第3章 硅酸铝质耐火材料.ppt

第三章第三章 硅酸铝质耐火材料硅酸铝质耐火材料绪绪 言言1.概念：硅酸铝质耐火材料是以概念：硅酸铝质耐火材料是以SiO2和和Al2O3为基本化学组成的为基本化学组成的耐火材料。耐火材料。2.分类分类硅硅酸酸铝铝及及刚刚玉玉制制品品类类 别别Al2O3 含量（含量（%）主晶相主晶相半硅半硅砖砖1530莫来石、方石英莫来石、方石英粘土粘土砖砖3048莫来石莫来石高高铝砖铝砖4890III等：等：4865莫来石莫来石II等：等：6575莫来石、莫来石、刚刚玉玉I等：等：75刚刚玉、莫来石玉、莫来石刚刚玉玉砖砖90刚刚玉玉 硅酸铝质耐火材料是应用最广泛的耐火材料，在冶金、建材、石化、机械硅酸铝质耐火材料是应用最广泛的耐火材料，在冶金、建材、石化、机械制造、动力等工业都有广泛的应用。制造、动力等工业都有广泛的应用。3-1 硅酸铝质耐火材料生产的理化基础硅酸铝质耐火材料生产的理化基础硅酸铝质耐火材料以硅酸铝质耐火材料以SiO2和和Al2O3为基本化学组成，杂质成分通常是为基本化学组成，杂质成分通常是TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、R2O等。因此，等。因此，Al2O3SiO2系相图是这系相图是这类耐火材料的理化基础。类耐火材料的理化基础。1585第三章第三章 硅酸铝质耐火材料硅酸铝质耐火材料（1）固固溶溶体体二二元元化化合合物物莫莫来来石石的的组组成成不不是是固固定定的的，其其Al2O3含含量量波波动动于于7278%，相相当当于于A3S2A2S之之间间的的化化学学组组成成。但但习习惯惯上上以以A3S2表示。表示。（2）莫莫来来石石的的理理论论熔熔点点为为1910，比比重重3.083.11，晶晶体体常常呈呈针针状状、短短柱柱状状生生长长，耐耐酸酸碱碱侵侵蚀蚀。当当Al2O3含含量量大大于于78%时时，成成为为具具有有刚刚玉的莫来石固溶体。玉的莫来石固溶体。3-1 硅酸铝质耐火材料生产的理化基础硅酸铝质耐火材料生产的理化基础1585E1E2第三章第三章 硅酸铝质耐火材料硅酸铝质耐火材料（3）当）当Al2O3含量小于含量小于72%时，系统时，系统的的低低共共熔熔点点E1温温度度降降为为1585 左左右右，而而该该点点组组成成为为SiO2:94.5%，Al2O3:5.5%。说明说明在硅砖生产时，要注意严格控制杂质在硅砖生产时，要注意严格控制杂质Al2O3的含量。的含量。第三章第三章 硅酸铝质耐火材料硅酸铝质耐火材料3-1 硅酸铝质耐火材料生产的理化基础硅酸铝质耐火材料生产的理化基础（4）在在Al2O3含含量量波波动动于于1572%区区间间，液液相相线线变变化化相相对对较较平平坦坦，说说明明系系统统中中的的液液相相量量随随温温度度升升高高增增加加迅迅速速。这这一一特特征征决决定定了了粘粘土土砖砖和和二二、三等高铝砖的荷软温度都不会太高。三等高铝砖的荷软温度都不会太高。（5）当当Al2O3含含量量大大于于78%时时，A3S2-Al2O3系系统统的的低低共共熔熔点点E2温温度度为为1850左左右右，说说明明 I 等等高高铝铝砖砖和和刚刚玉玉砖砖的的液液相相生生成成温温度度高高得得多多，具具有有比比粘粘土土砖砖和和II、III等等高高铝铝砖砖好好得得多多的的耐耐火火性性能能。例例如如刚刚玉玉砖砖的的荷荷软软温度大于温度大于1700。1585E1E2粘土砖：粘土砖：13001400 II、III 等高铝砖：等高铝砖：14201500 3-1 硅酸铝质耐火材料生产的理化基础硅酸铝质耐火材料生产的理化基础（6）实实际际生生产产配配料料中中，不不可可能能只只是是Al2O3、SiO2两两种种化化学学成成分分，因因此此，其其它它成成分分对对Al2O3-SiO2系系统统耐耐火火性性能能的的影影响响，当当是是必必须须考考虑虑的的要要素素。这这些些成成分分主主要要是是：CaO、MgO、TiO2、Fe2O3、R2O等等，它它们们的的加加入入对对铝铝硅硅系系统统的液相形成温度都有较大影响，尤其是的液相形成温度都有较大影响，尤其是R2O。3-1 硅酸铝质耐火材料生产的理化基础硅酸铝质耐火材料生产的理化基础 第第三三组组分分对对铝铝硅硅系系统统的的液液相相形形成成温温度度的的影影响响，其其中中影影响响最最大大的的是是碱碱金属氧化物金属氧化物R2O。系系统组统组成成低共熔点低共熔点温度温度,温降温降（）系系统组统组成成低共熔点低共熔点温度温度,温降温降（）S-A3S21585A-A3S21850S-A3S2-KAS6985600A-A3S2-NAS61104746S-A3S2-NAS61050535A-A3S2-KAS61315535S-A3S2-F2A2S51210375A-A3S2-FA1380470S-A3S2-CAS21340240A-A3S2-CAS21512338S-A3S2-M2A2S51440145A-A3S2-MA1578272S-A3S2-AT1480105A-A3S2-AT1727123 由此可见，由此可见，R2O危害最大，即使含量很低（危害最大，即使含量很低（1%），就能使制品在），就能使制品在1000 左右生成液相。说明碱性熔渣或气体均对硅酸铝质的制品有严重侵蚀作用。左右生成液相。说明碱性熔渣或气体均对硅酸铝质的制品有严重侵蚀作用。对于铝硅系耐火材料，其高温性能随其中的对于铝硅系耐火材料，其高温性能随其中的Al2O3含量增加而提高；随含量增加而提高；随R2O、Fe2O3、CaO、MgO等溶剂成分含量增多而降低。等溶剂成分含量增多而降低。第三章第三章 硅酸铝质耐火材料硅酸铝质耐火材料3-2 粘土质耐火材料的生产粘土质耐火材料的生产一、概念、分类一、概念、分类1.粘土质耐火材料是采用天然耐火粘土为原料，将大部分耐火粘土预先粘土质耐火材料是采用天然耐火粘土为原料，将大部分耐火粘土预先煅烧为熟料，然后与另一部分生粘土配合制成的煅烧为熟料，然后与另一部分生粘土配合制成的Al2O3含量为含量为3048%的的耐火材料。耐火材料。2.粘土质耐火材料从生产工艺上大致可分为两类：粘土质耐火材料从生产工艺上大致可分为两类：少熟料粘土砖：少熟料粘土砖：熟料配比较小，熟料配比较小，（生）结合粘土配比较大（约（生）结合粘土配比较大（约2550%）多熟料粘土砖：多熟料粘土砖：熟料配比较大，熟料配比较大，（生）结合粘土配比较小（约（生）结合粘土配比较小（约1020%）性能要求较高的制品一般采用多熟料配方，如高炉砖、盛钢桶砖等制品性能要求较高的制品一般采用多熟料配方，如高炉砖、盛钢桶砖等制品的生产。多熟料配比容易获得较理想的内部显微结构和准确的外形尺寸。的生产。多熟料配比容易获得较理想的内部显微结构和准确的外形尺寸。而对一些性能要求较低、成型较困难的制品，则通常采用少熟料多生料配而对一些性能要求较低、成型较困难的制品，则通常采用少熟料多生料配比。比。1.少熟料粘土砖生产工艺少熟料粘土砖生产工艺 特点：特点：1.废砖被少量配入。废砖被少量配入。2.生粘土单独细粉碎后配入。生粘土单独细粉碎后配入。熟料及废砖熟料及废砖粗粗 碎碎中中 碎碎筛筛 分分 料料 仓仓筒筒 磨磨 机机细细 粉粉 碎碎筛下料筛下料筛上料筛上料结合粘土结合粘土干干 燥燥粉粉 碎碎配配 料料 仓仓配配 料料混混 练练困困 料料成成 型型干干 燥燥烧烧 成成检验包装检验包装水、结合剂水、结合剂（骨料骨料）细细 粉粉二、生产工艺二、生产工艺2.多熟料粘土砖生产工艺多熟料粘土砖生产工艺 特点：特点：1.废砖不配入。废砖不配入。2.生粘土的两种用法：生粘土的两种用法：一是与一是与熟料共同细磨，以保证其在细熟料共同细磨，以保证其在细粉中分布均匀，充分发挥结合粉中分布均匀，充分发挥结合剂作用。二是除与熟料共同细剂作用。二是除与熟料共同细磨外，还用部分生粘土调制成磨外，还用部分生粘土调制成泥浆形式，在混练时加入。泥浆形式，在混练时加入。筛下料（骨料）筛下料（骨料）熟熟 料料粗粗 碎碎中中 碎碎筛筛 分分料料 仓仓筒筒 磨磨 机机细细 粉粉 碎碎结合粘土结合粘土干干 燥燥粉粉 碎碎筛筛 分分配配 料料混混 练练困困 料料成成 型型干干 燥燥烧烧 成成 检验包装检验包装纸浆废液纸浆废液配配 料料 仓仓调制调制 泥浆泥浆第三章第三章 硅酸铝质耐火材料硅酸铝质耐火材料3-2 粘土质耐火砖的生产粘土质耐火砖的生产三、提高粘土砖高温性能的措施三、提高粘土砖高温性能的措施粘土砖的耐火度波动于粘土砖的耐火度波动于15801770，热震稳定性较好，但，热震稳定性较好，但荷重软化温度较低，原因是不具网络骨架结构，玻璃相含量荷重软化温度较低，原因是不具网络骨架结构，玻璃相含量较多。较多。1.降低粘土原料的杂质（尤其是碱金属氧化物）含量。降低粘土原料的杂质（尤其是碱金属氧化物）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.采用高铝基质（采用高铝基质（Al2O3/SiO22.55）组成特征的配料。）组成特征的配料。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。3-3 矾土基高铝质耐火材料的生产矾土基高铝质耐火材料的生产高铝质制品系指高铝质制品系指Al2O3含量在含量在48%以上的耐火材料，其分类有两种以上的耐火材料，其分类有两种情况：情况：（一）按制品的（一）按制品的Al2O3含量分含量分I 等高铝砖：等高铝砖：75%II 等高铝砖：等高铝砖：65 75III 等高铝砖：等高铝砖：48 65Al2O3含量含量（二）按制品的矿物组成分（二）按制品的矿物组成分低莫来石质高铝制品低莫来石质高铝制品莫来石质高铝制品莫来石质高铝制品莫来石莫来石刚玉质制品刚玉质制品刚玉刚玉莫来石质制品莫来石质制品刚玉质高铝制品刚玉质高铝制品Al2O3含量渐增含量渐增第三章第三章 硅酸铝质耐火材料硅酸铝质耐火材料3-3 矾土基高铝质耐火砖的生产矾土基高铝质耐火砖的生产一、高铝矾土原料一、高铝矾土原料1.化学矿物组成化学矿物组成（1）化学组成）化学组成主要化学组成：主要化学组成：Al2O3、SiO2。其中。其中Al2O3波动于波动于4580%。主要杂质组成：主要杂质组成：Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O。总含量为。总含量为2.56.0%。关于耐火材料生产用铝土原料（生料）分类的技术条件（关于耐火材料生产用铝土原料（生料）分类的技术条件（YB3271963）：）：级级 别别化学成分含量（化学成分含量（%）耐火度耐火度（）Al2O3Fe2O3CaO特特级级品品752.00.51770一一级级品品70752.50.61770二二级级品品60702.50.61770三三级级品品55602.50.61770四四级级品品45552.00.717703-3 矾土基高铝质耐火砖的生产矾土基高铝质耐火砖的生产一、高铝矾土原料一、高铝矾土原料新的分类方法稍有不同：新的分类方法稍有不同：牌牌号号等等级级Al2O3（%）Al2O3/SiO2比比值值煅煅烧烧熟料中熟料中Al2O3含量含量（%）煅煅烧烧熟料中熟料中相相组组成情况成情况特特A特特级级762090刚刚玉玉AI 级级68765.5208090刚刚玉、莫来石玉、莫来石B1II 等甲等甲级级60682.85.57080莫来石、莫来石、刚刚玉玉B2II 等乙等乙级级52601.82.86070莫来石莫来石CIII 级级42521.01.84860莫来石、玻璃相莫来石、玻璃相 1.化学组成化学组成 试验证明：特级、试验证明：特级、I 级及级及 III 级矾土比较容易烧结，而级矾土比较容易烧结，而 II 级矾土（尤级矾土（尤其是其是 II 等乙级矾土）难以烧结。等乙级矾土）难以烧结。3-3 矾土基高铝质耐火砖的生产矾土基高铝质耐火砖的生产 我国所产铝矾土基本上是水铝石我国所产铝矾土基本上是水铝石高岭石型的，且大多是一水硬铝高岭石型的，且大多是一水硬铝石石高岭石型的，也有少部分地区出产的铝矾土属于一水软铝石高岭石型的，也有少部分地区出产的铝矾土属于一水软铝石高岭石型的。高岭石型的。常见杂质矿物：铁质矿物、金红石、三水铝石（常见杂质矿物：铁质矿物、金红石、三水铝石（-Al2O33H2O），），以及滑石、白云石、叶腊石、绢云母、长石等。以及滑石、白云石、叶腊石、绢云母、长石等。主要矿物组成：主要矿物组成：水铝石水铝石高岭石高岭石（Al2O32SiO22H2O）一水硬铝石（一水硬铝石（-Al2O3H2O）一水软铝石（一水软铝石（-Al2O3H2O）无疑，矾土矿中的水铝石含量越高，则其等级越高，耐火度越高。无疑，矾土矿中的水铝石含量越高，则其等级越高，耐火度越高。一、高铝矾土原料一、高铝矾土原料 2.矿物组成矿物组成3-3 矾土基高铝质耐火砖的生产矾土基高铝质耐火砖的生产一、高铝矾土原料一、高铝矾土原料3.高铝矾土在加热过程中的化学变化高铝矾土在加热过程中的化学变化 高铝矾土在加热过程中的化学变化是其中各种矿物加热变化的综合高铝矾土在加热过程中的化学变化是其中各种矿物加热变化的综合反映。其烧结过程大致可分为三个阶段：反映。其烧结过程大致可分为三个阶段：（1）分解阶段（）分解阶段（4001200左右）左右）此阶段的主要化学反应是：此阶段的主要化学反应是：-Al2O3H2O-Al2O3+H2O400600（刚玉假相）（刚玉假相）-Al2O3（刚玉）玉）1100水铝石分解后形成的刚玉假相仍保持水铝石之外形，在温度高于水铝石分解后形成的刚玉假相仍保持水铝石之外形，在温度高于1100之后，逐渐转变为刚玉。之后，逐渐转变为刚玉。V=27.24%3-3 矾土基高铝质耐火砖的生产矾土基高铝质耐火砖的生产一、高铝矾土原料一、高铝矾土原料（1）分解阶段（）分解阶段（4001200左右）左右）Al2O32SiO22H2OAl2O32SiO2+2H2O450550（偏高岭石）（偏高岭石）V=17.2%SiO2（方石英）（方石英）3(Al2O32SiO2)3Al2O32SiO2+4SiO2 950（一次莫来石）（一次莫来石）（无定形）（无定形）3.高铝矾土在加热过程中的化学变化高铝矾土在加热过程中的化学变化（2）二次莫来石化阶段（）二次莫来石化阶段（12001500左右）左右）Al2O32SiO22H2OAl2O32SiO2+2H2O450550（偏高岭石）（偏高岭石）3(Al2O32SiO2)3Al2O32SiO2+4SiO2 950（一次莫来石）（一次莫来石）（无定形）（无定形）“二次莫来石化过程二次莫来石化过程”系指由高岭石莫来石化后析出的系指由高岭石莫来石化后析出的SiO2，与与水铝石分解后形成的水铝石分解后形成的-Al2O3反应形成莫来石相的过程。即：反应形成莫来石相的过程。即：-Al2O3H2O-Al2O3+H2O400600（刚玉假相）（刚玉假相）-Al2O3（刚玉）玉）1100+3Al2O32SiO2（二次莫来石）（二次莫来石）V +10%3.高铝矾土在加热过程中的化学变化高铝矾土在加热过程中的化学变化（2）二次莫来石化阶段（）二次莫来石化阶段（12001500左右）左右）二次莫来石化的完成温度因铝矾土中的二次莫来石化的完成温度因铝矾土中的Al2O3/SiO2比值不同而不同。比值不同而不同。如如 I 级矾土的二次莫来石化过程结束于级矾土的二次莫来石化过程结束于1400 左右，而左右，而II级矾土的二次级矾土的二次莫来石化过程要到莫来石化过程要到1500 左右才能结束。左右才能结束。在二次莫来石化过程的同时，矾土中的杂质与在二次莫来石化过程的同时，矾土中的杂质与SiO2、Al2O3反应形成反应形成液相，部分液相，部分TiO2、Fe2O3固溶入莫来石和刚玉晶体。液相的存在既有助固溶入莫来石和刚玉晶体。液相的存在既有助于二次莫来石化的进行，也为重结晶提供了条件。于二次莫来石化的进行，也为重结晶提供了条件。（3）重结晶阶段（始于二次莫来石化趋于完成时，止于烧结结束）重结晶阶段（始于二次莫来石化趋于完成时，止于烧结结束）该阶段的物理变化表现为：莫来石和刚玉晶体发育长大；气孔缩小、逐该阶段的物理变化表现为：莫来石和刚玉晶体发育长大；气孔缩小、逐渐消失；料块逐渐致密并烧结，吸水率迅速降低。渐消失；料块逐渐致密并烧结，吸水率迅速降低。3.高铝矾土在加热过程中的化学变化高铝矾土在加热过程中的化学变化一、高铝矾土原料一、高铝矾土原料4.影响高铝矾土烧结的因素影响高铝矾土烧结的因素（重点！）（重点！）（1）二次莫来石化过程）二次莫来石化过程 二次莫来石化过程对铝矾土的烧结影响很大。实验表明，二次莫来石化过程对铝矾土的烧结影响很大。实验表明，II 级矾土煅级矾土煅烧时最难烧结，其烧结温度与特级矾土相当（烧时最难烧结，其烧结温度与特级矾土相当（16001700 ）。其原因）。其原因在于：在于：矾土的烧结，既意味着其中二次莫来石化过程的完善，亦意味着矾土的烧结，既意味着其中二次莫来石化过程的完善，亦意味着重结晶过程进行了适当的程度。因此，重结晶过程进行了适当的程度。因此，影响铝矾土烧结的因素主要是影响铝矾土烧结的因素主要是二次莫来石化过程和液相的数量及组成。二次莫来石化过程和液相的数量及组成。a).II 级矾土中的级矾土中的Al2O3含量恰好处于莫来石的理论组成附近（含量恰好处于莫来石的理论组成附近（6575%），），铝硅比铝硅比Al2O3/SiO22.55，因此烧结过程中生成的莫来石量最大，二次莫，因此烧结过程中生成的莫来石量最大，二次莫来石化过程最长，产生的体积膨胀最大，使得烧结困难。来石化过程最长，产生的体积膨胀最大，使得烧结困难。4.影响高铝矾土烧结的因素影响高铝矾土烧结的因素（1）二次莫来石化过程）二次莫来石化过程b).在在II级矾土矿物组成中，高岭石和水铝石接近于各占约级矾土矿物组成中，高岭石和水铝石接近于各占约50%（51.5/48.5），其组织结构最不均匀，含有许多结构致密、大小不等且分布不），其组织结构最不均匀，含有许多结构致密、大小不等且分布不均的球状或椭球状体，这使得均的球状或椭球状体，这使得II级矾土的二次莫来石化过程结束的温度级矾土的二次莫来石化过程结束的温度最高。最高。总之，促进矾土的二次莫来石化是保证其充分烧结的重要前提，而总之，促进矾土的二次莫来石化是保证其充分烧结的重要前提，而矾土的烧结则始于其二次莫来石化过程结束的温度。因此，矾土的煅烧矾土的烧结则始于其二次莫来石化过程结束的温度。因此，矾土的煅烧温度一般控制为超过其二次莫来石化完成温度大约温度一般控制为超过其二次莫来石化完成温度大约100200.特级矾土：特级矾土：16001700 I 级矾土：级矾土：15001600 II 级矾土：级矾土：16001700 III 级矾土：级矾土：15001550 各级矾土原料的各级矾土原料的实际煅烧温度实际煅烧温度3-3 矾土基高铝质耐火砖的生产矾土基高铝质耐火砖的生产4.影响高铝矾土烧结的因素影响高铝矾土烧结的因素（2）液相的数量与组成情况）液相的数量与组成情况 液相的存在既有助于二次莫来石化的进行，也会促进重结晶过程。液相的存在既有助于二次莫来石化的进行，也会促进重结晶过程。在高温作用下，液相将晶粒拉紧在一起并填充晶粒间的空隙，在高温作用下，液相将晶粒拉紧在一起并填充晶粒间的空隙，降低料块中的气孔率，促进烧结过程的完成。降低料块中的气孔率，促进烧结过程的完成。K2O、Na2O含量增多时，将增加液相量、降低其粘度，结果将含量增多时，将增加液相量、降低其粘度，结果将明显降低矾土的烧结温度，使烧结范围变窄。明显降低矾土的烧结温度，使烧结范围变窄。实验结果表明，实验结果表明，在矾土煅烧时，杂质中的在矾土煅烧时，杂质中的K2O、Na2O全部进入玻璃全部进入玻璃相。相。CaO、MgO大部分进入玻璃相。而大部分进入玻璃相。而Fe2O3、TiO2在特级和在特级和 I 级矾土中，级矾土中，由于含量高，进入玻璃相较多；但在由于含量高，进入玻璃相较多；但在II 级矾土中，进入结晶相形成固溶级矾土中，进入结晶相形成固溶体较多。体较多。二、矾土基高铝砖的生产工艺要点二、矾土基高铝砖的生产工艺要点矾土基高铝砖的生产工艺和前述的多熟料粘土砖生产工艺相似：矾土基高铝砖的生产工艺和前述的多熟料粘土砖生产工艺相似：熟熟 料料粗粗 碎碎中中 碎碎筛筛 分分料料 仓仓细细 碎碎结合粘土结合粘土干干 燥燥粉粉 碎碎筛筛 分分配配 料料混混 练练困困 料料成成 型型干干 燥燥烧烧 成成 检验包装检验包装纸浆废液纸浆废液配配 料料 仓仓3-3 矾土基高铝质耐火砖的生产矾土基高铝质耐火砖的生产二、矾土基高铝砖的生产工艺要点二、矾土基高铝砖的生产工艺要点1.对矾土熟料进行拣选分级，合理使用。即：根据不同等级制品的质对矾土熟料进行拣选分级，合理使用。即：根据不同等级制品的质量要求，采用相应等级的矾土熟料来生产。量要求，采用相应等级的矾土熟料来生产。衡量矾土熟料质量的指标有：衡量矾土熟料质量的指标有：化学组成（化学组成（Al2O3、SiO2、Fe2O3+TiO2、K2O+Na2O 等含量）；等含量）；烧结程度（吸水率、体积密度等）。如烧结程度（吸水率、体积密度等）。如体积密度要求通常为：特级品体积密度要求通常为：特级品3.00，I 级品级品2.80，II 级品级品 2.55，III 级品级品2.45。2.配料。配料。结合剂的选用与用量结合剂的选用与用量 结合剂选用：生粘土结合剂选用：生粘土+纸浆废液纸浆废液 生粘土用量：特等及生粘土用量：特等及I、II 等高铝砖不宜太多，一般为等高铝砖不宜太多，一般为5%10%。III 等高铝砖用量较多，一般达等高铝砖用量较多，一般达1520%。主要考虑生粘土和熟料反应生成。主要考虑生粘土和熟料反应生成二次莫来石、产生体积效应，以及粘土原料带入低熔点杂质的问题。二次莫来石、产生体积效应，以及粘土原料带入低熔点杂质的问题。二、矾土基高铝砖的生产工艺要点二、矾土基高铝砖的生产工艺要点2.配料。配料。不同质量等级的熟料适当配合使用，有利于改善其基质组成。不同质量等级的熟料适当配合使用，有利于改善其基质组成。且这样混合配料时应以且这样混合配料时应以邻级原料混配邻级原料混配为宜，为宜，Al2O3含量高的熟料含量高的熟料以细粉加入为宜。以细粉加入为宜。3.颗粒级配。颗粒级配。一般也采用一般也采用“粗、中、细粗、中、细”三级配合，并遵循三级配合，并遵循“两头大、中间小两头大、中间小”的原则，以求获得最大的生坯密度。的原则，以求获得最大的生坯密度。另外一项重要措施另外一项重要措施就是将熟料与生粘土共同细磨，这样有利于控制二就是将熟料与生粘土共同细磨，这样有利于控制二次莫来石化反应在基质中进行，减少颗粒表面的二次莫来石化反应。并次莫来石化反应在基质中进行，减少颗粒表面的二次莫来石化反应。并且使共磨粉中的且使共磨粉中的Al2O3/SiO2稍大于稍大于2.55。二、矾土基高铝砖的生产工艺要点二、矾土基高铝砖的生产工艺要点4.烧成温度。烧成温度。严格控制烧成温度和二次莫来石化反应。一般不希望烧成过程中严格控制烧成温度和二次莫来石化反应。一般不希望烧成过程中有二次莫来石产生，但这是不可能的有二次莫来石产生，但这是不可能的结合黏土加入量越多，二次结合黏土加入量越多，二次莫来石化效应越大。莫来石化效应越大。隧道窑烧成时，隧道窑烧成时，特、特、I、II 等高铝砖的烧成温度一般在等高铝砖的烧成温度一般在15501580之之间，间，III 等高铝砖的烧成温度一般在等高铝砖的烧成温度一般在14301460之间之间。烧成气氛为氧。烧成气氛为氧化气氛。化气氛。三、高铝制品的性质及应用三、高铝制品的性质及应用1.高铝制品属于中性耐火材料；耐火度较高（高铝制品属于中性耐火材料；耐火度较高（1770 ）；荷重软化温）；荷重软化温度度1550；但抗热震稳定性较差，不如粘土砖。；但抗热震稳定性较差，不如粘土砖。2.高铝制品的综合性能优于粘土砖，在冶金、建材、石化、电力等工业高铝制品的综合性能优于粘土砖，在冶金、建材、石化、电力等工业领域应用非常广泛。如用来砌筑冶金高炉、热风炉、电炉顶、水泥窑烧领域应用非常广泛。如用来砌筑冶金高炉、热风炉、电炉顶、水泥窑烧成带、隧道窑高温带等。成带、隧道窑高温带等。3-4 硅线石族高铝质耐火材料硅线石族高铝质耐火材料一、原料概况一、原料概况概念：系指采用硅线石族原料生产的高铝质耐火材料。概念：系指采用硅线石族原料生产的高铝质耐火材料。1.硅线石族原料有三种：硅线石族原料有三种：蓝晶石、硅线石、红柱石，蓝晶石、硅线石、红柱石，俗称俗称“三石三石”。它们。它们化学组成相同化学组成相同(Al2O3SiO2，Al2O3：62.92%；SiO2：37.08%)，但结构不，但结构不同。蓝晶石属三斜晶系，后两者属斜方晶系。同。蓝晶石属三斜晶系，后两者属斜方晶系。2.“三石三石”加热到加热到1300以后，均不可逆地转化为莫来石：以后，均不可逆地转化为莫来石：3(Al2O3SiO2)3Al2O32SiO2+SiO2（一次莫来石）（一次莫来石）（无定形）（无定形）“三石三石”的莫来石化过程同样伴随有一定的体积膨胀，因此，的莫来石化过程同样伴随有一定的体积膨胀，因此，“三石三石”原料在某些收缩较大的材料生产中，有时用作膨胀剂。它们的部分物理原料在某些收缩较大的材料生产中，有时用作膨胀剂。它们的部分物理性质及高温转化性能如下表所示。性质及高温转化性能如下表所示。3-4 硅线石族高铝质耐火材料硅线石族高铝质耐火材料一、原料概况一、原料概况项项 目目蓝蓝晶石晶石硅硅线线石石红红柱石柱石晶晶 系系三方三方斜方斜方斜方斜方结结构特征构特征岛岛状状链链状状岛岛状状生料外生料外观颜观颜色色青、青、蓝蓝色色灰色、白褐色灰色、白褐色淡淡红红、肉、肉红红色色密度（密度（g/cm3）3.533.653.233.273.133.16相相对对硬度硬度/C轴轴 5.5C轴轴 6.5767.57.5开始或快速开始或快速转转化温度化温度13001350约约 1540约约1400转转化速度化速度快快慢慢中中体体积积效效应应(%)+1618+78+35莫来石莫来石结结晶大小晶大小35m35m3m3m20m20m“三石三石”矿物的部分物理性质及加热变化情况矿物的部分物理性质及加热变化情况注：莫来石的体积密度为注：莫来石的体积密度为3.03 g/cm3.3-4 硅线石族高铝质耐火材料硅线石族高铝质耐火材料二、硅线石族高铝制品的生产工艺二、硅线石族高铝制品的生产工艺1.硅线石族高铝制品的生产工艺过程与矾土基高铝制品的相同。硅线石族高铝制品的生产工艺过程与矾土基高铝制品的相同。2.几点说明：几点说明：（1）红柱石基高铝砖可采用部分生料配料，因为其莫来石化的体积）红柱石基高铝砖可采用部分生料配料，因为其莫来石化的体积效应最小。效应最小。（2）用硅线石生料生产高铝砖时，应在较高温度下烧成，因为硅线）用硅线石生料生产高铝砖时，应在较高温度下烧成，因为硅线石的莫来石化反应开始温度较高（石的莫来石化反应开始温度较高（1500）。）。（3）硅线石族原料生产高铝砖时，不宜采用生粘土，可在基质中适）硅线石族原料生产高铝砖时，不宜采用生粘土，可在基质中适当加入工业氧化铝，以提高制品中的莫来石含量。当加入工业氧化铝，以提高制品中的莫来石含量。3-5 莫来石质耐火材料莫来石质耐火材料一、烧结莫来石制品一、烧结莫来石制品绪言绪言1.概念概念莫来石质耐火材料莫来石质耐火材料 系指以合成莫来石为主要原料制成的、以莫来石为系指以合成莫来石为主要原料制成的、以莫来石为主晶相的耐火材料。主晶相的耐火材料。2.分类分类烧结莫来石制品：烧结莫来石制品：以合成莫来石为骨料、以莫来石细粉（或白刚玉以合成莫来石为骨料、以莫来石细粉（或白刚玉细粉、石英细粉）及高纯度粘土等为基质，经高温烧成得到的莫来细粉、石英细粉）及高纯度粘土等为基质，经高温烧成得到的莫来石质制品。石质制品。熔铸莫来石制品：熔铸莫来石制品：以高铝矾土或工业氧化铝、粘土或石英进行配料，以高铝矾土或工业氧化铝、粘土或石英进行配料，经熔融、浇铸、退火处理而成的莫来石质制品。经熔融、浇铸、退火处理而成的莫来石质制品。（一）原料（一）原料合成莫来石合成莫来石烧结莫来石烧结莫来石电熔莫来石电熔莫来石3-5 莫来石质耐火材料莫来石质耐火材料一、烧结莫来石制品一、烧结莫来石制品（一）原料（一）原料合成莫来石合成莫来石烧结莫来石烧结莫来石电熔莫来石电熔莫来石合成莫来石的生产工艺过程为：合成莫来石的生产工艺过程为：高温熔融高温熔融原原 料料配配 料料细细 磨磨/混合混合压块或成球压块或成球高温煅烧高温煅烧冷却冷却 破粉碎破粉碎 筛分备用筛分备用一、烧结莫来石制品一、烧结莫来石制品（二）烧结莫来石制品的生产工艺（二）烧结莫来石制品的生产工艺 无论采用烧结莫来石作原料，还是采用电熔莫来石作原料，烧结莫来石烧结莫来石耐火材料的生产工艺过程都与高铝制品的生产工艺相似。耐火材料的生产工艺过程都与高铝制品的生产工艺相似。需要注意的工艺要点是：准确配料（颗粒级配、骨料与细粉之比例）、需要注意的工艺要点是：准确配料（颗粒级配、骨料与细粉之比例）、混合均匀、高压成型、充分烧结。混合均匀、高压成型、充分烧结。烧成温度：采用烧结莫来石作骨料时烧成温度：采用烧结莫来石作骨料时 1550 1600；采用电熔莫来；采用电熔莫来石为骨料时石为骨料时 1700 。二、熔铸莫来石制品二、熔铸莫来石制品1.熔铸莫来石制品的生产工艺过程熔铸莫来石制品的生产工艺过程3-5 莫来石质耐火材料莫来石质耐火材料二、熔铸莫来石制品二、熔铸莫来石制品1.熔铸莫来石制品的生产工艺过程熔铸莫来石制品的生产工艺过程原原 料料配配 料料混混 合合 熔熔 融融浇注成型浇注成型冷却析晶冷却析晶 退退 火火 冷加工冷加工检验包装检验包装（1）原料。）原料。用以生产熔铸莫来石制品的原料主要是矾土熟料或工业用以生产熔铸莫来石制品的原料主要是矾土熟料或工业氧化铝、粘土或硅石。氧化铝、粘土或硅石。（2）配料组成。）配料组成。正确选择配料组成是制取莫来石含量高、刚玉和玻璃正确选择配料组成是制取莫来石含量高、刚玉和玻璃相含量低的熔铸莫来石耐火材料的首要工艺条件。相含量低的熔铸莫来石耐火材料的首要工艺条件。二、熔铸莫来石制品二、熔铸莫来石制品1.熔铸莫来石制品的生产工艺过程熔铸莫来石制品的生产工艺过程（2）配料组成。）配料组成。莫来石固溶体的组成介于莫来石固溶体的组成介于A3S2A2S之间，铝硅比之间，铝硅比(Al2O3/SiO2)介于介于2.55 3.39（Al2O3:72%78%）之间。另外，实践证明，接近于）之间。另外，实践证明，接近于A3S2Al2O3系统低共熔点组成（系统低共熔点组成（Al2O3:79%）的物系，熔融后的）的物系，熔融后的熔液具有较好的流动性，能够在其冷却析晶时容易生成均匀细小的晶熔液具有较好的流动性，能够在其冷却析晶时容易生成均匀细小的晶粒。粒。因此，从理论上讲，配料组成宜采用偏高的铝硅比（因此，从理论上讲，配料组成宜采用偏高的铝硅比（2.82.9）。）。但是，另一方面，由于高温下物料中的但是，另一方面，由于高温下物料中的SiO2会损失一部分，使会损失一部分，使Al2O3含量相对增多，这样就有可能使铝硅比超过含量相对增多，这样就有可能使铝硅比超过3.0。因此，实际生产中，。因此，实际生产中，铝硅比一般控制的偏低些，通常在铝硅比一般控制的偏低些，通常在 2.50 左右。左右。3-5 莫来石质耐火材料莫来石质耐火材料二、熔铸莫来石制品二、熔铸莫来石制品（3）熔融。）熔融。电弧炉、间歇式作业；低电压（电弧炉、间歇式作业；低电压（150190V）大）大电流（电流（16001900A）作业制度。熔融温度在）作业制度。熔融温度在19002200之间，能耗之间，能耗 约约25003000 KWh/t 制品。制品。3-5 莫来石质耐火材料莫来石质耐火材料（4）浇注。）浇注。浇注用模型由（高纯度石英砂浇注用模型由（高纯度石英砂+结合剂）制成。结合剂）制成。二、熔铸莫来石制品二、熔铸莫来石制品（5）冷却析晶。）冷却析晶。对于熔铸莫来石制品而言，希望其中含尽量多的莫来石对于熔铸莫来石制品而言，希望其中含尽量多的莫来石晶相，少含玻璃相和刚玉相，且析出的莫来石相呈纤维状晶相，少含玻璃相和刚玉相，且析出的莫来石相呈纤维状或细晶结构，因此，冷却速度的控制极为重要。或细晶结构，因此，冷却速度的控制极为重要。研究表明，当所用原料很纯、研究表明，当所用原料很纯、物系中只有物系中只有Al2O3和和SiO2时，时，形成的莫来石为一致熔化合形成的莫来石为一致熔化合物，则熔体析晶时会直接析物，则熔体析晶时会直接析出莫来石、而不会析出刚玉。出莫来石、而不会析出刚玉。E1E2CSMAL+ML+MS+MA+ME1E2CSMAL+ML+MS+MA+M二、熔铸莫来石制品二、熔铸莫来石制品（5）冷却析晶。）冷却析晶。当物系中除了当物系中除了Al2O3和和SiO2外，外，还有一定量的熔剂时，莫来石还有一定量的熔剂时，莫来石即成为不一致熔化合物，则熔即成为不一致熔化合物，则熔体析晶时将首先会析出刚玉、体析晶时将首先会析出刚玉、而不会析出莫来石。待温度降而不会析出莫来石。待温度降至至17501800以下时，莫来以下时，莫来石才会开始析出。石才会开始析出。ECSMAL+MS+MA+MPQtqtpL+A 所以，应尽量缩短熔体由所以，应尽量缩短熔体由tq 冷却至冷却至 tp的时间。而在的时间。而在 tp 以以下，则要缓慢冷却，甚至在下，则要缓慢冷却，甚至在 tp 时进行适当的保温，以便使先前析出的时进行适当的保温，以便使先前析出的刚玉晶粒与液相作用，形成莫来石：刚玉晶粒与液相作用，形成莫来石：Lp+A M二、熔铸莫来石制品二、熔铸莫来石制品（6）退火）退火 退火处理的必要性退火处理的必要性 退火处理工艺退火处理工艺自退火：利用铸模自身外部的隔热层减缓铸件的冷却速度自退火：利用铸模自身外部的隔热层减缓铸件的冷却速度外部供热退火：采用隧道窑式退火炉退火外部供热退火：采用隧道窑式退火炉退火 退火范围：退火范围：18001100 冷却速度：冷却速度：6070/h（7）冷加工）冷加工 必要性：模型尺寸欠准确；铸件上下收缩不一致，上面收缩大；表必要性：模型尺寸欠准确；铸件上下收缩不一致，上面收缩大；表面皱折不光滑等。面皱折不光滑等。加工方法：采用粗粒金刚石砂轮切割、打磨。加工方法：采用粗粒金刚石砂轮切割、打磨。3-6 刚玉质耐火材料刚玉质耐火材料绪言绪言1.概念：概念：Al2O3含量含量90%的高铝制品。的高铝制品。2.分类分类依生产工艺分为两类依生产工艺分为两类烧结氧化铝制品烧结氧化铝制品电熔刚玉制品电熔刚玉制品一、烧结氧化铝制品一、烧结氧化铝制品生产工艺过程：生产工艺过程：原原 料料预预 烧烧熟料细磨熟料细磨 酸酸 洗洗水水 洗洗配配 料料 混合均匀混合均匀成成 型型检验包装检验包装干燥（备用）干燥（备用）干干 燥燥 烧烧 成成外加剂外加剂烧结助剂烧结助剂一、烧结氧化铝制品一、烧结氧化铝制品1.原料预烧：原料预烧：烧结氧化铝制品所用的原料是工业氧化铝（烧结氧化铝制品所用的原料是工业氧化铝（-Al-Al2 2O O3 3）。由于）。由于-Al2 2O3 3 -Al2 2O3 3伴有较大的体积效应（伴有较大的体积效应（15%），因此，需要对原料），因此，需要对原料-Al2 2O3 3进行预烧（进行预烧（13501600）。）。另外，另外，-Al2O3很难烧结，因此，通常可加入很难烧结，因此，通常可加入13%的硼酸（的硼酸（H3BO3）作为烧结）作为烧结剂。剂。硼酸的加入作用有三硼酸的加入作用有三：加速加速-Al2O3 向向-Al2O3 转化并促进烧结过程，即缩转化并促进烧结过程，即缩短预烧时间；短预烧时间；降低预烧温度；降低预烧温度；提高原料纯度提高原料纯度原料中的有害杂质原料中的有害杂质Na2O将将与与H3BO3作用，生成挥发性化合物硼酸钠逸出。作用，生成挥发性化合物硼酸钠逸出。2.成型：成型：成型方法主要根据制品的质量要求