耐火材料教学课件第三章.ppt

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前情回顾,疯狂的石头,共同的特点,SiO2,第三章硅质耐火材料,概述,硅质耐火材料化学组成矿物组成氧化硅质耐火材料优点：

抵抗酸性炉渣侵蚀能力强，荷重软化温度高，耐磨、导热性好。

缺点：

热震稳定性差，耐火度不高。

用途：

主要用于焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉等。

主要讲述内容,SiO2变体及晶型转变；硅砖生产；硅砖的性质和使用；其它氧化硅制品。

第一节SiO2变体及晶型转变,氧化硅质耐火材料是以SiO2为主要成分，主要产品有硅砖。

氧化硅质耐火材料为典型的酸性耐火材料，其矿物组成为主晶相为鳞石英和方石英，基质为石英玻璃相。

晶体与非晶体,SiO2在常压下有八种形态变体。

七种结晶形态：

（石英）（石英）（鳞石英）（鳞石英）（鳞石英）（方石英）（方石英）一种非结晶形态（石英玻璃）,SiO2变体的性质,SiO2的晶型转变,SiO2不同变体间转变时的体积变化,根据转变的特点和速度，可以分为两类：

迟钝型转变快速型转变,在加热过程中，石英，磷石英，方石英，石英玻璃之间的相互转化，是属于一种晶型转变为另一种晶型的转变过程。

这种转变过程伴随较大的体积效应，不可逆过程。

迟钝型转变,i键破裂需能量大温度高迟钝型转变时间长体积变化大（膨胀，收缩）一般不可逆,快速型转变,同一晶型亚态，态之间也转变，并且可逆的。

转变的特点：

Si-O键没有被破坏和断开，只是键角发生变化，晶格发生扭曲或伸直，消耗能量小转变温度低，转变速度快，只要到转变温度，晶体从中心到全部转变，故称快速型转变，由于快速转变是瞬间发生，其体积效应危害较大。

i键不破裂，只是扭曲或伸直温度低时间短快速型转变体积变化小可逆,硅砖性能与晶型,石英：

1600，方石英：

1723，鳞石英：

1670根据耐火度选择根据荷重软化温度选择根据体积膨胀效应,第二节硅砖的生产,要求：

硅石中SiO2含量98，其它杂质，AlO，iO2及碱金属化合物等杂质总含量小于2%。

1、原料,硅石显微组织大颗粒、转变慢、膨胀大晶体的颗结晶质小颗粒、且大小不一、较粒应大小易转变，膨胀小适当不能此颗粒细小、含杂质多用胶结质胶结质易转变、不易控制、易松散,硅石愈致密愈好,硅石不经煅烧破碎筛分成粗、细料石灰乳加矿化剂（粉碎）混合成型干燥烧成检选产品入库,2、硅砖生产流程,废硅砖,加入废硅砖，减少砖坯的烧成膨胀，降低烧成废品。

缺点：

降低耐火度和机械强度，提高气孔率。

加入量20%以下。

石灰乳,结合剂：

结合砖坯的石英颗粒，在干燥后增加砖坯的强度。

矿化剂：

促进石英的转变。

矿化剂为促进材料中某物相的形成和转化而加入的少量成分烧硅砖时为了使石英向磷石英转化而控制晶型矿化剂能控制晶型转化时的体积膨胀转化方向和速度，所以，必须加入矿化剂。

石灰乳是矿化剂又是结合剂！

该处常用矿物剂有e，a，n等。

须注意不能全变成磷石英还要方石英，以提高耐火度,矿化剂促使石英鳞石英化能力的大小主要取决于矿化剂与砖坯中硅氧在高温时所形成熔液的数量和性质。

补充：

矿化剂,1）矿化剂与氧化硅形成液相的共熔温度愈低愈有利鳞石英化的转变。

Na2O-SiO2FeO-SiO2MnO-SiO2CaO-SiO2-MgO-SiO2TiO2-SiO22）杂质的影响如：

有Al2O3存在时，CaO-Al2O3-SiO2在1170出现液相,3）矿化作用的大小也和液相是否被SiO2所饱和有关。

易饱和就具有高的结晶能力，矿化能力就强。

4）鳞石英化能力还取决于石英和亚稳方石英在液相中的溶解速度。

溶解速度取决于质点在液相中的扩散速度和液相的润湿能力。

由上可知，矿化作用以碱金属最强，FeO，MnO次之CaO，MgO较差。

但实际应用还要考虑其它方面。

补充：

硅砖的生产工艺要点,原料,废硅砖（20%）矿化剂：

轧钢皮（铁鳞）、平炉渣、硫酸渣、软锰矿等。

结合剂：

石灰乳、硅酸盐水泥、亚硫酸纸浆废液。

颗粒组成的选择临界粒度（颗粒大易压碎、转变时体积膨胀大而开裂）细粉数量（转变时体积膨胀小、与矿化剂作用及烧结性增强）成型砖坯体积密度2.2-2.3g/cm3砖模尺寸应缩小（缩尺）烧成废品率高SiO2晶型转变，体积变化液相量较少（10%）,生产工艺要点,150自由水450500Ca（OH）2分解，砖坯结合强度550650石英石英600700CaO与SiO2的固相反应开始，砖坯结合强度2CaOSiO22CaOSiO22CaOSiO2SiO22（CaOSiO2）10001100生成固溶体。

CaOSiO2FeOSiO2CaOSiO2FeOSiO21200与杂质如Al2O3、Na2O等作用形成液相（810），润湿石英颗粒，石英转变速度。

13001350鳞石英和方石英13501430鳞石英，方石英,烧成中主要物理化学变化,烧成制度,升温平稳，按一定速度升温，止火温度正确，弱还原气氛。

2060020小时（快）600110025小时（最快）1100130010小时130013505小时（慢）135014302小时（最慢）,第三节硅砖的性质和使用,3）耐火度,4）荷重软化温度,5）高温体积稳定性,6）耐热震性,7）抗渣性,1）化学矿物组成,硅砖性质,2）真密度和体积密度,1、硅砖的化学矿物组成,化学成分,矿物组成,根据真密度可判断硅砖矿物组成，及其晶型转变程度。

一般的硅砖真密度在2.38g/cm3以下，优质硅砖在2.33-2.34g/cm3范围内。

2、真密度和体积密度,硅砖真密度与矿物组成的关系,硅砖2.38g/cm3，优质硅砖2.332.34/cm3,硅砖的真密度越大越好吗？

为什么？

体积密度与气孔率有关。

一般的显气孔率为17-25%，体积密度1.8-1.95g/cm3，体积密度与制造有关，成型压力高、体积密度大。

硅砖的耐火度为1690-1730不太高，受SiO2含量，晶型，杂质而略有变化，但波动较小。

SiO2含量愈高，耐火度愈高。

总之，耐火度不高，不能满足强化冶炼的要求。

3、耐火度,硅砖的荷重软化温度较高，为1620-1670，该温度范围窄且与耐火度接近。

原因：

磷石英为矛头双晶形成网络状；基质为粘度大的玻璃相。

基于以上原因，硅砖一旦达到荷重软化点开始温度便迅速破坏。

4、荷重软化温度,5、高温体积稳定性,硅砖在加热过程中，存在一般热膨胀和晶型转换并伴有体积膨胀。

如果砖内存在未转变的残留的石英，在高温下将继续转变为鳞石英和方石英，会产生较大的体积膨胀。

6、耐热震性,硅砖的耐热震性很差，在850下水冷仅为1-2次，原因是温度剧烈变化时，硅砖内部的结晶发生快速型转变，体积突然膨胀或者收缩，产生较大的内应力，使硅砖崩裂和剥落。

但是在600以上时，不发生快速转变，耐热震性较好。

7、抗渣性硅砖是酸性的耐火材料，对酸性及弱酸性炉渣和含腐蚀性炉气的侵蚀具有较强的抵抗作用。

虽然硅砖的耐火度不高，但荷重软化温度较高，高温结构强度大，而且在600以上长期使用的稳定性较好，可以抵抗酸性炉渣的侵蚀，所以用于砌筑玻璃熔窑和焦炉。

平炉、酸性转炉内衬、电炉炉顶、反射炉拱顶、蓄热室及沉渣室过去也是用硅砖砌筑，现在为高铝砖和镁铝砖代替。

总结,第四节其它氧化硅质耐火材料制品,为了减薄焦炉炭化室隔墙厚度，以强化传热过程，缩短炭化时间，因此需要密度高，结构强度大和导热性能高的硅砖。

采用高硅质原料，经过高压成型，掺加u、u2、i、e等氧化物，使导热系数18m。

金属氧化物对硅砖导热性的影响：

uei。

1、高密度高导热硅砖,2、石英玻璃制品,A.石英玻璃制品是二氧化硅单一组分的玻璃相，是非晶质结构，用硅石或者硅化物为原料，经过高温熔化或者气相沉积而成。

按照透明度分为透明和不透明两种。

透明石英玻璃不含或者含有少量的气泡等散射质点，长期会失透，安全使用温度是1100度。

不透明石英玻璃含有大量的微小气泡等散射质点，由硅石高温熔炼而成。

隔热性较好！

2、石英玻璃制品,B、石英玻璃再结合制品是以石英玻璃为原料，先制成细粉，然后加结合剂，经过再结合或者快速烧成而制成制品。

石英玻璃再结合制品保持了石英玻璃的特性，同时导热系数很小，耐磨和耐冲刷，高温抗折及抗拉强度高。

所以用在钢铁冶金和有色冶金的浸入式水口砖等。

缺点是长期在1100度以上使用，会产生高温析晶而开裂和剥落。

结束,