硅石耐火材料
合集下载
硅质耐火材料PPT课件
第四章 硅质耐火材料
§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
第18页/共35页
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。
§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
第18页/共35页
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。
3
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）
8
◆ 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
11
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）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
这种亚态变体的结构和物理性质是相似的， 转变时Si-0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。
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 种转变称为湿转变。
• 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。
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。
3.硅石耐火材料
• 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。
普通硅砖 • 种类：硅砖（最常见）
高密度硅砖
特种硅砖、石英玻璃
• 主要用途：焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉 以及其他热工设备。
• 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，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%。
• 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（β -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。
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SiO2的 各相组成，尤其是鳞石英的含量。
• 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）。
不同晶型之间的转变（迟钝型转变）
• 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 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。
硅砖真密度g/cm3 鳞石英含量 %
2.33
80
方石英含量 石英含量% %
13
1
玻璃相含量%
7
2.34
72
17
3
8
2.37
63
17
9
1
2.39
60
15
9
6
2.40
58
12
12
18
2.42
53
12
17
18
• 耐火度：硅砖的耐火度为1600～1730℃。随着SiO2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，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：硅砖的荷重软化温度较高，一般为1620 ～1670℃，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 石英形成网络状结构和基质为粘度较大的玻璃相所致。
• 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 晶型转变并伴有体积膨胀。
• 耐热震性 硅质耐火制品的耐热震性很差，在850℃下水冷仅为1～ 2次。当硅砖的使用温度在600℃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600 ℃以下 ，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600 ℃以下。
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SiO2含量在93％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。
化 学 成 分 SiO2
%
93-98
Al2O3 0.5-2.5
Fe2O3 0.3-2.5
CaO 0.2-0.7
• 不同晶型之间的转变从晶体的边缘开始，逐渐发展 至中心， 必须破坏原有的晶体结构，使Si-0键断开， 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 间才能实现，故称为迟钝型转变。
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 且是可逆的。由于快速转变是在瞬时发生的，其 体积效应危害大。
• 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 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。
矿物组成 磷石英 方石英
%
30-70
20-30
石英 3-15
R2O 1-1.5
玻璃相 4-10
• 硅砖的组成决定其性质
• SiO2有8个变体：α-石英、β-石英、 α-鳞石英、β -鳞石英、γ -鳞石英 α-方石英、β –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──α β 和γ 型，它们的结构相似，相互间转化较快。
• 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。 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。
• 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ห้องสมุดไป่ตู้723℃，鳞石英为1670 ℃。
• 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2.32～2.36
g/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17～25 ％，体积密度为1.8～1.95g／cm3。
硅砖真密度与矿物组成的关系
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 种转变称为湿转变。
• 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。
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。
3.硅石耐火材料
• 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。
普通硅砖 • 种类：硅砖（最常见）
高密度硅砖
特种硅砖、石英玻璃
• 主要用途：焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉 以及其他热工设备。
• 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，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%。
• 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（β -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。
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SiO2的 各相组成，尤其是鳞石英的含量。
• 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）。
不同晶型之间的转变（迟钝型转变）
• 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 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。
硅砖真密度g/cm3 鳞石英含量 %
2.33
80
方石英含量 石英含量% %
13
1
玻璃相含量%
7
2.34
72
17
3
8
2.37
63
17
9
1
2.39
60
15
9
6
2.40
58
12
12
18
2.42
53
12
17
18
• 耐火度：硅砖的耐火度为1600～1730℃。随着SiO2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，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：硅砖的荷重软化温度较高，一般为1620 ～1670℃，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 石英形成网络状结构和基质为粘度较大的玻璃相所致。
• 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 晶型转变并伴有体积膨胀。
• 耐热震性 硅质耐火制品的耐热震性很差，在850℃下水冷仅为1～ 2次。当硅砖的使用温度在600℃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600 ℃以下 ，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600 ℃以下。
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SiO2含量在93％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。
化 学 成 分 SiO2
%
93-98
Al2O3 0.5-2.5
Fe2O3 0.3-2.5
CaO 0.2-0.7
• 不同晶型之间的转变从晶体的边缘开始，逐渐发展 至中心， 必须破坏原有的晶体结构，使Si-0键断开， 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 间才能实现，故称为迟钝型转变。
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 且是可逆的。由于快速转变是在瞬时发生的，其 体积效应危害大。
• 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 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。
矿物组成 磷石英 方石英
%
30-70
20-30
石英 3-15
R2O 1-1.5
玻璃相 4-10
• 硅砖的组成决定其性质
• SiO2有8个变体：α-石英、β-石英、 α-鳞石英、β -鳞石英、γ -鳞石英 α-方石英、β –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──α β 和γ 型，它们的结构相似，相互间转化较快。
• 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。 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。
• 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ห้องสมุดไป่ตู้723℃，鳞石英为1670 ℃。
• 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2.32～2.36
g/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17～25 ％，体积密度为1.8～1.95g／cm3。
硅砖真密度与矿物组成的关系