三氧化二铝二氧化硅耐火材料.ppt

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1、3/4/2023,1,第四节 Al2O3-SiO2系耐火材料,本章重点：Al2O3-SiO2二元系统 结晶效应 杂质对Al2O3-SiO2二元系统的影响 玻璃效应 Al2O3-SiO2系制品的生产工艺 Al2O3-SiO2系制品的性能,Refractories of Al2O3-SiO2 system,3/4/2023,2,耐火材料的发展,手工制品 普通耐火材料制品“三高”耐火材料制品 不定形耐火材料，碳复合耐火材料 功能化耐火材料,3/4/2023,3,文革时期（1966-1976年）:,条件：碱性转炉炼钢，连铸“三高”耐火材料制品（白云石/MgO-CaO砖、镁铬砖、镁铝砖、镁砖等），熔融石

2、英长水口，高铝质浸入式水口。直接结合,改革开放时期（1977-1999年）:,条件：连铸比，精炼比宝钢国家攻关“耐火材料”不定形耐火材料（法国）：浇注料、喷补料、涂（抹）料、捣打料、振动料、火泥等。碳复合耐火材料（日本）：MgO-C、MgO-CaO-C、Al2O3-C、Al2O3-ZrO2-C、Al2O3-MgO/MgAl2O4-C、Al2O3-SiC-C等。,3/4/2023,4,六五：石墨，酚醛树脂、镁碳砖、白云石碳砖等；七五：合成莫来石、镁铝尖晶石、铝碳砖、Al2O3-SiC-C浇注 料等；八五：合成锆莫来石、镁白云石、低蠕变热风炉砖、Al2O3-ZrO2-C滑板、转炉喷补料等；九五：钢

3、包浇注料、中间包涂料等；十五：超纯净钢冶炼用关键耐火材料开发；十一五：从攀钢钒钛渣中提取金属钛研究。,国家攻关（武科大）,3/4/2023,5,条件：洁净钢、环保、节能、资源可持续发展 功能化耐火材料 连铸“三大件”不定形预制件 冶金辅料 投资较大，技术含量较高，附加值较大。,新时期（2000年-）,3/4/2023,6,塞棒 长水口 浸入式水口 钢包滑板，中间包滑板 不烧，浇注。,连铸“三大件”及滑板水口,不定形预制件,不同部位采用不同材质和档次材料；工艺可严格控制（搅拌时间、水量/水温、振动 时间、养护条件、脱模方式/时间、烘烤制等）；不同结构和形状；添加超大颗粒等。,3/4/2023,7

4、,挡渣墙 冲击板/湍流控制器 水口/透气水口 过滤器 气幕挡墙砖,中间包系列预制件,钢包系列预制件,粘土砖高铝砖水玻璃结合铝镁浇注料微膨胀不烧/轻烧高铝砖铝镁/尖晶石碳砖，矾土-尖晶石浇注料，高纯铝镁质浇注料不定形预制块 包壁/包底预制块 冲击板 透气砖及座砖 水口及座砖 低碳MgO-C砖,3/4/2023,8,脱硫喷枪 电炉顶炉盖 出铁沟 冶金辅料 钢包覆盖剂 钢包改质剂 中间包覆盖剂 结晶器系列保护渣,其它预制件,3/4/2023,9,我国是钢铁生产大国，也是耐火材料需求大国。全国仅冶金企业年耗耐火材料价值就达300多亿元 耐火材料资源消耗大 耐火材料能源消耗大 耐火材料污染大,我国是耐火

5、材料大国，但不是耐火材料强国,加强耐火材料应用基础研究（体系）Al2O3-SiO2系耐火材料 碳复合耐火材料 碱性耐火材料 非氧化物耐火材料,3/4/2023,10,Al2O3-SiO2系耐火材料,分类 硅质、硅酸铝质、刚玉质 硅质SiO2 硅酸铝质 Al2O3,SiO2 刚玉质Al2O3应用 冶金工业（高炉、热风炉、蓄热室、加热炉 均热炉、退火炉及铸锭系统等）、建材工业、机械工业、石油化工工业、动力工业以及轻 工等。,3/4/2023,11,4.1 Al2O3-SiO2二元系相平衡,3/4/2023,12,Al2O3-SiO2系耐火材料的分类和主要矿物组成,3/4/2023,13,SiO2A

6、12O3系组成与耐火度间的关系,3/4/2023,14,几种Al2O3-SiO2系制品的荷重软化变形温度,3/4/2023,15,4.2 硅酸铝质耐火材料,4.2.1莫来石,Al2O3 71.877.3wt%,-莫来石-莫来石-莫来石,3/4/2023,16,莫来石性质,熔点较高（1910）密度低（3.16g/cm3）导热率低（1000，=13.8KJ/mhk）线膨胀较小（201000，=5.310-6K-1）杨氏模量为230GPa左右 化学性质稳定 高温力学强度优良 结晶习性（长柱状、针状）结构特征,3/4/2023,17,氧的电价不平衡，致使莫来石矿物不稳定,离子半径0.7埃，可以占据莫来

7、石晶格中的空位；离子半径0.7埃，则使晶格膨胀，在离子半径较大的碱或碱土族化合物作用下将促使莫来石分解。,4.2.2 杂质氧化物对高铝制品性能的影响,TiO2、Fe2O3、CaO、MgO 及R2O 等,3/4/2023,18,SiO2-A12O3-TiO2系,3/4/2023,19,1）Al2O3-B-AT 2）AT-C-SiO2 3)平行四边形ABCD,固化温度1727（P1）凝聚相为刚玉、AT、莫来石B固化温度1480（P2）凝聚相为AT、SiO2、莫来石C莫来石,4)Al2O3-A-B 5)AT-B-C 6）SiO2-D-C,凝聚相为莫来石、刚玉凝聚相为莫来石、AT凝聚相为莫来石、SiO

8、2,3/4/2023,20,我国高铝砖TiO2 1.54.0%，粘土砖和半硅砖TiO21%左右，因此，如只考虑A12O3、SiO2和TiO2三成分，硅酸铝制品的组成点分别落在SiO2DC、A12O3AB和A12O3ATB三角形和莫来石固溶区ABCD之内。作业：1)Al2O3含量88%的煅烧矾土中0.16%TiO2，TiO2 存在方式？2)在硅酸铝质制品中哪个砖种才会出现AT相？,3/4/2023,21,Al2O3SiO2K2O系统,河南矾土原料中含 K2O高，一般为0.5%2.0%,K2O也是粘土砖和半硅砖的主要杂质。,3/4/2023,22,Al2O3SiO2K2O系统相图,SiO2-A3S

9、2（1595）SiO2-A3S2-KAS4（985）T=610 较大Al2O3-A3S2（1840）Al2O3-A3S2-KAS4（1315）T=525 较小,3/4/2023,23,举例,1 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 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、D砖液相约为A砖、C砖的2.2倍。,3/4/2023,24,Al2O3SiO2氧化铁系统,1 为什么要避

10、免“黑心”砖出现？2 为什么要磁选？控制氧化铁含量？,不同气氛下Al2O3SiO2氧化铁系统相图,3/4/2023,25,比较,还原气氛 SiO2-A3S2(1595)SiO2-A3S2-2FeO2Al2O35SiO2(1210)T=385,氧化气氛 SiO2-A3S2(1595)SiO2-A3S2-Fe2O3Al2O3(1380)T=215,3/4/2023,26,比较,还原气氛 Al2O3-A3S2(1840)Al2O3-A3S2-FeOAl2O3(1380)T=460,氧化气氛 Al2O3-A3S2(1840)Al2O3-A3S2-Fe2O3Al2O3(1460)T=380,3/4/20

11、23,27,Al2O3SiO2氧化铁系统,1 硅酸铝耐火材料不宜在还原气氛下烧成和使用。“黑心”砖中氧化铁含量应尽可能的低。2 抵抗氧化铁侵蚀的能力，Al2O3SiO2比大于莫来石组成的高铝砖优于Al2O3SiO2比较莫来石组成低的高铝砖、粘土砖和半硅砖。,3/4/2023,28,Al2O3SiO2Na2O系统,用于玻璃窑的粘土砖，在 Na2O的作用下，往往形成 霞石和刚玉，存在于玻璃 结石之中。SiO2-A2S3(1595)SiO2-A2S3-NAS6(1050)Al2O3-A2S3-NAS6(1104)Al2O3-NAS6-NAS2(1063),3/4/2023,29,Al2O3SiO2M

12、gO系统,优质粘土砖：Al2O3 46%吸收2%MgO,1500形成液相量L=(A-A3S2)100%/(a-A3S2)60%,3/4/2023,30,Al2O3SiO2CaO系统,当材料的组成点在莫来石初晶区内，形成钙斜长石(CAS2)莫来石鳞石英间的共熔点1(1345)，其熔液相量达10%左右。当温度升高到1500时，液相量增到3l.2。,3/4/2023,31,杂质氧化物对二元混合物无变点的影响,3/4/2023,32,无变点降低顺序,SiO2-莫来石组合 K2ONa2OFeOCaOFe3O4MgOTiO2 莫来石-Al2O3组合 Na2OK2OFeOFe3O4CaOMgOTiO2,3/

13、4/2023,33,4.2.3粘土质耐火材料,3/4/2023,34,粘土原料 定义：沉积矿床或铝硅酸盐岩石风化土状矿物 耐火粘土：耐火度1580 按耐火度分：特级、一级、二级、三级 种类：1）硬质粘土 沉积矿床（时间长）、致密水中不分散，可塑性差熟料,2）软质粘土（半软质粘土、可塑粘土）沉积矿床（时间短）、松散水中分散，可塑性好结合剂,4.2.3粘土质耐火材料,山东淄博地区的硬质粘土含有较低的杂质成分焦宝石,3/4/2023,35,我国部分地区硬质粘土技术标准,3/4/2023,36,软质及半软质粘土技术条件,3/4/2023,37,化学矿物组成 主要化学成分：Al2O3、SiO2 主矿物（

14、主晶相）：高岭石(高岭石族、蒙脱石族、叶腊石族、水云母族）次矿物（次晶相）：石英、铁化合物、有机物等,Al2O3含量及Al2O3SiO2比值愈接近高岭石矿物的理论值 粘土纯度，质量。,Al2O3SiO2比值，粘土耐火度，粘土烧结熔融范围 越宽。,3/4/2023,38,分布 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、广西、江苏、浙江等地也有优质的高岭土矿物。,3/4/2023,39,粘土可能有的矿物组成,3/4/2023,40,耐火粘土的工艺特性 分散性 结合性 烧结性 可塑性 粘土的矿物组成和颗粒组成。,（1）分散性,分散程度：颗粒组成或比表面积 粘土属

15、于高分散性物质，一般不大于10微米。粘土的工艺性质主要取决于小于2微米颗粒的数量。,粘土的分散度等级与在水中的分散性,3/4/2023,41,（2）可塑性 表示方法：塑性指数和塑性指标 塑性指数法：粘土显可塑状态时的水量上限和下限之差含(水量 变化的范围）的间接指数值来衡量其强弱的方法。塑性指标法：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(变形力)与应变(变形的程度)的乘积来表示其可塑性程度的一种方法。,3/4/2023,42,高岭石（Al2O32SiO22H2O）,白色，结构相同的单元层束，每层束由二层组合，上层为水铝氧层，下层为硅氧层，层内为离子键和共价键，层间为氧

16、离子连接。,3/4/2023,43,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；细磨以增加其分散度；加入适量塑性物质结合剂（如亚硫酸纸浆废液等）；真空处理；困料。,（3）结合性 粘土分散程度，比表面积，结合性。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。,3/4/2023,44,（4）粘土的烧结性 高岭石的加热变化 Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO2+2H2O（450550）Al2O32SiO2 Al2O3（无定形）+2SiO2（无定形）Al2O3（无定形）-Al2O3（结晶型）（930960）3-Al2O3+6SiO2（无定形）A3S2+4SiO2（

17、无定形）SiO2（无定形）SiO2（方石英）（12501300）（一次莫来石）1200 主要为莫来石长大，至1500 1600结束，方石英成玻璃相。,3/4/2023,45,3/4/2023,46,杂质的影响 熔剂作用 Fe2O3、TiO2 促进莫来石化；CaO、R2O 抑制莫来石化、分解。杂质数量和种类决定烧结机制 液相烧结（粘滞流动烧结）高硅玻璃 硬质粘土 A，T 软质粘土 A，T 如R2O，T 煤质粘土或含有机物较多，孔隙多，烧结困难,3/4/2023,47,硬质粘土熟料技术要求（YB221182）,3/4/2023,48,定义：粘土Al2O33048%分类：普通粘土砖 全生料粘土砖 多

18、熟料粘土砖 高硅粘土砖,粘土砖的生产工艺要点,3/4/2023,49,3/4/2023,50,混练方法：1)结合粘土熟料干混水混合 2)熟料水或泥浆结合粘土混合 3)细颗粒熟料结合粘土共磨已润湿的粗粒料混合,快速干燥制度,1）干燥介质进口温度：标、普型砖150200，异型砖 120160；2）废气排出口温度：7080；3）砖坯残余水分：2%；4）干燥时间：1624小时。,原料选择及加工,结合粘土,3/4/2023,51,粘土制品的性质 抗酸性熔渣侵蚀（SiO2）高温性能差（无A3S2骨架）数量(50%)、结晶 大小 措施 多熟料配比及混合细磨工艺；尽可能提高基质中Al2O3含量，使基质中Al2

19、O3/SiO2 比接近莫来石组成，即提高基质纯度；引入外加物，增大液相粘度；控制烧成温度。,3/4/2023,52,高铝矾土原料 高铝矾土（又称铝土矿、矾土、铝矾土、矾石）分布：山西（阳泉、孝义、太原），河北（唐山、古冶），河南（巩义、新密、泌阳、登封）以及贵州等地。,4.2.4 高铝质耐火材料,定义：高铝矾土熟料结合粘土，A12O3不低于48%。,按A12O3含量分：I等，75；II等，6075；III等，4860%。,3/4/2023,53,1）致密状：矿石光滑、细腻，断面均匀；有的组成矿物以 水铝石（细晶质到隐晶质）为主，有的以高岭 石或叶腊石为主。2）多孔状：多为纯水铝石构成，结构十分

20、疏松。水铝石一 般都较粗大，有时在孔洞中填有其它矿物，如 金红石或石英等。3）鲕状：结构特别复杂。4）粗糙状：断面粗糙，略显疏松，但均匀。矿石主要成分 为水铝石和高岭石，二者含量相近。,构造,3/4/2023,54,化学矿物组成及分类,3/4/2023,55,耐火材料用铝矾土（生料）的等级划分,3/4/2023,56,水铝石高岭石类(D-K型)铝矾土的分类及特征,3/4/2023,57,高铝矾土的加热变化,分解阶段；莫来石化阶段；重结晶烧结阶段。,分解阶段：,-Al2O3H2O-Al2O3+H2O（400-600）Al2O32SiO22H2OAl2O32SiO2+2H2O（600左右）3（Al

21、2O32SiO2）3Al2O32SiO2+4 SiO2（980左右）3-Al2O3+2SiO23Al2O32SiO2（1200-1500）V+10%二次莫来石化,3/4/2023,58,3/4/2023,59,不同等级铝矾土的烧结情况,3/4/2023,60,相同点：高铝制品的生产工艺流程与多熟料粘土质制品生产 工艺流程相似。不同点：二次莫来石化反应。,高铝质耐火制品的生产工艺要点,减轻二次莫来石化反应措施：（1）熟料的严格拣选分级（2）合理选择结合剂的种类和数量 结合粘土尽可能少加（510%）用生矾土细粉代替结合粘土 用高铝矾土和结合粘土粉按比例配合,3/4/2023,61,（3）熟料的邻级

22、混配和氧化铝含量高的熟料以细粉形式加入（4）合适的颗粒组成 适当增加细粉数量（4550%）适当增大粗颗粒的尺寸和数量 部分熟料和结合粘土共同细磨 共磨时熟料和粘土混合料中的A12O3SiO2重量 比应略大于2.55。（5）适当提高烧成温度（级矾土熟料）,3/4/2023,62,性质：,高铝砖中A12O3含量和荷重软化温度关系,、等矾土煅烧后的玻璃相组成,3/4/2023,63,高铝制品的热震稳定性比粘土砖差,I、等高铝砖比等高铝砖更差些,高铝制品的抗渣性随制品中A12O3含量增多和液相量的减少而有所提高。,提高原料纯度，改变基质的化学矿物组成，减少玻璃相数量，调整玻璃相成分，是提高制品的高温结

23、构强度、热震稳定性及抗渣性的关键。,高炉用硅线石砖、红柱石砖、蓝晶石砖、热风炉用低蠕变高铝砖、高荷软高铝砖、高热震高铝砖以及水泥窑和电炉顶用优质磷酸盐结合高铝不烧砖等。莫来石砖、莫来石刚玉砖和刚玉莫来石砖等。,3/4/2023,64,4.2.5 硅线石质耐火材料,蓝晶石：印度、美国、加拿大和巴西，河南隐山、江苏、河北、山西、新疆、四川、辽宁、吉林、安徽等。硅线石：印度、澳大利亚、美国和朝鲜、黑龙江鸡西、河南南阳、河北、陕西、新疆、河南等。红柱石：南非、法国和俄罗斯，河南西峡、陕西眉县、辽宁、新疆等。,定义：部分硅线石族矿物原料硅线石砖、红柱石砖或蓝晶石砖。,硅线石族矿物原料,3/4/2023,

24、65,Al2O3SiO2 Al2O362.92 SiO237.08%,3/4/2023,66,热膨胀性能,3/4/2023,67,影响分解或膨胀性的因素：矿物本身结构 矿物纯度 矿物粒度大小 蓝晶石粒度0.2mm，膨胀小且无明显差异；粒度0.2mm，膨胀大且差异大。硅线石粒度 0.088mm，1400开始分解,1700完全莫来石化；粒度 0.088mm，分解温度提高100，1700尚有残余硅线石。红柱石0.15mm，1500均莫来石化。,3/4/2023,68,蓝晶石的热膨胀曲线 硅线石热膨胀曲线,3/4/2023,69,红柱石精矿 红柱石粗晶体,红柱石的热膨胀性,3/4/2023,70,制砖

25、工艺与高铝砖的基本相同 原料为精料 硅线石和红柱石精矿料可直接制砖，蓝晶石不宜直接 用来制砖。但通过对其粒度的调整，也可直接制砖。天然硅线石族精料通常以颗粒状或粉状料引入(石英 颗粒和氧化铝)。硅线石一般要求小于0.5mm，红柱石可适当放宽至小 于2mm，蓝晶石一般为0.1470.074mm。一般制品的烧成温度为13501500（莫来石化转变 温度体积效应）。,生产工艺要点,3/4/2023,71,添加硅线石精矿对制品性能的影响,3/4/2023,72,添加红柱石低蠕变砖的性能,3/4/2023,73,性能,优良的高温性能，尤其是荷重软化温度高，蠕变率低。,热风炉用低蠕变砖的技术指标要求（日本

26、）,3/4/2023,74,硅线石质耐火制品的理化指标（中国）,3/4/2023,75,合成莫来石原料 纯天然原料低铝莫来石、中铝莫来石、高铝莫来石 工业原料与天然原料组合高铝莫来石天然原料：高铝矾土、三石、焦宝石、高岭土、蜡石及硅石。工业原料：工业氧化铝、氢氧化铝等。,4.2.6 莫来石质耐火制品,定义：人工合成莫来石，Al2O3 48%90%,分类：低莫来石质、莫来石质、莫来石刚玉质和刚玉莫 来石质。,3/4/2023,76,烧结法：（16501700）干法：配料干磨压球烧成 湿法：配料湿磨料浆压滤/真空挤泥泥饼烧成 影响莫来石质量的主要工艺因素：原料的纯度 原料结构特性及分散度（，8m)

27、煅烧温度,合成工艺,3/4/2023,77,莫来石物理性能与烧成温度的关系,1莫来石量；2显气孔率；3体积密度,3/4/2023,78,莫来石-高硅氧玻璃合成料：,晶相莫来石+非晶相高硅氧玻璃(SiO2),美国佐治亚粘土公司,Mulca,英国瓷土公司,Molokite,3/4/2023,79,结构特征：针状、纤维状、柱状，网络交叉，不含石英和刚玉。,3/4/2023,80,分类：高R2O杂质含量（0.2%2.0%）低R2O杂质（0.2%）,特性：高温下，玻璃相转变为高粘度的液相，对高温 性能有利；低温下，由于高硅氧玻璃的热膨胀系数低，有 利于提高材料的热震稳定性。,3/4/2023,81,不同

28、原料制备的莫来石一高硅氧玻璃材料,3/4/2023,82,电熔莫来石从熔体中冷却析晶过程与Al2O3-SiO2系统相图的析晶过程相似。当配合料的Al2O3高于莫来石中的理论组成71.8%时，形成溶有过剩Al2O3的莫来石固溶体即-莫来石。只有Al2O380%时才会出现刚玉相。电熔莫来石的矿相组成：莫来石晶体和玻璃相。,配料熔融冷却,电熔法：,烧结莫来石：晶粒小，缺陷多热震电熔莫来石：晶粒大、缺陷少高温力学性能和抗侵蚀性,3/4/2023,83,电熔莫来石的理化指标,3/4/2023,84,全天然铝矾土精矿烧结莫来石,3/4/2023,85,莫来石的技术条件,3/4/2023,86,全天然电熔莫

29、来石,全天然烧结莫来石,3/4/2023,87,3/4/2023,88,烧结莫来石制品的生产工艺与高铝制品的生产工艺相似。颗粒料：合成莫来石熟料4555 细粉：合成莫来石熟料，或白刚玉、石英粉及“纯净”粘土等配成与莫来石组成相当的混合粉料。5545,莫来石质制品生产工艺要点,烧结法合成莫来石制品和熔铸法合成莫来石制品。,3/4/2023,89,烧成温度：15501600（电熔料，T1700）烧成气氛：莫来石在1370以上的还原气氛下将会发生分解，部分SiO2变为气态的SiO离开砖体。当温度高于 1650时，即使不是还原气氛而在较低的氧分压下，莫来石也会分解。燃烧温度及气氛直接影响莫来石砖的烧成

30、。,3/4/2023,90,高温抗折强度：烧结莫来石制品电熔莫来石制品体积稳定性、抗蠕变性：电熔莫来石制品，莫来石制品高铝砖抗侵蚀能力：电熔莫来石砖烧结莫来石砖抗酸性及低碱度熔渣侵蚀：莫来石制品镁质制品 莫来石砖在1450以上时不宜与碱性物质接触，否则莫来 石就会分解。,性能：,耐火度高，荷重软化温度高、高温蠕变率低，优异的抗热震性能、耐渣侵蚀性能，高剪切模量等。,3/4/2023,91,烧结莫来石砖的理化指标,3/4/2023,92,电熔莫来石砖的理化性能,3/4/2023,93,莫来石砖的理化性能,3/4/2023,94,国外莫来石砖的理化性能,3/4/2023,95,高温热风炉、大型高炉

31、炉缸和炉底、炼钢电炉炉顶、陶瓷工业窑炉炉衬、窑具以及玻璃窑炉、水泥窑内衬等。,应用：,3/4/2023,96,3/4/2023,97,定义：Al2O330%，SiO265 原料：硅质粘土或原生高岭土及其尾矿、煤矸石、蜡石等。结合剂：结合粘土 半硅质制品的制造工艺和粘土砖没有原则上的区别。,4.2.7半硅质耐火制品,3/4/2023,98,生产工艺要点1利用天然的硅石粘土时，要根据原料的性质和成品的使用 条件，决定是否加入熟料。全天然的硅石粘土 加入1020%的粘土熟料 2烧成最高温度随所用原料特性而有差异，一般约为1350 1410。,3/4/2023,99,生产工艺要点,3如果外加石英砂或硅

32、石作瘠性料时，其颗粒大小应根据制品 性能要求而定。原料杂质多，石英颗粒细，耐火性能，热震稳定性 但强度 石英颗粒大，强度，但热震，荷重软化温度,4用蜡石原料制砖时，其工艺要点应根据蜡石原料的化学矿 物组成来确定。生料直接制砖 采用部分蜡石原料煅烧成熟料后加入 泥料水分严格控制 缓慢冷却,3/4/2023,100,应用 钢包内衬 铁水包内衬 浇钢砖 窑炉烟道,性能特点 微膨胀有利于提高砌体的整体性，减弱熔渣沿砖缝 对砌体的侵蚀作用。粘度大的釉状物质，阻止熔渣向砖内渗透，从而提 高抗熔渣侵蚀的能力。,3/4/2023,101,定义：Al2O390%分类：烧结氧化铝制品 再结合烧结刚玉制品 再结合电

33、熔刚玉制品应用：石油化工、玻璃、陶瓷、冶金、军事等。,4.2.8 刚玉质耐火材料,3/4/2023,102,定义：氧化铝细粉成型烧成 原料：工业氧化铝 预烧（1350-1600）H3BO3（1-3%）（晶型转变、除钠）细磨：设备：球磨机 振动磨 搅拌磨 方式：干磨 湿磨 介质：刚玉 钢球 氧化钨球 除铁 出料粒度：泥浆浇注薄壁 2m 85%实心浇注原件 2m 70%机压成型 2m 50%,烧结氧化铝制品,3/4/2023,103,成型：泥浆浇注 薄壁 水分20-30%pH值 6-7 中性 石膏模 提高坯体(素坯或荒坯)强度(如尿素、甲醛树脂)热压注入或挤压 形状复杂、尺寸小 增塑剂(如石蜡、糊

34、精、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等)脱蜡(埋在氧化铝细粉的匣钵)机压或捣打 部分氧化铝熟料(颗粒),3/4/2023,104,烧成：温度（1600-1800）外加剂（TiO2、MgO、MgF2）匣钵（形状复杂、尺寸小）吊装（管状）窑炉（小断面隧道窑、倒焰窑、推板窑等）加工：切割、磨平等,3/4/2023,105,定义：烧结刚玉颗粒料+刚玉细粉泥料成型干燥烧成 烧结刚玉:原料：工业氧化铝 一步法：工业氧化铝细磨（10m 85%）酸洗 有机结合剂成型烧成刚玉熟料刚玉颗 粒料、细粉 二步法：工业氧化铝煅烧（1450）细磨成型烧 成刚玉熟料刚玉颗粒料、细粉 板状刚玉：轻烧氧化铝1800烧成烧结刚玉-Al2O

35、3晶体呈板状，致密但晶内气孔多。,再结合烧结刚玉制品,3/4/2023,106,3/4/2023,107,3/4/2023,108,泥料组成：高纯烧结刚玉制品：单相材料刚玉熟料+Al2O3微粉或超微粉（超细粉）普通烧结刚玉制品：复相材料刚玉-莫来石+部分第二组分（合成莫来石、氧化硅、粘土、高岭土、硅线石族精矿粉）结合剂：H3PO4，+适量有机粘结剂,生产工艺要点：,3/4/2023,109,成型：形状复杂、尺寸较大捣打，振动 普通制品机压 特殊制品等静压烧成（1650-1800/1850）,3/4/2023,110,定义：电熔刚玉熟料颗粒料+电熔刚玉熟料细粉或烧结刚 玉细粉 电熔刚玉 种类：棕

36、刚玉（青刚玉）天然高铝矾土还原法熔融 Al2O396%白刚玉工业氧化铝氧化法熔融Al2O399%致密刚玉 亚白刚玉,再结合电熔刚玉制品,3/4/2023,111,熔制：杂质：SiO2、Fe2O3、TiO2、CaO、Na2O等,氧化物的标准生成自由能G0-T关系,3/4/2023,112,熔制：杂质：SiO2、Fe2O3、TiO2、CaO、Na2O等 还原剂：无烟煤固定碳80%，灰分10%，挥发分 7%，水分3%。SiO2+CSi+2CO Fe2O3（FeO）+C2Fe+3CO铁屑 Si+FeSi-Fe合金密度67g/cm3刚玉密度3.99 g/cm3(1)TiO2+2CTi+2CO（2)TiO

37、2+2CTi2O3+CO TiO2+2CTiO+CO)氧化剂（轧钢皮）CaOCaO6Al2O3 CaOAl2O32 SiO2SiO2/CaO摩尔比=2,3/4/2023,113,预烧：Si-Fe合金、Ti（Ti2O3，TiO）氧化体积膨胀拣选：除铁：（电磁除铁，酸洗）,3/4/2023,114,主晶相：-Al2O3次晶相和玻璃相棕刚玉 CaO6Al2O3，CaOAl2O32 SiO2，3Al2O32 SiO2，含钛矿物等。白刚玉 Na2O11Al2O3等亚白刚玉：与棕刚玉相似，只是纯度更高深脱硅 无烟煤适当增加次晶相有碳化物（如Al4C3）Al2O398%Al4C3+12H2O4Al(OH)3

38、+3CH4 CH4(气)+2O2(气)CO2+H2O+890 千焦（点燃）,3/4/2023,115,电熔致密刚玉：由于纯氧化铝熔液2200时比-Al2O3晶体的密度（真密度）3.99 g/cm3小结晶过程中产生收缩气孔气孔少的刚玉为致密刚玉 致密白刚玉（氧化铝基致密刚玉）致密亚白刚玉（矾土基致密刚玉）,矾土基致密刚玉,氧化铝基致密刚玉,3/4/2023,116,配料：多级配料，细粉中含一定数量超微粉混合：结合剂（磷酸二氢铝、磷酸、磷酸铝铬、磷酸铵、纤维素、纸浆废液等）成型：烧成：1800烧成,3/4/2023,117,最有意义的矿相：莫来石、鳞石英 结晶习性 热膨胀系数 高温力学强度，热震稳

39、定性,Al2O3-SiO2系耐火材料：硅酸铝质耐火材料，硅质耐火材料,讲座：Al2O3-SiO2系耐火材料的研究进展,3/4/2023,118,3/4/2023,119,原料,鳞石英熔融石英莫来石锆莫来石 锆刚玉莫来石锆刚玉 刚 玉铬刚玉 钛刚玉,3/4/2023,120,制品,鳞石英鳞石英-SiCSiC-鳞石英,Si3N4-鳞石英莫来石粘土-熔融石英 莫来石-堇青石 莫来石-SiC 红柱石-SiC，硅线石-SiC 莫来石-刚玉刚玉-莫来石堇青石堇青石-SiC刚 玉刚玉-C 刚玉-Sialon，刚玉-SiON刚玉-AlON Al2O3-SiC-CAl2O3-SiC-Sialon,Al2O3-S

40、iC-SiON,3/4/2023,121,二氧化硅结合碳化硅砖匣钵 铁水预处理用莫来石质脱硫喷枪 水泥窑窑口红柱石-碳化硅砖 干熄焦炉用莫来石砖和莫来石-碳化硅砖,举例：,3/4/2023,122,Sandwich Plate-Al2O3层和 SiC层分离,缺少Al2O3层烧结强度热间强度低 使用中发生 Bending,匣钵,3/4/2023,123,SiC-莫来石匣钵,3/4/2023,124,3/4/2023,125,不同方式结合的SiC质窑具理化指标典型值,3/4/2023,126,?鳞石英,3/4/2023,127,喷枪,目前铁水脱硫喷枪在使用过程中,主要受到间歇式的热冲击,铁水的冲刷

41、以及渣的侵蚀,损坏最快。其主要的破损形式有枪体纵横裂纹烧穿、枪体弯曲、枪头脱落，其中，枪体纵裂纹烧穿所占比例超过70，其次是弯枪与枪头脱落，而且使用寿命都偏低。如何防止裂纹的产生,如何提高喷枪寿命是目前首要解决的问题.,3/4/2023,128,喷枪结构图,由图可知：喷枪是由金属枪芯、喷吹口、枪芯锚固件与耐火材料覆盖层组成,3/4/2023,129,喷枪使用条件,使用温度在1350到1400。喷枪工作方式为间歇式工作，整个脱硫过程包括插入喷吹抽出等待过程。在铁水罐，鱼雷车里脱硫喷吹脱硫剂一般为CaC2，CaO,3/4/2023,130,裂纹的产生原因应力分析,图2 喷枪使用过程中的温度与应力分布,图3 喷枪使用后的损毁图,由耐火浇注层不同径向温度差异造成热应力,致使表层裂纹的产生.,由于金属芯与耐火浇注层热膨胀系数相差很大而引起的张应力造成的裂纹,3/4/2023,131,环裂纹,3/4/2023,132,弯枪,3/4/2023,133,枪体变小,3/4/2023,134,水泥回转窑窑头料,3/4/2023,135,3/4/2023,136,