硅石耐火材料
硅质耐火材料PPT课件
§4-1 硅砖的组成、显微结构与性质
一、硅砖的组成、结构及其与制品性质关系
硅砖的组成：根据使用要求的不同，或者所用原料及生 产工艺的不同，硅砖的化学矿物组成范围如下：
SiO2 93~98
鳞石英 3~70
化学组成（%）
Al2O3
Fe2O3
CaO
0.5~2.5 0.3~2.5 0.2~2.7
变体名称 β-石英 α-石英 γ-鳞石英
β-鳞石英 α-鳞石英 β-方石英
α-方石英 石英玻璃
稳定温度，℃ 晶系 结晶习性
常温下真比重
＜573 573~870
三方 六方
柱状
2.651 2.533
常温~117 117~163
斜方 六方
矛头状双晶 2.27~2.35（天然） 2.262~2.285（人工）
以铁鳞做矿化剂时，要求FeO+Fe2O3＞90%，＜0.088mm 的 颗粒≥80%，＞0.5mm 的颗粒≤1%～2%。
矿化剂的加入量
矿化剂的总加入量通常不 应超过3%～4%，否则会 强烈降低系统的耐火度。 一般的矿化剂配合加入情 况如表所示。
原料种类 硅砖品种 FeO+Fe2O3 /%
结晶硅石1 焦炉砖
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二、硅砖生产中矿化剂的作用及影响其效能的因素
（三）影响矿化剂效能的因素
——主要包括矿化剂的种类（性质），以及因其而形成的液相的性质。
1. 矿化剂的种类 (化学性质) 矿化剂与石英作用 形成液相的温度越低，则矿化剂的作用越强， 越有利于亚稳方石英向鳞石英转化。
●显然，碱金属氧化物的矿
（四）硅砖生产中矿化剂的选择
● 矿化剂选择的总原则是——既要考虑其矿化作用的强弱，形 成液相温度要低（＜ 1470℃，鳞石英的最高稳定温度）；还需 考虑原料的配料，以及矿化剂对制品性能的综合影响。
第2章 硅石耐火材料
真密度，g/cm3 2.65 2.53 2.37～2.35 2.24 2.23 2.31～2.32 2.23 2.20
稳定温度范围，℃ ＞573 573～870 ＜117 117～163 870～1470 ＜180～270 1470～1723 ＜1713(急冷)
问题三：SiO2 各变体间的 转变可分为哪两类，各包 括什么内容？
鳞石英矛头双晶显 微结构照片
其次，不同的氧化硅晶型在加热冷却过程中产生的膨胀也 不同。 图中给出三种不同SiO2晶型在加 热过程中的膨胀。由图可见，当 温度高于600℃时，鳞石英的膨 胀率最小，当温度低于600℃时 ，石英的膨胀率最小。 因此，从膨胀率来看，鳞石英的 含量高有利于提高制品的抗热震 性与体积稳定性。
3
硅砖生产的工艺要点
1
硅砖的组成、显微结构与性质
1.1 硅砖的组成结构及对性质的影响
硅砖的矿物组成主要是鳞石英、方石英、少量的残余石英与玻璃相。
硅砖的化学及矿物组成大致如下：
化学成分（%） ：
SiO2 93-98 Al2O3 0.5-2.5 Fe2O3 0.3-2.5 CaO 0.2-2.7 R2O 1-1.5
还可以在硅砖中引入一些含硅的化合物，如Si、SiC、Si3N4 等来降低其气孔率，提高其导热系数。
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硅砖的生产工艺要点
3.1 原料
硅石的分类
分类 结晶硅石 岩石分类 脉石英 石英岩 变质石英岩 石英砂 砂岩 玉髓 燧石岩 显微结构和特征 晶粒很大，纯净，转变困难 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 晶粒较大，纯度不定 以胶结石英为基质的砂岩 由玉髓组成 以玉髓为基质 国内原料示例 吉林 本溪 包头
矿化剂与氧化硅所形成的熔液中O:Si比值愈小，矿化作用愈 好。
硅酸铝系耐火材料硅质耐火材料课件
VS
详细描述
高炉内衬需要承受高温、高压和化学侵蚀 等恶劣条件，因此需要选用具有良好耐火 性能和结构强度的硅质耐火材料。常见的 硅质耐火材料包括硅砖、硅质捣打料等。 在施工时，需要严格控制砌筑质量，确保 内衬的尺寸精度和表面平整度，同时采取 适当的维护措施，延长内衬的使用寿命。
案例二：连铸中间包内衬的选用及施工方法
良好的抗热震性能
硅质耐火材料具有较好的抗热 震性能，能在温度急变的情况 下保持稳定性。
良好的机械性能
硅质耐火材料具有较高的密度 和硬度，耐磨、耐压性能良好
。
硅质耐火材料的应用场景
高炉内衬
硅质耐火材料因其高温稳定性、化学 稳定性和良好的抗热震性能，广泛应 用于高炉内衬。
玻璃窑炉
玻璃窑炉内衬需要抵抗高温和化学侵 蚀，硅质耐火材料是常用的材料之一 。
采用清洁能源
在硅质耐火材料生产过程中，应 尽量采用清洁能源，如电力、天 然气等，以减少燃煤和燃油的使
用，从而降低污染物排放。
优化生产工艺
通过技术改造和升级，优化硅质耐 火材料的生产工艺，提高设备的能 源利用效率，减少能源浪费和排放 。
废弃物资源化利用
对于硅质耐火材料生产过程中产生 的废渣和废气，应进行资源化利用 ，如回收废渣制作建筑材料、废气 回收再利用等。
等方面的不同需求。技术创新能够开发出适应市场需求的新产品，提高
企业的市场竞争力。
硅质耐火材料的研发方向
提高热学性能
研发新型的硅质耐火材料，提高其热学性能，如热导率、热膨胀系 数等，以满足高温工业炉窑对材料的高温适应性要求。
提高抗腐蚀性能
针对化工、钢铁等领域的高温、高压、强腐蚀等极端环境，研发具 有优异抗腐蚀性能的硅质耐火材料。
耐火材料浇注料配方
耐火浇注料是一种不定型耐火材料，其种类众多，配方也是不一样的。
那具体都是什么呢？
1、耐酸浇注料配方
用于配置耐酸耐火浇注料的骨料主要有硅石、铸石、蜡石、安山岩、辉绿岩等。
几种成用的原材料的耐酸度(重里法则，%)为:铸石98%，硅石大于97%，粘土熟料92%~97%，蜡石92~96%，安山岩大于94%。
选用何种原材料根据使用条件而定。
但采用硅石时必须注意石英在加热时有多晶转变，在转变过程中会产生体积变化(膨胀)，因此较好采用废硅砖料取代部分硅石原料作集料，配置此浇注料的粉料主要采用硅石粉'铸石粉、瓷器粉、高硅质粘土熟料粉等，其中铸石粉是采用较多的耐酸粉料。
2、刚玉浇注料配方
以电熔刚玉为主要原料，配以多种超细分和高效添加剂复合而成。
主要特点是强度高、体积稳定性好、抗侵蚀性能优异，不受H2、CO等还原性气体的影响等特性。
质产品采用AI203含量大于90%，以刚玉为主晶相的耐火制品并配
入适量的分散剂、促凝剂、不锈钢纤维、按严格的配方复合而成。
3、超低水泥浇注料配方
采用85%的特级矾土熟料、W(Al2O3)≥70%的二级矾土熟料、焦宝石、蓝晶石、W(SiO2)≥96%的SiO2微粉、W(Si)=98.2%的Si粉，结合剂为Secar71纯铝酸钙水泥与水合氧化铝的复合。
如有不清楚的，可咨询巩义市恩众耐材科技有限公司。
高炉硅石的用途
高炉硅石的用途
高炉硅石是一种由硅、铝、氧、磷等元素组成的复合矿物，它是高炉冶炼的主要原料，具有优异的耐热性。
高炉硅石的主要用途是橡型铸性的钢铁的产生。
它是高炉的物质能源，高温下硅石可以作为熔铁的渗透剂，对于钢铁的成分影响十分重要。
硅石能够帮助熔铁进行相分离，将不锈钢中的铁离子以特定的半径形式渗透到熔铁中，并将其他不需要的无定形元素（如碳）以沉淀形式从钢铁中移除。
此外，高炉硅石还可以用于炼钢的净火。
添加硅石后，可以温和地将低品位的铁精炼成高品位的钢铁，使其含碳量下降，从而增强了材料的强度和耐磨性。
总之，高炉硅石是高炉冶炼的必备原料，可以帮助熔铁进行分离、清洁炼钢和提高材料的强度及耐磨性。
碳化硅是什么材料
碳化硅（又名：碳硅石、金钢砂或耐火砂），化学简式：SiC，是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成的一种耐火材料。
碳化硅在大自然也存在于罕见的矿物，莫桑石中。
在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种。
我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。
碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基该品种，都属α-SiC。
①黑碳化硅含SiC约95%，其韧性高于绿碳化硅，大多用于加工抗张强度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。
②绿碳化硅含SiC约97%以上，自锐性好，大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速钢刀具。
此外还有立方碳化硅，它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体，用以制作的磨具适于轴承的超精加工，可使表面粗糙度从Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。
化学特性及用途：
碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的高级耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高，节能效果好。
低品级碳化硅（含SiC约85%）是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质
量。
此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。
碳化硅的硬度很大,莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石（10级），具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。
耐火材料(4)氧化硅质耐火材料
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. 临界粒度要小,一般为2~3mm） mm） 临界粒度要小,一般为 mm
< 0.088mm% 粒度系数 = 3 − 1mm%
临界颗粒为3mm,粒度系数=0.75-1.00时砖体的气孔率、 临界颗粒为3mm,粒度系数=0.75-1.00时砖体的气孔率、 3mm,粒度系数=0.75 时砖体的气孔率 密度和外观质量最好！ 密度和外观质量最好！ 细粉数量（转变时体积膨胀小、 细粉数量（转变时体积膨胀小、与矿化剂作用及烧结性 增强） 增强）
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◆ 成型 砖坯体积密度2.2-2.3g/cm3 ； 砖坯体积密度 砖模尺寸应缩小（缩尺）； 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100~150MPa。 为了保证致密砖体，成型压力应不低于 。 ◆ 烧成 废品率高 —— SiO2晶型转变，体积变化 晶型转变， —— 液相量较少（~10%） 液相量较少（ ）
第一节 二氧化硅的同素异晶转变
二氧化硅在加热过程中，在不同的温度下以不同的晶型存在，在 一定条件下相互转变，并伴随有体积变化。 •迟钝型转变 迟钝型转变 •不可逆 不可逆 •快速型转变 快速型转变 •可逆 可逆
第一节 二氧化硅的同素异晶转变
•迟钝型转变 迟钝型转变 •不可逆 不可逆 •晶型变化，消耗能量大，转变温度高，转变速度慢 晶型变化，消耗能量大，转变温度高， 晶型变化 •快速型转变 快速型转变 •可逆 可逆 •晶型不变化，消耗能量小，转变温度低，转变速度 晶型不变化，消耗能量小，转变温度低， 晶型不变化 快
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及烧成窑的特性等因素有关。 及烧成窑的特性等因素有关。
耐火材料工艺学第四章硅质耐火材料
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。
Al2O3-SiO2系
∵加入6% Al2O3，液化 温度由1723℃ 降到 3Al2O3·2SiO2-SiO2共晶 点1595℃ ，并且无二 液区。
二、特点
①对酸性炉渣抵抗力强，但受碱性渣强烈侵 蚀，对CaO、FeO、Fe 2O3等氧化物有良好 的抵抗性；
②荷重变形温度高，波动在1640~1680℃间， 接近鳞石英，方石英的熔点(1670℃、 1713℃)；
③热震稳定性低，其次是耐火度不高，这限 制了广泛应用。
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。
为什么在硅砖的生产过程中，β-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 β-石英， 至于鳞石英、方石英则很少。 ①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； ②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；
3、矿化剂的选择原则
①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;
②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;
③在制砖过程中,矿化剂分布应均匀,不具水溶性; ④经济、溶液制备容易、便于生产控制。
即:
* 有二液区； ** 形成液相温度＜ 1470℃（鳞石英的最高稳定温度）
硅石的分类
.硅石的分类、性质、评价及技术标准中国耐材之窗网2006年2月24日一、硅石的分类，其它成分均为杂质。
由于 SiO硅石是硅质耐火材料的主要原料。
硅石也称石英岩，主要矿物是石英2生成条件不同，工艺要求各有侧重，所以有多种分类方法。
1.按硅石的组织结构分类耐火材料工业用的硅石可以分为结晶硅石（再结晶石英岩）和胶结硅石（胶结石英岩）。
⑴结晶硅石是由硅质砂岩（石英砂岩）经变质作用再结晶而成得变质岩。
硅质砂岩中的硅质胶结物在地质条件作用下而在原石英颗粒表面再结晶，成为石英颗粒的增大部分。
因此，其组织结构特征是：由结晶的石英颗粒所组成，石英颗粒间没有胶结物或极少（3%～8%）；由于变质过程中的再结晶作用而使石英颗粒紧密地连接在一起，并且构成了原硅质砂岩所没有的各种变晶结构，如锯齿结构、花岗岩结构和镶嵌结构等。
脉石英也属于结晶硅石，它是火成岩，特征是石英颗粒较大（＞2mm），纯度较高（SiO2＞99%），煅烧时转化迟钝，膨胀性大，直接用于制砖较为困难。
⑵胶结硅石石英颗粒被硅质胶结物结合而成的沉积岩，胶结构主要是隐晶质的二次石英，胶结物含量通常约占30%～75%。
胶结硅石中的石英颗粒结晶较小，杂质含量多，加热时易于转变。
结晶硅石与胶结硅石的特征对比如表1-1所列。
表1-1结晶硅石与胶结硅石的特征2.按转变速度分类从硅砖的制造工艺观点出发，依照硅石原料在1450°C时煅烧1小时的真比重大小，可将硅石非为极慢、慢速、中速和快速转变四种类型（表1-2）。
因鳞石英的真比重（2.242）较小，烧后真比重越小，则表明转变成鳞石英的数量也多。
表1-2硅石的转变速度分类3.按硅石的致密程度分类可以分为极致密、致密、比较多孔和多孔四种（表1-3）。
硅石原料应具有较大的致密性，前两种硅石是优质的耐火材料，第三种可以与前两种配合使用，或单独用于制造一般用途的硅砖。
第四种不适合制砖。
表1-3硅石的致密程度分类..4.按剧烈膨胀温度分类硅石受热时，由于石英的多晶转变，其比重减小、体积膨胀，加热至某一温度时开始产生剧烈的膨胀。
硅石耐火材料
• 虽然硅砖的耐火度不很高，但荷重软化温度较 高，高温结构强度大，而且在 600℃以上长期 使用稳定性好，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 升温，以免困膨胀过激而使砌体破坏。
3.2 硅砖的生产工艺
• 3.2.1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 和筛分后的硅石颗粒料和细粉；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 燥和烧成。
•
• 经过高温烧成后，硅砖的性能主要与SiO2的晶型有关。 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。
吉林
本溪 包头
胶结硅石
砂岩 玉髓 燧石岩
武汉 山西
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 较大，一般大颗粒为 0.2～0.5毫米，小颗粒为0.01 ～0.08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。