硅石耐火材料 (2)精.ppt

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1、硅石耐火材料第1页，本讲稿共72页硅石耐火材料是指以天然硅石为主要原料制得的耐火材料。SiO2含量不得少于93%。85%SiO2含量93%称为硅质耐火材料。习惯上，把硅石耐火材料叫硅质耐火材料。第2页，本讲稿共72页 普通硅砖普通硅砖种类：硅砖（最常见）种类：硅砖（最常见）高密度硅砖高密度硅砖 特种硅砖、石英玻璃特种硅砖、石英玻璃主要用途：焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉以及其主要用途：焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉以及其他热工设备。他热工设备。第3页，本讲稿共72页硅砖自1822年被英国人制成开始，已有188年历史。1834年起，在炼钢炉厂的耐火材料中保持首要地位。随着炼钢技术的发展，平炉基本被淘汰，

2、硅砖也逐渐被高铝质耐火材料所取代。至此，硅砖基本退出了炼钢领域。因而消耗量也大减，20世纪70年代以来年均消耗量为十几万吨，占全部耐火材料的1-3%。第4页，本讲稿共72页第5页，本讲稿共72页3.1硅砖的组成、显微结构与性质3.1.1 硅砖的组成、结构及对性质的影响由两表可以看出：硅砖中由两表可以看出：硅砖中SiOSiO2 2含量在含量在9393以上；一般硅砖中的晶相为鳞以上；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。石英和方石英以及少量残存石英，基质为玻璃相。化化 学学 成成 分分SiO2Al2O3Fe2O3CaOR2O%93-980.5-2.50.3-2.50.2-

3、0.71-1.5矿矿 物物 组组 成成磷磷 石石 英英方方 石石 英英石石 英英玻玻 璃璃 相相%30-7020-303-154-10第6页，本讲稿共72页硅砖的组成决定其性质SiO2有8个变体：-石英、-石英、-鳞石英、-鳞石英、-鳞石英 -方石英、方石英、石英玻璃 变体分为两类：第一类变体是石英、鳞石英和方石英，它们的晶型结构极不相同，彼此间转化很慢；第二类变体是上述变体的亚种和型，它们的结构相似，相互间转化较快。第7页，本讲稿共72页第8页，本讲稿共72页根据转变特点和速度，SiO2晶型转变分为两类：迟钝型转变（重建型）和快速型转变（位移型）。第9页，本讲稿共72页不同晶型之间的转变（迟

4、钝型转变）在加热过程中，石英、鳞石英、方石英及硅氧溶液在加热过程中，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（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、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。大的差别。不同晶型之间的转变从晶体的边缘开始，逐渐发展不同晶型之间的转变从晶体的边缘开始，逐渐发展至中心，至中心，必须破

5、坏原有的晶体结构，使必须破坏原有的晶体结构，使Si-0Si-0键断开，键断开，实现原子的重新排列，组成新的结构。所以转变过程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。间才能实现，故称为迟钝型转变。第10页，本讲稿共72页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，其体积效应危害逆的。由于快速转变是在瞬时发生的，其体积效应危害大。大。这种亚态变体的结构和物理性

6、质是相似的，转变时这种亚态变体的结构和物理性质是相似的，转变时Si-0Si-0键没有被破坏和断开，只有键的角度发生变化，晶格发生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。刻转变，故称为快速型转变。第11页，本讲稿共72页干转变与湿转变 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

7、裂纹开裂。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。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。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。应力，会造成制品的结构开裂和松散。第12页，本讲稿共72页经过高温烧成后，硅砖的性能主要与SiOSiO2 2的晶型有关。

8、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。第13页，本讲稿共72页第14页，本讲稿共72页硅砖体积密度对导热系数的影响由图可见，随硅砖显气孔率的提高，其导热系数下降。第15页，本讲稿共72页高密度硅砖具有较高的导热系数。因此，对于一些要求高导热系数的硅砖，如焦炉硅砖，常加入CaO、Na2O、TiO2、Fe2O3等添加

9、剂。CaO作用最好，据报道CaO可使导热系数提高20%，Fe2O3次之，TiO2最差。由于这些添加剂对硅砖的其他高温性质有影响，所以不宜加入太多，在2%左右为宜。第16页，本讲稿共72页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。第17页，本讲稿共72页3.1.2 硅砖的性质真密度和体积密度真密度为考核硅砖的一个重要性能指标。反映硅砖中真密度为考核硅砖的一个重要性能指标。反映硅砖中SiOSiO2 2的各相组成，的各相组成，尤其是鳞石英的含量。尤其是鳞石英的含量。

10、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2.322.36g/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1725，体积密度为1.81.95gcm3。第18页，本讲稿共72页硅砖真密度与矿物组成的关系硅砖真密度g/cm3鳞石英含量%方石英含量%石英含量%玻璃相含量%2.338013172.347217382.376317912.396015962.40581212182.4253121718第19页，本讲稿共72页耐火度耐火度：硅砖的耐火度为：硅砖的耐火度为1600160017301730

11、。随着。随着SiOSiO2 2含量、晶型、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，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。硅砖的耐火度不高，不能满足强化冶炼的要求。荷重软化温度荷重软化温度：硅砖的荷重软化温度较高，一般为：硅砖的荷重软化温度较高，一般为1620162016701670，与其耐火度接近，也接近于鳞石英的熔点。这主，与其耐火度接近，也接近于鳞石英的熔点。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

12、。网络状结构和基质为粘度较大的玻璃相所致。第20页，本讲稿共72页高温体积稳定性高温体积稳定性 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。晶型转变并伴有体积膨胀。耐热震性耐热震性 硅质耐火制品的耐热震性很差，在硅质耐火制品的耐热震性很差，在850850下水冷仅为下水冷仅为1 12 2次。当硅砖的使用温度在次。当硅砖的使用温度在600600以上波动时，由于结晶以上波动时，由于结晶不发生快速型转变，它的耐热震性较好。在不发生快速型转变，它的耐热震性较好。在600 600 以下，以下，由于多晶转变导致较大的体积变化，因此使

13、用硅砖的炉由于多晶转变导致较大的体积变化，因此使用硅砖的炉子不宜冷却至子不宜冷却至600 600 以下。以下。抗渣性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；炉气的侵蚀有根强的抵抗能力；对含对含CaOCaO和和FeOFeO的炉渣侵的炉渣侵蚀作用也有一定的抵抗能力。蚀作用也有一定的抵抗能力。硅砖抗硅酸盐玻璃成分的能力较好，因而也可以用于玻硅砖抗硅酸盐玻璃成分的能力较好，因而也可以用于玻璃熔窑上。璃熔窑上。第21页，本讲稿共72页虽然硅砖的耐火度不很高，但荷重软化温度较高，虽然硅砖的耐火度不很高，但荷重软化温度

14、较高，高温结构强度大，而且在高温结构强度大，而且在 600600以上长期使用稳以上长期使用稳定性好，能抵抗酸性炉渣的侵蚀。定性好，能抵抗酸性炉渣的侵蚀。用硅砖砌筑的炉窑在加热烘烤过程中，应缓慢升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。温，以免困膨胀过激而使砌体破坏。第22页，本讲稿共72页3.2 硅砖的生产工艺3.2.13.2.1硅砖生产的工艺流程：硅砖与其他耐火砖的生产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，和筛分后的硅

15、石颗粒料和细粉；需加一定的矿化剂，其中石灰乳既是矿化剂又起结合作用。然后成型、干其中石灰乳既是矿化剂又起结合作用。然后成型、干燥和烧成。燥和烧成。第23页，本讲稿共72页因硅砖烧成过程中有晶型转变，并伴有体积变化，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积效应的危害,获得优质硅砖，在生产过程中要配获得优质硅砖，在生产过程中要配入适量的矿化剂。入适量的矿化剂。颗粒组成的选择颗粒组成的选择成型成型烧成烧成第24页，本讲稿共72页3.2.2 矿化剂的作用添加的矿化剂须满足三个条件：1.促进石英转化为密

16、度较低的鳞石英；2.不显著降低硅砖的耐火度等高温性能；3.防止在烧成过程中因相变过快而导致制品的松散与开裂。第25页，本讲稿共72页在有足够数量的矿化剂存在时，-石英 -石英（573）亚稳方石英（1200-1470）以鳞石英形态结晶出来。第26页，本讲稿共72页影响矿化作用的因素影响矿化作用的因素影响矿化作用的因素:液相开始形成的温度；液相开始形成的温度；矿化剂与氧化硅所形成的液相的共熔温度愈低，愈有利于烧成中形成的方石英通过液相向鳞石英转变，矿化剂作用愈强，鳞石英愈多，晶粒愈大。如：Na2O-SiO2FeO-SiO2CaO-SiO2MgO-SiO2TiO2-SiO2 728 1178 129

17、1 1436 1550 液相的数量；液相的数量；液相的粘度；液相的粘度；粘度越小，矿化作用越强。液相的润湿能力；液相的润湿能力；平衡时液相的结构；平衡时液相的结构；第27页，本讲稿共72页矿化作用以碱金属氧化物（LiO2、Na2O、K2O）为最强，FeO、MnO次之,CaO、MgO最差。LiO2、Na2O、K2O作用过强，易产生破裂，造成成品率降低；另外严重降低耐火度。均不宜作为矿化剂。在实际生产过程中，由于单一的氧化物很难满足要求，常采用复合氧化物矿化剂。通常可以根据矿化剂与SiO2能否形成二液区以及液相开始形成温度小于鳞石英稳定温度1470作为判据来选择矿化剂。矿化剂的加入量：不超过3-4

18、%。第28页，本讲稿共72页在生产中广泛采用的矿化剂有CaO，CaO对硅质原料的耐火度降低不大，并有足够的矿化作用，同时使泥料具有结合性和可塑性，使砖坯干燥后具有一定强度。为了提高石英的转变程度，减少砖坯烧成时的膨胀和松散，以及减少制品的裂纹，还与石英同时加入氧化铁。加入氧化铁可以显著降低液相出现温度和粘度。目前生产中广泛采用石灰-铁质(CaO+FeO)或铁-石灰质(FeO+CaO)矿化剂，以前者的应用较广泛，加入量为：CaO为2.5%，FeO(Fe2O3)0.5-1.0%。第29页，本讲稿共72页根据制品的性能要求，不应只局限于钙铁系统，如考虑到氧化铁对碳素沉积现象的影响，使碳素在硅砖气孔中

19、沉积和石墨化，引起焦炉用硅砖砌体结构松散以致破坏，因此对焦炉硅砖可用MnO来CaO等无铁矿化剂。除了FeO、CaO和MnO作为矿化剂外，还有用氟化物例如CaF2，作为矿化剂的。用含氟的化合物作为制造硅砖的矿化剂，可以大大加速石英的转化，转化的开始温度比通用的矿化剂(CaO+FeO)早300左右，到1400时转化率已达85%。而对CaO+FeO矿化剂此时转化率仅为66%。第30页，本讲稿共72页3.2.3 外加物的引入和作用为进一步提高硅砖的导热性和热震稳定性等性能，除了采用特殊硅石，控制合适的矿相组成外，引入一定数量级的添加物可以达到较好的效果。添加金属及其氧化物：Cu、Fe、CuO、Fe2O

20、3、TiO2 MnO、Cu2O，以及引入ZrO2增韧、堇青石(硅酸盐矿物)具有较低的热膨胀系数，提高硅砖的热震稳定性能。第31页，本讲稿共72页3.3 硅砖的生产工艺要点3.3.13.3.1硅石原料硅石原料硅砖生产工艺中主要的原料有硅石、废硅砖、石灰、矿化剂硅砖生产工艺中主要的原料有硅石、废硅砖、石灰、矿化剂和有机结合剂。和有机结合剂。硅石硅石:要求硅石中要求硅石中SiOSiO2 2含量大于含量大于9696（我国多数在（我国多数在9898以上），以上），AlAl2 2O O3 3、TiOTiO2 2及碱金属氧化物等杂质总含量一般要小于及碱金属氧化物等杂质总含量一般要小于2 2。硅石原料分为硅石

21、原料分为结晶硅石结晶硅石和和胶结硅石胶结硅石两大类。两大类。结晶硅石结晶硅石由结晶石英颗粒组成。一般地，结晶硅石较纯，较致密，由结晶石英颗粒组成。一般地，结晶硅石较纯，较致密，多用作制造硅砖的原料。多用作制造硅砖的原料。胶结硅石胶结硅石是由硅质胶结物将细小石英晶体胶聚而成，往往含杂质较多，是由硅质胶结物将细小石英晶体胶聚而成，往往含杂质较多，烧后易于松散，但不是绝对的，若控制得当也可生产出合格产品。烧后易于松散，但不是绝对的，若控制得当也可生产出合格产品。第32页，本讲稿共72页硅石的分类硅石的分类分类分类岩石分类岩石分类显微结构和特征显微结构和特征产地示例产地示例结晶硅石结晶硅石脉石岩脉石岩

22、晶粒很大，纯净，转变困难晶粒很大，纯净，转变困难吉林吉林石英岩石英岩晶粒较小，纯净，中速转变晶粒较小，纯净，中速转变本溪本溪变质石英岩变质石英岩晶粒易转变晶粒易转变包头包头石英砂石英砂晶粒较大，纯度不定晶粒较大，纯度不定胶结硅石胶结硅石砂岩砂岩以胶结石英为基质的砂岩以胶结石英为基质的砂岩玉髓玉髓由玉髓组成由玉髓组成武汉武汉燧石岩燧石岩以玉髓为基质以玉髓为基质山西山西第33页，本讲稿共72页石英岩石英岩石英岩是由石英砂岩或硅质岩，经区域变质作用而形成的。此时石英砂岩的石英颗粒和硅质胶结合物结合为一体，因此强度很大，抗压强度可达 294MPa。石英岩的主要矿物成分是石英，含量大于 85%，粒度也较

23、大，一般大颗粒为 0.20.5毫米，小颗粒为0.010.08毫米，含少量的长石、绢云母、白云母、角闪石及绿泥石等。纯粹的石英岩颜色浅白，含铁的氧化物呈红色；石英岩的SiO2含量在98%以上，有一定杂质成分，主要是Al2O3，R2O。石英粒度也较大，在加热时，SiO2多晶较容易转变，尤以具有锯齿形结构的细粒结晶硅石表现出较好的工艺性能。以此为原料制砖时温度容易控制，膨胀量小，不易松散，有利于制得优质制品。第34页，本讲稿共72页脉石英脉石英脉石英是由地下岩浆分泌出来的SiO2的热水溶液填充沉淀在岩石裂缝中形成的。外观呈乳白色、白色，致密坚硬。结晶颗粒粗大，在 2mm以上。化学成分很纯，SiO 2

24、含量达 99%以上，杂质成分很小，有的夹有红色或黄褐色水锈。这类硅石在加热时，二氧化硅晶型难转变，易使晶型转化不完全，膨胀性大，易于松散，用该原料制硅砖，如果工艺条件不当，制品容易出现裂纹甚至开裂，气孔率高，强度较低。但制品抗渣性好。脉石英也是石英玻璃的原料，在陶瓷工业中，用作优质日用陶瓷的瘠性料，以降低陶瓷坯料的可塑性、干燥收缩及烧成收缩。第35页，本讲稿共72页石英砂石英砂 它又称硅砂，是石英岩、石英砂、脉石英及含SiO2高的岩石风化后的碎屑，经过流水的搬运，在滨海、湖泊及河流中沉积而成。石英砂的主要矿物为石英矿物，占 95%以上。其中含少量的长石颗粒（5%）和极少量的重砂物及有机质。石英

25、颗粒大小均匀，表面光滑，圆度及分选性较好，粒度在 0.50.15 毫米之间。质地纯净的石英砂为白色，因含有铁质，故多呈淡黄色、浅灰色或褐色。化学成分波动大，主要是SiO2(90%以上)，Al2O 3(5%)，Fe2O 3(1%)，其次还有TiO2、Cr2O3、K2O和Na2O等。第36页，本讲稿共72页燧石岩燧石岩是硅质岩的一种，主要是由玉髓、石英或蛋白石组成的，主要成分为SiO2，尚含有Al2O3、Fe2O 3、CaO、MgO、K2O、Na2O等杂质，颗粒细小，多呈次棱角状，硬度较大。是一种石英化学沉积岩，常呈层状、结核状，产于其它岩石夹层或岩石中，色灰或白色。在陶瓷工业中，常用作球磨机的研

26、磨介质或衬里，其纯净者经过缎烧可代替石英作为陶瓷胚及釉的原料。我国山西五台山的复合硅石（亦称赤白硅石）属此类型，亦为胶结硅石，此种硅石因含有均匀的细分散含铁矿物和石英细粒，在加热时，SiO2易于转化。第37页，本讲稿共72页生产优质硅砖的硅石中Al2O3、TiO2和碱性物质含量应尽可能低，三者之和不能超过 0.5。使用硅石制砖时，要控制Al2O3的含量，一般控制Al2O3 1.21.6，生产优质、特级砖应更少。对硅石原料的选取应考虑显微结构、外观、化学成分、耐火度、致密度、强度等。原料要求纯净，杂质分布均匀，不能局部集中。原料如有泥土夹杂和玷污，应先进行洗涤净化。第38页，本讲稿共72页第39

27、页，本讲稿共72页废硅砖废硅砖是硅砖在生产过程中产生的烧成废硅砖可作为原料使用，这可能减少硅砖的烧成膨胀，从而降低烧成废品。尤其是形状复杂的大型和特异型制品，更需要加入较多的废硅砖以提高成品率。一般质量25kg 的可加入30%；特异型和大型制品可加入 40%。但加入废砖会降低制品的耐火度和机械强度，提高气孔率。因此废硅砖加入量通常控制在 20%以下。第40页，本讲稿共72页石灰石灰是以石灰乳的形式加入坯料中。它起着结合剂的作用，结合砖坯内的石英颗粒，在干燥后增加砖坯的强度，而在烧成过程中则起着矿化剂作用，促进石英的转变。制造硅砖用的石灰应含有90%活性CaO；CaCO 3+MgCO3不应超过

28、5%；Al2O 3+Fe2O 3+SiO2不超过 5%；当含有大粒欠烧的CaCO 3颗粒和烧石灰时，会使制品中产生熔洞，必须除去或在球磨机中将磨碎。石灰的块度应50mm，小块（5mm）含量不超过 5%，大块内部的颜色应与表面相同，不应掺有熔渣，灰分等杂质。也可采用硅酸盐水泥代替石灰作结合剂使用。第41页，本讲稿共72页为了提高坯料的可塑性和砖坯干燥后强度，坯料中应加为了提高坯料的可塑性和砖坯干燥后强度，坯料中应加入一定量的有机结合剂。最常用的是亚硫酸纸浆废液。入一定量的有机结合剂。最常用的是亚硫酸纸浆废液。第42页，本讲稿共72页3.3.23.3.2 颗粒组成的选择颗粒组成的选择一般最大颗粒应

29、小于3mm。以脉石英为原料时，多用2mm。细颗粒在烧成过程中较易转变为鳞石英，因此要求细粉比较多通常3-1mm 35-45%，1-0.088mm 20-25%,0.088mm以下35-45%。矿化剂：多用FeO、CaO、MnO；焦炉硅砖可加CaO 2%、MnO 2%；高密度硅砖可加FeO 0.8%、CaO 0.2%。加入方式可以干式加入，或以石灰乳形式加入。第43页，本讲稿共72页3.3.33.3.3粗细颗粒在烧成过程中变化粗细颗粒在烧成过程中变化粗细两种颗粒的性质和数量对硅砖烧成过程中砖的烧结和松散有很大关系。粗颗粒形成骨架，在烧成中变化为转化膨胀破裂。细粉处于粗颗粒堆积的孔隙处，比表面积大

30、，与矿化剂作用时形成液相缓冲部分膨胀造成的应力。在烧成中变化为转化烧结收缩。第44页，本讲稿共72页第45页，本讲稿共72页3.3.43.3.4烧成曲线的制定烧成曲线的制定硅砖在烧成过程中有很大的体积变化，并且砖坯在烧成温度下所形成的液相很少（6-12%），因此较其他耐火材料烧成困难得多。硅砖烧成要求升温平稳，严格按一定速度升温，止火温度准确，以及要求弱火焰。烧成曲线是根据坯体在加热过程中的相变和体积变化的大小确定的。第46页，本讲稿共72页硅砖烧制过程中温度变化阶段硅砖烧制过程中温度变化阶段 150150 自由水排除自由水排除150-650150-650 Ca(OH)Ca(OH)2 2分解，

31、砖坯结合强度下降分解，砖坯结合强度下降550-650550-650 -石英石英 -石英石英600-700600-700 CaO CaO与与SiOSiO2 2的固相反应开始，砖坯结合强度提高的固相反应开始，砖坯结合强度提高 2CaO+SiO 2CaO+SiO2 2 -2CaO SiO2-2CaO SiO2 2CaO SiO 2CaO SiO2 2+SiO+SiO2 2 2 2（CaO SiOCaO SiO2 2 ）1000-11001000-1100 生成固溶体生成固溶体 -CaO SiO-CaO SiO2 2+FeO SiO+FeO SiO2 2 CaO SiO CaO SiO2 2-FeO

32、SiO-FeO SiO2 2 1200 1200 与杂质如与杂质如AlAl2 2O O3 3、NaNa2 2O O等作用形成液相（等作用形成液相（8-10%8-10%），润湿石），润湿石英颗粒，石英转变速度提高英颗粒，石英转变速度提高 1300-1350 1300-1350 鳞石英和方石英增加鳞石英和方石英增加 1300-1430 1300-1430 鳞石英进一步增加，方石英减少鳞石英进一步增加，方石英减少 第47页，本讲稿共72页在在450-500450-500以及以及550-650550-650阶段，由于体积膨胀，升阶段，由于体积膨胀，升温速度不宜过快；温速度不宜过快；600600至至11

33、00-12001100-1200之间，由于不存在大规模相变，可之间，由于不存在大规模相变，可以有较快的升温速度；以有较快的升温速度；1100-12001100-1200至最终烧成温度的阶段，至最终烧成温度的阶段，SiOSiO2 2的相变及产的相变及产生的体积膨胀最大，因此要慢升温，还有利于鳞石英的生生的体积膨胀最大，因此要慢升温，还有利于鳞石英的生成。成。硅砖的最高烧制温度不超过硅砖的最高烧制温度不超过14301430 ，否则生成的方石英多，否则生成的方石英多，影响制品的性能并易导致废品。影响制品的性能并易导致废品。第48页，本讲稿共72页3.43.4 硅砖的生产经验硅砖的生产经验总结总结50

34、50多年来的生产经验，主要有以下方面：多年来的生产经验，主要有以下方面：1.1.原料是基础。原料是基础。原料应品质稳定，烧成时不易松散且易于控制。选择适当原料应品质稳定，烧成时不易松散且易于控制。选择适当的原料，可以使制造工艺简化，操作方便，质量稳定，成的原料，可以使制造工艺简化，操作方便，质量稳定，成本降低。本降低。用不同性质的两种或两种以上的混合硅石制成硅砖逐渐被用不同性质的两种或两种以上的混合硅石制成硅砖逐渐被人们采用。人们采用。混合硅石制砖有以下好处：一是可以调整化学成分，二是混合硅石制砖有以下好处：一是可以调整化学成分，二是调整颗粒组成，经济地达到合理级配，三是易于控制砖坯调整颗粒组

35、成，经济地达到合理级配，三是易于控制砖坯在烧制过程时的膨胀和晶型转化，四是降低成本。在烧制过程时的膨胀和晶型转化，四是降低成本。第49页，本讲稿共72页2.2.粒度级配要合理粒度级配要合理 粒度级配要考虑两方面，一是合格率，二是有利于石英的晶型转化，达到预期的矿物组成。（中科院研究报告称，用临界粒度大于3mm时烧成裂纹严重。）3.3.重视矿化剂重视矿化剂 石灰既是结合剂又是矿化剂，无论以干粉形式还是以石灰乳形式加入，都是制砖不可缺少的。4.4.制坯机械化制坯机械化 摩擦压砖机和振动成型机的配备。5.5.砖坯低温干燥砖坯低温干燥 高温不合格率高。6.6.烧成是关键烧成是关键 要使硅砖的真密度低且

36、稳定，尺寸偏差小，必须采取适当的高温、窑温均匀、充分转化的方针。第50页，本讲稿共72页参考烧成制度参考烧成制度20-600 20/h(快)600-1100 25/h（最快）1100-1300 10/h1300-1350 5/h（慢）1350-1430 2/h（最慢）由于二氧化硅晶型转化速度较慢，烧成保温时间一般在20-50h。第51页，本讲稿共72页3.53.5目前硅砖生产中应重视的问题目前硅砖生产中应重视的问题1.合格率偏低；2.理化性能虽合格，但标准偏差值大；3.有些企业制品的尺寸偏差仍然不小，需要加工后才能出厂；4.制品的矿物组成不理想；宝钢一期工程使用的焦炉硅砖，鳞石英为75-80%

37、，残余石英为0-0.5%；北京玻璃厂引进的德国硅砖，鳞石英为35-40%，方石英55-60%，残余石英微量。有的厂家尚不能达到上述标准。5.有的企业制品内部有缺陷，如内部裂纹、层状组织等。第52页，本讲稿共72页出现上述问题的原因，是我们装备水平、技术水平、出现上述问题的原因，是我们装备水平、技术水平、管理水平和劳动力素质不高的综合反映。管理水平和劳动力素质不高的综合反映。硅砖生产流程长、环节多、不能形成很紧凑的连续生硅砖生产流程长、环节多、不能形成很紧凑的连续生产线，有的工序基本靠体力劳动。产线，有的工序基本靠体力劳动。目标目标：逐步采用先进、适用的技术，实现设备自动化，逐步采用先进、适用的

38、技术，实现设备自动化，淘汰高耗能、低效率和不易控制的设备。重点是压砖淘汰高耗能、低效率和不易控制的设备。重点是压砖机和烧成设备。机和烧成设备。第53页，本讲稿共72页3.53.5 其他硅砖其他硅砖作为焦炉的耐火材料，硅砖还有一个唯一的缺点，就是它作为焦炉的耐火材料，硅砖还有一个唯一的缺点，就是它门的热传导率不是很高。这是由于作为硅砖原料的矿物门的热传导率不是很高。这是由于作为硅砖原料的矿物组份组份石英在受热时要发生晶体转换和膨胀，所以不石英在受热时要发生晶体转换和膨胀，所以不能够制成高密度硅砖。能够制成高密度硅砖。近来，炼焦炉正在趋向大型化，以适应高炉容积的大型化。近来，炼焦炉正在趋向大型化，

39、以适应高炉容积的大型化。炭化室的高度逐渐地从炭化室的高度逐渐地从4 4米增加到米增加到5 5、6 6甚至甚至7 7米，现已有米，现已有炭化室高为炭化室高为7 75 5米的焦炉。另一方面，从缩短焦时间增米的焦炉。另一方面，从缩短焦时间增加产量，节约热量以及降低烟气中所含加产量，节约热量以及降低烟气中所含NOxNOx量，解决污染量，解决污染问题的观点上说，减薄炉墙已成为必需。为解决这些问问题的观点上说，减薄炉墙已成为必需。为解决这些问题已经迫切需要高密度和高热传导率的硅砖。题已经迫切需要高密度和高热传导率的硅砖。第54页，本讲稿共72页高密度高导热性硅砖 一般采用高硅质原料，经高压成型。在尽量减一

40、般采用高硅质原料，经高压成型。在尽量减少玻璃相的数量和降低气孔率的同时，掺加少玻璃相的数量和降低气孔率的同时，掺加CuOCuO、CuCu2 2O O、TiOTiO2 2、FeOFeO等导热能力高的金属氧化物，获得气等导热能力高的金属氧化物，获得气孔率为孔率为1616左右，体积密度超左右，体积密度超1.95g/cm1.95g/cm3 3，导热系数，导热系数大于大于18W18Wmm，机械强度高的高密度高导热性硅，机械强度高的高密度高导热性硅砖。砖。第55页，本讲稿共72页制做这种硅砖的方法如下：(1)添加铜的氧化物，钛的氧化物，锰的氧化物和其他材料。(2)掺混如碳化硅这类有高热传导率的材料。(3)

41、改进制作过程以减少气孔率，例如原料的选择，粒度组成适当和高压成型。添加铜的氧化物和其他材料的第一种方法在美国已在一定范围内使用。然而，它有可能恶化硅砖的其他基本性质，如耐火材料的耐火度、荷重软化点。第二种方法的生产过程中，碳化硅和其他材料残留在砖里，在使用中由于氧化和膨胀作用有可能损坏砖的结构。第56页，本讲稿共72页超高密度硅砖超高密度硅砖黑崎窑业公司做了一系列的试验研究，并且已经能制造一种超高密度硅砖，这种砖具有非常高的热传导率，质量优异密度超高。第57页，本讲稿共72页第58页，本讲稿共72页第59页，本讲稿共72页超高密度硅砖和常规硅砖的性质超高密度硅砖和常规硅砖的性质第60页，本讲稿

42、共72页使用超高密度硅砖的意义使用超高密度硅砖的意义高密度硅砖在1145的导热率是1.83而超高密度硅砖是2.15，增加了17.5。当炭化室墙厚为lOOmm，立火道墙砖的表面温度是1300时，计算结果说明，高密度硅砖的炭化室墙面温度是970而超高密度硅砖是1019。两者相差49。这个温度差相当于1O的生产能力。这意味着100孔高密度硅砖的焦炉可用91孔超高密度硅砖焦炉代替。第61页，本讲稿共72页第62页，本讲稿共72页石英玻璃制品石英玻璃制品石英玻璃制品:石英玻璃制品也称熔融石英制品，作为耐火材石英玻璃制品也称熔融石英制品，作为耐火材料有两类；石英玻璃制品和石英玻璃再结合制料有两类；石英玻璃

43、制品和石英玻璃再结合制品。品。石英玻璃制品是二氧化硅单一组分的玻璃相，为非晶质结构。用硅石或硅化物为原料，经高温熔化或气相沉积而成。主要制品有管、棒，板、块和纤维等第63页，本讲稿共72页石英玻璃制品的主要性能石英玻璃制品的主要性能化学稳定性好、耐高温、热膨胀系数很小、耐热化学稳定性好、耐高温、热膨胀系数很小、耐热震性很高并具有良好的电绝缘性，能透过红外线、震性很高并具有良好的电绝缘性，能透过红外线、紫外线。广泛应用于机电、冶金、化工、建材及紫外线。广泛应用于机电、冶金、化工、建材及国防等工业部门。按透明度分为透明和不透明两国防等工业部门。按透明度分为透明和不透明两种。种。不含或含有少量气泡等

44、散射质点的石英玻璃呈透明状不含或含有少量气泡等散射质点的石英玻璃呈透明状态，故称为透明石英玻璃。透明石英玻璃长期在高温态，故称为透明石英玻璃。透明石英玻璃长期在高温下使用会失透，一般安全使用温度为下使用会失透，一般安全使用温度为11001100，短时间，短时间可使用到更高的温度。可使用到更高的温度。第64页，本讲稿共72页石英玻璃再结合制品石英玻璃再结合制品石英玻璃再结合制品也称熔融石英再结合制品，或称熔融石英玻璃再结合制品也称熔融石英再结合制品，或称熔融石英陶瓷制品和石英玻璃烧结制品。它以石英玻璃为原石英陶瓷制品和石英玻璃烧结制品。它以石英玻璃为原料，先制成细粉，然后加入结合剂，经再结合或再

45、经快料，先制成细粉，然后加入结合剂，经再结合或再经快速烧成而制成再结合制品。速烧成而制成再结合制品。石英玻璃英结合制品仍保持存石英玻璃的特性，即耐石英玻璃英结合制品仍保持存石英玻璃的特性，即耐酸性能强。耐火性能好、热膨胀系数很小酸性能强。耐火性能好、热膨胀系数很小（0.5100.5106 6），耐热震性很好，而且导热系数很小，），耐热震性很好，而且导热系数很小，耐磨和耐冲刷，高温抗折及抗拉强度高。耐磨和耐冲刷，高温抗折及抗拉强度高。第65页，本讲稿共72页耐火材料术语（耐火材料术语（GB/T 18930-2002GB/T 18930-2002）001 001 磨损磨损由于运动固体的机械作用造成

46、材料表面的损耗。002 002 酸性耐火材料酸性耐火材料通常指以二氧化硅为主要成分的耐火材料。在高温下易与碱性耐火材料、碱性渣、高铝质耐火材料或碱性化合物反应。003 003 骨料骨料耐火材料组分中的颗粒部分，通常指粗颗粒。004 004 抗碱性抗碱性耐火材料在碱性环境中抵抗化学损毁的能力。第66页，本讲稿共72页005 005 显气孔率显气孔率耐火材料中开口气孔的体积与其总体积之比。006 006 碱性耐火材料碱性耐火材料在高温下易与酸性耐火材料、酸性渣、酸性溶剂或氧化铝起化学反应的耐火材料。007 007 砖砖具有一定形状的耐火制品，通常为长方体，且能用单手拿起。008 008 体积密度体

47、积密度耐火材料的干燥质量与其总体积之比。第67页，本讲稿共72页009 009 颗粒体积密度颗粒体积密度 颗粒材料的干燥质量与总体积之比。010 010 总体积总体积 耐火材料中的固体、开口气孔和闭气孔的体积之和。011 011 煅烧煅烧 对耐火材料的一种热处理，使其产生物理或化学变化，消除挥发性的化学结合组分和体积变化。012 012 闭气孔闭气孔 封闭在耐火材料内部，按GB/T 2997-2000规定条件浸渍液体时，不能被液体填充的气孔。第68页，本讲稿共72页013 013 闭气孔率闭气孔率 耐火材料中闭气孔的体积与总体积之比，用百分数表示。014 014 常温耐压强度常温耐压强度 耐火

48、材料在室温下，按规定条件加压，发生破坏前单位面积上所能承受的极限压力。015 015 蠕变蠕变 耐火材料在一定的应力下随着时间而发生的等温变形。016 016 侵蚀侵蚀 由于外部介质的化学作用而引起的表面蚀损。第69页，本讲稿共72页017 017 细粉细粉 耐火材料配料中颗粒细小的部分。018 018 烧成烧成 使定型耐火制品产生烧结的热处理。019 019 抗折强度抗折强度 具有一定尺寸的耐火材料条形试样，在三点弯曲装置上所能承受的最大应力。020 020 中性耐火材料中性耐火材料 在高温下与酸性耐火材料、碱性耐火材料、酸性或碱性渣或溶剂不发生明显化学反应的耐火材料。第70页，本讲稿共72

49、页021 021 开口气孔开口气孔 在规定的实验条件下，耐火材料试样浸渍在液体中能被液体填充的气孔。022 022 透气性透气性 耐火材料允许气体在一定的压差下通过的性能，通常以透气度来表示。023 023 显裂纹显裂纹 耐火制品表面其长度长度大于10mm，宽度大于 0.2mm的裂纹或裂缝。024 024 耐火度耐火度 耐火材料在无荷重的条件下抵抗高温而不熔化的特性。第71页，本讲稿共72页025 025 荷重软化温度荷重软化温度 耐火材料在规定的升温条件下，承受恒定荷载产生规定变形时的温度。026 026 耐酸性耐酸性 耐火材料抵抗酸侵蚀的能力。通常以材料在规定的酸中侵蚀后损失的质量百分数表示。027 027 烧结烧结 在热推动下颗粒间或颗粒内部的物质发生迁移而增加界面的接触，使颗粒产生结合的现象。028 028 渣渣 冶炼金属时形成的或耐火材料与工作环境介质发生化学反应而生成的非金属物质。第72页，本讲稿共72页