巖相分析的內(nèi)容

第三章耐火材料巖相分析第一節(jié)巖相分析的內(nèi)容宏觀觀察：作為系統(tǒng)鑒定的一局部顏色：如果顏色較深，說(shuō)明有染色離子Fe，Ti，Cr等，燒成溫度高，那么顏色較深，反之色淺，氧化氣氛色深，復(fù)原性氣氛色淺。外表狀態(tài)：外觀觀察，外表平整，邊角整齊，一般為燒成良好，欠燒或過(guò)燒的制品強(qiáng)度低、性脆、易掉角、外表粗糙，有些變形扭曲的制品屬于過(guò)燒。斷面性狀：斷口平整，骨料顆粒與基質(zhì)充分燒結(jié)，說(shuō)明燒成良好，斷口過(guò)于光滑，由瓷化者屬于過(guò)燒；斷口粗糙，骨料與基質(zhì)界線清楚，顆粒凸出，且能拔出，一般為欠燒〔生燒〕，斷面裂紋呈層狀，屬于成型性能差。顯微觀察：主要了解骨料顆?！簿唷郴|(zhì)、氣孔和裂隙的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布，以及它們之間的相互關(guān)系。骨料的觀察〔晶相〕含量〔主晶相的名稱〕如：粒度大小對(duì)制品的性質(zhì)，影響不同。應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)顆粒大，強(qiáng)度差，易產(chǎn)生裂紋應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)顆粒小，結(jié)構(gòu)差，穩(wěn)定性差基質(zhì)的觀察所謂基質(zhì)就是骨料空隙的物質(zhì)，一般為細(xì)小的晶體或玻璃相，多為細(xì)粉局部組成。是耐火材料侵蝕的薄弱環(huán)節(jié)。氣孔、裂隙和裂紋的觀察主要觀察它們的形狀、大小和數(shù)量一般氣孔要少〔保溫除外〕，加速損毀過(guò)程，增加反響面。氣孔多：生燒，成型排氣差，玻璃化，那么為圓形。晶界裂紋說(shuō)明兩晶相膨脹系數(shù)相差較多。以上三者的分布關(guān)系晶體之間，顆粒與基質(zhì)之間，顆粒與顆粒之間，希望顆粒與顆粒直接結(jié)合，低熔點(diǎn)相少。使用后耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)觀察使用后的耐火材料或者是與鋼渣接觸、或者是與鋼水接觸、或者是與爐氣接觸，都可能對(duì)耐火材料產(chǎn)生一定程度的蝕損，之后使耐火材料遭到腐蝕、剝落等，由工作面到原磚產(chǎn)生一系列的變化。應(yīng)著重觀察下面幾點(diǎn)侵入是否涉及基質(zhì)局部，骨料局部渣的滲透性質(zhì)：層帶交代型侵入是否涉及基質(zhì)局部，骨料局部微裂紋侵入型或者兩者兼有之顆粒的結(jié)構(gòu)變化：顆粒形態(tài)和數(shù)量變化，有無(wú)相變或新相產(chǎn)生、有無(wú)晶體再大或融蝕，或從晶相中脫溶出新相來(lái)?；|(zhì)的變化：基質(zhì)中有新相產(chǎn)生或晶體長(zhǎng)大，玻璃相有無(wú)增加，遷移。氣孔的形態(tài)：大小形態(tài)，氣孔率的變化。裂紋的變化:有無(wú)增加或減少，有無(wú)定向。第二節(jié)耐火材料的巖相分析硅質(zhì)耐火材料：以SiO2為主要成分的耐火材料〔硅磚〕原料：硅石、石灰、鐵粉、紙漿廢液硅石結(jié)晶硅石—石英巖，成份較純，晶體大量顆粒狀，白或灰白硅石膠結(jié)硅石—石英砂巖，成份不如石英巖純，石英顆粒被膠結(jié)物包圍，膠結(jié)物是細(xì)晶體SiO2，硅酸鹽相等，白色或灰色?；瘜W(xué)組成:SiO2＞96%Al2O3，F(xiàn)e2O3，CaO，MgO，Na2O，K2O等二氧化硅的晶型轉(zhuǎn)化αα－石英870α－鱗石英1470α－方石英1723熔體△V=0.82%β－石英573β－鱗石英γ－鱗石英β－方石英石英玻璃急冷△V=0.28%163180～270△V=2.8%△V=0.1%△V=0.28%117由上表可知SiO2有八種變體，其中七種晶體，一種非晶體。橫向轉(zhuǎn)化—重建型轉(zhuǎn)化，溫度高，耗能大，慢轉(zhuǎn)化；縱向轉(zhuǎn)化—位移式轉(zhuǎn)化。溫度低，耗能少，快轉(zhuǎn)化。硅磚的生產(chǎn)原理：β－石英鱗石英方石英硅磚的礦物組成及化學(xué)組成化學(xué)組成〔重量%〕SiO295～98%Al2O30.5～2.5%Fe2O30.3～2.5%CaO0.2～2.7%R2O1～1.5%礦物組成〔重量%〕鱗石英20～80%方石英20～80%剩余石英3～15%30～70%10～65%玻璃相4～15%各組分含量的多少不但取決于原料純度，也取決于工藝過(guò)程，特別是燒成和礦化劑因素，希望鱗石英結(jié)構(gòu)多，剩余石英少，一定的玻璃相結(jié)合。硅磚的顯微結(jié)構(gòu)分析礦物相鱗石英：存在于基質(zhì)中。非均質(zhì)性，呈矛頭狀雙晶，交織成密集的網(wǎng)狀或者在大顆粒邊緣，形成反響環(huán)，分布較均勻。方石英：石英很容易轉(zhuǎn)化為方石英，方石英為均質(zhì)性，全消光，單偏光下，淡黃色，如果一塊方石英化的顆粒，裂紋多而密，呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，希望分布均勻些。剩余石英：〔分布不均勻〕未能轉(zhuǎn)化的石英，干預(yù)色高，一級(jí)黃白或灰白，裂紋粗而少，希望剩余石英越少越好，否那么在使用過(guò)程中重新轉(zhuǎn)化成鱗石英或方石英產(chǎn)生體積變化，引起砌筑體破壞，在方石英顆粒的中間，未接觸礦化劑。玻璃相：為均質(zhì)性，淡黃色，不規(guī)那么狀，其他雜質(zhì)的硅酸鹽熔融后，急冷或結(jié)晶成細(xì)小的晶體，為硅酸鹽相〔玻璃相〕。燒成良好的磚的特點(diǎn)鱗石英呈矛頭狀雙晶，互相穿插，形成網(wǎng)絡(luò)狀，均勻分布；方石英少，鱗石英量多，且無(wú)剩余石英〔盡量少〕；鱗石英周圍由礦化劑和雜質(zhì)等作用形成玻璃相及次要礦物；無(wú)裂隙，氣孔率低。燒成差的硅磚石英轉(zhuǎn)化不完全，具有較大的剩余石英顆粒，呈孤島狀分布，有寬大的裂紋；只在裂紋邊緣方石英化；鱗石英很少，外形模糊，彼此獨(dú)立存在。這種磚一般在燒成后，由于轉(zhuǎn)化不均勻，那么體積變化不均勻，易裂紋產(chǎn)生。分析：剩余石英顆粒多原因：①.工藝上可能欠燒，與燒成溫度不夠有關(guān)。②石英顆粒過(guò)大，不易轉(zhuǎn)化。鱗石英和剩余石英集中可能是由于礦化劑分布不均勻引起。使用后的硅磚硅磚使用后，相當(dāng)于二次燒成，同時(shí)由于爐渣和爐氣的高溫作用，工作層與原磚相比有許多變化。從工作層向內(nèi)分為四個(gè)帶：第一層為方石英帶:由于這一帶顏色發(fā)灰又叫灰色帶，以方石英為主，并呈蜂窩狀，無(wú)剩余石英，因?yàn)檫@一層溫度最高，易生成方石英。第二層為反響帶：由于這一層顏色發(fā)黑，又叫黑色帶，以粗大的矛頭狀鱗石英為主，局部為方石英及其它礦物，因?yàn)檫@一層與工作面接觸較近，侵入雜質(zhì)多〔礦化作用〕，形成鱗石英。第三層為過(guò)渡帶：由于這一帶顏色為棕色，又叫棕色帶，鱗石英的再結(jié)晶作用不如第二層明顯，鱗石英與方石英共存，其它礦物與原磚相比鱗石英多些，方石英也多些，一般無(wú)剩余石英。第四層為未變帶：這一帶既是原磚層，其顯微結(jié)構(gòu)無(wú)明顯變化，原磚中的鱗石英和方石英為主，少量剩余石英及其它礦物。粘土質(zhì)耐火材料以耐火粘土為主要原料制成的耐火材料〔粘土磚制品〕原料：粘土熟料〔熟料〕，軟質(zhì)粘土，半軟質(zhì)粘土，紙漿。粘土熟料特級(jí)＞粘土熟料一級(jí)≥1730二級(jí)＞1670三級(jí)＞1610化學(xué)組成：SiO2，Al2O3TiO2，F(xiàn)eO，F(xiàn)e2O3，CaO，MgO，Na2O，K2O等礦物組成：高嶺石云母，石英，黃鐵礦，金紅石，方解石，石膏等。生產(chǎn)原理：高溫高溫煅燒高嶺石莫來(lái)石，方石英，玻璃相Al2O3·2SiO2·2H2O粘土磚的礦物組成及化學(xué)組成化學(xué)組成：SiO2，Al2O3Fe2O3，TiO2，CaO，MgO，Na2O，K2O等，無(wú)FeO，無(wú)H2O，無(wú)S礦物組成：莫來(lái)石〔A3S2〕25～50%方石英〔石英〕30%玻璃相25～60%氣孔等15～30%粘土磚的顯微結(jié)構(gòu)分析粘土磚的薄片在鏡下觀察不像硅磚那樣，清楚，晶體幾乎看不出來(lái)，只能看見(jiàn)熟料顆粒和基質(zhì)局部，其余為氣孔。熟料顆粒褐色或暗褐色，灰色，棱角狀或渾圓狀顆粒，高倍鏡下或電鏡下，可見(jiàn)細(xì)針狀莫來(lái)石或微晶莫來(lái)石，少量石英，顆粒周圍被玻璃相隔開(kāi)，呈孤島狀分布?；|(zhì)基質(zhì)中有莫來(lái)石，方石英和玻璃相，玻璃相為均質(zhì)性，莫來(lái)石和方石英較分散，量也少。氣孔較多，多為貫穿氣孔過(guò)燒，氣孔渾圓狀物貫穿氣孔—保溫，隔熱磚，輕質(zhì)粘土。使用后的變化粘土磚使用后，相當(dāng)于又燒一次，且溫度較高，與過(guò)燒的粘土磚相似。玻璃相增加，莫來(lái)石晶體長(zhǎng)大，氣孔多見(jiàn)渾圓狀，封閉氣孔，其它成份隨條件不同而不同。高鋁磚的顯微結(jié)構(gòu)分析鋁含量較低，在鏡下看到由礬土熟料，顆粒和基質(zhì)組成。礬土熟料顆粒呈角礫狀，淡黃色或米黃色〔外觀〕，顆粒中有粒狀，短柱狀剛玉，針狀微晶莫來(lái)石或它們的細(xì)小晶體的聚集體，呈微弱的偏光效應(yīng)。此外還有無(wú)色的玻璃相，包圍著小晶體，及少量石英顆粒?；|(zhì)中主要是微晶莫來(lái)石和隱晶質(zhì)的鋁硅酸鹽相〔玻璃〕。從礦物組成觀察二軸晶正光性的莫來(lái)石〔平行消光，正延性〕：針狀微晶，存在于顆粒中和基質(zhì)中，有些聚集體不顯光性，但顯微弱的偏光效應(yīng)。一軸晶負(fù)光性的剛玉〔負(fù)延性，平行對(duì)稱消光，六方板狀〕：粒狀，短柱狀，存在于顆粒中，有些被玻璃相包圍。玻璃相：主要存在于基質(zhì)中，充填在顆粒周圍，但在顆粒中也有少量。石英：極少量存在于顆粒中，分布不均勻。高鋁磚使用后的變化以電爐頂磚為例，高鋁磚用后可分為三帶反響帶：靠近工作面，主要是尖晶石〔MA〕，鈣鎂橄欖石〔CMS〕，鈣長(zhǎng)石，鎂鋁榴石，內(nèi)側(cè)MgO侵入少，粗大，剛玉晶體，較大顆粒的莫來(lái)石和玻璃質(zhì)，液相反響為主。過(guò)渡帶：較大晶體的莫來(lái)石和剛玉〔結(jié)晶再長(zhǎng)大〕，玻璃相減少，更致密，保護(hù)鋼渣不再繼續(xù)侵入。未變層：原磚層，細(xì)小莫來(lái)石晶體，剛玉，玻璃相，少量石英。工藝分析：電爐頂遇到補(bǔ)爐料MgO，CaO等，共熔點(diǎn)降低，熔煉完后結(jié)晶，析出晶體與玻璃相，幾個(gè)周期后，不斷向磚內(nèi)侵入，未變帶變成過(guò)渡帶，逐漸損毀。四.鎂質(zhì)耐火材料的巖相分析以氧化鎂為主要成份的耐火材料為鎂質(zhì)耐火材料主要制品有普通鎂磚主要制品有鎂鉻磚鎂鋁磚鎂碳磚鎂鈣磚〔一〕.普通鎂磚1.原料：燒結(jié)鎂砂，電熔鎂砂，海水鎂砂①菱鎂礦：MgCO3，結(jié)晶質(zhì)的菱鎂礦較純潔，晶粒也較大。雜質(zhì)：白云石，方解石，滑石，石英，綠泥石，褐鐵礦菱鎂礦菱鎂礦經(jīng)高溫煅燒鎂砂低于1000℃1600℃MgCO3△MgCO3△MgO+CO2↑較純的燒結(jié)鎂砂，顆粒粗大，解理發(fā)育，雜質(zhì)少。渾圓狀顆粒晶體，由于含鐵顏色發(fā)黃或褐〔顏色深〕。不同的雜質(zhì)成份對(duì)鎂砂的主要物相和高溫性質(zhì)有不同的影響。雜質(zhì)主要是CaO和SiO2，不同CaO/SiO2比，生成雜質(zhì)礦物相不同CaO/SiO2＜2，生成CMS和C3MS2低熔相CaO/SiO2＞2，生成C2S和C3S高熔相③電熔鎂砂：燒結(jié)鎂砂，電弧爐中熔煉，2000℃電熔鎂砂結(jié)晶發(fā)育完善，雜質(zhì)少，晶粒呈多邊形粒狀，解理發(fā)育。由于它的純度較高，晶形又好，現(xiàn)在應(yīng)用很廣，但造價(jià)高，用于制造高級(jí)鎂質(zhì)耐火材料。2.鎂磚的化學(xué)組成與礦物組成鎂磚的化學(xué)組成與其原料一樣，主要有MgO雜質(zhì)：CaO，SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3它的礦物組成與雜質(zhì)含量的相對(duì)多少有關(guān)，即與CaO/SiO2比有關(guān)。CaO/SiO2比主要礦物相＞2M，C2S，C4AF，MF，當(dāng)F/A＜1CF/A＞1C=2M，C2S，MF，MA2～1.5M，C2S，C3MS2，MF，MA=1.5M，C3MS2，MF，MA1.5～1M，CMS，C3MS2，MF，MA=1M，CMS，MF，MA＜1M，CMS，M2S，MF，MA3.鎂磚的顯微結(jié)構(gòu)分析方鎂石〔M〕：主晶相，渾圓狀，多邊形粒狀顆粒，無(wú)色或淡黃色，均質(zhì)性；硅酸二鈣〔C2S正光性〕，粒狀，鎂橄欖石〔M2S正光性〕，干預(yù)色較高，鈣鎂橄欖石〔CMS負(fù)光性〕，干預(yù)色較低；它們均存在于基質(zhì)中，非均質(zhì)性，但干預(yù)色，光性不同；鎂鋁尖晶石〔MA〕：存在于基質(zhì)中，均質(zhì)性，無(wú)色，干預(yù)色高級(jí)白，凸起較高；鐵酸鎂〔MF〕：存在于方鎂石顆粒中間，由于MgO與Fe2O3的固溶與脫溶從方鎂石晶粒中析出，呈樹(shù)枝狀；燒成較好的鎂磚有如下特征：方鎂石顆粒大小均勻〔粒狀，渾圓狀，長(zhǎng)柱狀，鑲嵌結(jié)構(gòu)〕；晶體輪廓清楚〔雜質(zhì)少，基質(zhì)少〕；解理發(fā)育良好〔一般一組或二組〕；孔隙很少〔致密〕；MgO之間膠結(jié)結(jié)構(gòu)少，且分布均勻〔硅酸鹽少，雜質(zhì)少〕。4.鎂質(zhì)耐火材料使用后的變化鎂質(zhì)材料使用后的大致分為如下幾帶：工作帶、過(guò)渡帶、未變帶工作帶：顏色最深，鐵酸鎂量增加，有的能見(jiàn)金屬鐵粒，黑褐色或黑色，體積膨脹使工作帶致密，硅酸鹽受擠壓向內(nèi)遷移，方鎂石重結(jié)晶，但內(nèi)部液相增加。過(guò)渡帶：黃棕色，黃褐色，存在MgO—FeO固溶體和硅酸鹽相增加未變帶：與原磚相同〔二〕.鎂鉻質(zhì)耐火材料的巖相分析原料：鎂砂，鉻鐵礦鉻鐵礦：主要成份是Cr2O3，F(xiàn)e2O3，含有雜質(zhì)礦物—MgO，Al2O3，F(xiàn)e2O3等，與之形成尖晶石類礦物，致密塊狀，比重較大，顏色發(fā)黑，SiO2是有害雜質(zhì)。鎂鉻質(zhì)耐火材料的礦物組成及化學(xué)組成主晶相：方鎂石M〔顆?！炒尉啵夯|(zhì)中鎂鉻尖晶石〔MK〕，鉻鐵礦〔FK〕，鎂橄欖石〔M2S〕，鈣鎂橄欖石〔CMS〕，有時(shí)有鎂薔薇輝石〔C3MS2〕，鐵酸鎂〔MF〕?；瘜W(xué)組成：MgO，Cr2O3，F(xiàn)e2O3，CaO，SiO2等。顯微結(jié)構(gòu)分析方鎂石：主晶相，顆粒狀，黃色或淡黃色，均質(zhì)性。其它相：MCr〔晶內(nèi)，晶間，紅色〕，CrFe〔黑色〕，CMS，M2S，存在于基質(zhì)中，非均質(zhì)性。鎂鉻質(zhì)耐火材料使用后的變化鎂鉻質(zhì)耐火材料在性能上比普通鎂磚好，耐侵蝕性能好，損毀機(jī)理與鎂磚類似。分為三個(gè)帶：工作帶：Fe2O3〔形成MF〕增加，而MgO和Cr2O3相對(duì)減少，富含鐵酸鎂包裹體的方鎂石，顏色加深，晶間可見(jiàn)尖晶石。過(guò)渡帶：CaO與SiO2含量增加，也可見(jiàn)鐵酸鎂〔MF未反響的鐵鉻礦〕包裹體，硅酸鹽增加，CMS，M2S均有晶體長(zhǎng)大，分布于方鎂石的晶間。未變帶：與原磚相同?！踩?鎂鋁質(zhì)耐火材料原料：燒結(jié)鎂砂，工業(yè)氧化鋁或高鋁礬土〔級(jí)別較高〕。鎂鋁質(zhì)耐火材料的礦物組成及化學(xué)組成：方鎂石〔M〕，鎂鋁尖晶石〔MA〕，鎂橄欖石〔M2S〕，鈣鎂橄欖石〔CMS〕，鐵酸鎂〔MF〕等?；瘜W(xué)組成：MgO，Al2O3，CaO，SiO2，F(xiàn)e2O3等顯微結(jié)構(gòu)分析主晶相還是方鎂石，基質(zhì)中主要結(jié)合相為鎂鋁尖晶石〔MA〕，少量鐵酸鎂存在于方鎂石中，少量CMS，M2S分布于晶間，MgO與MA為均質(zhì)性，CMS，M2S為非均質(zhì)性。MA與MgO一樣為等軸晶系，熱膨脹系數(shù)大小相同，熱震穩(wěn)定性好，而CMS，M2S為各向異性的，容易產(chǎn)生應(yīng)力，MA尖晶石不降低鎂磚的耐火度。鎂鋁磚使用后的變化與鎂鉻磚相似，鎂鋁磚使用后也分為三個(gè)層帶工作帶：Fe2O3含量升高，所以MF大量析出，顏色最深，方鎂石結(jié)晶長(zhǎng)大；過(guò)渡帶：淺黃色，CaO，SiO2含量增加，CMS，C3MS2大量聚集；未變帶：與原磚相同。〔四〕.鎂碳質(zhì)耐火材料的巖相分析原料：電熔鎂砂，燒結(jié)鎂砂，石墨，樹(shù)脂，瀝青。最大弱點(diǎn)易氧化石墨晶質(zhì)石墨—鱗片狀最大弱點(diǎn)易氧化土狀石墨—塊狀，土狀鱗片狀石墨要求：C＞95%，灰分越少越好，雜質(zhì)SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，TiO2，CaO，MgO，K2O，Na2O等。金屬鋁粉，硅粉或者鋁，硅同時(shí)參加，防止C氧化。鎂碳磚的礦物組成及化學(xué)組成礦物組成：方鎂石石墨，無(wú)定形碳，瀝青，樹(shù)脂，夾雜礦物與鎂磚相同，隨C/S比變化，M2S，CMS，C3MS2，MF等化學(xué)組成：與原料