第二章鋁硅系20134

作業(yè)：如何提高硅磚導(dǎo)熱性能？說明原因。1燒成磚的制造工藝流程原料A原料B原料C粉碎/分級成型干燥混合/混練添加物/結(jié)合劑粉碎/分級粉碎/分級燒成燒成磚（制品）配料（粗/中/細(xì)）25.5高鋁質(zhì)耐火材料定義：高鋁礬土熟料＋結(jié)合粘土，A12O3不低于48%。按A12O3含量分：I等，＞75％；II等，60～75％；III等，48～60%。公元400年前后中國已開始制造高鋁質(zhì)耐火材料（河南?。?

2）礦物組成及分類基本類型亞類型主要分布一水型鋁礬土1)水鋁石—高嶺石(D—K型)2)水鋁石—葉蠟石(D—P型）3)勃姆石—高嶺石(B—K型）4)水鋁石—伊利石(D—I型）5)水鋁石—高嶺石—金紅石(D—K—R型）山西、山東、河北、河南、貴州河南山東、山西、湖南河南四川三水型鋁礬土三水鋁石型（G型）福建、廣東5.5.1高鋁礬土原料

1）分布山西、河北、河南以及貴州等地。4◆

致密狀：礦石光滑、細(xì)膩，斷面均勻；有的組成礦物以水鋁石（細(xì)晶質(zhì)到隱晶質(zhì)）為主，有的以高嶺石或葉臘石為主。◆

多孔狀：多為純水鋁石構(gòu)成，結(jié)構(gòu)十分疏松。水鋁石一般都較粗大，有時在孔洞中填有其它礦物，如金紅石或石英等?！?/p>

鮞狀：結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜?！?/p>

粗糙狀：斷面粗糙，略顯疏松，但均勻。礦石主要成分為水鋁石和高嶺石，二者含量相近。3）構(gòu)造→→我國鋁礬土礦構(gòu)造復(fù)雜，成分不均5

級別化學(xué)成分，％耐火度，℃Al2O3Fe2O3CaO特級＞75＜2.0＜0.5＞1770一級70～75＜2.5＜0.6＞1770二級60～70＜2.5＜0.6＞1770三級55～60＜2.5＜0.6＞1770四級45～55＜2.0＜0.7＞1770耐火材料用鋁礬土（生料）的等級劃分6

礬土等級Al2O3,%Al2O3／SiO2外觀特征特等＞76＞20灰色、重而硬，結(jié)構(gòu)致密均勻一等68～765.5～20淺灰色、重而硬，結(jié)構(gòu)致密均勻二等（甲）60～682.8～5.5灰白色、結(jié)構(gòu)尚致密，具有少量鮞狀體二等（乙）50～601.8～2.8灰色、結(jié)構(gòu)疏松，具有較多的鮞狀體三等42～521.0～1.8灰色、質(zhì)輕又軟，易碎，結(jié)構(gòu)均勻水鋁石—高嶺石類(D-K型)鋁礬土的分類及特征75.5.2高鋁礬土的加熱變化

——分解階段；

——莫來石化階段；——重結(jié)晶燒結(jié)階段。分解階段：

α-Al2O3·H2O→α-Al2O3+H2O↑（400-600℃）Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3·2SiO2+2H2O↑（600℃左右）3（Al2O3·2SiO2）→3Al2O3·2SiO2+4SiO2

（980℃左右）3α-Al2O3+2SiO2→3Al2O3·2SiO2

（1200-1500℃）

△V≈+10%↑

二次莫來石化8

9分解階段：

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等級Al2O3，％燒結(jié)情況燒結(jié)溫度原因特級＞75較易1600～1700℃高嶺石少，水鋁石多，二次莫來石化程度弱，可能還有TiO2作用Ⅰ級70～75較難1500～1600℃一定程度的二次莫來石化Ⅱ級60～70最難1600～1700℃二次莫來石化強(qiáng)烈Ⅲ級55～60最易1500℃左右高嶺石多，水鋁石少，二次莫來石化程度弱Ⅳ級45～55最易1500℃左右同上不同等級鋁礬土的燒結(jié)情況11◆鋁礬土資源遭受破壞的原因：采富棄貧，采易棄難，采剝失調(diào)◆鋁礬土原料儲量目前存在的問題：“四不清”1）探明的不同品位儲量不清；2）保有的真實(shí)儲量不清；3）累計(jì)消耗及其質(zhì)量不清；4）亂采亂挖對礦床破壞程度不清。◆解決辦法：1）選礦、提純；2）均化

◆均化：仿水泥生產(chǎn)工藝→→均化料

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相同點(diǎn)：高鋁制品的生產(chǎn)工藝流程與多熟料粘土質(zhì)制品生產(chǎn)工藝流程相似。不同點(diǎn)：二次莫來石化反應(yīng)。5.5.3高鋁質(zhì)制品生產(chǎn)工藝要點(diǎn)減輕二次莫來石化反應(yīng)措施：（1）熟料的嚴(yán)格揀選分級

（2）合理選擇結(jié)合劑的種類和數(shù)量

——結(jié)合粘土盡可能少加（5～10%）——用生礬土細(xì)粉代替結(jié)合粘土——用高鋁礬土和結(jié)合粘土粉按比例配合

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（3）熟料的鄰級混配和氧化鋁含量高的熟料以細(xì)粉形式加入（4）合適的顆粒組成

——適當(dāng)增加細(xì)粉數(shù)量（45～50%）——適當(dāng)增大粗顆粒的尺寸和數(shù)量——部分熟料和結(jié)合粘土共同細(xì)磨——共磨時熟料和粘土混合料中的A12O3／SiO2重量比應(yīng)略大于2.55。（5）適當(dāng)提高燒成溫度（Ⅱ級礬土熟料）145.5.4高鋁質(zhì)制品性質(zhì)1）高鋁磚中A12O3含量和荷重軟化溫度關(guān)系名稱煅燒溫度，℃玻璃成分，％SiO2Al2O3Fe2O3TiO2Ⅰ級礬土Ⅱ級礬土1500150024.9544.8245.1646.159.352.5019.523.20Ⅰ、Ⅱ等礬土煅燒后的玻璃相組成15

2）高鋁制品的熱震穩(wěn)定性比粘土磚差I(lǐng)、Ⅲ等高鋁磚比Ⅱ等高鋁磚更差些

3）高鋁制品的抗渣性隨制品中A12O3含量增多和液相量的減少而有所提高?！岣咴霞兌?，改變基質(zhì)的化學(xué)—礦物組成，減少玻璃相數(shù)量，調(diào)整玻璃相成分，是提高制品的高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、熱震穩(wěn)定性及抗渣性的關(guān)鍵?！舾郀t用硅線石磚、紅柱石磚、藍(lán)晶石磚、熱風(fēng)爐用低蠕變高鋁磚、高荷軟高鋁磚、高熱震高鋁磚以及水泥窯和電爐頂用優(yōu)質(zhì)磷酸鹽結(jié)合高鋁不燒磚等。◆莫來石磚、莫來石－剛玉磚和剛玉－莫來石磚等。165.6硅線石質(zhì)耐火材料藍(lán)晶石：印度、美國、加拿大和巴西，河南隱山、江蘇、河北、山西、新疆、四川、遼寧、吉林、安徽等。硅線石：印度、澳大利亞、美國和朝鮮，黑龍江雞西、河南南陽、河北、陜西、新疆、河南等。紅柱石：南非、法國和俄羅斯，河南西峽、陜西眉縣、遼寧、新疆等。定義：部分硅線石族礦物原料—硅線石磚、紅柱石磚或藍(lán)晶石磚。5.6.1硅線石族原料17

品名與產(chǎn)地化學(xué)成分，％線膨脹率，％SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O灼減500℃1000℃1500℃藍(lán)晶石印度-136.3362.050.310.160.130.060.280.080.590.401.8714.95印度-237.1159.610.700.580.100.050.360.440.31美國37.7058.771.171.30微0.590.38肯尼亞37.3859.650.561.090.270.07——0.60保加利亞38.8657.861.020.750.400.36——1.17硅線石南非-117.2077.800.942.400.050.070.080.05—0.190.960.79南非-234.2058.220.3810560.110.180.430.40—0.240.890.46印度34.7061.180.500.100.350.16微微2.93美國34.4858.762.407.450.800.120.39—1.36紅柱石南非-141.1953.092.260.460.610.28—0.881.20南非-237.3459.661.110.300.110.120.170.07—0.281.091.44法國38.5559.250.950.24——0.250.09—Al2O3·SiO2

Al2O362.92%SiO237.08%18礦物性質(zhì)藍(lán)晶石紅柱石硅線石晶系三斜斜方斜方晶格常數(shù)a=0.71nm,α=9005b=0.774nm,β=10102c=0.557nm,βγ=10544a=0.778nmb=0.792nmc=0.557nma=0.744nmb=0.759nmc=0.575nm結(jié)構(gòu)島狀島狀鏈狀結(jié)構(gòu)式Al2[SiO4]OAlO[AlSiO4]Al[AlSiO5]解理沿{100}解理完全，{010}良好沿{110}解理完全沿{010}解理完全硅線石族礦物原料的結(jié)構(gòu)特征

195.6.2硅線石族原料加熱變化礦物名稱硅線石紅柱石藍(lán)晶石莫來石形成溫度范圍℃1500～15501350～14001300～1500轉(zhuǎn)化速度慢中快轉(zhuǎn)化所需時間長中短轉(zhuǎn)化后體積膨脹中，（7～8％）小，（3～5％）大，（16～18％）莫來石結(jié)晶過程在整個晶粒發(fā)生在顆粒表面開始逐步深入內(nèi)部同紅柱石莫來石結(jié)晶形態(tài)及大小短柱狀，針狀長約3微米針狀、柱狀長約20微米長針狀長約35微米莫來石結(jié)晶方向平行于原硅線石晶面平行于原紅柱石晶面垂直于原藍(lán)晶石晶面20——藍(lán)晶石莫來石生成溫度低，溫度范圍寬，膨脹值大?！t柱石膨脹值最小?！杈€石膨脹溫度高。21影響分解或膨脹性的因素：

◆礦物本身結(jié)構(gòu)

◆礦物純度

◆礦物粒度大小

——藍(lán)晶石粒度＜0.2mm，膨脹小且無明顯差異；粒度＞0.2mm，膨脹大且差異大。

——硅線石粒度＜0.088mm，1400℃開始分解，1700℃完全莫來石化；粒度＞0.088mm，分解溫度提高100℃，1700℃尚有殘余硅線石。

——紅柱石＜0.15mm，1500℃均莫來石化。22

藍(lán)晶石熱膨脹曲線

硅線石熱膨脹曲線230.07mm紅柱石試樣的膨脹率與溫度的關(guān)系24試樣粒徑（mm）溫度（℃）（保溫2小時）1200130014001500藍(lán)晶石（沐陽產(chǎn)）0.154～0.074253062700.074～0.05427407378＜0.05430437578紅柱石HJ-58（庫爾勒產(chǎn)）5—3—＜1*5*31＜0.074—＜1*11*48紅柱石HJ-56（庫爾勒產(chǎn)）5—3＜1＜2*21*34＜0.074＜14*32*63不同粒徑藍(lán)晶石與紅柱石經(jīng)不同溫度煅燒后莫來石含量

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制磚工藝與高鋁磚的基本相同

原料為精料

硅線石和紅柱石精礦料可直接制磚，藍(lán)晶石不宜直接用來制磚。但通過對其粒度的調(diào)整，也可直接制磚。

天然硅線石族精料通常以細(xì)顆粒狀或粉狀料作為添加劑引入。

硅線石一般要求小于0.5mm，紅柱石可適當(dāng)放寬至小于2mm，藍(lán)晶石一般為0.147～0.074mm。

一般制品的燒成溫度為1350～1500℃（莫來石化轉(zhuǎn)變溫度＋體積效應(yīng)）。5.6.3硅線石質(zhì)制品生產(chǎn)工藝要點(diǎn)26思考：

將硅線石族礦物引入鋁硅系耐火材料中有何作用？

27將硅線石族礦物引入鋁硅系耐火材料中作用:

◆利用硅線石族礦物的莫來石化與二次莫來石過程而形成合理的顯微結(jié)構(gòu)。

→形成具有莫來石交錯網(wǎng)絡(luò)的顯微結(jié)構(gòu)，可提高鋁硅系耐火材料的性能。

◆由于大部分硅線石族礦物是經(jīng)過選礦的，因而其雜質(zhì)含量普遍低于高鋁礬土?！?/p>

液相量少◆利用硅線石族礦物加熱發(fā)生膨脹，以彌補(bǔ)制品加熱過程中的收縮，保證耐火材料砌體的體積穩(wěn)定性。

→→提高荷重軟化溫度與抗蠕變性。28編號硅線石加入量/%制品中Al2O3含量/%體積密度g/cm3耐壓強(qiáng)度MPa線變化率/%（1500℃，3h）荷軟點(diǎn)℃13564.52.4786＋0.14>170023065.52.5481＋0.06/32566.42.5578＋0.06>170042067.22.5370＋0.03/51568.02.5269＋0.03>1680添加硅線石精礦對制品性能的影響

29紅柱石量%制品中Al2O3%荷重軟化開始點(diǎn)，℃蠕變率,%（50h）1580.8216001400℃,≤－0.82078.0416301400℃,≤－0.82577.6717001450℃,≤－0.63076.77>17001450℃,≤－0.63574.67>17001500℃,≤－0.8添加紅柱石低蠕變磚的性能305.6.4硅線石質(zhì)制品性能優(yōu)良的高溫性能，尤其是荷重軟化溫度高，蠕變率低。項(xiàng)目H21H22H23H24H25H26H27N41耐火度，℃≥1850≥1850≥1850≥1825≥1790≥1790≥1770≥1750體積密度g/cm3≥2.60(≥2.55)≥2.70(≥2.65)≥2.45(≥2.40)≥2.40(≥2.35)≥2.34(≥2.30)≥2.30(≥2.25)≥2.20(≥2.15)≥2.15(≥2.10)顯氣孔率%≤21(≤24)≤22(≤24)≤19(≤22)≤23(≤24)≤24(≤25)≤24(≤25)≤24(≤25)≤24(≤25)耐壓強(qiáng)度MPa≥49(≥39.2)≥49(≥39.