关于 硅质耐火材料教材
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2.33 20
1675
残余石英 ％
2
0
美国 VEGA 95.64
0.71
英国 皮尔金顿
96.18
0.52
0.64
0.39
2.32
2.33
20.3
22
35.6
56.8
1690
1680
55 3～5
第四章 硅质耐火材料
§4-2 硅质耐火材料生产的理化基础
一、SiO2的多晶转变关系
无矿化剂存在时
亚稳 方石英
● 组成、结构与性质的关系：
硅砖真比重与矿物组成的关系
硅砖真比重 鳞石英，% 方石英，% 石英，% 玻璃相，%
2.33
80
13
1
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
Hale Waihona Puke 2.425312
17
18
硅砖的密度一般应小于2.38 g/cm3 优质硅砖的密度在2.32~2.36 g/cm3
+2.8% β-方石英
熔体
石英玻璃
另外由上图可见：
γ-鳞石英
◆ 由α-石英转化为α-鳞石英或α-方石英时，不管有无矿化剂存在， 均要先转化为半安定方石英，然后再继续转化下去。
◆ 鳞石英的生成必须有矿化剂（杂质）的存在，纯石英加热时形成 不了鳞石英，而只可能有石英和方石英两种变体。
§4-2 硅质耐火材料生产的理化基础
虽然方石英的熔点最高（1713℃）（鳞石英 1670 ℃ ，石英1600 ℃ ），其量增多有利于提高制品的耐火度，但从体积稳定性看， 方石英在晶型转变时，引起的体积变化最大（2.8%）。另外，方 石英含量提高也会导致制品的抗渣性能降低。
§4-2 硅质耐火材料生产的理化基础
● 残余石英在制品于高温下使用时，会继续发生晶型转变，产生 较大的体积膨胀，导致制品结构松散。
● 组成、结构与性质的关系：
● 组成、结构与性质的关系：
侵蚀量/mm
3.0
2.5
2.0
1.5
1500oC
1.0 1400oC
0.5
0.0 0
20 40 60 80 100
方石英含量/%
方石英含量与侵蚀量的关系 （熔点1723℃）
● 组成、结构与性质的关系：
● 组成、结构与性质的关系：
第四章 硅质耐火材料
硅砖主要用于砌筑焦炉、玻璃熔窑及其他有酸性熔渣产生的热工设 备。
第四章 硅质耐火材料
§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（%）
斜方 等轴
2.33~2.34（天然） 2.31~2.32（人工）
2.229
＜1713
非晶质
2.203
熔点,℃ 1713 1670
1730
无矿化剂存在时
亚稳 方石英
α-石英
亚稳 方石英
+0.82% 有矿化剂存在时
β-石英
+ 12.7%
+ 4.7%
α-鳞石英
α-方石英
+0.20% β-鳞石英
+0.28%
Al2O3
Fe2O3
CaO
0.5~2.5 0.3~2.5 0.2~2.7
矿物组成（%）
方石英
石英
玻璃相
20~80
3~15
4~10
R2O 1.0~1.5
第四章 硅质耐火材料
一、硅砖的组成、结构及其与制品性质关系 硅砖的一般显微结构：
T：鳞石英 C：方石英 Q：残余石英 G：玻璃相
一、硅砖的组成、结构及其与制品性质关系
α-石英
亚稳 方石英
+0.82% 有矿化剂存在时
β-石英
+ 12.7%
+ 4.7%
α-鳞石英
α-方石英
+0.20%
+2.8%
β-鳞石英 +0.28%
β-方石英
熔体
γ-鳞石英
石英玻璃
§4-2 硅质耐火材料生产的理化基础
SiO2变体的性质
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
45
0.2MPa荷重软化 开始温度 ℃
1690
重烧线变化率
1450℃×2h ％
+0.2
方石英 ％
55
中国 LBG-96
96.54 0.67 0.41 2.33 18 38
1680
+0.1
德国 DIDER
95.9 0.48 0.54 2.32 21.7 32
1680
+0.19 35～40
日本 旭硝子
98.5 0.9
二、硅砖的性质
硅砖的密度一般应小于2.38 g/cm3 优质硅砖的密度在2.32~2.36 g/cm3
二、硅砖的性质
优质硅砖的理化性能
SiO2 ％ Fe2O3 ％ 熔融指数 ％ （Al2O3+2R2O） 真密度 g/cm3
显气孔率 ％
中国 LPBG-96
97.6 0.35
0.35
2.33 17
常温耐压强度MPa
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）
2.24
870~1470 六方 蜂窝状结构
2.228
180~270 1470~1713
第四章 硅质耐火材料
本章主要内容：
◆ 硅砖的组成及性质 ◆ SiO2变体及晶型转变 ◆ 鳞石英的性质及其与硅砖性能的关系 ◆ 矿化剂的选择原则及其种类 ◆ 硅砖的生产工艺要点
第四章 硅质耐火材料
绪言
1. 概念：硅质耐火材料是指以SiO2为主要化学组成（ SiO2： 93-98% ）的耐火材料。
2. 分类：包括普通硅砖、特种硅砖、石英玻璃及其制品。 3. 性质及应用 硅质制品属典型的酸性耐火材料，抗酸性渣侵蚀能力强，易受碱 性渣强烈侵蚀。荷重软化温度高，接近于鳞石英、方石英的熔点 （1670℃、1710℃）。但耐火度较低，热震稳定性差。
★ 硅砖矿物组成中，要求有大量鳞石英存在，而不希望有残余石 英和方石英存在，尤其是残余石英。原因在于： 1）鳞石英可在砖体结构中形成由矛头状双晶构成的相互交错网络 结构，赋予制品较高的荷软温度及机械强度。
鳞石英矛头状双晶
§4-2 硅质耐火材料生产的理化基础
★ 硅砖矿物组成中，要求有大量鳞石英存在，而不希望有残余石 英和方石英存在，尤其是残余石英。原因在于：
2）三种石英变体中，鳞石英的热膨胀率随温度变化比较均匀，且 当T＞600℃后，具有最小的热膨胀率。因此，鳞石英含量高时有 利于改善制品的抗热震性和高温体积稳定性。
§4-2 硅质耐火材料生产的理化基础
2）鳞石英各变体之间发生晶型转变时，引起的体积效应最小 （0.40%），故具硅有砖较中好方的石体英积含稳量定与性渣。侵蚀量的关系
1675
残余石英 ％
2
0
美国 VEGA 95.64
0.71
英国 皮尔金顿
96.18
0.52
0.64
0.39
2.32
2.33
20.3
22
35.6
56.8
1690
1680
55 3～5
第四章 硅质耐火材料
§4-2 硅质耐火材料生产的理化基础
一、SiO2的多晶转变关系
无矿化剂存在时
亚稳 方石英
● 组成、结构与性质的关系：
硅砖真比重与矿物组成的关系
硅砖真比重 鳞石英，% 方石英，% 石英，% 玻璃相，%
2.33
80
13
1
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
Hale Waihona Puke 2.425312
17
18
硅砖的密度一般应小于2.38 g/cm3 优质硅砖的密度在2.32~2.36 g/cm3
+2.8% β-方石英
熔体
石英玻璃
另外由上图可见：
γ-鳞石英
◆ 由α-石英转化为α-鳞石英或α-方石英时，不管有无矿化剂存在， 均要先转化为半安定方石英，然后再继续转化下去。
◆ 鳞石英的生成必须有矿化剂（杂质）的存在，纯石英加热时形成 不了鳞石英，而只可能有石英和方石英两种变体。
§4-2 硅质耐火材料生产的理化基础
虽然方石英的熔点最高（1713℃）（鳞石英 1670 ℃ ，石英1600 ℃ ），其量增多有利于提高制品的耐火度，但从体积稳定性看， 方石英在晶型转变时，引起的体积变化最大（2.8%）。另外，方 石英含量提高也会导致制品的抗渣性能降低。
§4-2 硅质耐火材料生产的理化基础
● 残余石英在制品于高温下使用时，会继续发生晶型转变，产生 较大的体积膨胀，导致制品结构松散。
● 组成、结构与性质的关系：
● 组成、结构与性质的关系：
侵蚀量/mm
3.0
2.5
2.0
1.5
1500oC
1.0 1400oC
0.5
0.0 0
20 40 60 80 100
方石英含量/%
方石英含量与侵蚀量的关系 （熔点1723℃）
● 组成、结构与性质的关系：
● 组成、结构与性质的关系：
第四章 硅质耐火材料
硅砖主要用于砌筑焦炉、玻璃熔窑及其他有酸性熔渣产生的热工设 备。
第四章 硅质耐火材料
§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（%）
斜方 等轴
2.33~2.34（天然） 2.31~2.32（人工）
2.229
＜1713
非晶质
2.203
熔点,℃ 1713 1670
1730
无矿化剂存在时
亚稳 方石英
α-石英
亚稳 方石英
+0.82% 有矿化剂存在时
β-石英
+ 12.7%
+ 4.7%
α-鳞石英
α-方石英
+0.20% β-鳞石英
+0.28%
Al2O3
Fe2O3
CaO
0.5~2.5 0.3~2.5 0.2~2.7
矿物组成（%）
方石英
石英
玻璃相
20~80
3~15
4~10
R2O 1.0~1.5
第四章 硅质耐火材料
一、硅砖的组成、结构及其与制品性质关系 硅砖的一般显微结构：
T：鳞石英 C：方石英 Q：残余石英 G：玻璃相
一、硅砖的组成、结构及其与制品性质关系
α-石英
亚稳 方石英
+0.82% 有矿化剂存在时
β-石英
+ 12.7%
+ 4.7%
α-鳞石英
α-方石英
+0.20%
+2.8%
β-鳞石英 +0.28%
β-方石英
熔体
γ-鳞石英
石英玻璃
§4-2 硅质耐火材料生产的理化基础
SiO2变体的性质
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
45
0.2MPa荷重软化 开始温度 ℃
1690
重烧线变化率
1450℃×2h ％
+0.2
方石英 ％
55
中国 LBG-96
96.54 0.67 0.41 2.33 18 38
1680
+0.1
德国 DIDER
95.9 0.48 0.54 2.32 21.7 32
1680
+0.19 35～40
日本 旭硝子
98.5 0.9
二、硅砖的性质
硅砖的密度一般应小于2.38 g/cm3 优质硅砖的密度在2.32~2.36 g/cm3
二、硅砖的性质
优质硅砖的理化性能
SiO2 ％ Fe2O3 ％ 熔融指数 ％ （Al2O3+2R2O） 真密度 g/cm3
显气孔率 ％
中国 LPBG-96
97.6 0.35
0.35
2.33 17
常温耐压强度MPa
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）
2.24
870~1470 六方 蜂窝状结构
2.228
180~270 1470~1713
第四章 硅质耐火材料
本章主要内容：
◆ 硅砖的组成及性质 ◆ SiO2变体及晶型转变 ◆ 鳞石英的性质及其与硅砖性能的关系 ◆ 矿化剂的选择原则及其种类 ◆ 硅砖的生产工艺要点
第四章 硅质耐火材料
绪言
1. 概念：硅质耐火材料是指以SiO2为主要化学组成（ SiO2： 93-98% ）的耐火材料。
2. 分类：包括普通硅砖、特种硅砖、石英玻璃及其制品。 3. 性质及应用 硅质制品属典型的酸性耐火材料，抗酸性渣侵蚀能力强，易受碱 性渣强烈侵蚀。荷重软化温度高，接近于鳞石英、方石英的熔点 （1670℃、1710℃）。但耐火度较低，热震稳定性差。
★ 硅砖矿物组成中，要求有大量鳞石英存在，而不希望有残余石 英和方石英存在，尤其是残余石英。原因在于： 1）鳞石英可在砖体结构中形成由矛头状双晶构成的相互交错网络 结构，赋予制品较高的荷软温度及机械强度。
鳞石英矛头状双晶
§4-2 硅质耐火材料生产的理化基础
★ 硅砖矿物组成中，要求有大量鳞石英存在，而不希望有残余石 英和方石英存在，尤其是残余石英。原因在于：
2）三种石英变体中，鳞石英的热膨胀率随温度变化比较均匀，且 当T＞600℃后，具有最小的热膨胀率。因此，鳞石英含量高时有 利于改善制品的抗热震性和高温体积稳定性。
§4-2 硅质耐火材料生产的理化基础
2）鳞石英各变体之间发生晶型转变时，引起的体积效应最小 （0.40%），故具硅有砖较中好方的石体英积含稳量定与性渣。侵蚀量的关系