耐火材料工藝學 第四章硅質(zhì)耐火材料

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1、 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 2 SiO2變 體 及 晶 型 轉(zhuǎn) 變 鱗 石 英 的 熔 點 及 結(jié) 晶 特 性 礦 化 劑 的 選 擇 原 則 及 其 種 類 硅 磚 的 生 產(chǎn) 工 藝 及 其 性 能 Refractories of SiO2 System 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 3 以 SiO2為 主 要 成 分 （ 93-98%） 的 耐火 制 品 ,包 括 硅 磚 、 特 種 硅 磚 、 石 英 玻 璃及 其 制 品 。一 、 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 4 對 酸 性 爐 渣 抵 抗 力 強 ，

2、 但 受 堿 性 渣 強 烈 侵蝕 ， 對 CaO、 FeO、 Fe 2O3等 氧 化 物 有 良 好的 抵 抗 性 ； 荷 重 變 形 溫 度 高 ， 波 動 在 16401680 間 ，接 近 鱗 石 英 ， 方 石 英 的 熔 點 (1670 、1713 )； 熱 震 穩(wěn) 定 性 低 ， 其 次 是 耐 火 度 不 高 ， 這 限制 了 廣 泛 應 用 。 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 5 焦 爐 、 熱 風 爐 、 玻 璃 熔 窯 、 隧 道 窯 的 拱 頂 、 各 種 窯 爐 的 架 子 磚 等 。 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 6

3、 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 7 互 變 性 轉(zhuǎn) 變 體 積 變 化 ， % 轉(zhuǎn) 變 溫 度 ， 轉(zhuǎn) 變 方 式 -石 英 -石 英 +0.82 573-方 石 英 -方 石 英 +2.8 180270-石 英 -鱗 石 英 +12.7 870-石 英 -方 石 英 +17.4 12001350-鱗 石 英 -方 石 英 +4.7-方 石 英 熔 體 +0.1 1713熔 融 石 英 -方 石 英 -0.4 1200 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 8 變 體 名 稱 穩(wěn) 定 溫 度 ， 晶 系 結(jié) 晶 習 性 常 溫 下 真 比 重 熔 點

4、 ，-石 英 573 三 方 柱 狀 2.651-石 英 573870 六 方 2.533-鱗 石 英 常 溫 117 斜 方 矛 頭 狀 雙晶 2.272.35（ 天 然 ） 2.2622.285（ 人 工）-鱗 石 英 117163 六 方 2.24-鱗 石 英 8701470 六 方 蜂 窩 狀 結(jié)構(gòu) 2.228-方 石 英 180270 斜 方 2.332.34（ 天 然 ） 2.312.32（ 人 工 ） -方 石 英 14701713 等 軸 2.229石 英 玻 璃 1713 非 晶 質(zhì) 2.203 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 90 200 400 6

5、00 800 10000.00.5 1.01.5 2.0 線膨脹系數(shù)/ % 溫 度 /oC 方 石 英 鱗 石 英 石 英 硅 質(zhì) 玻 璃 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 10 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800-25-20 -15-10-5 0510 15 Go /KJ Temp./K 方 石 英 鱗 石 英 石 英 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 11 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 12鱗石英雙晶(N1 100)石英粒狀晶體的斷口形貌 2021-8-12 材 料 科 學

6、與 工 程 學 院 13 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 14 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 15 取決于所加礦化劑與磚坯中硅氧在高溫時所形成熔液的數(shù)量和性質(zhì)，即液相開始形成的溫度，液相的數(shù)量、粘度、潤濕能力和結(jié)構(gòu)等。愈 低 ， 愈 有 利 于 燒 成 中 形 成 的 方 石 英 通 過 液 相 向 鱗 石 英 轉(zhuǎn) 變 ， 礦 化 劑 作 用 愈 強 ， 磷 石 英 愈 多 ， 晶 粒 愈 大 。 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 16 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 17 2021-8-12 材

7、料 科 學 與 工 程 學 院 18 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 19 * 有 二 液 區(qū) ； * 形 成 液 相 溫 度 1470 （ 鱗 石 英 的 最 高 穩(wěn) 定 溫 度 ） 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 20 有 二 液 區(qū) CaO-SiO2 FeO-SiO2 MgO-SiO2 TiO2-SiO2 Cr2O3-SiO2 不 含 二 液 區(qū) Al2O3-SiO2 Na2O-SiO2 K2O-SiO2 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 21 液 化 溫 度 1707 ， 二液 區(qū) 寬 度 1-27.5 CaO，二

8、元 共 熔 點 1436 ；硅 磚 可 以 單 獨 吸 收27.5%CaO而 不 致 崩 潰 。 l 27.5 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 22 液 化 溫 度 1698 ， 二 液區(qū) 寬 度 3-42 FeO， 二 元共 熔 點 1178 ； 硅 磚 可 以 單 獨 吸 收42%FeO而 不 致 崩 潰 。 42 3 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 23 液 化 溫 度 1695（ 1723） ， 二 液 區(qū) 寬 度 3-42 MgO， 二 元 共 熔 點1543 。 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 24 液 化 溫

9、 度 1780（ 1794） ， 二 液 區(qū) 寬 度 18-92 TiO2（ 偏 向 TiO2） ，二 元 共 熔 點 1553 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 25 液 化 溫 度 2250 ， 二 液 區(qū) 寬 度 5-98 Cr2O3 ，二 元 共 熔 點 1720 。 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 26 CaO-SiO2、 FeO-SiO2 都有 二 液 區(qū) ， 由 兩 個 含 二液 區(qū) 的 二 元 系 統(tǒng) 構(gòu) 成 的三 元 系 統(tǒng) ， 仍 然 保 持 著二 液 區(qū) 。 硅 磚 可 以 同 時 吸 收 不 同比 例 的 CaO和 FeO。

10、 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 27 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 28 加 入 6.5%Na2O， 液 化 溫 度下 降 到 1600 ， 25%Na2O，液 化 溫 度 降 到 Na2OSiO2-SiO2共 晶 點 789 ， 并 且 無 二液 區(qū) 。 l 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 29 所 以 ,生 產(chǎn) 中 常 用 的 礦 化 劑 是 : 對 硅 質(zhì) 原 料 耐 火 度 降 低 不 大 ， 溫 度 升 高 ， 液 相 量 增 加 緩 慢 ； 使 泥 料 具 有 結(jié) 合 性 和 可 塑 性 ； 干 燥 后 坯

11、 體 具 有 一 定 的 強 度 ； 燒 成 時 起 礦 化 劑 作 用 ， 促 進 石 英 轉(zhuǎn) 化 。 為 了 提 高 石 英 的 轉(zhuǎn) 變 程 度 ， 減 少 磚 坯 燒 成 時 的膨 脹 和 松 散 ， 以 及 減 少 制 品 的 裂 紋 ， 還 與 石 英 同時 加 入 氧 化 鐵 。 加 入 氧 化 鐵 可 以 顯 著 降 低 液 相 出現(xiàn) 的 溫 度 和 粘 度 。 加 入 量 90% 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 30不 同 礦 化 劑 對 石 英 轉(zhuǎn) 化 率 的 影 響CaO-氟 化 物 85%66% 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學

12、院 31 Na2O（ K2O） - SiO2 雜 質(zhì) 作 用 Al2O3 - SiO2 雜 質(zhì) 作 用 Na2O(K2O)-A12O3-SiO2 耐 火 度 CaO3 （ A12O3十 TiO2十 R2O） 0.5 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 32 B:1%Al2O3, 2%CaO, 97%SiO2B:0.5%Al2O3,2%CaO, 97.5%SiO2 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 33 B:1%Al2O3、 2%CaO、 97%SiO2 L1600=(SiO2-B)100%/（ SiO2-C） 15.3% S1600=(B-C)100%

13、/（ SiO2-C） 84.5% B:0.5%Al2O3 、 2%CaO 、 97.5%SiO2 L1600=(SiO2-B)100%/(SiO2C)10.9% S1600=(B-C)100%/（ SiO2-C)89.1% 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 34 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 35 一 、 原 料分 類 巖 石 分 類 顯 微 結(jié) 構(gòu) 和 特 征 示 例結(jié) 晶硅 石 脈 石 英 石 英 巖 變 質(zhì) 石 英 巖 石 英 砂 晶 粒 很 大 ， 純 凈 ， 轉(zhuǎn) 變 困 難 晶 粒 較 小 ， 純 凈 ， 中 速 轉(zhuǎn) 變 晶 粒 受 地

14、 殼 壓 力 而 發(fā) 生 扭 曲 ， 易 轉(zhuǎn) 變 晶 粒 較 大 ， 純 度 不 定 吉 林 本 溪 包 頭膠 結(jié)硅 石 砂 巖 玉 髓 燧 石 巖 以 膠 結(jié) 石 英 為 基 質(zhì) 的 砂 巖 由 玉 髓 組 成 以 玉 髓 為 基 質(zhì) 武 漢 山 西 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 36 ： （ 20%） 降 低 成 本 ； 減 少 坯 體 的 燒 成 收 縮 ， 降 低 燒 成 廢 品 率 。 軋 鐵 皮 （ 鐵 鱗 Fe2O3+FeO90% ， 粒 度 0.5mm不 超 過 12%， 80%） 、 平 爐 渣 、 硫 酸 渣 、 軟 錳 礦 等 。 石 灰 乳 、

15、 硅 酸 鹽 水 泥 、 亞 硫 酸 紙 漿 廢 液 。 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 37 顆 粒 組 成 的 選 擇 （ 結(jié) 合 劑 少 ） 臨 界 粒 度 :（ 顆 粒 大 易 壓 碎 、 轉(zhuǎn) 變 時 體 積 膨 脹 大 而 開 裂 . 臨 界 粒 度 要 小 ,一 般 為 23mm） 臨 界 顆 粒 為 3mm,粒 度 系 數(shù) =0.75-1.00時 磚 體 的 氣 孔 率 、密 度 和 外 觀 質(zhì) 量 最 好 ！ 細 粉 數(shù) 量 （ 轉(zhuǎn) 變 時 體 積 膨 脹 小 、 與 礦 化 劑 作 用 及 燒 結(jié) 性 增 強 ） 0.088 %3 1 %mmmm 粒

16、度 系 數(shù) 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 38 成 型 磚 坯 體 積 密 度 2.2-2.3g/cm3 ； 磚 模 尺 寸 應 縮 小 （ ） ； 為 了 保 證 致 密 磚 體 ， 成 型 壓 力 應 不 低 于 100150MPa。 燒 成 廢 品 率 高 SiO2晶 型 轉(zhuǎn) 變 ， 體 積 變 化 液 相 量 較 少 （ 10%） 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 39 150 自 由 水 450 500 Ca(OH )2分 解 ， 磚 坯 結(jié) 合 強 度 550 650 -石 英 -石 英 ， 0.88%膨 脹 ， 產(chǎn) 生 顯 微 裂

17、紋 ； 600 700 CaO與 SiO2的 固 相 反 應 開 始 ， 磚 坯 結(jié) 合 強 度 2CaO SiO2 -2CaOSiO2 2CaOSiO2 SiO22（ CaOSiO2） 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 40 1000 1100 生 成 固 溶 體 (-CaOSiO2 、 FeOSiO2) -CaOSiO2 FeOSiO2CaOSiO2 FeOSiO2 1200 與 雜 質(zhì) 如 Al2O3、 Na2O等 作 用 形 成 液 相 （ 8 10 ） ， 潤 濕 石 英 顆 粒 ， 石 英 轉(zhuǎn) 變 速 度 。 1300 1350 鱗 石 英 和 方 石 英 1

18、350 1430 鱗 石 英 ， 方 石 英 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 41 石 英 的 相 變 （ 石 英 ,-石 英 -方 石 英 -方 石 英 ） 573 1200 300 原 料 的 轉(zhuǎn) 變 速 度 （ 快 速 轉(zhuǎn) 變 升 溫 ） 添 加 物 的 數(shù) 量 和 性 質(zhì) （ 液 相 多 升 溫 ） 磚 塊 的 形 狀 大 小 （ 大 塊 及 異 型 升 溫 ） 20 600 20 小 時 （ 快 ） 600 1100 25 小 時 （ 最 快 ） 1100 1300 10 小 時 1300 1350 5 小 時 （ 慢 ） 1350 1430 2 小 時 （

19、最 慢 ）弱 還 原 氣 氛 ， 使 高 溫 階 段 溫 度 緩 慢 均 勻 上 升 。 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 42 化 學 成 分SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO R2O93-98 0.5-2.5 0.3-2.5 0.2-2.7 1-1.5 礦 物 組 成 鱗 石 英 方 石 英 石 英 玻 璃 質(zhì) 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 43 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 44 硅 磚 相 組 成 ： 鱗 石 英 、 方 石 英 、 石 英 、 玻 璃 相 、 氣 孔 提 高 熱 導 率 的 途 徑 ： 鱗 石 英 含 量 ， 氣 孔 率 金 屬 氧 化 物 ， 如 CuO、 Cu2O、 TiO2、 Fe2O3等 特 殊 硅 石 （ Al2O3、 R2O低 ） 添 加 含 硅 的 物 質(zhì) ， 如 SiC、 Si3N4、 Si等： 抗 氧 化 鐵 和 熔 渣 侵 蝕 性 強 ： 高 熱 震 穩(wěn) 定 性 ： 高 熱 震 穩(wěn) 定 性 、 耐 磨 性 、 熱 導 率 熱 導 率 2021-8-12 材 料 科 學 與 工 程 學 院 45 影 響 致 密 硅 磚 性 能 的 影 響 因 素 有 哪 些 ？ 請 舉 1 2個 因 素 ， 說 明 原 因 。