4.2硅质耐火材料课件 勾伯仲

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。 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。
（3）硅的真比重一般情况下其变化范围为2.33～2.42， 以小为好，真比重小，说明石英晶型转变完全，使用过程的 残余膨胀就小。砖
（4）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。 （5）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。 （6）抗渣性 硅砖是酸性耐火材料，对酸性及弱酸性炉渣和含腐蚀 性炉气的侵蚀有根强的抵抗能力； 对含CaO和FeO的 炉渣侵蚀作用也有一定的抵抗能力。
六、硅砖的生产工艺

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。


因硅砖烧成过程中有晶型转变，并伴有体积变 化，为了促进石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。 颗粒组成的选择 成型 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。
三、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。
氧化硅的结晶转变 二氧化硅在不同温度下的结晶状态（同素 异晶 体）有下列几种： （1）α一石英，β一石英； （2）α－鳞石英，β－鳞石英，γ－鳞石英；
（3）α－白硅石，β－白硅石。 以上α是指较高温度下的结晶形态， β和γ是指较低温度下的结晶形态。 •根据转变特点和速度，SiO2晶型转变分为两类： •钝型转变（重建型）和快速型转变（位移型）。
硅砖在烧成过程中所进行的各种结晶转变 可用图4－4表示。
四、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。 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。
七、硅砖的用途
硅砖是酸性冶炼设备的主要砌筑材料，也是炼 焦炉、铜熔炼炉等不可缺少的筑炉材料。由于硅砖 的荷重软化温度高，因而也可用在碱性平炉和电炉 炉顶上，甚至蓄热室上层格子砖也可用它来砌筑。 使用硅砖时应注意下列事项： （1）硅砖在200~300℃和578℃时由于高低型晶型 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。在冷却 至600℃以下时应避免剧烈的温度变化。 （2）尽量避免和碱性炉渣接触。


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。 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。
五、 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。
~1460C (2) α 石英 1200 鳞石英 α
C (3) α 石硅石 1400 α 鳞石英 ~1450
(4) α 鳞石英 ＞1470C 石硅石 α
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。 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。
1、迟钝型转变
这是由一种结晶构造过渡到另一种新的结 晶构造。这种转变是从结晶的边缘开始的，极 其缓慢地发展到结晶中心，所以需要很长的时 间且在一定温度范围下才能完成。 迟钝型转变一般只向着一个方向进行。 SiO2结晶的迟钝型转变有：
1000 ~1450C (1) α 石英 白硅石 α
硅砖的性能
（1）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。
（2）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。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。
耐火材料
氧化硅质耐火材料
一

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。
二、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℃）； 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℃）。
六、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。
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(3)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。 （4）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。