耐火材料工艺学-第四章硅质耐火材料PPT课件

,耐火材料工艺学,耐火材料工艺学,ProcessesofRefractory,安徽工业大学材料科学与工程学院冒爱琴mail：maoaiqinmaq,01.05.2020,-,2,本章重点：SiO2变体及晶型转变鳞石英的熔点及结晶特性矿化剂的选择原则及其种类硅砖的生产工艺及其性能,第四章硅质耐火材料RefractoriesofSiO2System,01.05.2020,-,3,简介:,以SiO2为主要成分（93-98%）的耐火制品,包括硅砖、特种硅砖、石英玻璃及其制品。,一、定义,01.05.2020,-,4,二、特点,对酸性炉渣抵抗力强，但受碱性渣强烈侵蚀，对CaO、FeO、Fe2O3等氧化物有良好的抵抗性；荷重变形温度高，波动在16401680间，接近鳞石英，方石英的熔点(1670、1713)；热震稳定性低，其次是耐火度不高，这限制了广泛应用。,01.05.2020,-,5,应用于：焦炉、热风炉、玻璃熔窑、隧道窑的拱顶、各种窑炉的架子砖等。,01.05.2020,-,6,3.1硅砖生产的物理化学原理,一、SiO2的同质多晶转变,SiO2的晶型转变,01.05.2020,-,7,SiO2不同变体间转变时的体积变化,01.05.2020,-,8,SiO2变体的性质,01.05.2020,-,9,磷石英具有较高的体积稳定性！,01.05.2020,-,10,纯SiO2变体的G-T图,01.05.2020,-,11,鳞石英矛头双晶（熔点1670）,01.05.2020,-,12,鳞石英双晶(N1100),石英粒状晶体的断口形貌,01.05.2020,-,13,为什么在硅砖的生产过程中，-石英转化成鳞石英的量越多越好？,然界中，各种硅石所含的石英一般均为-石英，至于鳞石英、方石英则很少。方石英的熔点1723、鳞石英是1670、而石英是1600，但石英具有较高的体积稳定性；,不易熔于液相，这就使制品不因液相的出现而发生变形，只有温度达到鳞石英的熔点，破坏了网络结构，制品才被压溃。,硅砖中鳞石英具有特殊的结构，矛头状双晶相互交错的网络状结构，形成结晶网络，能获得坚强的骨架；因而使砖具有较高的荷重软化点及机械强度；,01.05.2020,-,14,1、作用是加速石英在烧成时转变为低密度的变体(鳞石英和方石英)而不显著降低其耐火度。它还能防止砖坯烧成时因发生急剧膨胀而产生的松散和开裂。注：制品松散、开裂的原因：在矿化剂很少或几乎没有时，-石英转变-方石英（干转化）。在干转化时，由于砖体的不均匀的体积膨胀很大，而又无液相缓冲应力。因而引起制品结构松散和开裂，不可能制得良好性能的制品。,二、矿化剂,01.05.2020,-,15,2、影响矿化剂作用的因素取决于所加矿化剂与砖坯中硅氧在高温时所形成熔液的数量和性质，即液相开始形成的温度，液相的数量、粘度、润湿能力和结构等。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，磷石英愈多，晶粒愈大。如；CaO-Al2O3-SiO2：1170,01.05.2020,-,16,液相的结晶能力（液相是否易被SiO2所饱和）含Li2O、Na2O、FeO、MnO等氧化物的液相易被SiO2饱和，具有高的结晶能力，是强矿化剂。液相黏度和润湿能力（溶解速度）黏度：扩散速度和液相的粘度有关，以碱金属氧化物作矿化剂时，所得液相的粘度最小，鳞石英化程度也最高。二价氧化物次之。注：当用复合氧化物为矿化剂时，在SiO2含量相同，则所得液相的粘度比只用其中一种氧化物的小，因而能增强矿化作用。润湿能力：与所加氧化物的阳离子半径及电荷有关。阳离子的电荷大，半径小的氧化物润湿能力强，因此矿化能力也强。,01.05.2020,-,17,液相的结构：若液相的原子比O：Si约为2.12.5时含有大量的二氧化硅四面体的阴离子络合物，其近程次序和“-鳞石英的晶格结构相近，则将从液相中强烈析出鳞石英。矿化作用以碱金属最强，FeO、MnO次之，CaO、MnO较差。,01.05.2020,-,18,3、矿化剂的选择原则与SiO2作用,并在不太高的温度下形成液相,且对制品的耐火度降低不大;能够形成足够的液相,液相应具有低的黏度及大的润湿石英的能力,且数量随温度的改变不大;在制砖过程中,矿化剂分布应均匀,不具水溶性;经济、溶液制备容易、便于生产控制。,01.05.2020,-,19,即:,*有二液区；*形成液相温度1470（鳞石英的最高稳定温度）,01.05.2020,-,20,含SiO2的二元系统类型,有二液区CaO-SiO2FeO-SiO2MgO-SiO2TiO2-SiO2Cr2O3-SiO2,不含二液区Al2O3-SiO2Na2O-SiO2K2O-SiO2,01.05.2020,-,21,CaO-SiO2系,液化温度1707，二液区宽度1-27.5CaO，二元共熔点1436CaO可用作矿化剂；硅砖可以单独吸收27.5%CaO而不致崩溃。,27.5,01.05.2020,-,22,FeO-SiO2系,液化温度1698，二液区宽度3-42FeO，二元共熔点1178FeO能用作矿化剂；硅砖可以单独吸收42%FeO而不致崩溃。,42,3,01.05.2020,-,23,MgO-SiO2系,液化温度1695（1723），二液区宽度3-42MgO，二元共熔点1543。MgO不能用作矿化剂,01.05.2020,-,24,TiO2-SiO2系,液化温度1780（1794），二液区宽度18-92TiO2（偏向TiO2），二元共熔点1553TiO2不能用作矿化剂,01.05.2020,-,25,Cr2O3-SiO2系,液化温度2250，二液区宽度5-98Cr2O3，二元共熔点1720。Cr2O3不能用作矿化剂,01.05.2020,-,26,CaO-FeO-SiO2系,CaO-SiO2、FeO-SiO2都有二液区，由两个含二液区的二元系统构成的三元系统，仍然保持着二液区。CaO-FeO可作为矿化剂；硅砖可以同时吸收不同比例的CaO和FeO。,01.05.2020,-,27,Al2O3-SiO2系,加入6%Al2O3，液化温度由1723降到3Al2O32SiO2-SiO2共晶点1595，并且无二液区。Al2O3不能用作矿化剂,01.05.2020,-,28,Na2O-SiO2系,加入6.5%Na2O，液化温度下降到1600，25%Na2O，液化温度降到Na2OSiO2-SiO2共晶点789，并且无二液区。Na2O不能用作矿化剂;Na2O也是有害杂质。,01.05.2020,-,29,所以,生产中常用的矿化剂是:CaO、FeO、MnO。对硅质原料耐火度降低不大，温度升高，液相量增加缓慢；使泥料具有结合性和可塑性；干燥后坯体具有一定的强度；烧成时起矿化剂作用，促进石英转化。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的温度和粘度。,加入量90%,01.05.2020,-,30,85%,66%,01.05.2020,-,31,三、与硅砖有关的物系,Na2O（K2O）-SiO2杂质作用Al2O3-SiO2杂质作用Na2O(K2O)-A12O3-SiO2耐火度优质硅砖要求：CaO3（A12O3十TiO2十R2O）0.5,R2O-Al2O3-SiO2系,01.05.2020,-,32,B:1%Al2O3,2%CaO,97%SiO2,B:0.5%Al2O3,2%CaO,97.5%SiO2,三、与硅砖有关的物系,Al2O3-CaO-SiO2系,01.05.2020,-,33,2007-5-20,Al2O3-CaO-SiO2系,B:1%Al2O3、2%CaO、97%SiO2L1600=(SiO2-B)100%/（SiO2-C）15.3%S1600=(B-C)100%/（SiO2-C）84.5%B:0.5%Al2O3、2%CaO、97.5%SiO2L1600=(SiO2-B)100%/(SiO2C)10.9%S1600=(B-C)100%/（SiO2-C)89.1%,01.05.2020,-,34,A12O3对硅砖有严重影响,硅砖在高温下使用，硅石原料中A12O3杂质是极为有害的。,01.05.2020,-,35,3.2硅砖生产工艺,一、原料,1、硅质原料,01.05.2020,-,36,2、废硅砖：（20%）降低成本；减少坯体的烧成收缩，降低烧成废品率。3、矿化剂：轧铁皮（铁鳞Fe2O3+FeO90%，粒度0.5mm不超过12%，80%）、平炉渣、硫酸渣、软锰矿等。4、结合剂：石灰乳、硅酸盐水泥、亚硫酸纸浆废液。,01.05.2020,-,37,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.临界粒度要小,一般为23mm）临界颗粒为3mm,粒度系数=0.75-1.00时砖体的气孔率、密度和外观质量最好！细粉数量（转变时体积膨胀小、与矿化剂作用及烧结性增强）,二、生产工艺要点,01.05.2020,-,38,成型砖坯体积密度2.2-2.3g/cm3；砖模尺寸应缩小（缩尺）；为了保证致密砖体，成型压力应不低于100150MPa。烧成废品率高SiO2晶型转变，体积变化液相量较少（10%）,01.05.2020,-,39,150自由水450500Ca(OH)2分解，砖坯结合强度550650-石英-石英，0.88%膨胀，产生显微裂纹；600700CaO与SiO2的固相反应开始，砖坯结合强度2CaOSiO2-2CaOSiO22CaOSiO2SiO22（CaOSiO2）,烧成中主要物理化学变化,01.05.2020,-,40,10001100生成固溶体(-CaOSiO2、FeOSiO2)-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,01.05.2020,-,41,烧成曲线的制订,制订原则:石英的相变（石英,-石英-方石英-方石英）5731200300原料的转变速度（快速转变升温）添加物的数量和性质（液相多升温）砖块的形状大小（大块及异型升温）2060020小时（快）600110025小时（最快）1100130010小时130013505小时（慢）135014302小时（最慢）,晶型转变和体积变化集中在这一阶段,所以生温速度应逐渐降低,并能缓慢匀速升温,弱还原气氛，使高温阶段温度缓慢均匀上升。,01.05.2020,-,42,三、性质,化学成分,矿物组成,01.05.2020,-,43,01.05.2020