第三章 硅酸铝系耐火材料 学生用 2

硅酸铝耐火材料不宜在还原气氛下烧成和使用 抵抗氧化铁侵蚀的能力，Al2O3／SiO2比大于2.55莫来 石组成的高铝砖优于Al2O3／SiO2比较莫来石组成低的 高铝砖、粘土砖和半硅砖。 第三组分
S-A3S2分系TE A3S2-A分系TE
•
无 1595 1840
FeO 1210 1380
Fe2O3 1380 1460
二、杂质对S-A系统影响（三元系统）
杂质：Fe2O3、TiO2、CaO、MgO及R2O等种类、数量决定 制品出现液相温度、液相数量和粘度，起助熔作用，对耐火 度影响很大。
第三 组分
S-A3S2 分系TE A3S2-A 分系TE
无
FeO
Fe2O3
CaO
MgO
K2 O
Na2O
TiO2
1595 1210 1380 1345 1440 985
第三章 硅酸铝及刚玉系耐火材料
本章重点：
◆
◆ ◆
Al2O3-SiO2二元系统
杂质对Al2O3-SiO2二元系统的影响 Al2O3-SiO2系制品的生产工艺要点
◆ Al2O3-SiO2系制品的性能特点 主要内容： 1.粘土质耐火材料； 2.高铝质耐火材料； 4.莫来石质耐火材料； 5.刚玉质耐火材料；
SiO2-A3S2 （1595℃）
→ SiO2-A3S2-KAS4（985 ℃） △T=610 ℃ 较大
Al2O3-A3S2（1840 ℃）
→Al2O3-A3S2-KAS4（1315 ℃）
△T=525 ℃ 较小
9
1.Al2O3—SiO2—K2O系统
河南矾土原料中含 K2O 高，一般为0.5%~2.0%, K2O也是粘土砖和半硅 砖的主要杂质。
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不同气氛下Al2O3—SiO2—氧化铁系统相图
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还原气氛 SiO2-A3S2 (1595℃) ↓ SiO2-A3S2-2FeO· 2Al2O3· 5SiO2
氧化气氛 SiO2-A3S2 (1595℃) ↓ SiO2-A3S2-Fe2O3· Al2O3
(1210℃)
△T=385℃
(1380℃)
SiO2—A12O3系组成与耐火度间的关系
5
Al2O3-SiO2系制品的荷重软化变形温度 砖种 Al2O3， 开始变形 4%变形 40%变形 % 温度TH， 温度，℃ 温度TK， ℃ ℃
Ⅲ等粘土砖
/ 1250 1320 1500
T KTH
250
40 1400 Ⅰ等粘土砖 70 1600 莫来石砖 （1）Al2O3－90 SiO2二元系统相图 1870 刚玉砖
此外，Fe2O3在TiO2存在的条件下，降低制品的高温力学性
能。所以，在高铝制品中，Fe2O3的含量应控制在2-3％ 以下，并且使Fe2O3进入结晶相形成固溶体：防止 Fe2O3、TiO2同时进入玻璃相
△T=215℃
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比较 还原气氛 Al2O3 - A3S2 (1840℃) ↓ Al2O3 -A3S2-FeO· Al2O3 氧化气氛
Al2O3- A3S2
(1840℃) ↓ Al2O3 -A3S2-Fe2O3· Al2O3 (1460℃) △T=380℃ •
(1380℃)
△T=460℃
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Al2O3—SiO2—氧化铁系统 1
刚玉砖
95~99
刚玉、少量玻璃相
中性
3.2生产的工艺原理 一、A-S二元系统：见 相图（1942年鲍恩与 格雷提出） 1.晶相：三个（方石英： 熔点1723；莫来石： 熔点1850；刚玉：熔 点2050） A3S2是A含量：72-78%固溶体。是该二元系统唯一二元化 合物。针、柱状晶体，链状硅酸盐结晶、高温强度高，抗热 震性好（膨胀系数小），荷软高。 刚玉（ α -Al2O3）： 中性（耐酸碱）、化学稳定性好（抗渣 好)、膨胀系数较大（比碱性小）、热震较差。粒、板状。
3.1 概况：
1.硅酸铝质耐火材料：以SiO2和Al2O3为基本化学组成的一类 耐火材料。
2.分类：半硅质—Al2O3含量15-30% 粘土质— Al2O3含量30-46% 高铝质— Al2O3含量大于46% 刚玉质— Al2O3含量大于90%
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Al2O3-SiO2系耐火材料组成与性能
制品名称
半硅砖 粘土砖 Ⅲ等高铝砖 Ⅱ等高铝砖 Ⅰ等高铝砖
1470
1660 1900
1600
1800 /
200
200 /
所以Al2O3-SiO2系制品中，随着Al2O3含量的增加，其 矿物组成逐渐变化，高温性能也呈规律性的变化。
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由于莫来石的存在A-S系统分割二个子系统， 即S-莫来石和A-莫来石 2.S-A3S2分系统 TE=1595 ℃、共晶点组成（A=5.5%,S=94.5%)靠近S一边、 常温固相（方石英，莫来石）。 当A＜15%：液相线较陡、对温度和组成都敏感，不宜作耐 材。 当A＞15%：当温度低于1700℃时，液相线较陡，随温度升 高液相量增加慢，同时莫来石会向液相中溶解，补充液相中 SiO2含量使得液相的粘度随温度升高降低不明显，这一特 征决定了粘土制品的荷软开始温度不高而变形范围较宽的特 性。 3. A3S2-A分系统 TE=1840℃（较高）、比莫来石的熔点只低10 ℃ ，共晶点靠 A一侧、常温莫来石、刚玉共存。刚玉相抗渣好，但在A-S
1050 1480
1840 1380 1460 1512 1578 1315 1104 1727
1.可以看出： R2O-A-S三元系统， R2O是最强熔剂，TE急剧降低！ R2O最有害杂质，要严格控制。 2.铁氧熔剂作用FeO＞ Fe2O3，要采取氧化气氛生产和使用。
Al2O3—SiO2—K2O系统相图
Al2O3含量，%
15~30 30~46 46~60 60~75 ＞75
主要矿物组成
石英变体、莫来石、玻璃相 莫来石（~50%）、石英变体、玻璃相 莫来石（60~70%）、石英变体、玻璃相 莫来石、少量刚玉、玻璃相 莫来石、刚玉、少量玻璃相
化学性质
半酸性 弱酸性 弱酸性 弱酸性 似中性
随A/S由低到高，制品呈酸性、弱酸性、中性（耐酸碱、化学稳 定）。 A/S大于莫来石组成的高铝砖、刚玉砖基本晶相组成：莫来石、刚 玉。 A/S小于莫来石组成的高铝砖、粘土砖和半硅砖相组成：石英、莫 来石 性能：半硅质耐火度低，整体性好（略膨胀）。 粘土、高铝砖，耐火度提高，热震好。 3 刚玉制品抗渣强，热震稍差。