硅石耐火材料课件.ppt

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1、耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 耐火材料直接应用于钢铁、有色、水泥、耐火材料直接应用于钢铁、有色、水泥、玻璃、陶瓷和化工、机械、电力、国防等各个玻璃、陶瓷和化工、机械、电力、国防等各个领域的高温工业生产过程中，是保证其生产运领域的高温工业生产过程中，是保证其生产运行和技术发展必不可少的基础材料。行和技术发展必不可少的基础材料。耐火材料是工业背后的工业耐火材料是工业背后的工业 耐火材料与生活息息相关耐火材料与生活息息相关耐火材料的重要性耐火材料的重要性第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学硅石耐火材料硅石耐火材料 重点内容：重点内容

2、：SiO2变体及晶型转变变体及晶型转变鳞石英结晶及物理特性鳞石英结晶及物理特性矿化剂的选择原则及其种类矿化剂的选择原则及其种类硅砖的生产工艺及其性能硅砖的生产工艺及其性能第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 1 概况概况 定义定义：SiO2 93-98%酸性酸性 定形硅石制品定形硅石制品硅砖硅砖 分类分类：普通硅砖普通硅砖 高密度硅砖高密度硅砖超高密度硅砖超高密度硅砖 焦炉、热风炉、玻璃熔窑、隧道窑的拱顶、各种焦炉、热风炉、玻璃熔窑、隧道窑的拱顶、各种 窑炉的架子砖等。窑炉的架子砖等。第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料

3、工艺学 第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学焦炉部分截面图第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 第二章 硅石耐火材料耐火砖的热膨胀曲线格子砖材质和长时间压缩蠕变耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 性能性能普通硅砖普通硅砖高密度硅砖高密度硅砖超高密度硅砖超高密度硅砖真比重真比重2.3092.3112.302体积密度体积密度g/cm31.801.851.93显气孔率显气孔率21.619.514.6常温耐压强度常温耐压强度MPa606295抗折强度抗折强度室温室温MPa1919.921.1高温高温1

4、480，MPa55.511.6常温弹性模数常温弹性模数MPa1.301.351.76重烧变形重烧变形14502h，000荷重软化点荷重软化点T1162016301630热传导率热传导率Kcal/mh3501.391.618001.661.96不同密度硅砖物理性能对比不同密度硅砖物理性能对比 第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 中国中国LPBG-96中国中国LBG-96德国德国DIDER日本日本旭硝子旭硝子美国美国VEGA英国英国皮尔金顿皮尔金顿SiO2 97.696.5495.998.595.6496.18Fe2O3 0.350.670.480.90.

5、710.52 熔融指数熔融指数 （Al2O3+2R2O）0.350.410.540.640.39真密度真密度 g/cm32.332.332.322.332.322.33显气孔率显气孔率 171821.72020.322常温耐压强度常温耐压强度MPa45383235.656.8荷重软化荷重软化开始温度开始温度 169016801680167516901680重烧线变化率重烧线变化率14502h+0.2+0.1+0.19优质硅砖的理化性能优质硅砖的理化性能 第二章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学如何生产出性能优良的硅砖？如何生产出性能优良的硅砖？耐火材料性能主

6、要取决于其组成与结构耐火材料性能主要取决于其组成与结构显微结构？显微结构？化学组成化学组成 矿物组成？矿物组成？第三章 硅石耐火材料 上世纪初以前硅砖曾被认为有上世纪初以前硅砖曾被认为有“神经病神经病”耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学2 硅砖生产的物理化学原理硅砖生产的物理化学原理第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 SiO2不同变体间转变时的体积变化不同变体间转变时的体积变化互变性转变互变性转变体积变化体积变化/%转变温度转变温度/转变方式转变方式-石英石英-石英石英+0.82573位移型位移型转变转变-鳞石英鳞石英-鳞石英鳞石

7、英+0.28117-鳞石英鳞石英-鳞石英鳞石英+0.2163-方石英方石英-方石英方石英+2.8180270-石英石英-鳞石英鳞石英+12.7870重建型重建型转变转变-石英石英-方石英方石英+17.412001350-鳞石英鳞石英-方石英方石英+4.71470-方石英方石英熔体熔体+0.11713熔融石英熔融石英-方石英方石英-0.41200第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 SiO2变体的性质变体的性质 变体名称变体名称稳定温度稳定温度/晶系晶系结晶习性结晶习性常温下真比重常温下真比重熔点熔点/-石英石英573三方三方柱状柱状2.6511713-石

8、英石英573870六方六方2.533-鳞石英鳞石英常温常温117斜方斜方矛头状矛头状双晶双晶2.272.35（天然）（天然）2.2622.285（人工）（人工）1670-鳞石英鳞石英117163六方六方2.24-鳞石英鳞石英8701470六方六方蜂窝状蜂窝状2.228-方石英方石英180270斜方斜方2.332.34（天然）（天然）2.312.32（人工）（人工）1730-方石英方石英14701713等轴等轴2.229石英玻璃石英玻璃1713非晶质非晶质2.203第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 鳞石英矛头双晶 方石英晶粒断口形貌 第三章 硅石耐火材

9、料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学为什么硅质玻璃为什么硅质玻璃的线膨胀系数最的线膨胀系数最小？小？第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学讨论讨论 1、影响耐火材料热膨胀系数的因素、影响耐火材料热膨胀系数的因素 2、影响耐火材料热导率的因素、影响耐火材料热导率的因素 第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学方石英含量与侵蚀量的关系（熔点1723）第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学硅

10、砖真比重硅砖真比重 鳞石英，鳞石英，%方石英，方石英，%石英，石英，%玻璃相，玻璃相，%2.338013172.347217382.376317912.396015962.40581212182.4253121718硅砖真比重与矿物组成的关系硅砖真比重与矿物组成的关系 硅砖的密度一般应小于硅砖的密度一般应小于2.38g/cm3优质硅砖的密度在优质硅砖的密度在2.322.36g/cm3为了生产荷重软化温度或抗蠕变性及导热性优良的为了生产荷重软化温度或抗蠕变性及导热性优良的硅砖，在相组成选择上，应该尽可能向鳞石英相转硅砖，在相组成选择上，应该尽可能向鳞石英相转变。变。第三章 硅石耐火材料耐火材料工

11、艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 纯SiO2变体的G。-T图 第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学3 矿化剂选择原则矿化剂选择原则 第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学*有二液区有二液区*形成液相温度形成液相温度 1470（鳞石英最高稳定温度）（鳞石英最高稳定温度）矿化剂选择原则：矿化剂选择原则：第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学含含SiO2的二元系统类型的二元系统类型 CaO-SiO2 FeO-SiO2 MgO-SiO2 TiO2-SiO2 Cr2O3-Si

12、O2 Al2O3-SiO2 Na2O-SiO2 K2O-SiO2 第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 CaO-SiO2系系 液液化化温温度度1707，二二液液区区宽宽度度1-27.5 CaO，二元共熔点二元共熔点1436 CaO可用作矿化剂；可用作矿化剂；硅砖可以单独吸收硅砖可以单独吸收27.5%CaO而不致崩溃而不致崩溃。第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学FeO-SiO2系系 液化温度液化温度1698，二液，二液区宽度区宽度3-42 FeO，二元二元共熔点共熔点1178 FeO能用作矿化剂能用作矿化剂；硅砖可

13、以单独吸收硅砖可以单独吸收42%FeO而不致崩溃而不致崩溃。第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 MgO-SiO2系系 液化温度液化温度1695（1723），二液区宽度二液区宽度3-42 MgO，二元共熔点二元共熔点1543。MgO不能用作矿化剂不能用作矿化剂 第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学TiO2-SiO2系系 液液化化温温度度1780（1794），二二液液区区宽宽度度18-92 TiO2（偏偏向向TiO2），二二 元元 共共 熔熔 点点1553 TiO2不能用作矿化剂不能用作矿化剂 第三章 硅石耐火材料耐

14、火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学Cr2O3-SiO2系系 液化温度液化温度2250，二液区宽度二液区宽度5-98 Cr2O3，二元共熔点二元共熔点1720。Cr2O3不能用作矿化剂不能用作矿化剂 第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学Na2O-SiO2系系 加加入入6.5%Na2O，液液化化温温度度下下降降到到1600，25%Na2O，液液 化化 温温 度度 降降 到到 Na2OSiO2-SiO2共共晶晶点点789，并并且且无无二二液区。液区。Na2O不能用作矿化剂不能用作矿化剂;Na2O 是有害杂质之一。是有害杂质之一。第三章 硅石

15、耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学Al2O3-SiO2系系 加入加入6%Al2O3，液化温度液化温度由由1723 降到降到3Al2O32SiO2-SiO2共晶点共晶点1595，并且无二液区。，并且无二液区。Al2O3不能用作矿化剂不能用作矿化剂 Al2O3 是最有害杂质。是最有害杂质。第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学Al2O3-CaO-SiO2系系 B:1%Al2O3,2%CaO,97%SiO2B:0.5%Al2O3,2%CaO,97.5%SiO2两组成点两组成点1600液相量？液相量？第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学

16、耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 B:1%Al2O3、2%CaO、97%SiO2 L1600=(SiO2-B)100%/（SiO2-C）15.3%S1600=(SiO2-B)100%/（SiO2-C）84.5%B:0.5%Al2O3、2%CaO、97.5%SiO2 L1600=(SiO2-B)100%/（SiO2 C）10.9%S1600=(SiO2-B)100%/（SiO2-C）89.1%第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学Al2O3对硅砖有严重影响对硅砖有严重影响 Al2O3对Al2O3-CaO-SiO2系液相数量的影响 1900时CaO-

17、Al2O3-SiO2系渣的黏度 （Pas）第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学R2O-Al2O3-SiO2系系 Na2O（K2O）-SiO2 杂质作用杂质作用 Al2O3-SiO2 杂质作用杂质作用 Na2O(K2O)-Al2O3-SiO2 耐火度耐火度优质硅砖要求：优质硅砖要求：CaO3（A12O3十十TiO2十十R2O）0.5第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学与液相相关的其它因素：与液相相关的其它因素：液相的数量液相的数量 液相的粘度（如氟化物）液相的粘度（如氟化物）液相对液相对SiO2的润湿能力的润湿能力

18、液相（硅酸盐）的结构（液相（硅酸盐）的结构（O:Si2.1-2.5，硅氧四面体，硅氧四面体 中中O:Si 2.29）第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学如何从工艺上来实现或生产出性能优良的硅砖？如何从工艺上来实现或生产出性能优良的硅砖？第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学课课 间间 休休 息息第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学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示例示例结晶结晶硅

19、石硅石脉石英脉石英石英岩石英岩变质石英岩变质石英岩石英砂石英砂晶粒很大，纯净，转变困难晶粒很大，纯净，转变困难晶粒较小，纯净，中速转变晶粒较小，纯净，中速转变晶粒受地壳压力而发生扭曲，易转变晶粒受地壳压力而发生扭曲，易转变晶粒较大，纯度不定晶粒较大，纯度不定吉林吉林本溪本溪包头包头胶结胶结硅石硅石砂岩砂岩玉髓玉髓燧石岩燧石岩以胶结石英为基质的砂岩以胶结石英为基质的砂岩由玉髓组成由玉髓组成以玉髓为基质以玉髓为基质武汉武汉山西山西废硅砖（废硅砖（20%）矿化剂：轧铁皮（铁鳞）、硫酸渣、软锰矿等。矿化剂：轧铁皮（铁鳞）、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。结合剂：石灰乳、硅

20、酸盐水泥、亚硫酸纸浆废液。4 硅砖的生产工艺要点硅砖的生产工艺要点第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 颗粒组成的选择（结合剂少）颗粒组成的选择（结合剂少）临界粒度（颗粒大易压碎、转变时体积膨胀大而开裂）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（与矿化剂作用及烧结性增强、转变时体积膨胀小）细粉数量（与矿化剂作用及烧结性增强、转变时体积膨胀小）成型成型 砖坯体积密度砖坯体积密度2.2-2.3g/cm3 砖模尺寸应缩小（砖模尺寸应缩小（缩尺缩尺）烧成烧成 废品率高废品率高 SiO2晶型转变，体积变化大晶型转变，体积变化大 液相量较少（液相量较

21、少（10%）第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 150 自由水自由水 450500 Ca(OH)2分解，砖坯结合强度分解，砖坯结合强度 550650 石英石英石英石英 600700 CaO与与SiO2的固相反应开始，砖坯结合强的固相反应开始，砖坯结合强 度度 2CaOSiO2 2CaOSiO2 2CaOSiO2SiO22（CaOSiO2）硅砖烧成中主要物理化学变化硅砖烧成中主要物理化学变化第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学10001100 生成固溶体生成固溶体 CaOSiO2FeOSiO2CaOSiO2FeOS

22、iO2 1200 与杂质如与杂质如Al2O3、Na2O等作用形成液相等作用形成液相（810 ），润湿石英颗粒，），润湿石英颗粒，石英转变速度石英转变速度 13001350 鳞石英和方石英鳞石英和方石英 13501430 鳞石英鳞石英，方石英方石英第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 20600 20 小时（快）小时（快）6001100 25 小时（最快）小时（最快）11001300 10 小时小时 13001350 5 小时（慢）小时（慢）13501430 2 小时（最慢）小时（最慢）冷却慢速冷却慢速弱还原气氛？弱还原气氛？第三章 硅石耐火材料耐火材料工

23、艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学5 性质性质化学成分化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOR2O93-980.5-2.50.3-2.50.2-2.71-1.5矿物组成矿物组成Tridymite：鳞石英：鳞石英Cristobalite：方石英：方石英Quartz：残余石英：残余石英Glass：玻璃相：玻璃相 第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 6 特种硅砖特种硅砖 金属氧化物，如金属氧化物，如CuO、Cu2O、TiO2、Fe2O3等等 特殊硅石特殊硅石（Al2O

24、3、R2O低低）添加含硅的物质，如添加含硅的物质，如SiC、Si3N4、Si等等高导热硅砖高导热硅砖硅砖相组成：鳞石英、方石英、石英、玻璃相、气孔硅砖相组成：鳞石英、方石英、石英、玻璃相、气孔提高热导率的途径：提高热导率的途径：鳞石英含量鳞石英含量，气孔率，气孔率第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学第三章 硅石耐火材料焦炉用硅砖的气孔率和热导率1气孔率15.2%（添加金属硅）；2气孔率17.6%（添加氧化铜）；3气孔率17.0%（无添加物）；4气孔率21.8%（无添加物）；5普通制品；6气孔率22.8%25.6%耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学

25、耐火材料工艺学硅铬砖：抗氧化铁和熔渣侵蚀性强硅铬砖：抗氧化铁和熔渣侵蚀性强硅锆砖和硅堇青石砖：高抗热震性或抗热剥落性硅锆砖和硅堇青石砖：高抗热震性或抗热剥落性硅碳化硅砖：高热震稳定性、耐磨性、热导率硅碳化硅砖：高热震稳定性、耐磨性、热导率第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学第三章 硅石耐火材料最近研究进展：最近研究进展：耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学第三章 硅石耐火材料赤铁矿的粒度分布纳米氧化铁的粒度分布耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学第三章 硅石耐火材料添加纳米氧化铁后硅砖性能的变化耐火材料工艺学耐火材

26、料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学第三章 硅石耐火材料添加纳米氧化铁后硅砖性能的变化添加纳米氧化铁后硅砖显微结构的变化耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学第三章 硅石耐火材料添加不同氧化钛后硅砖性能及矿相变化氧化钛粉体的性能耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学第三章 硅石耐火材料添加不同氧化钛后硅砖XRD图谱BCA耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学第三章 硅石耐火材料添加不同氧化钛后硅砖显微结构照片ACD耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学 总之，硅石耐火材料尽管是一类传统的总之，硅石耐火材料尽管是一类传统的耐火材料，但采用材料制备新技术或引入新耐火材料，但采用材料制备新技术或引入新材料对硅石耐火材料进行改性，有可能获得材料对硅石耐火材料进行改性，有可能获得更优良的性能。更优良的性能。第三章 硅石耐火材料耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学耐火材料工艺学作业：作业：如何提高硅砖导热性能？说明原因。如何提高硅砖导热性能？说明原因。第三章 硅石耐火材料