铝硅系耐火材料

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
27
ZrO2粒径较大,主要以m-ZrO2形式存在,材料以微裂纹增韧为主。
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 生产烧结锆莫来石原料生产工艺:
■ 工业氧化铝+锆英石
■ 高铝矾土+锆英石+(工业氧化铝)
28
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 3.3.6.4 莫来石质制品生产工艺要点 (Technology of mullite bricks)
/%
耐火度 /℃
<3 <5 <10 <3 <5 <10
≥1790
M70
<2.0
≥1790
M65
一级品 二级品 三级品
65-70 65-70 65-70
<2.0
<0.6 <0.8 <1.0
<0.2 <0.3 <0.3
≥2.75 ≥2.70 ≥2.65
<3 <5 <10
≥1790
17
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
全天然电熔莫来石
全天然烧结莫来石
18
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
高纯烧结莫来石的典型性能
产 地 Al2O3 SiO2 Fe2O3 TiO2
中 国
JD 74.79 22.90 0.55 0.35 SD 76.24 21.60 0.74 0.32 A-1 71.98 27.00 0.30 0.16 A-2 76.88 21.69 0.70 0.11
25~35 2.0 0.8 0.5 3.00 4 1710
16
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
全天然铝矾土精矿烧结莫来石
化学成分% 牌号 等级 Al2O3 M73 一级品 二级品 三级品 一级品 二级品 三级品 >73-79 <73-79 <73-79 >73-79 <73-79 <73-79 TiO2 <2.0 Fe2O3 <0.6 <0.8 <1.0 <0.6 <0.8 <1.0 Na2O+ K2O <0.2 <0.3 <0.3 <0.2 <0.3 <0.3 体积密度 /g/cm3 ≥2.85 ≥2.80 ≥2.75 ≥2.80 ≥2.75 ≥2.70 显气孔率
0.49 0.40 0.38 0.78 0.84 1.20 0.57 0.75 3.31 2.65
CaO
0.09 0.07 0.06 0.16 0.19
MgO
0.17 0.11 0.06 0.37 0.53
K2O
0.03 0.004 0.003 0.10 0.10
Na2O
0.02 0.001 0.002 0.10 0.10
玻璃成分,% SiO2 24.95 44.82 Al2O3 45.16 46.15 Fe2O3 9.35 2.50 TiO2 19.52 3.20
20
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 3.3.6.2 莫来石-高硅氧玻璃复相合成材料
(Synthetic mullite-high silica glass composite)


抗侵蚀能力:电熔莫来石砖>烧结莫来石砖
抗酸性及低碱度熔渣侵蚀:莫来石制品>镁质制品 莫来石砖在1450℃以上时不宜与碱性物质接触,否则莫来 石就会分解。
31
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
烧结莫来石砖的理化指标
项目 Al2O3,% 耐火度,℃ 0.2MPa荷重软化温度T2,℃ 显气孔率,% 体积密度,g· ≤23 ≥2.55
25
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 3.3.6.3 锆莫来石(Zirconia mullite material)
3Al2O3+2ZrSiO4→3Al2O3· 2SiO2+2ZrO2
26
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
ZrO2引入莫来石材料中的作用: —— 促进烧结作用(空位) —— 提高高温力学性能(相变增韧) —— 改善热震稳定性(相变增韧,微裂纹增韧) 不同组成的ZTM材料,其强韧化机制不同。 ZrO215~30%时,ZTM材料以应力诱导相变增韧为主; ZrO2大于30%时,ZTM材料以微裂纹增韧为主。 ZrO2粒径较小,t-ZrO2相对含量较高,材料力学性能的提高主要 源于t-ZrO2的相变增韧。
15
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
电熔莫来石的理化指标 项 Al2O3,% 目
指 M75
70~77

M70 60~70
SiO2,% TiO2,% 不大于 Fe2O3,% 不大于 Na2O+ K2O,% 不大于 体积密度,g· ㎝-3 不小于 显气孔率,% 不大于 耐火度,℃ 不低于
22~29 0.1 0.2 0.4 2.90 5 1850
32
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
电熔莫来石砖的理化性能
项 目 指 标
Al2O3,% SiO2,% 72~74 24~26
Fe2O3,%
Fe2O3+CaO+MgO+TiO2+R2O,% 显气孔率,% 体积密度,g· ㎝-3 常温耐压强度,MPa 0.2 MPa荷重软化温度,℃ T1不低于 T2不低于
0.01 0.12
0.80 0.17 — 3.13 2.89 3.0 — — —
0.60
— 3.13 2.85 1.5 — — —
真比重 体积密度, g/cm3 显气孔率,% 刚玉,% 莫来石,% 玻璃相,%
19
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
名 称
Ⅰ级矾土 Ⅱ级矾土
煅烧 温度,℃
1500 1500
24
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
莫来石—高硅氧玻璃化学成分
Al2O3
熟料成分 1520℃ 晶相成分* 1622℃ 1520℃ 玻璃相 成分* 1602℃ 57.15 71.05 71.90 9.11 8.32
SiO2
40.90 27.36 26.68 86.09 87.31
Fe2O3 TiO2
伊利石合成 KAl2[(OH)2AlSi3O10] 蒙脱石合成(微晶高岭石)
Ex(H2O)4{(Al2-x,Mgx)2[(Si,Al)4O10](OH)2} 高岭石合成
8
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
细磨时间及预先煅烧温度对莫来石致密化的作用
9
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
10
CaO MgO
K2O Na2O LOI
0.14 0.51
0.42 0.18 0.27 3.10 — 3.0 5 94 微量
0.23 0.17
0.17 0.41 — — — 3.0 — — —
0.04 0.08
0.27 0.21 0.04 — — 3.3 0.42 98.04 1.54
0.15 0.04
—— 当配合料的Al2O3高于莫来石中的理论组成71.8%时, 形成溶有过剩Al2O3的莫来石固溶体即β-莫来石。
—— 只有Al2O3>80%时才会出现刚玉相。
电熔莫来石的矿相组成:莫来石晶体和玻璃相。
烧结莫来石:晶粒小,缺陷多→→热震↑
电熔莫来石:晶粒大、缺陷少→→高温力学性能和抗侵蚀性↑
14
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 Al2O3-SiO2二元系相平衡图
0.25 0.12 — 3.19 — 3.4 10.36 92.34 —
0.10 0.01
0.24 0.09 — — — 5.9 10.59 91.28 —
0.30 0.20
0.26 0.30 0.20 3.07 — 0.5 0 91 9
0.20 0.20
0.23 0.31 0.20 — 2.86 0.5 5 83 7
日 本
A-3 77.60 21.32 0.30 0.11 B-1 70.00 28.10 0.90 0.10 B-2 73.00 25.10 0.80 0.10
德国
M72 72.50 26.00 0.20 0.30 0.10
英 国
KCM 73.78 24.35 0.53 0.13
化 学 成 分 / %
以蓝晶石和氧化铝合成的莫来石
溶胶-凝胶法合成的莫来石晶须
3
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
3)影响莫来石质量的主要工艺因素
◆ 原料化学组成(Al2O3/SiO2比、纯度) ◆ 原料结构特性 ◆ 原料分散度 ◆ 煅烧温度
4
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
添加粘土对莫来石熟料致密化的影响 (a:纯莫来石-1600℃,c:添加2%粘土的莫来石-1450℃)
天然原料:高铝矾土、三石、焦宝石、高岭土、蜡石及硅石。 工业原料:工业氧化铝、氢氧化铝等。
1
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
2)合成工艺
烧结法:(天然1630~1650℃ ,高纯>1700℃)
干法:配料—干磨—压球—烧成 湿法:配料—湿磨—料浆—压滤/真空挤泥—泥饼—烧成
2
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
23
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
不同原料制备的莫来石—高硅氧玻璃材料
编号 主要原料 烧结温度,℃ 保温时间,h 物相组成,% 莫来石 玻璃相 刚玉 莫来石晶体尺寸,μm 体积密度,g/cm3 70-75 25-30 2-7 1.99 55-60 40-45 1-12 2.57 76 21-24 <3 2-10 51 少量CaSiO3 2-10 1 蓝晶石 1200 2 2 高岭石 1520 5 3 高铝矾土 1600 3 4 煤矸石 1550 12
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
11
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
烧成制度(特别是冷却速度)
12
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
烧成气氛(氧化,还原)
13
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 4)电熔法
配料—熔融—冷却 电熔莫来石从熔体中冷却析晶过程与Al2O3-SiO2系统相图的 析晶过程相似。
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 3.3.6 莫来石质耐火制品 (Mullite refractories)
定义:人工合成莫来石 分类: 低莫来石质、莫来石质、莫来石-刚玉质和刚玉-莫来石质。
3.3.6.1 合成莫来石(Synthetic mullite) 1)原料
— 纯天然原料→→低铝莫来石、中铝莫来石、高铝莫来石 — 工业原料与天然原料组合→→高铝莫来石
烧结法合成莫来石制品和熔铸法合成莫来石制品。 烧结莫来石制品的生产工艺与高铝制品的生产工艺相似。
— 颗粒料:合成莫来石熟料
→45~55%
— 细粉:合成莫来石熟料,或白刚玉、石英粉及“纯净” 粘土等配成与莫来石组成相当的混合粉料。
→55~45%
29
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
— 烧成温度:1550~1600℃(电熔料,T>1700℃) — 烧成气氛: 莫来石在1370℃以上的还原气氛下将会发生分解, 部分SiO2变为气态的SiO离开砖体。当温度高于 1650℃时,即使不是还原气氛而在较低的氧分压下,
莫来石也会分解。
→→燃烧温度及气氛直接影响莫来石砖的烧成。
30
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 3.3.6.5 莫来石质制品性能(Properties)
耐火度高,荷重软化温度高、高温蠕变率低, 优异的抗热震性能、耐渣侵蚀性能,高剪切模量等。
◆ ◆
高温抗折强度:烧结莫来石制品>>电熔莫来石制品 体积稳定性、抗蠕变性:电熔莫来石制品↑↑, 莫来石制品>高铝砖
问题:
粘土或低品位矾土煅烧温度低,矿物相中方石英发生晶型转变 制备工艺如高温烧成和引入添加剂如适量的R2O或其它
晶相莫来石(55-60% )+非晶相高硅氧玻璃(40-45% )
美国佐治亚粘土公司(Mulcoa 70,Mulcoa60与Mulcoa47 )
英国瓷土公司(Molochite ,Al2O3 42~45wt ,K2O1.5~2.0wt% )
5
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
添加MgO对以粘土和活性Al2O3合成莫来石熟料的显微结构(1600℃×3h) (Ⅰ)1%MgO,(Ⅲ)3%MgO
6
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
添加MgO的粘土和活性Al2O3合成莫来石熟料的XRD图谱(1600℃×3h)
7
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
21
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
结构特征: 针状、纤维状、柱状,网络交叉,不含石英和刚玉。
“莫来凯特”SEM照片
由煤矸石制备的“莫来凯特”的XRD谱图
22
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
分类:
◆ 高R2O杂质(0.2%~2.0%) ◆ 低R2O杂质(<0.2%)
特性:
■ 高温下,玻璃相转变为高粘度的高硅氧液相,对高温性 能有利(耐火度在1770℃左右 ); ■ 低温下,由于高硅氧玻璃的热膨胀系数低,有利于提高 材料的热震稳定性。 (20~1600℃, 4.44×10-6K-1 )
相关文档
最新文档