耐火材料基礎(chǔ)知識(shí)

1、1.耐火材料的力學(xué)性能 耐壓強(qiáng)度 抗折強(qiáng)度 粘結(jié)強(qiáng)度一、耐火材料基本知識(shí)概述一、耐火材料基本知識(shí)概述2.耐火材料的熱學(xué)性能一、耐火材料基本知識(shí)概述一、耐火材料基本知識(shí)概述熱膨脹性導(dǎo)熱性熱容重?zé)€變化3.耐火材料的使用性能一、耐火材料基本知識(shí)概述一、耐火材料基本知識(shí)概述耐火度荷重軟化溫度抗熱態(tài)蠕變性熱震穩(wěn)定性抗渣性、抗氧化性、抗水化性、抗爆裂性、抗堿性、耐磨性。耐火度耐火度是指耐材在無(wú)荷重時(shí)抵抗高溫作用而不融化的性能。影響耐火度的因素主要是耐火制品的化學(xué)成分，礦物組成及其分布狀態(tài)；各種雜質(zhì)成分特別是具有強(qiáng)溶劑作用的成分會(huì)嚴(yán)重降低制品的耐火度；成分分布不均同樣也會(huì)降低制品的耐火度：值得一提的是，耐

2、火度雖然是判定耐火材料質(zhì)量尤其是化學(xué)純度的一個(gè)指標(biāo)，但在該溫度范圍材料已不再具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度，故認(rèn)為耐材的耐火度越高，使用溫度越高和越耐用的看法是不正確的。荷重軟化溫度荷重軟化溫度是指耐材制品在承受恒定荷載和持續(xù)升溫條件下，產(chǎn)生一定變形量對(duì)應(yīng)的溫度，是耐材制品在荷重、升溫及時(shí)間的綜合作用下性能的特征值。荷重軟化溫度的測(cè)定一般是加壓0.2MPA（隔熱定形耐材制品0.05MPA），從試樣膨脹的最高點(diǎn)壓縮至它原始高度的0.6%為軟化開始溫度（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為0.5%），4%為軟化變形溫度，40%為變形溫度。決定荷重軟化溫度的主要因素是制品的化學(xué)-礦物組成，高荷重軟化溫度的晶相或液相，較少的有害雜質(zhì)都

3、有利于制品荷重軟化溫度的提高，另外，優(yōu)良的生產(chǎn)工藝也與制品的荷重軟化溫度直接相關(guān)。幾種耐材的荷重軟化溫度變化曲線抗熱態(tài)蠕變性耐火材料的熱態(tài)蠕變性即時(shí)指材料在恒定溫度、恒定荷載的作用下變形隨時(shí)間的變化，一般用變形率與時(shí)間的關(guān)系曲線或蠕變速率來(lái)表示。由于施加荷重的方式不同，可分為熱態(tài)壓縮蠕變、熱態(tài)拉伸蠕變、熱態(tài)抗折蠕變和熱態(tài)扭轉(zhuǎn)蠕變等；由于耐材在熱態(tài)、荷重條件下的變形量及時(shí)間-形變曲線，是隨著材質(zhì)、升溫速率、恒定溫度、荷載大小等諸多因素的變化而變化的，而且差異極大。因此對(duì)不同材質(zhì)的不同制品，需根據(jù)其使用條件不同，單獨(dú)規(guī)定其熱態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)溫度等條件要求。熱震穩(wěn)定性耐火材料抵抗溫度急劇變化而不被破壞的性

4、能稱為熱震穩(wěn)定性，通常用加熱試樣后可經(jīng)受水冷或風(fēng)冷的次數(shù)或熱震后殘余強(qiáng)度的保持率來(lái)表示；影響耐火制品抗熱震的主要因素為制品的物理性能和顯微結(jié)構(gòu)，特別是熱膨脹性、熱導(dǎo)率等；一般來(lái)講，耐火制品的熱膨脹率越大，抗熱震性越差；制品的熱導(dǎo)率越高，抗熱震性越好。熱膨脹性熱膨脹性是指其體積或長(zhǎng)度隨著溫度升高而增大的性質(zhì)。影響熱膨脹性的因素材料的熱膨脹性與其晶體結(jié)構(gòu)和鍵強(qiáng)密切相關(guān)，具體如下：1.鍵強(qiáng)高的材料如SIC具有低的熱膨脹系數(shù)；2.對(duì)于組成相同的材料，結(jié)構(gòu)不同，熱膨脹性能也不同。通常結(jié)構(gòu)緊密的晶體熱膨脹系數(shù)都較大，而類似于無(wú)定形的玻璃，則具有較小的膨脹系數(shù)；鍵強(qiáng)高的材料如SIC具有低的熱膨脹系數(shù)；3.對(duì)

5、于氧離子緊密堆積結(jié)構(gòu)的氧化物，由于氧離子緊密接觸以及相互熱振動(dòng)，一般熱膨脹系數(shù)較大，如氧化鎂、氧化鋁等；4.在非同向性晶體中，其熱膨脹的各向異性十分明顯，各晶軸方向的熱膨脹系數(shù)不等；5.結(jié)構(gòu)上高度各向異性的材料，其體積膨脹系數(shù)都很小，可作為一種優(yōu)良的抗熱震材料，如瑾青石； 對(duì)于耐火材料來(lái)說(shuō)，熱膨脹系數(shù)主要取決于它的化學(xué)礦物組成，當(dāng)制品中含有多晶轉(zhuǎn)變的晶體時(shí)，將導(dǎo)致熱膨脹的不均勻變化，在相變點(diǎn)會(huì)發(fā)生突變，例如硅質(zhì)制品； 耐火材料的熱膨脹對(duì)其熱震穩(wěn)定性有直接影響，對(duì)于熱膨脹大的以及有多晶轉(zhuǎn)變的制品，無(wú)論在燒成或者使用時(shí)均要注意。名稱名稱粘土磚粘土磚莫來(lái)石莫來(lái)石磚磚莫來(lái)石莫來(lái)石剛玉磚剛玉磚剛玉磚剛玉

6、磚半硅磚半硅磚硅磚硅磚鎂磚鎂磚平均熱膨脹系數(shù)（20-1000oC）10-64.56.05.55.87.07.58.08.57.07.911.513.014.015.0常用耐火制品平均熱膨脹系數(shù)導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性是指單位時(shí)間內(nèi)、單位溫度梯度時(shí)，單位面積試樣所通過(guò)的熱量。影響導(dǎo)熱性的因素1.耐火材料中所含氣孔對(duì)熱導(dǎo)率影響最大，對(duì)一定范圍的氣孔率來(lái)說(shuō)，氣孔率越大，熱導(dǎo)率越小；2.材料的化學(xué)成分越復(fù)雜，雜質(zhì)含量越多，添加成分形成的固溶體越多，其熱導(dǎo)率降低越明顯，晶體結(jié)構(gòu)越復(fù)雜的材料，通常熱導(dǎo)率也越??；3.溫度也是影響熱導(dǎo)率的一個(gè)基本因素，大部分耐材的熱導(dǎo)率隨溫度升高而增大；4.溫度也是影響熱導(dǎo)率的一個(gè)基本因

7、素，大部分耐材的熱導(dǎo)率隨溫度升高而增大；熱容熱容（又稱比熱容）是指常壓下加熱1公斤樣品使之升溫一度所需的熱量。影響熱容的因素耐火材料的熱容是隨它的化學(xué)礦物組成和所處的溫度條件而變化的，通常很少測(cè)定熱容，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中也沒有規(guī)定方法。重?zé)€變化重?zé)€變化是指將耐火材料試樣加熱到規(guī)定溫度，并恒定一定時(shí)間，冷卻至室溫以后，其線性尺寸的不可逆變化。耐火材料在燒制過(guò)程當(dāng)中的物理化學(xué)變化一般都未達(dá)到燒成溫度下的平衡狀態(tài)，當(dāng)制品在長(zhǎng)期使用中，受高溫和時(shí)間的作用，會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生物理化學(xué)變化，從而進(jìn)一步燒結(jié)和物相再結(jié)晶和玻璃化，從而初始制品進(jìn)一步密實(shí)，產(chǎn)生重?zé)湛s。但是有的如硅質(zhì)在高溫下產(chǎn)生膨脹。重?zé)€變化的大小表明

8、制品高溫體積穩(wěn)定性的好壞，為了降低耐火制品的重?zé)湛s或膨脹，在工藝上一般提高磚坯的成型密度，適當(dāng)提高燒成溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，但不宜過(guò)高，以免制品變形或者進(jìn)一步玻璃化，從而降低了熱震穩(wěn)定性。 冷態(tài)耐壓強(qiáng)度耐壓強(qiáng)度 熱態(tài)耐壓強(qiáng)度在室溫下，耐火制品試樣單位面積上所能承受到不被破壞時(shí)的極限壓力耐火制品在指定高溫條件下單位面積上所能承受到不被破壞時(shí)的極限壓力 冷態(tài)抗折強(qiáng)度抗折強(qiáng)度 熱態(tài)抗折強(qiáng)度在室溫下，規(guī)定尺寸的長(zhǎng)方體試樣在三點(diǎn)彎曲裝置上受壓彎作用不折斷時(shí)所能承受的極限彎曲應(yīng)力。在規(guī)定的高溫條件下，單位截面的耐材試樣在三點(diǎn)彎曲裝置上受壓彎作用不折斷時(shí)所能承受的極限彎曲應(yīng)力。粘結(jié)強(qiáng)度： 耐火泥漿、接縫料、

9、噴涂料、可塑料等不定形耐材在各種溫度及特定條件下與其他定形耐材或施工體相接觸部位的結(jié)合牢固程度的指標(biāo)。 1.硅質(zhì)耐火原料：以二氧化硅為主成分的天然礦物和人工合成原料；通常將二氧化硅含量大于96%的硅質(zhì)原料，如硅石、石英沙、脈石英等稱為硅質(zhì)原料，將二氧化硅含量大于60%的硅質(zhì)原料，如葉臘石、膨脹珍珠巖、硅藻土等稱為半硅質(zhì)原料。二、常用耐火原料二、常用耐火原料硅質(zhì)硅質(zhì)1.石英原料的主要類型：脈石英、石英砂、石英砂巖、石英巖、石英質(zhì)礫石及硅藻土等。1.1 脈石英：顏色潔白、致密塊狀的石英；半透明，貝殼狀斷口，油脂光澤，因呈脈狀產(chǎn)出，故稱脈石英。1.2 石英砂：又稱硅砂，由粒徑0.12mm的石英組成的

10、砂粒，通常由暴露在地表的石英質(zhì)母巖經(jīng)風(fēng)化、破碎而成。1.3 石英砂巖：一種固結(jié)的砂質(zhì)巖石，由硅質(zhì)膠結(jié)物膠結(jié)石英砂粒而成。第一節(jié)第一節(jié) 石英原料的主要類型及石英原料的主要類型及SiO2變體變體1.4 石英巖：又稱硅石，由石英砂巖受動(dòng)力變質(zhì)作用而生成的變質(zhì)巖，主要由石英的顆粒集合體所構(gòu)成。1.5 石英質(zhì)礫石：外形如鵝蛋，俗稱“鵝卵石”，通常呈白色、灰色、亦有黑色。色白者由石英巖、石英砂巖或脈石英經(jīng)風(fēng)化、破碎、磨圓形成，色黑者多為燧石組成。1.6 硅藻土：海水或淡水中的微生物硅藻類的遺體骨骼（硅殼）堆積而成，本質(zhì)上是含水的非晶質(zhì)二氧化硅。第一節(jié)第一節(jié) 石英原料的主要類型及石英原料的主要類型及SiO2

11、變體變體2. SiO2變體的種類及性質(zhì)SiO2的種類第一節(jié)第一節(jié) 石英原料的主要類型及石英原料的主要類型及SiO2變體變體-石英、-石英-鱗石英、-鱗石英、-鱗石英-方石英、-方石英石英玻璃2. SiO2變體的種類及性質(zhì)SiO2的晶型轉(zhuǎn)變第一節(jié)第一節(jié) 石英原料的主要類型及石英原料的主要類型及SiO2變體變體重建型轉(zhuǎn)變：從晶體表面開始逐漸向其內(nèi)部進(jìn)行的，需要在轉(zhuǎn)變溫度下保持相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。為了加速其轉(zhuǎn)變需要加入礦化劑。位移型轉(zhuǎn)變：達(dá)到一定溫度就驟然發(fā)生，整個(gè)晶體同時(shí)發(fā)生，且轉(zhuǎn)變是可逆的。3. 礦化劑對(duì)SiO2晶體轉(zhuǎn)變的作用 在燒成時(shí)加速石英轉(zhuǎn)變?yōu)轺[石英和方石英，而不顯著降低系統(tǒng)的耐火度；還能防止在燒

12、成時(shí)因坯體發(fā)生急劇體積效應(yīng)而產(chǎn)生的松散與開裂。 礦化劑的礦化能力與下述因素有關(guān)：1）礦化劑與SiO2形成液相的共熔溫度2）礦化劑與SiO2形成的液相的結(jié)晶能力3）石英與亞穩(wěn)方石英在液相中的溶解速度4）液相結(jié)構(gòu)第一節(jié)第一節(jié) 石英原料的主要類型及石英原料的主要類型及SiO2變體變體礦化劑的選擇與加入量 礦化劑礦化作用的強(qiáng)弱不是選擇礦化劑的位移標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際生產(chǎn)中需根據(jù)硅石原料的組成與性質(zhì)來(lái)確定。理想的礦化劑應(yīng)具備如下條件：1）能與SIO2作用，并在不太高的溫度下形成液相（一般在13001350 以前以前），而且對(duì)系統(tǒng)的耐火度降低不大；2）能夠形成足夠數(shù)量的液相，液相應(yīng)具有低的粘度及較強(qiáng)的潤(rùn)濕石英顆粒表

13、面的能力；3）礦化作用不過(guò)于激烈，燒成制品不產(chǎn)生裂紋；4）礦化劑不具備水溶性，在坯體中易于分布；5）價(jià)格合理，易于制備。第一節(jié)第一節(jié) 石英原料的主要類型及石英原料的主要類型及SiO2變體變體1. 硅石的分類 硅質(zhì)耐火材料的最主要原料是硅石。工業(yè)上對(duì)塊狀硅質(zhì)原料統(tǒng)稱為硅石（石英巖）。1.1 按硅石的組織結(jié)構(gòu)分類 結(jié)晶硅石（再結(jié)晶石英巖）和膠結(jié)硅石（膠結(jié)石英巖） 第二節(jié)第二節(jié) 硅石硅石由石英砂巖經(jīng)變質(zhì)作用再結(jié)晶而成的變質(zhì)巖。硅質(zhì)砂巖中的硅質(zhì)膠結(jié)物在地質(zhì)作用下而在原石英顆粒表面再結(jié)晶，成為石英顆粒的增大部分膠結(jié)硅石是石英顆粒被硅質(zhì)膠結(jié)物結(jié)合而成的沉積巖，其中石英顆粒結(jié)晶較小，雜質(zhì)含量多，加熱易轉(zhuǎn)變1

14、.2 按硅石的致密程度分類 硅石原料應(yīng)具有較大的致密性，可以分為極致密、致密、比較多孔和多孔四種。 第二節(jié)第二節(jié) 硅石硅石硅石類型硅石類型極致密極致密致密致密比較多孔比較多孔多孔多孔吸水率%0.50.51.51.54.04.0顯氣孔率%1.21.24.04.010.010.0硅石的致密程度分類1.3 按劇烈膨脹溫度分類 硅石受熱時(shí)，由于石英的多晶轉(zhuǎn)變，其比重減小、體積膨脹，加熱至某一溫度時(shí)會(huì)開始產(chǎn)生劇烈的膨脹。該溫度越低，磚坯燒成時(shí)松散開裂的可能性越大。按照劇烈膨脹開始溫度的高低可將硅石分為低熱穩(wěn)定性、中熱穩(wěn)定性和高熱穩(wěn)定性三種。 第二節(jié)第二節(jié) 硅石硅石硅石類型硅石類型低熱穩(wěn)定低熱穩(wěn)定中熱穩(wěn)定

15、中熱穩(wěn)定高熱穩(wěn)定高熱穩(wěn)定劇烈膨脹開始溫度1150115012251225膨脹率 %0.170.170.200.20硅石的劇烈膨脹開始溫度2 硅石的性質(zhì)及評(píng)價(jià) 第二節(jié)第二節(jié) 硅石硅石 外觀性質(zhì)：結(jié)晶硅石外觀呈乳白色、灰白色、淡黃以及紅褐色。有光澤，斷面平滑連續(xù)；膠結(jié)硅石外觀白色、灰白、淡黃、紅色及黑色，斷面致密，呈貝殼狀，幾乎沒有光澤。 組織結(jié)構(gòu)：根據(jù)硅石的顯微結(jié)構(gòu)特性，在一定程度上可以判斷硅石的加熱性質(zhì)與轉(zhuǎn)變情況。對(duì)于結(jié)晶硅石，如果石英結(jié)晶比較小，粒度大小不一，并以鋸齒狀交錯(cuò)緊密結(jié)合，則煅燒時(shí)容易轉(zhuǎn)變，膨脹也不大，并且不易松散；如果硅石的石英結(jié)晶較大且直徑大小接近并呈圓形，則燒成膨脹大，轉(zhuǎn)變慢

16、，易松散，燒成制品易產(chǎn)生裂紋，磚的氣孔率高，強(qiáng)度低。 化學(xué)成分與耐火度：硅石中SIO2是主成分，Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2等均為副成分。Al2O3的存在除增加硅石在高溫下形成液體的趨勢(shì)外，還會(huì)延緩硅石的分解。Al2O3含量高時(shí)還會(huì)顯著降低磚坯的荷重軟化點(diǎn)。Al2O3為2%時(shí)，荷軟降低125； Al2O3為6%時(shí)，荷軟降低275；一般控制Al2O31.3%，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)硅磚則控制在0.5%。第二節(jié)第二節(jié) 硅石硅石 K2O、Na2O是很強(qiáng)的溶劑，一方面他們能顯著降低硅石的耐火度，另一方面他們又能促進(jìn)石英的轉(zhuǎn)變。一般控制K2O+Na2O不超過(guò)0.2%0.5%。 F

17、e2O3、CaO、MgO 等雜質(zhì)對(duì)硅石質(zhì)量的影響不像K2O、Na2O那么大，如果他們呈分散狀態(tài)存在可視為有益成分。 TiO2 不影響石英的轉(zhuǎn)化，但能降低硅磚的氣孔率，提高體積密度，尺寸燒結(jié)，從而提高硅磚的導(dǎo)熱率，并改善熱震穩(wěn)定性，實(shí)踐表明加入1.5%的金紅石（ TiO2 ）效果較好。 當(dāng)然不能單用化學(xué)成分及耐火對(duì)來(lái)決定硅石質(zhì)量的好壞，還得考慮其組織結(jié)構(gòu)、煅燒性質(zhì)等因素。 硅石的致密程度與轉(zhuǎn)變速度：結(jié)晶硅石轉(zhuǎn)變一般較慢，用于硅磚配料時(shí)，快速轉(zhuǎn)變的硅石燒成溫度應(yīng)降低，礦化劑的加入量也應(yīng)適當(dāng)減少；而對(duì)于轉(zhuǎn)變較難的硅石則可以采用細(xì)顆粒配料并加入適量的礦化劑。重建型轉(zhuǎn)變重建型轉(zhuǎn)變 -石英 -鱗石英（87

18、0） -鱗石英 -方石英（1470） -方石英 石英玻璃（1713） 位移型轉(zhuǎn)變位移型轉(zhuǎn)變 -石英 -石英（573 ） -鱗石英 -鱗石英（163 ） -鱗石英 -鱗石英（117 ） -方石英 -方石英（180-270 ） 粘土的生長(zhǎng)情況：原生粘土和次生粘土 可塑性：硬質(zhì)粘土、軟質(zhì)粘土、半軟質(zhì)粘土 主要礦物組成：高嶺石族粘土、蒙脫石族、 伊利石族粘土 巖石類型：高嶺土、高嶺石粘土（軟質(zhì)粘土） 和高嶺石粘土巖（半軟質(zhì)和硬質(zhì)粘土）二、常用耐火原料二、常用耐火原料粘土粘土耐火粘土的工藝性能： 分散性：反映粘土分散程度的性質(zhì)，通常用粘土的顆粒組成或比表面來(lái)表示。粘土屬于高分散物質(zhì)，粘土礦物為微細(xì)顆粒，

19、一般不大于10um，粘土的工藝性能主要取決于小于2um顆粒的數(shù)量。粘土的分散性與可塑性有密切的關(guān)系，分散度越高，可塑性越好，在水中分散性越強(qiáng)；可塑性：泥團(tuán)在外力作用下易變形但不產(chǎn)生裂紋，在外力解除后仍能保持其變形而不恢復(fù)原形的性能。粘土的可塑性強(qiáng)弱取決于粘土的礦物組成、顆粒的細(xì)度和數(shù)量、液相的性質(zhì)；結(jié)合性：使成型后的磚坯能保持要求的形狀，且具有一定機(jī)械強(qiáng)度的性能稱為粘土的結(jié)合性，一般分散程度越高，其結(jié)合性越強(qiáng)。燒結(jié)性：在高溫下煅燒后可獲得具有一定致密度和強(qiáng)度的燒結(jié)物的能力，工藝上通常用燒結(jié)程度（密度、氣孔率、吸水率、晶體粒徑、水化程度、燒縮率）來(lái)衡定。二、常用耐火原料二、常用耐火原料粘土粘土

20、第一節(jié) 軟質(zhì)粘土與半軟質(zhì)粘土 軟質(zhì)粘土顆粒細(xì)微、在水中易分解，可塑性與粘結(jié)性很強(qiáng)。在形成過(guò)程中多把一些有機(jī)物帶來(lái)一同沉積，填充在層間，碳化后形成含碳的有機(jī)質(zhì)，同時(shí)易溶的鉀鹽或鈉鹽易被自然流水溶解沖走。因此這類粘土的鉀鈉含量較低，但顏色變化很大，有灰色、深灰色、甚至紫色、淡紅、白色，主要礦物為高嶺石，耐火度為1600，煅燒后層淺色。 半軟質(zhì)粘土主要伴生于煤層，夾雜有黃鐵礦，它是粘土中最有害的雜質(zhì)。與軟質(zhì)粘土相比， Al2O3含量高一些，在25%38%之間，顆粒大一些，主要礦物為高嶺石。耐火度通常大于1630。二、常用耐火原料二、常用耐火原料粘土粘土軟質(zhì)粘土的可塑性 在耐火材料生產(chǎn)中，軟質(zhì)粘土與半

21、軟質(zhì)粘土通常作為結(jié)合劑，因而也被稱為結(jié)合粘土。在生產(chǎn)中為了增加含粘土坯料的可塑性，往往采用以下方法： 1、通過(guò)選料出去粘土中的非可塑性雜質(zhì)； 2、將粘土細(xì)磨或風(fēng)化，增加其細(xì)度； 3、加入適量可塑性物質(zhì)如紙漿廢液、動(dòng)植物膠等； 4、加入適量膨潤(rùn)土或其他可塑性更好的粘土； 5、真空練泥處理。 軟質(zhì)粘土還有一種球粘土廣泛應(yīng)用于陶瓷行業(yè)，不作過(guò)多討論了二、常用耐火原料二、常用耐火原料粘土粘土 第二節(jié) 硬質(zhì)粘土 硬質(zhì)粘土是一種以高嶺石為主成分的優(yōu)質(zhì)耐火粘土，國(guó)內(nèi)慣稱為焦寶石。焦寶石組織結(jié)構(gòu)十分致密，質(zhì)地堅(jiān)硬，貝殼狀斷口，表面有滑膩感，真比重2.622.65，外觀呈淺灰色，灰白色。由于結(jié)構(gòu)致密，因此焦寶石

22、在水中不易分散，可塑性極低。主要礦物是高嶺石，伴生少量迪開石或云母類礦物。雜質(zhì)通常有Fe2O3、TiO2、K2O、Na2O、CaO、MgO、FeS2，但是含量較低，常因伴生礦物不同而顯著不同，比如Fe2O3含量較高時(shí)，焦寶石顏色發(fā)暗，有較大面積的黑點(diǎn)或瘤點(diǎn)。（插入照片） 耐火度17701790 。 二、常用耐火原料二、常用耐火原料粘土粘土 第二節(jié) 硬質(zhì)粘土焦寶石受熱后的變化 高嶺石加熱到100110 時(shí)失去吸附水，溫度升高到450600 時(shí)，失去結(jié)構(gòu)水，此時(shí)為吸熱反應(yīng)，如下： Al2O3 2SiO2 2H2O（高嶺石） Al2O3 2SiO2 +2H2O二、常用耐火原料二、常用耐火原料粘土粘土

23、Al2O3 2SiO2 （偏高嶺石） Al6 Si2O13（Al-Si尖晶石）3Al2 O3 2SiO2 弱結(jié)合莫來(lái)石SiO2 （無(wú)定形） 3538%溫度升高到800 時(shí)：二、常用耐火原料二、常用耐火原料粘土粘土Al6 Si2O13（Al-Si尖晶石）3Al2 O3 2SiO2 （莫來(lái)石）SiO2 （無(wú)定形） 溫度升高到12001250 時(shí)，鋁-硅尖晶石轉(zhuǎn)換為莫來(lái)石，而不釋放出不定形的SiO2 ，此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，980 時(shí)形成的無(wú)定形SiO2 轉(zhuǎn)換成方石英：SiO2 （方石英）綜合上述反應(yīng)過(guò)程，高嶺石的加熱變化為：3（Al2O3 2SiO2 2H2O）（高嶺石） 3Al2 O3 2SiO2

24、（莫來(lái)石）+4SiO2 +6H2O這個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，體積膨脹約20%。二、常用耐火原料二、常用耐火原料粘土粘土 體積收縮是粘土加熱變化的一個(gè)重要特征。這是其內(nèi)部發(fā)生的一系列物理化學(xué)變化所引起的（如脫水、分解、液相的形成及莫來(lái)石的長(zhǎng)大等）。體積收縮的大小，在不同的溫度范圍內(nèi)有所不同。大部分的耐火粘土的加熱收縮開始于600 650，在9001000 以前收縮比較緩慢。通常從1000 開始有明顯的收縮，當(dāng)溫度升高到1250 左右時(shí)，收縮趨向于停止，此時(shí)粘土達(dá)到燒結(jié)狀態(tài)。 焦寶石熟料的質(zhì)量與其燒結(jié)程度有密切關(guān)系。其燒結(jié)機(jī)理為液相燒結(jié)，其燒結(jié)性能取決于在高溫下產(chǎn)生的液相數(shù)量與性質(zhì)，即原礦中所含溶劑雜質(zhì)的種

25、類及數(shù)量，以及Al2O3 /SiO2比值，焦寶石良好燒結(jié)的主要標(biāo)志是形成致密塊，氣孔率顯著降低，顏色顯著變化，呈現(xiàn)玻璃化的淡色光澤。 焦寶石熟料是粘土質(zhì)耐火材料的主要原料，通常都是用直接開采出的生料在倒焰窯、回轉(zhuǎn)窯、豎窯中煅燒而成。煅燒溫度最佳為13001350 ，此時(shí)氣孔率最小，密度最大，超過(guò)1350 后方石英大量形成，體積膨脹，同時(shí)焦寶石層理發(fā)達(dá)導(dǎo)致熟料開裂。一水硬鋁石（ -Al2O3 H2O）：其中Al2O3 含量85%， H2O含量15%，為我國(guó)高鋁礬土的主要礦物；水化后可變?yōu)槿X石，加熱時(shí)于530600失水變?yōu)?-Al2O3 （三方晶系剛玉）二、常用耐火原料二、常用耐火原料高鋁礬土

26、高鋁礬土一水軟鋁石（ -Al2O3 H2O）：其中Al2O3 含量85%， H2O含量15%，與一水硬鋁石屬同質(zhì)二象；水化后可變?yōu)槿X石，加熱時(shí)于530600失水變?yōu)?Al2O3 （等軸晶系剛玉）三水鋁石（ Al2O3 3H2O）：其中Al2O3 含量65.4%， H2O含量34.6%；二、常用耐火原料二、常用耐火原料高鋁礬土高鋁礬土高鋁礬土（水鋁石高鋁礬土（水鋁石-高嶺石型）受熱高嶺石型）受熱過(guò)程中的物理化學(xué)過(guò)程中的物理化學(xué)變化變化分解階段：4001200溫度范圍為鋁礬土的分解階段。二次莫來(lái)石化階段：12001400或1500 重?zé)裏Y(jié)階段：14001500二、常用耐火原料二、常用耐火原料

27、高鋁礬土高鋁礬土分解階段：在該階段，鋁礬土中的水鋁石和高嶺石在400時(shí)開始脫水，至450600 反應(yīng)激烈，700800 完成。水鋁石脫水后形成剛玉假象，此種假象仍保持原來(lái)水鋁石的外形，但邊緣模糊不清，折射率較水鋁石低，在高溫下逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閯傆瘛８邘X石脫水后形成偏高嶺石，950 以上時(shí)偏高嶺石轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊?lái)石和非晶態(tài)SiO2，后者在高溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞?，反?yīng)式如下： - Al2O3 H2O（水鋁石）- Al2O3 （剛玉假象）+H2O400600 Al2O32SiO22H2O（高嶺石）Al2O32SiO2（偏高嶺石）+H2O400600 3（ Al2O32SiO2 ）（偏高嶺石）3Al2O32SiO2（

28、莫來(lái)石）400600 + 4SiO2（非晶態(tài)SiO2）二、常用耐火原料二、常用耐火原料高鋁礬土高鋁礬土二次莫來(lái)石化階段：在1200以上時(shí)，從水鋁石脫水而形成的剛玉與高嶺石分解出來(lái)的游離SiO2 繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)形成莫來(lái)石，如下：3Al2O3+2SiO23Al2O32SiO2（二次莫來(lái)石）1200 在二次莫來(lái)石化時(shí)，發(fā)生約10%的體積膨脹，同時(shí)在13001400 以下時(shí)鋁礬土中的Fe2O3、TiO2和其他雜質(zhì)與Al2O3、SiO2反應(yīng)即可形成液相， Fe2O3、TiO2 也可進(jìn)入莫來(lái)石的晶格形成固溶體。液相的形成，有助于二次莫來(lái)石化的進(jìn)行，同時(shí)也為重結(jié)晶燒結(jié)階段準(zhǔn)備了條件。二、常用耐火原料二、常用耐

29、火原料高鋁礬土高鋁礬土重晶燒結(jié)階段：在二次莫來(lái)石化階段，由于液相的形成，已經(jīng)開始發(fā)生某種程度的燒結(jié)，但進(jìn)程很緩慢。只有隨著二次莫來(lái)石化的完成，重晶燒結(jié)作用才開始迅速進(jìn)行。在14001500以上時(shí)，由于液相的作用，剛玉與莫來(lái)石晶體的長(zhǎng)大；同時(shí)微觀氣孔在1200 至14001500之間基本保持不變，在14001500以后迅速縮小甚至消失 ，氣孔率降低，物料迅速趨向致密。 藍(lán)晶石、紅柱石和硅線石我們統(tǒng)稱為“三石”；三者為同質(zhì)多象變體，理論化學(xué)組成為Al2O3SiO2；由于生成條件造成的晶體結(jié)構(gòu)差異，表現(xiàn)出來(lái)的物理性質(zhì)則不同； 藍(lán)晶石結(jié)構(gòu)中，O近視地呈立方最緊密堆積，其理論密度最大，為3.353.65

30、g/cm3，因而在高溫下轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊?lái)石（3.03g/cm3）時(shí)，其體積膨脹最大；硅線石（3.233.27g/cm3）其次，紅柱石的結(jié)構(gòu)相對(duì)最疏松，理論，密度最小，為3.103.16g/cm3 ； 加熱變化是藍(lán)晶石族原料的重要特征，均在一定高溫下不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊?lái)石和SiO2，反應(yīng)式如下：二、常用耐火原料二、常用耐火原料藍(lán)晶石族藍(lán)晶石族3（Al2O32SiO2）3Al2O32SiO2（莫來(lái)石）+2SiO2 由于藍(lán)晶石族礦物在晶體結(jié)構(gòu)方面的差異，其轉(zhuǎn)化為莫來(lái)石的溫度、速度和體積效應(yīng)均有不同，如下表：二、常用耐火原料二、常用耐火原料藍(lán)晶石族藍(lán)晶石族礦物藍(lán)晶石紅柱石硅線石開始或快速轉(zhuǎn)化溫度1300135

31、014001450轉(zhuǎn)化后的體積效應(yīng)%+1618+34.5+78莫來(lái)石化速度快中慢影響莫來(lái)石化的因素煅燒溫度、保溫時(shí)間、粒度煅燒溫度、保溫時(shí)間、粒度、純度煅燒溫度、保溫時(shí)間、純度、粒度 根據(jù)藍(lán)晶石族礦物的特點(diǎn)，其在耐火材料方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：二、常用耐火原料二、常用耐火原料藍(lán)晶石族藍(lán)晶石族1.以藍(lán)晶石族原料為主原料，直接制磚，以紅柱石磚最有代表性；紅柱石莫來(lái)石化溫度低，熱膨脹低，結(jié)晶粗大，可用于做骨料；2.以藍(lán)晶石族原料為添加物，改善耐火制品的高溫性能，如提高其荷重軟化溫度、抗蠕變性能和抗熱震性等；低蠕變高鋁磚就是高鋁磚通過(guò)添加硅線石、紅柱石后對(duì)高鋁質(zhì)耐火制品改性的結(jié)果；利用硅線石

32、煅燒時(shí)的膨脹效應(yīng)來(lái)調(diào)整燒成收縮對(duì)保證制品的尺寸精度十分有效，如堇青石-莫來(lái)石磚加入約10%的藍(lán)晶石族礦物，其燒成收縮接近于0%。3.用于不定型耐火材料的添加物，最常見的是以藍(lán)晶石作為膨脹劑來(lái)補(bǔ)償高溫下的收縮，并可促進(jìn)Al2O3-SiO2系不定型耐火材料中莫來(lái)石的生成；如紅柱石粉可做骨料應(yīng)用，也可做粉料應(yīng)用；4.以藍(lán)晶石族原料為起始原料，合成燒結(jié)莫來(lái)石。 剛玉是-Al2O3晶體的礦物學(xué)名稱。剛玉分為天然剛玉和人造剛玉兩類，其中后者又分為電熔、燒結(jié)兩種。在耐火材料中，通常把-Al2O3含量大于94%的原料劃歸為剛玉質(zhì)耐火原料。 燒結(jié)剛玉，又稱燒結(jié)氧化鋁，是指以工業(yè)氧化鋁或煅燒氧化鋁為原料，經(jīng)磨細(xì)制成球狀或棒狀坯體，在1750 1900 的高溫下燒結(jié)而成的耐火熟料。 板狀剛玉，一種高純的、采用高溫快速燒結(jié)、具有-Al2O3結(jié)晶粗大、發(fā)育良好而呈板片狀且有晶內(nèi)封閉氣孔的燒結(jié)氧化鋁。 電熔氧化鋁是以煅燒氧化鋁或鋁礬土為原料，經(jīng)電弧爐在還原氣氛下熔融并與金屬雜質(zhì)分離，再經(jīng)冷凝而制得。二、常用耐火原料二、常用耐火原料剛玉質(zhì)剛玉質(zhì)三、不定形耐材三、不定形耐材 不定形耐材是指由骨料、粉料、結(jié)合劑和添加劑組成的混合料。以交貨狀態(tài)直接使用，或加入一種或多種不影響其耐火性能的合適的液體后使用。1.不定形耐火材料的生產(chǎn) 1）原料的破粉碎 2）原料的粒度分配 自然粒度、靠經(jīng)驗(yàn)調(diào)配、三