第四章硅酸铝质耐火材料-硅酸铝质耐火材料.ppt

第四章硅酸铝质耐火材料第四章硅酸铝质耐火材料 Refractories of AlRefractories of Al2 2OO3 3-SiO-SiO2 2 system system 本章重点：本章重点：Al2O3-SiO2二元系统二元系统结晶效应结晶效应结晶效应结晶效应 杂质对杂质对Al2O3-SiO2二元系统的影响二元系统的影响玻璃效应玻璃效应玻璃效应玻璃效应 Al2O3-SiO2系制品的生产工艺系制品的生产工艺 Al2O3-SiO2系制品的性能系制品的性能1/22/20232材料科学与工程学院制品名称制品名称 Al2O3含量，含量，%主要主要矿矿相相 化学性化学性质质 半硅半硅质质 1530 石英石英变变体、体、莫来石莫来石、玻璃体、玻璃体 半酸性半酸性 粘土粘土 3046 莫来石莫来石（50%）、石英）、石英变变体、体、玻璃体玻璃体 弱酸性弱酸性 等高等高铝铝砖砖 4660 莫来石莫来石（6070%）、石英）、石英变变体、玻璃体体、玻璃体 弱酸性弱酸性 等高等高铝铝砖砖 6075 莫来石莫来石、少量、少量刚刚玉、玻璃体玉、玻璃体 弱酸性弱酸性 等高等高铝铝砖砖 75 莫来石莫来石、刚刚玉、少量玻璃体玉、少量玻璃体 似中性似中性 结晶效应结晶效应 玻璃效应玻璃效应 高炉高炉 热风炉热风炉 干熄焦炉干熄焦炉 加热炉加热炉 水泥回转窑水泥回转窑 莫来石相莫来石相 玻璃相玻璃相 硅酸铝质耐火材料：硅酸铝质耐火材料：1/22/20233材料科学与工程学院7278%可分为两个子二元系：可分为两个子二元系：-AlAl2 2OO3 3-A-A3 3S S2 2 A A3 3S S2 2-SiO-SiO2 2一、一、Al2O3-SiO2 二元系的情况二元系的情况20501723 4.1 Al2O3-SiO2 系相组成情况系相组成情况1/22/20234材料科学与工程学院Al2O3 71.877.3 wt%-莫来石：莫来石：3Al2O32SiO2，Al2O3：71.8%、SiO2：28.2%；-莫来石：含有呈固溶体状态存在的残余氧化铝；莫来石：含有呈固溶体状态存在的残余氧化铝；-莫来石：含有少量以固溶体状态存在的氧化铁和氧化钛。莫来石：含有少量以固溶体状态存在的氧化铁和氧化钛。Al4+2xSi2-2xO10-x固溶体固溶体 X=0.2-0.9莫来石莫来石1/22/20235材料科学与工程学院与硅线石矿物，其化学成分不同，但在晶体与硅线石矿物，其化学成分不同，但在晶体结构上颇为相似。结构上颇为相似。莫来石是由莫来石是由4 4个硅线石晶胞组成，每一个晶个硅线石晶胞组成，每一个晶胞中有一个胞中有一个Si4+被被Al3+所置换所置换。2Si4+O2-2Al3+为氧空位为氧空位 1/22/20236材料科学与工程学院氧的电价不平衡，致使莫来石矿物不稳定氧的电价不平衡，致使莫来石矿物不稳定 离子半径离子半径0.7埃，可以占据莫来石晶格中的空位；埃，可以占据莫来石晶格中的空位；离子半径离子半径0.7埃，则使晶格膨胀埃，则使晶格膨胀,在离子半径较大在离子半径较大 的碱或碱土族化合物作用下将促的碱或碱土族化合物作用下将促 使莫来石分解。使莫来石分解。1/22/20237材料科学与工程学院莫来石性质莫来石性质 熔点较高熔点较高（1910）密度低（密度低（3.16g/cm3）导热率低（导热率低（1000，=13.8KJ/mhk）线膨胀较小（线膨胀较小（201000，=5.310-6K-1）杨氏模量为杨氏模量为230GPa左右左右 化学性质稳定化学性质稳定 高温力学强度优良高温力学强度优良 结晶习性（长柱状、针状结晶习性（长柱状、针状）结构特征结构特征 1/22/20238材料科学与工程学院 天然原料含天然原料含56种杂质：种杂质：等均起到熔剂作用，熔剂作用的三种形式等均起到熔剂作用，熔剂作用的三种形式 降低熔液的生成温度及其粘度；降低熔液的生成温度及其粘度；增大液相的生成量；增大液相的生成量；提高熔液对固相的溶解速度和溶解数量。提高熔液对固相的溶解速度和溶解数量。举例举例举例举例：R2O降低液相形成温度降低液相形成温度513724（熔剂化作用大）（熔剂化作用大）TiO2降低液相生成温度降低液相生成温度101107（熔剂化作用小）（熔剂化作用小）二、杂质氧化物（二、杂质氧化物（熔剂杂质熔剂杂质）对硅酸铝质制品）对硅酸铝质制品 组成及性能的影响组成及性能的影响 1/22/20239材料科学与工程学院SiOSiO2 2-A-A3 3S S2 2(Al(Al2 2OO3 3/SiO/SiO2 2 2.55)2.55)2.55)1840 1840AlAl2 2OO3 3-A A3 3S S2 2 KAS KAS4 4 (1315(1315)T=525 T=525 较小较小较小较小Al2O3-SiO2-K2O三元系统相图三元系统相图（1）R2O的影响的影响1/22/202310材料科学与工程学院举例：举例：1 粘土砖粘土砖 K2O 1.0%A 2.0%B A:L985=(A-a)/(a-985）=9.2%B:L985=(B-b)/(b-985）=20.0%2 高铝砖高铝砖 K2O 1.0%C 2.0%D C:L1315=(C-c)/(c-1315)=6.4%D:L1315=(D-d)/(d-1315)=13.8%B砖、砖、D砖液相约为砖液相约为A砖、砖、C砖的砖的2.2倍倍 Al2O3:3046%1/22/202311材料科学与工程学院 河南矾土原料中含河南矾土原料中含 K2O高，一般为高，一般为0.5%2.0%,K2O也是粘土砖和半硅也是粘土砖和半硅砖的主要杂质。砖的主要杂质。1/22/202312材料科学与工程学院Al2O3SiO2Na2O系统系统用于玻璃窑的粘土砖用于玻璃窑的粘土砖用于玻璃窑的粘土砖用于玻璃窑的粘土砖，在，在，在，在NaNa2 2OO的作用下，往往形成霞石的作用下，往往形成霞石的作用下，往往形成霞石的作用下，往往形成霞石和刚玉，存在于玻璃结石之中。和刚玉，存在于玻璃结石之中。和刚玉，存在于玻璃结石之中。和刚玉，存在于玻璃结石之中。SiOSiO2 2-A-A2 2S S3 3(1595(1595)SiO SiO2 2-A-A2 2S S3 3-AS-AS6 6(1050(1050)Al Al2 2OO3 3-A-A2 2S S3 3-NAS NAS6 6(1104(1104)Al Al2 2OO3 3-NAS-NAS6 6-NAS NAS2 2(1063(1063)1/22/202313材料科学与工程学院14 Al2O3SiO2MgO系统系统优质粘土砖优质粘土砖A：Al2O3 46%吸收吸收2%MgO,1500形成液形成液相量相量 L=(A-A3S2)100%/(a-A3S2)60%（2）RO的影响的影响1/22/202314材料科学与工程学院 Al2O3SiO2CaO系统系统 当材料的组成点在莫来石初晶区内，形成当材料的组成点在莫来石初晶区内，形成钙斜长石钙斜长石(CAS2)莫来石莫来石鳞石英间的共熔点鳞石英间的共熔点1(1345)，其熔液相量达，其熔液相量达10%左右。当温度升左右。当温度升高到高到1500时，液相量增到时，液相量增到3l.2。1/22/202315材料科学与工程学院（3）TiO2的影响的影响1）Al2O3-B-AT 固化温度固化温度1727（P1）凝聚相为刚玉、凝聚相为刚玉、AT、莫来石、莫来石 2）AT-C-SiO2 固化温度固化温度1480（P2）凝聚相为凝聚相为AT、SiO2、莫来石、莫来石 3)四边形四边形ABCD 凝聚相为莫来石、刚玉凝聚相为莫来石、刚玉4)Al2O3-A-B 凝聚相为莫来石凝聚相为莫来石5)AT-B-C 凝聚相为莫来石、凝聚相为莫来石、AT6）SiO2-D-C 凝聚相为莫来石、凝聚相为莫来石、SiO2 C:Al2O369.5%、固溶体中、固溶体中TiO23.5%B:Al2O375%、固溶体中、固溶体中TiO26%1/22/202316材料科学与工程学院认识认识:我国高铝砖我国高铝砖TiO21.54.0%，粘土砖和半硅砖，粘土砖和半硅砖TiO22.1%左右，因此，如只考虑左右，因此，如只考虑Al2O3、SiO2和和TiO2三成分，硅酸铝制品的组成点分别落在三成分，硅酸铝制品的组成点分别落在SiO2DC、Al2O3AB和和Al2O3ATB三角形和莫来石固溶三角形和莫来石固溶区区ABCD之内。之内。思考思考:1)Al2O3 含量含量88%的煅烧矾土中的煅烧矾土中0.16%TiO2，TiO2 存在方式？存在方式？2)在硅酸铝质制品中哪个砖种才会出现在硅酸铝质制品中哪个砖种才会出现AT相？相？1/22/202317材料科学与工程学院 1)Al2O3含量含量88%的煅烧矾土中的煅烧矾土中0.16%TiO2，应固溶于刚玉中，应固溶于刚玉中;2)只有高铝砖中才会出现只有高铝砖中才会出现AT.1/22/202318材料科学与工程学院（4）Fe2O3的影响的影响1 1、为什么要避免什么要避免“黑心黑心”砖出出现？2、为什么要磁选？控制氧化铁含量？、为什么要磁选？控制氧化铁含量？1/22/202319材料科学与工程学院a-氧化气氛氧化气氛;b-还原气氛还原气氛不同气氛下不同气氛下Al2O3SiO2氧化铁系统相图氧化铁系统相图1/22/202320材料科学与工程学院比较：比较：氧化气氛氧化气氛 SiO2-A3S2 (1595)SiO2-A3S2-Fe2O3Al2O3 (1380)T=215还原气氛还原气氛 SiO2-A3S2 (1595)SiO2 A3S2-FeOAl2O3 (1210)T=3851/22/202321材料科学与工程学院还原气氛原气氛 Al2O3-A3S2 (1840)Al2O3-A3S2-FeOAl2O3 (1380)T=460 氧化气氛氧化气氛 Al2O3-A3S2 (1840)Al2O3-A3S2-Fe2O3Al2O3 (1460)T=380 1/22/202322材料科学与工程学院1、硅酸铝耐火材料不宜在还原气氛下烧、硅酸铝耐火材料不宜在还原气氛下烧成和使用。成和使用。“黑心黑心”砖中氧化铁含量应砖中氧化铁含量应尽可能的低。尽可能的低。2、抵抗氧化铁侵蚀的能力，、抵抗氧化铁侵蚀的能力，Al2O3/SiO2比大于莫来石组成的高铝砖优于比大于莫来石组成的高铝砖优于Al2O3/SiO2 比较莫来石组成低的高铝砖、比较莫来石组成低的高铝砖、粘土砖和半硅砖。粘土砖和半硅砖。Al2O3SiO2氧化铁系统氧化铁系统1/22/202323材料科学与工程学院杂质氧化物对二元混合物无变点的影响杂质氧化物对二元混合物无变点的影响1/22/202324材料科学与工程学院25 无变点降低顺序无变点降低顺序 SiO2-莫来石组合莫来石组合 K2ONa2OFeOCaOFe3O4MgOTiO2 莫来石莫来石-Al2O3组合组合 Na2OK2OFeOFe3O4CaOMgOTiO21/22/202325材料科学与工程学院二、一般原则二、一般原则 Al2O3含量提高，高温性能提高；当熔剂含量提高，高温性能提高；当熔剂含量增加，高温性能降低；因此，应设法减少含量增加，高温性能降低；因此，应设法减少熔剂成分。熔剂成分。1/22/202326材料科学与工程学院 4.2 粘土质耐火材料粘土质耐火材料 2007-5-20 1/22/202327材料科学与工程学院简介：简介：粘土质耐火材料：用天然产的各种粘粘土质耐火材料：用天然产的各种粘土作原料，将一部分粘土预先煅烧成熟料，土作原料，将一部分粘土预先煅烧成熟料，并与部分生粘土配合制成并与部分生粘土配合制成Al2O3 含量在含量在3046%的耐火制品。的耐火制品。天然粘土：天然粘土：熟料：焦宝石熟料：焦宝石 结合粘土（水曲柳）结合粘土（水曲柳）1/22/202328材料科学与工程学院一、粘土原料一、粘土原料1 1、定义：、定义：、定义：、定义：沉积矿床或铝硅酸盐岩石沉积矿床或铝硅酸盐岩石沉积矿床或铝硅酸盐岩石沉积矿床或铝硅酸盐岩石风化风化风化风化 土状矿物。土状矿物。土状矿物。土状矿物。耐火粘土：耐火度耐火粘土：耐火度耐火粘土：耐火度耐火粘土：耐火度 15801580 按耐火度分：特级、一级、二级、三级按耐火度分：特级、一级、二级、三级按耐火度分：特级、一级、二级、三级按耐火度分：特级、一级、二级、三级 耐火材料中所使用的粘土耐火材料中所使用的粘土:以以高岭石高岭石高岭石高岭石为主为主粘土矿，粘土矿，Al2O3+TiO2 不小于不小于30%，Fe2O3不大不大于于2.5%。1/22/202329材料科学与工程学院2、种类（可塑性）、种类（可塑性）1)硬质粘土硬质粘土沉积矿床（时间长）、致密沉积矿床（时间长）、致密水中不分散，水中不分散，可塑性差可塑性差熟料熟料 耐火度耐火度 17701790，煅烧后作为骨料，煅烧后作为骨料 山东淄博地区的硬质粘土含有较低的杂质成分山东淄博地区的硬质粘土含有较低的杂质成分山东淄博地区的硬质粘土含有较低的杂质成分山东淄博地区的硬质粘土含有较低的杂质成分焦宝石焦宝石焦宝石焦宝石 2)软质粘土（半软质粘土、可塑粘土）软质粘土（半软质粘土、可塑粘土）沉积矿床（时间短）、松散沉积矿床（时间短）、松散水中分水中分散，可塑性好散，可塑性好结合剂结合剂1/22/202330材料科学与工程学院产地产地等级等级Al2O3+TiO2,%Fe2O3,%灼减，灼减，耐火度，耐火度，王村王村特级特级级级级级级级44504236301.22.53.03.0151515151750173016701630广元凤广元凤台山台山级级级级级级39333333445151615161516163016301630明水王明水王白庄白庄级级级级级级4046354030352.53.03.0151515173016701670珙县罗珙县罗通坝通坝特级特级级级级级级外品级外品383735321.21.62.02.51760175017301610渤海湾渤海湾老石老石旦旦特级特级级级级级级级44504248364230361.22.53.03.0181818181750173016701630我国部分地区硬质粘土技术标准我国部分地区硬质粘土技术标准我国部分地区硬质粘土技术标准我国部分地区硬质粘土技术标准:1/22/202331材料科学与工程学院软质粘土和半软质粘土的技术指标：软质粘土和半软质粘土的技术指标：类类 型型 级级 品品化学成分，化学成分，耐火度耐火度 不小于不小于灼灼 减减 不大于不大于可塑性可塑性指标指标不小于不小于 Al2O3不小于不小于Fe2O3不大于不大于软质粘软质粘土土特级品特级品级品级品级品级品级品级品333025201.52.02.53.01710167016301580151517174.03.53.02.5半软质半软质粘土粘土级品级品级品级品级品级品3530252.53.03.51690165016101717172.01.51.01/22/202332材料科学与工程学院3、粘土的基本性质、粘土的基本性质 主要化学成分主要化学成分主要化学成分主要化学成分：Al2O3、SiO2 主矿物（主晶相）：主矿物（主晶相）：主矿物（主晶相）：主矿物（主晶相）：高岭石高岭石 （高岭石族、蒙脱石族、叶腊石族、水云母族）高岭石族、蒙脱石族、叶腊石族、水云母族）次矿物（次晶相）：次矿物（次晶相）：次矿物（次晶相）：次矿物（次晶相）：石英、铁化合物、有机物等石英、铁化合物、有机物等 Al2O3含量及含量及Al2O3/SiO2比值愈接近高岭石矿物的理论比值愈接近高岭石矿物的理论值值粘土纯度粘土纯度，质量，质量。Al2O3/SiO2比值比值，粘土耐火度，粘土耐火度，粘土烧结熔融范围越宽。，粘土烧结熔融范围越宽。分布：分布：分布：分布：河南、山西、山东、辽宁、内蒙等地的粘土资源贮量很河南、山西、山东、辽宁、内蒙等地的粘土资源贮量很大，并且品种齐全；在江西、湖南、大，并且品种齐全；在江西、湖南、广西、江苏广西、江苏广西、江苏广西、江苏、浙江等、浙江等地也有优质的高岭土矿物。地也有优质的高岭土矿物。（1）化学矿物组成）化学矿物组成1/22/202333材料科学与工程学院2007-5-20 34 粘土可能有的矿物组成粘土可能有的矿物组成粘土可能有的矿物组成粘土可能有的矿物组成 岩石岩石类类型型 主要成分主要成分 （高岭石族）（高岭石族）少量成分（主要少量成分（主要为杂质矿为杂质矿物成分）物成分）常常见见的的 少少见见的的 常常见见的的 一般含量很少的（碎屑，同生及后生的）一般含量很少的（碎屑，同生及后生的）高岭土高岭土 高岭石高岭石 多水高岭石多水高岭石 迪开石迪开石 变变水高岭石水高岭石 珍珠陶土珍珠陶土 富硅高岭石富硅高岭石 石英、石英、长长石、石、黑黑(白）白）云母、云母、水云母水云母 褐褐铁矿铁矿、针铁矿针铁矿、赤、赤铁矿铁矿、磁、磁铁矿铁矿、电电气石、气石、榍石、金榍石、金红红石、石、钛铁矿钛铁矿、锐钛矿锐钛矿、黄、黄铁矿铁矿、柘榴石、柘榴石、蓝蓝晶石、晶石、闪闪石、石、辉辉石、石、绿绿廉石、磷廉石、磷灰石、明灰石、明矾矾土、叶腊石、水土、叶腊石、水铝铝石、勃姆石、石、勃姆石、三水三水铝铝石、石、绿绿泥石、泥石、堇堇青石、黝帘石、菱青石、黝帘石、菱铁铁矿矿、方解石及其它粘土、方解石及其它粘土矿矿物与有机物等。物与有机物等。高岭石粘高岭石粘土（土（软质软质粘土）粘土）高岭石高岭石 多水高岭石多水高岭石 变变水高岭石水高岭石 迪开石迪开石 石英石英 水云母水云母 三水三水铝铝石石 针铁矿针铁矿、褐、褐铁矿铁矿、赤、赤铁矿铁矿、金、金红红石、石、锆锆英石、英石、电电气石、气石、长长石、云母、菱石、云母、菱铁矿铁矿、黄、黄铁矿铁矿（白（白铁矿铁矿）、）、锐钛矿锐钛矿、板、板钛矿钛矿、钛铁矿钛铁矿、榍石、榍石、磁磁铁矿铁矿、辉辉石、角石、角闪闪石、石、绿绿廉石、黝廉石、廉石、黝廉石、符山石、符山石、蓝蓝晶石、磷灰石、柘榴石、晶石、磷灰石、柘榴石、锡锡石、石、方解石、白云石、蛋白石、石髓、叶腊石、方解石、白云石、蛋白石、石髓、叶腊石、海海绿绿石、石膏、石、石膏、绿绿泥石、三水泥石、三水铝铝石、勃姆石、石、勃姆石、水水铝铝石、明石、明矾矾石及其它粘土石及其它粘土矿矿物与有机物等。物与有机物等。高岭石高岭石 粘土岩粘土岩 （半（半软质软质及硬及硬质质粘粘土）土）高岭石高岭石 变变水高岭石水高岭石 石英石英 水云母水云母 水水铝铝石石 勃姆石勃姆石 1/22/202334材料科学与工程学院粘土的基本性质粘土的基本性质 1/22/202335材料科学与工程学院1/22/202336材料科学与工程学院(2)耐火粘土的工艺特性耐火粘土的工艺特性 粘土的矿物组成和颗粒组成。粘土的矿物组成和颗粒组成。1/22/202337材料科学与工程学院 分散程度：分散程度：粘土矿物为极小颗粒粘土矿物为极小颗粒(颗粒组成或比表颗粒组成或比表 面积面积)粘土属于高分散性物质，一般不大于粘土属于高分散性物质，一般不大于10m;m;粘土的工艺性质主要取决于小于粘土的工艺性质主要取决于小于2 m m颗粒数量颗粒数量.粘土的分散度等级与在水中的分散性粘土的分散度等级与在水中的分散性1)分散性分散性分分分分 散散散散 性性性性优优优优 良良良良中中中中 等等等等困困困困 难难难难1m1m，%4545353535351/22/202338材料科学与工程学院 a、定义：、定义：物料受外力作用后发生变形而物料受外力作用后发生变形而物料受外力作用后发生变形而物料受外力作用后发生变形而 不破裂，在所不破裂，在所不破裂，在所不破裂，在所施加使其变形的外力撤除后，变形的形态仍保留施加使其变形的外力撤除后，变形的形态仍保留施加使其变形的外力撤除后，变形的形态仍保留施加使其变形的外力撤除后，变形的形态仍保留而不恢复原状，这种性质称为可塑性。而不恢复原状，这种性质称为可塑性。而不恢复原状，这种性质称为可塑性。而不恢复原状，这种性质称为可塑性。2)可塑性可塑性b b、表示方法：、表示方法：、表示方法：、表示方法：塑性指数和塑性指标塑性指数和塑性指标 塑性指数法：塑性指数法：塑性指数法：塑性指数法：粘土显可塑状态时的水量上限和下粘土显可塑状态时的水量上限和下限之差限之差(含水量变化的范围含水量变化的范围)的间接指数值来衡量的间接指数值来衡量其强弱的方法。其强弱的方法。塑性指标法：塑性指标法：塑性指标法：塑性指标法：采用一定直径的泥球，当外力作采用一定直径的泥球，当外力作用后发生变形并开始产生裂纹，以应力用后发生变形并开始产生裂纹，以应力(变形力变形力)与应变与应变(变形的程度变形的程度)的乘积来。的乘积来。1/22/202339材料科学与工程学院等等 级级高高中中低低差差含水量，含水量，35452535152515等等 级级高高中中低低可塑性指标可塑性指标3.62.53.62.5表示其可塑性程度的一种方法表示其可塑性程度的一种方法1/22/202340材料科学与工程学院C、增加粘土可塑性的方法：、增加粘土可塑性的方法：除去如石英等非可塑性的杂质矿物；除去如石英等非可塑性的杂质矿物；细磨以增加其分散度；细磨以增加其分散度；加入适加入适 量塑性物质结合剂（如亚硫酸纸量塑性物质结合剂（如亚硫酸纸 浆废液等）；浆废液等）；真空处理；真空处理；困料。困料。1/22/202341材料科学与工程学院 粘土分散程度粘土分散程度，比表面积，比表面积，结合性，结合性。在实际生产中，通常都以粘土的可塑性在实际生产中，通常都以粘土的可塑性 来判断其结合性能的强弱。来判断其结合性能的强弱。氢键、堆积的毛细管力，分散性越好，结氢键、堆积的毛细管力，分散性越好，结合性能越高；合性能越高；3)结合性结合性1/22/202342材料科学与工程学院（方石英）（方石英）（方石英）（方石英）（无定形）（无定形）（无定形）（无定形）（均为无定型）（均为无定型）（均为无定型）（均为无定型）4)烧结性烧结性液相烧结（加速气孔消失、气孔率较低液相烧结（加速气孔消失、气孔率较低 高岭石的加高岭石的加热变热变化化（450550）（结晶型）（结晶型）（结晶型）（结晶型）（930960930960）一次莫来石 1/22/202343材料科学与工程学院a、加热的矿相变化、加热的矿相变化：最终的产物为莫来石和：最终的产物为莫来石和方石英。方石英。莫来石的得率莫来石的得率6090%，1200生成完毕。生成完毕。1200 主要为莫来石长大，至主要为莫来石长大，至15001600结结束，方石英成玻璃相。结结束，方石英成玻璃相。1/22/202344材料科学与工程学院高岭石为主体的粘土加热变化特性曲线高岭石为主体的粘土加热变化特性曲线（共性）（共性）2007-5-20 45 1/22/202345材料科学与工程学院*热分析的重要性：热分析的重要性：鉴定矿物鉴定矿物 制定合理热工制度制定合理热工制度 确定是否煅烧完全（选择骨料和结合剂确定是否煅烧完全（选择骨料和结合剂的依据）的依据）1/22/202346材料科学与工程学院b、加热收缩：、加热收缩：1000左右收缩较大左右收缩较大可塑性强，收缩率大（软质、半软质）可塑性强，收缩率大（软质、半软质）多，收缩小，硬质粘土，方石英膨胀多，收缩小，硬质粘土，方石英膨胀c、粘土的烧结性评价方法、粘土的烧结性评价方法：吸水率（显气孔率）体积密度、加热收缩吸水率（显气孔率）体积密度、加热收缩反映出烧结性能是一致的。反映出烧结性能是一致的。1/22/202347材料科学与工程学院1/22/202348材料科学与工程学院 开始烧结温度开始烧结温度 粘土加热到最大密度时的温度粘土加热到最大密度时的温度 最大烧结收缩温度范围最大烧结收缩温度范围(迅速烧结迅速烧结)烧结温度范围烧结温度范围 是保证粘土获得最大烧结程度的安全加热温是保证粘土获得最大烧结程度的安全加热温度范围度范围 所以，耐火粘土按其烧结性可区分为所以，耐火粘土按其烧结性可区分为低烧低烧结粘土和结粘土和高温烧结粘土；高温烧结粘土；宽烧结范围粘宽烧结范围粘土和土和窄烧结范围粘土等窄烧结范围粘土等1/22/202349材料科学与工程学院 杂质的影响杂质的影响 熔剂作用熔剂作用 Fe2O3、TiO2 促进莫来石化；促进莫来石化；CaO、R2O 抑制莫来石化、分解。抑制莫来石化、分解。杂质数量和种类决定烧结机制杂质数量和种类决定烧结机制 液相烧结（粘滞流动烧结）液相烧结（粘滞流动烧结）高硅玻璃高硅玻璃 硬质粘土硬质粘土 A，T 软质粘土软质粘土 A，T 如如R2O，T 煤质粘土或含有机物较多，孔隙多，烧煤质粘土或含有机物较多，孔隙多，烧结困难。结困难。1/22/202350材料科学与工程学院51 在未出现液相莫来石结晶初期，在未出现液相莫来石结晶初期，莫来石晶体大小、形状不仅取决于煅烧温度，更受莫来石晶体大小、形状不仅取决于煅烧温度，更受升温速度所控制升温速度所控制 1/22/202351材料科学与工程学院硬质粘土熟料技术要求（硬质粘土熟料技术要求（硬质粘土熟料技术要求（硬质粘土熟料技术要求（YB221182YB221182）指指指指 标标标标品品品品 级级级级化学成分，化学成分，化学成分，化学成分，耐火度，耐火度，耐火度，耐火度，体积密度，体积密度，体积密度，体积密度，g/cm3g/cm3AlAl2 2OO3 3FeFe2 2OO3 3特级品特级品特级品特级品一级品一级品一级品一级品二级品二级品二级品二级品三级品三级品三级品三级品44445050甲甲甲甲44445050乙乙乙乙424250503636424230303636 1.21.21.61.62.52.53.53.53.53.5 1750175017501750173017301670167016301630 2.452.452.402.402.352.352.302.302.252.251/22/202352材料科学与工程学院小结：小结：粘土的烧结性对制品的生产工艺和制品粘土的烧结性对制品的生产工艺和制品的性能的性能,如热震稳定性、抗渣性、荷重软化如热震稳定性、抗渣性、荷重软化温度、密度和强度等均有影响。温度、密度和强度等均有影响。1/22/202353材料科学与工程学院二、粘土制品的生产工艺二、粘土制品的生产工艺简介：简介：定义：粘土定义：粘土Al2O3 3046或或48%分类：分类：普通粘土砖普通粘土砖 全生料粘土砖全生料粘土砖 多熟料粘土砖多熟料粘土砖 高硅粘土砖高硅粘土砖2007-5-20 1/22/202354材料科学与工程学院1/22/202355材料科学与工程学院（1）结合粘土和熟料的比例）结合粘土和熟料的比例 普通熟料制品：结合粘土不少于普通熟料制品：结合粘土不少于20%多熟料制品：结合粘土不超过多熟料制品：结合粘土不超过20%（2）对结合粘土的要求）对结合粘土的要求 a、应有一定耐火度、较好可塑性和烧结性、应有一定耐火度、较好可塑性和烧结性 b、半软质粘土、半软质粘土+高可塑性粘土；高可塑性粘土；c、粒度要求：一般越细越好、粒度要求：一般越细越好.可塑法：粒度可大些、一般为可塑法：粒度可大些、一般为0.61mm;半干法半干法:不超过不超过0.20.5mm为宜为宜;制备泥浆的结合黏土制备泥浆的结合黏土:25mm。1、配料、配料1/22/202356材料科学与工程学院（3）其它结合剂：）其它结合剂：亚硫酸盐纸浆废液亚硫酸盐纸浆废液 2%左左右（辅助粘结剂）右（辅助粘结剂）（4）坯料的颗粒组成：）坯料的颗粒组成：两头大，中间小的密堆配料两头大，中间小的密堆配料 临界颗粒临界颗粒34粘土形成膜包围在骨料表面粘土形成膜包围在骨料表面（要求有足够的结合粘土量）（要求有足够的结合粘土量）1/22/202357材料科学与工程学院加料顺序：加料顺序：1)1)结合粘土熟料结合粘土熟料干混干混水水混合混合 2)2)熟料熟料水或泥浆水或泥浆结合粘土结合粘土混合混合 3)3)细颗粒熟料结合粘土共磨细颗粒熟料结合粘土共磨已润湿的粗粒已润湿的粗粒 料料混合混合 机压半干泥料水分一般为机压半干泥料水分一般为4 46%6%。生坯体积密度生坯体积密度2.102.102.40g/cm2.40g/cm3 3 结合粘土加部分熟料共磨结合粘土加部分熟料共磨/熟料骨料熟料骨料 软质粘土变成泥浆软质粘土变成泥浆/熟料骨料熟料骨料1/22/202358材料科学与工程学院2、成型、成型3、干燥、干燥 坯体含水量低，可以快速干燥，坯体不坯体含水量低，可以快速干燥，坯体不发生收缩，残余水分小于发生收缩，残余水分小于2%快速干燥制度快速干燥制度:半干法机压成型砖坯在隧道式干燥器内半干法机压成型砖坯在隧道式干燥器内的干燥制度为：的干燥制度为：1 1）干燥介质进口温度：）干燥介质进口温度：）干燥介质进口温度：）干燥介质进口温度：标、普型砖标、普型砖150200，异型，异型砖砖120160；2 2）废气排出口温度）废气排出口温度）废气排出口温度）废气排出口温度：7080；3 3）砖坯残余水分）砖坯残余水分）砖坯残余水分）砖坯残余水分：2%；4 4）干燥时间）干燥时间）干燥时间）干燥时间：1624h 1/22/202359材料科学与工程学院粘土制品的烧成大致可划分为四个阶段粘土制品的烧成大致可划分为四个阶段粘土制品的烧成大致可划分为四个阶段粘土制品的烧成大致可划分为四个阶段 :第一阶段：常温至第一阶段：常温至第一阶段：常温至第一阶段：常温至200200 为排除坯体中残余水分的阶段为排除坯体中残余水分的阶段.第二阶段：第二阶段：第二阶段：第二阶段：200900200900间为中温阶段。间为中温阶段。间为中温阶段。间为中温阶段。结合粘土中的杂质矿物以及有机物等分解和结合粘土中的杂质矿物以及有机物等分解和氧化，粘氧化，粘 土矿物分解脱水等土矿物分解脱水等.第三阶段：温度在第三阶段：温度在第三阶段：温度在第三阶段：温度在900900以上至烧成最高温度为烧以上至烧成最高温度为烧以上至烧成最高温度为烧以上至烧成最高温度为烧结阶段，也称高温阶段。结阶段，也称高温阶段。结阶段，也称高温阶段。结阶段，也称高温阶段。是产生熔剂、坯体烧结及莫来石形成长大的是产生熔剂、坯体烧结及莫来石形成长大的阶段。阶段。第四阶段：为冷却阶段第四阶段：为冷却阶段第四阶段：为冷却阶段第四阶段：为冷却阶段 粘上制品在冷却过程中发生莫来石缓慢析粘上制品在冷却过程中发生莫来石缓慢析晶晶，熔体固化变成熔体固化变成玻璃态，并有物理热收缩作用。玻璃态，并有物理热收缩作用。4、烧成、烧成1/22/202360材料科学与工程学院三、粘土制品的性质三、粘土制品的性质 抗酸性熔渣侵蚀（抗酸性熔渣侵蚀（SiO2）高温性能差（无高温性能差（无A3S2骨架）骨架）数量数量(50%)、结晶大小、结晶大小措施措施(1)对粘土原料进行选矿纯化处理，降低杂质含量对粘土原料进行选矿纯化处理，降低杂质含量;(2)适当提高烧成温度，使制品具有致密结构；适当提高烧成温度，使制品具有致密结构；(3)采用高基质（基质中采用高基质（基质中Al2O3含量接近莫来石含量接近莫来石 组成）组成结构特征的配料；组成）组成结构特征的配料；(4)采用多熟料配料及混合细磨措施。采用多熟料配料及混合细磨措施。1/22/202361材料科学与工程学院四、粘土制品在生产过程中可能出现的问题四、粘土制品在生产过程中可能出现的问题1 1、粘土砖成型时产生废品的原因是什么、粘土砖成型时产生废品的原因是什么、粘土砖成型时产生废品的原因是什么、粘土砖成型时产生废品的原因是什么?砖坯尺寸不合格：砖坯尺寸不合格：砖坯尺寸不合格：砖坯尺寸不合格：这是由于模具安装不牢，成型时模板外移所致；如果加料量波动较大，也这是由于模具安装不牢，成型时模板外移所致；如果加料量波动较大，也会引起坯体尺寸发生变化。会引起坯体尺寸发生变化。产生层裂和裂纹产生层裂和裂纹产生层裂和裂纹产生层裂和裂纹：成型操作时，未根据先轻后重原则打砖；初压时空气未排出，再压时产生成型操作时，未根据先轻后重原则打砖；初压时空气未排出，再压时产生弹性后效所致；泥料水分过大、混料不均匀、模板不平等都可使坯体产生层裂弹性后效所致；泥料水分过大、混料不均匀、模板不平等都可使坯体产生层裂或裂纹。或裂纹。扭曲：扭曲：扭曲：扭曲：模板使用时间过长、模板变形，因而砖坯变形。泥料水分过大，砖坯产生模板使用时间过长、模板变形，因而砖坯变形。泥料水分过大，砖坯产生自然变形，造成坯体扭曲。自然变形，造成坯体扭曲。缺边掉角：缺边掉角：缺边掉角：缺边掉角：由于泥料塑性差、颗粒偏析、加料后边角不实，坯体均能出现缺边掉角现象。由于泥料塑性差、颗粒偏析、加料后边角不实，坯体均能出现缺边掉角现象。偏压：偏压：偏压：偏压：由于模头偏斜或模底不平所致。由于模头偏斜或模底不平所致。疏松：疏松：疏松：疏松：由于加料量不足或加压次数不够所致。由于加料量不足或加压次数不够所致。1/22/202362材料科学与工程学院2、粘土砖坯在干燥过程中为什么会产生废品、粘土砖坯在干燥过程中为什么会产生废品?由于干燥器进口温度过高，粘土砖坯进入干燥由于干燥器进口温度过高，粘土砖坯进入干燥器后，干燥不均匀而产生裂纹；器后，干燥不均匀而产生裂纹；是由于坯体单重大、形状复杂、入窑水分高，是由于坯体单重大、形状复杂、入窑水分高，且在干燥器内放置不平造成坯体变形，因而产生且在干燥器内放置不平造成坯体变形，因而产生废品；废品；搬运过程中，由于操作不慎而造成缺边掉角，搬运过程中，由于操作不慎而造成缺边掉角，以至废品串增加。以至废品串增加。所以，在于燥过程中一定要遵守干燥制度和操所以，在于燥过程中一定要遵守干燥制度和操作扔程，轻章轻放，摆放平直，才能减少废品。作扔程，轻章轻放，摆放平直，才能减少废品。1/22/202363材料科学与工程学院 粘土砖在烧成过程中，由于窑内氧化气氛不粘土砖在烧成过程中，由于窑内氧化气氛不足，砖坯内的有机物在烧结前未能氧化烧掉，因足，砖坯内的有机物在烧结前未能氧化烧掉，因而使粘土砖内部出现不同程度的而使粘土砖内部出现不同程度的黑色或红色。黑色或红色。黑色或红色。黑色或红色。此外砖坯内含有的此外砖坯内含有的Fe 2O3、TiO2 等杂质，在还等杂质，在还原气氛下，从高价氧化物还原成低价氧化物，也原气氛下，从高价氧化物还原成低价氧化物，也会使粘土砖会使粘土砖内部出现黑色或褐绿色。内部出现黑色或褐绿色。内部出现黑色或褐绿色。内部出现黑色或褐绿色。当出现这种当出现这种情况时，增强窑内的氧化气氛，或在装窑时增大情况时，增强窑内的氧化气氛，或在装窑时增大砖坯表面被氧化的面积，使砖坯直接接触火焰的砖坯表面被氧化的面积，使砖坯直接接触火焰的面积增大，从而提高氧化效果。面积增大，从而提高氧化效果。3、粘土砖烧成后为什么会出现、粘土砖烧成后为什么会出现 “红心红心”或或“黑心黑心”现象？现象？1/22/202364材料科学与工程学院 出窑后的粘土砖经外形检查、理化性能检验合出窑后的粘土砖经外形检查、理化性能检验合格，以格，以200烘烘 烤烤2h，在热态下放入预先配制的，在热态下放入预先配制的磷酸中浸渍。磷酸中浸渍。在浸渍过程中，磷酸沿砖的开口气孔渗入，在浸渍过程中，磷酸沿砖的开口气孔渗入，与砖中的与砖中的SiO2、Al 2O3、反应，生成磷酸盐化合物，、反应，生成磷酸盐化合物，并充填于气孔之中，因面降低了砖的气孔率，提并充填于气孔之中，因面降低了砖的气孔率，提高了耐压强度。（试验结果表明，磷酸浸渍后粘高了耐压强度。（试验结果表明，磷酸浸渍后粘土砖耐压强度比浸渍前提高土砖耐压强度比浸渍前提高20以上，气孔率降以上，气孔率降低低5左右）左右）在磷酸浸渍过程中，生成的磷酸盐化合物具有在磷酸浸渍过程中，生成的磷酸盐化合物具有优良的抗碱侵蚀性能，因而提高了粘土砖的抗碱优良的抗碱侵蚀性能，因而提高了粘土砖的抗碱侵蚀能力。抗碱侵蚀试验表明，粘土砖经抗赋侵侵蚀能力。抗碱侵蚀试验表明，粘土砖经抗赋侵蚀后耐压强