生的松散和开裂。
• 影响矿化作用的因素:
耐火材料
硅质耐火材料
第二章 硅质耐火材料
• 硅质耐火材料是指以SiO2为主成分的耐火材料（ SiO2 含量93％以上）；
• 种类：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。
性能特点：
• 属于酸性耐火材料，抵抗酸性炉渣侵蚀能力强；
• 高温结构强度高，荷重软化温度1640 ～ 1680℃， 接近鳞石英、方石英的熔点（1670℃、1713℃） ；
– 硅石的显微组织分为结晶质和胶结质两种。结晶硅石由结晶石英颗 粒组成。
– 胶结硅石是由硅质胶结物将细小石英晶体胶聚而成，若控制得当也 可生产出合格产品。
– 原料分类：
• 按转变速度分类； • 按致密程度分类； • 按剧烈膨胀开始温度分类。
• 废硅砖 • 石灰 • 矿化剂 • 有机结合剂
第三节 硅砖的生产工艺
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。