耐火材料工藝學(xué)第三章硅酸鋁質(zhì)耐火材料硅酸鋁質(zhì)耐火材料的課件

1、2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院1耐火材料工藝學(xué)耐火材料工藝學(xué)Processes of Refractory 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院2第三章硅酸鋁系耐火材料 Refractories of Al2O3-SiO2 system 本章重點(diǎn)： Al2O3-SiO2二元系統(tǒng)結(jié)晶效應(yīng) 雜質(zhì)對(duì)Al2O3-SiO2二元系統(tǒng)的影響玻璃效應(yīng) Al2O3-SiO2系制品的生產(chǎn)工藝 Al2O3-SiO2系制品的性能2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院3概況Al2O3- SiO2系耐火材料:硅質(zhì)、硅酸鋁質(zhì)、 氧化鋁質(zhì)。 硅質(zhì)SiO2 ： SiO2 93%硅酸鋁質(zhì) Al2O3,SiO2 半硅質(zhì)： Al

2、2O3:1530%，酸性，略有膨脹（不定型 耐火材料的膨脹劑）; 粘土質(zhì)： Al2O3 : 3046%（我國為48%），具有較高的高溫性能，適應(yīng)性強(qiáng)；陶瓷的主要原料; 高鋁質(zhì)： Al2O3 : 46% ，（又可分為I 、II 、III等三 等，耐火度和熱震性隨A3S2 、 Al2O3 量變化；氧化鋁質(zhì)Al2O3： Al2O3 95% 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院4 按晶相組成可以分為：莫來石質(zhì)、剛玉、 剛玉-莫來石質(zhì)。 應(yīng)用：冶金工業(yè)（高爐、熱風(fēng)爐、蓄熱 室、加熱爐、 均熱爐、退火爐及鑄 錠系統(tǒng)等）、建材工業(yè)、機(jī)械工 業(yè)、石油化工工業(yè)、動(dòng)力工業(yè)以及 輕工 業(yè)等。2022/8/13材料科

3、學(xué)與工程學(xué)院57278%可分為兩個(gè)子二元系： - Al2O3-A3S2 A3S2-SiO2 3.1 Al2O3-SiO2 系相組成情況一、 Al2O3-SiO2 二元系的情況205017232022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院61、Al2O3/SiO2 的連續(xù)變化，可以生產(chǎn)出剛玉 質(zhì)、I、II、III等高鋁質(zhì)，粘土質(zhì)、半硅質(zhì)、 硅質(zhì)耐火材料；2、莫來石組成為產(chǎn)品種類明顯變化的分界 線； 莫來石組成： Al2O3：71.8%,SiO2 ：28.2% 熔點(diǎn)：1850 實(shí)際上,莫來石組成不固定, Al2O3：72-78% 3、Al2O3/SiO2 莫來石組成的高鋁磚（特等、一等和高二等）、剛玉磚基本

4、晶相組成為：莫來石、剛玉或剛玉。 Al2O3/SiO2 莫來石組成的高鋁磚（低二等、三等）、粘土磚、半硅磚和硅磚基本晶相組成為： SiO2 、莫來石或SiO2 。2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院7制品名稱Al2O3含量，%主要礦相化學(xué)性質(zhì)硅質(zhì)93%(SiO2)鱗石英、方石英殘余石英、玻璃相酸性半硅質(zhì)1530石英變體、莫來石、玻璃體半酸性粘土3046莫來石50%）石英變體、玻璃體弱酸性等高鋁磚4660莫來石（6070%）石英變體、玻璃體弱酸性等高鋁磚6075莫來石、少量剛玉、玻璃體弱酸性等高鋁磚75莫來石、剛玉、少量玻璃體似中性剛玉磚9599剛玉、少量玻璃體中性表 Al2O3-SiO2 系耐

5、火材料的分類及主要礦相2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院8SiO2與莫來石之間有一低共熔點(diǎn)(158710),共溶組成為Al2O3：5.5%,SiO2 ：94.5%. E1點(diǎn)距SiO2 一側(cè)很近, 如果在SiO2 中加入1%的Al2O3,根據(jù)杠桿規(guī)則,在1587將會(huì)產(chǎn)生1:5.5=18.2%的液相. 所以,硅磚中要防止Al2O3混入.15871700，液相線較陡（說明液相增加速度慢）;1700以上，液相線較平（說明液相增加速度較快）*以上說明：粘土制品的荷重軟化開始溫度低，荷重軟化溫度范圍寬。4、A3S2-SiO2子系統(tǒng)2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院95 Al2O3-A3S2子體系5、結(jié)

6、論： 固液相數(shù)量及其比例、共熔溫度、及液相隨溫度升高的增長速度決定制品的高溫性能。 A3S2熔點(diǎn)為1850， Al2O3：2050 以及低共熔點(diǎn)1840，都很高，因此莫來石和剛玉質(zhì)的耐火材料性能優(yōu)良。 Al2O3含量高，則剛玉生成量越高，使液相生成溫度越高。2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院10SiO2-Al2O3系組成與耐火度間的關(guān)系2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院11制品名稱 Al2O3含量，% 主要礦相 化學(xué)性質(zhì) 半硅質(zhì) 1530 石英變體、莫來石、玻璃體 半酸性 粘土 3046 莫來石（50%）、石英變體、玻璃體 弱酸性 等高鋁磚 4660 莫來石（6070%）、石英變體、玻璃體

7、 弱酸性 等高鋁磚 6075 莫來石、少量剛玉、玻璃體 弱酸性 等高鋁磚 75 莫來石、剛玉、少量玻璃體 似中性 結(jié)晶效應(yīng) 玻璃效應(yīng) 高爐 熱風(fēng)爐 干熄焦?fàn)t 加熱爐 水泥回轉(zhuǎn)窯 莫來石相 玻璃相 3.2 硅酸鋁質(zhì)耐火材料2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院12Al2O3 71.877.3 wt% -莫來石：3Al2O32SiO2 -莫來石：含有呈固溶體狀態(tài)存 在的殘余氧化鋁 -莫來石：含有少量以固溶體狀 態(tài)存在的氧化鐵和氧 化鈦 Al4+2xSi2-2xO10-x固溶體 X=0.2-0.9 3.2.1莫來石2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院13 Lattice constants a, b

8、and c of mullite dependent from the Al2O3 content of the phase 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院14與硅線石礦物，其化學(xué)成分不同，但在晶體結(jié)構(gòu)上頗為相似。 莫來石是由4個(gè)硅線石晶胞組成，每一個(gè)晶胞中有一個(gè)Si4+ 被Al3+所置換。 2Si4+O2-2Al3+為氧空位 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院15氧的電價(jià)不平衡，致使莫來石礦物不穩(wěn)定 離子半徑0.7埃，可以占據(jù)莫來石晶格中的空位； 離子半徑0.7埃，則使晶格膨脹,在離子半徑較大 的堿或堿土族化合物作用下將促 使莫來石分解。 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院16莫來

9、石性質(zhì) 熔點(diǎn)較高（1910） 密度低（3.16g/cm3） 導(dǎo)熱率低（1000，=13.8KJ/mhk） 線膨脹較小（201000，=5.310-6K-1） 楊氏模量為230GPa左右 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 高溫力學(xué)強(qiáng)度優(yōu)良 結(jié)晶習(xí)性（長柱狀、針狀 ）結(jié)構(gòu)特征 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院17 天然原料含56種雜質(zhì)：等均起到熔劑作用，熔劑作用的三種形式 降低熔液的生成溫度及其粘度； 增大液相的生成量； 提高熔液對(duì)固相的溶解速度和溶解數(shù)量。一、熔劑雜質(zhì)（三元以上體系）舉例：R2O降低液相形成溫度513724（熔劑化作用大） TiO2降低液相生成溫度101107（熔劑化作用?。?3.2.2 雜質(zhì)氧

10、化物對(duì)硅酸鋁質(zhì)制品 組成及性能的影響 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院18（1）R2O的影響 河南礬土原料中含 K2O高，一般為0.5%2.0%, K2O也是粘土磚和半硅磚的主要雜質(zhì)。 Al2O3-SiO2 - K2O系統(tǒng)2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院19SiO2-A3S2 (Al2O3/SiO2 2.55) 1840Al2O3-A3S2 KAS4 (1315)T=525 較小Al2O3-SiO2 - K2O三元系統(tǒng)相圖2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院20舉例：1 粘土磚 K2O 1.0%A 2.0%B A: L985 =(A-a)/(a-985）=9.2% B: L985 =(

11、B-b)/(b-985）=20.0%2 高鋁磚 K2O 1.0%C 2.0%D C: L1315 =(C-c)/(c-1315) =6.4% D: L1315 =(D-d)/(d-1315)=13.8% B磚、D磚液相約為A磚、C磚的2.2倍 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院21Al2O3SiO2Na2O系統(tǒng)用于玻璃窯的粘土磚，在Na2O的作用下，往往形成霞石和剛玉，存在于玻璃結(jié)石之中。 SiO2-A2S3(1595) SiO2-A2S3-AS6(1050) Al2O3-A2S3- NAS6(1104) Al2O3-NAS6- NAS2(1063)2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院222

12、2 Al2O3SiO2MgO系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)粘土磚A：Al2O3 46% 吸收2%MgO,1500形成液相量 L=(A-A3S2)100%/(a-A3S2)60% （2）RO的影響2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院23 Al2O3SiO2CaO系統(tǒng) 當(dāng)材料的組成點(diǎn)在莫來石初晶區(qū)內(nèi)，形成鈣斜長石(CAS2)莫來石鱗石英間的共熔點(diǎn)1(1345)，其熔液相量達(dá)10%左右。當(dāng)溫度升高到1500時(shí)，液相量增到3l.2。 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院24（3）TiO2的影響1） Al2O3-B-AT 固化溫度1727（P1） 凝聚相為剛玉、AT、莫來石2）AT-C- SiO2 固化溫度1480（P2）

13、凝聚相為AT、SiO2、莫來石3) 平行四邊形ABCD 凝聚相為莫來石、剛玉4) Al2O3-A-B 凝聚相為莫來石5) AT-B-C 凝聚相為莫來石、AT6）SiO2-D-C 凝聚相為莫來石、SiO2 C:Al2O369.5%、固溶體中TiO23.5%B: Al2O375%、固溶體中TiO26%2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院25認(rèn)識(shí): 我國高鋁磚TiO21.54.0%，粘土磚和半硅磚TiO22.1%左右，因此，如只考慮Al2O3、SiO2和TiO2三成分，硅酸鋁制品的組成點(diǎn)分別落在SiO2DC、Al2O3AB和Al2O3ATB三角形和莫來石固溶區(qū)ABCD之內(nèi)。思考: 1) Al2O3

14、含量88%的煅燒礬土中0.16%TiO2 ， TiO2 存在方式？ 2) 在硅酸鋁質(zhì)制品中哪個(gè)磚種才會(huì)出現(xiàn)AT相？ 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院26 1) Al2O3含量88%的煅燒礬土中0.16% TiO2 ，應(yīng)固溶于剛玉中; 2)只有高鋁磚中才會(huì)出現(xiàn)AT.2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院27（4）Fe2O3的影響1、為什么要避免“黑心”磚出現(xiàn)？2、為什么要磁選？控制氧化鐵含量？ 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院28a-氧化氣氛;b-還原氣氛不同氣氛下Al2O3SiO2氧化鐵系統(tǒng)相圖2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院29比較： 氧化氣氛 SiO2-A3S2 (1595) S

15、iO2-A3S2-Fe2O3Al2O3 (1380) T=215還原氣氛 SiO2-A3S2 (1595) SiO2 A3S2-2FeO2Al2O35SiO2 (1210) T=3852022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院30還原氣氛 Al2O3 - A3S2 (1840) Al2O3 -A3S2-FeOAl2O3 (1380) T=460 氧化氣氛 Al2O3- A3S2 (1840) Al2O3 -A3S2-Fe2O3Al2O3 (1460) T=380 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院311、硅酸鋁耐火材料不宜在還原氣氛下燒成和使用?！昂谛摹贝u中氧化鐵含量應(yīng)盡可能的低。2、抵抗氧化鐵侵

16、蝕的能力，Al2O3/SiO2比大于莫來石組成的高鋁磚優(yōu)于Al2O3/SiO2 比較莫來石組成低的高鋁磚、粘土磚和半硅磚。Al2O3SiO2氧化鐵系統(tǒng)2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院32雜質(zhì)氧化物對(duì)二元混合物無變點(diǎn)的影響2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院3333 無變點(diǎn)降低順序 SiO2-莫來石組合 K2ONa2OFeOCaOFe3O4MgOTiO2 莫來石-Al2O3組合 Na2OK2OFeOFe3O4CaOMgOTiO22022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院34二、一般原則 Al2O3含量提高，高溫性能提高；當(dāng)熔劑含量增加，高溫性能降低；因此，應(yīng)設(shè)法減少熔劑成分。2022/8/13材料

17、科學(xué)與工程學(xué)院35 3.3.3 粘土質(zhì)耐火材料 2007-5-20 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院36簡介： 粘土質(zhì)耐火材料：用天然產(chǎn)的各種粘土作原料，將一部分粘土預(yù)先煅燒成熟料，并與部分生粘土配合制成Al2O3 含量在3046%的耐火制品。 天然粘土： 熟料：焦寶石 結(jié)合粘土（水曲柳）2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院37一、粘土原料1、定義： 沉積礦床或鋁硅酸鹽巖石風(fēng)化 土狀礦物。 耐火粘土：耐火度1580 按耐火度分：特級(jí)、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí) 耐火材料中所使用的粘土:以高嶺石為主粘土礦，Al2O3+TiO2 不小于30%，F(xiàn)e2O3不大于2.5%。 2022/8/13材料科學(xué)與工程

18、學(xué)院382、種類（可塑性）1)硬質(zhì)粘土沉積礦床（時(shí)間長）、致密水中不分散，可塑性差熟料 耐火度 17701790，煅燒后作為骨料 山東淄博地區(qū)的硬質(zhì)粘土含有較低的雜質(zhì)成分焦寶石 2)軟質(zhì)粘土（半軟質(zhì)粘土、可塑粘土） 沉積礦床（時(shí)間短）、松散水中分散，可塑性好結(jié)合劑2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院39產(chǎn)地等級(jí)Al2O3+TiO2,%Fe2O3,%灼減，耐火度，王村特級(jí)級(jí)級(jí)級(jí)44504236301.22.53.03.0151515151750173016701630廣元鳳臺(tái)山級(jí)級(jí)級(jí)39333333445151615161516163016301630明水王白莊級(jí)級(jí)級(jí)4046354030352.

19、53.03.0151515173016701670珙縣羅通壩特級(jí)級(jí)級(jí)級(jí)外品383735321.21.62.02.51760175017301610渤海灣老石旦特級(jí)級(jí)級(jí)級(jí)44504248364230361.22.53.03.0181818181750173016701630我國部分地區(qū)硬質(zhì)粘土技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院40軟質(zhì)粘土和半軟質(zhì)粘土的技術(shù)指標(biāo)： 類 型級(jí) 品化學(xué)成分，耐火度 不小于灼 減 不大于可塑性指標(biāo)不小于 Al2O3不小于Fe2O3不大于軟質(zhì)粘土特級(jí)品級(jí)品級(jí)品級(jí)品333025201.52.02.53.01710167016301580151517174.03.

20、53.02.5半軟質(zhì)粘土級(jí)品級(jí)品級(jí)品3530252.53.03.51690165016101717172.01.51.02022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院413、粘土的基本性質(zhì) 主要化學(xué)成分：Al2O3、SiO2 主礦物（主晶相）：高嶺石 （ 高嶺石族、蒙脫石族、葉臘石族、水云母族） 次礦物（次晶相）：石英、鐵化合物、有機(jī)物等 Al2O3含量及Al2O3 / SiO2比值愈接近高嶺石礦物的理論值粘土純度，質(zhì)量。 Al2O3 / SiO2比值，粘土耐火度，粘土燒結(jié)熔融范圍越寬。 分布： 河南、山西、山東、遼寧、內(nèi)蒙等地的粘土資源貯量很大，并且品種齊全；在江西、湖南、廣西、江蘇、浙江等地也有優(yōu)質(zhì)

21、的高嶺土礦物。 （1）化學(xué)礦物組成2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院422007-5-20 42 粘土可能有的礦物組成 巖石類型 主要成分 （高嶺石族） 少量成分（主要為雜質(zhì)礦物成分） 常見的 少見的 常見的 一般含量很少的（碎屑，同生及后生的） 高嶺土 高嶺石 多水高嶺石 迪開石 變水高嶺石 珍珠陶土 富硅高嶺石 石英、 長石、 黑(白） 云母、 水云母 褐鐵礦、針鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦、電氣石、榍石、金紅石、鈦鐵礦、銳鈦礦、黃鐵礦、柘榴石、藍(lán)晶石、閃石、輝石、綠廉石、磷灰石、明礬土、葉臘石、水鋁石、勃姆石、三水鋁石、綠泥石、堇青石、黝簾石、菱鐵礦、方解石及其它粘土礦物與有機(jī)物等。 高嶺石粘

22、土（軟質(zhì)粘土） 高嶺石 多水高嶺石 變水高嶺石 迪開石 石英 水云母 三水鋁石 針鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦、金紅石、鋯英石、電氣石、長石、云母、菱鐵礦、黃鐵礦（白鐵礦）、銳鈦礦、板鈦礦、鈦鐵礦、榍石、磁鐵礦、輝石、角閃石、綠廉石、黝廉石、符山石、藍(lán)晶石、磷灰石、柘榴石、錫石、方解石、白云石、蛋白石、石髓、葉臘石、海綠石、石膏、綠泥石、三水鋁石、勃姆石、水鋁石、明礬石及其它粘土礦物與有機(jī)物等。 高嶺石 粘土巖 （半軟質(zhì)及硬質(zhì)粘土） 高嶺石 變水高嶺石 石英 水云母 水鋁石 勃姆石 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院43粘土的基本性質(zhì) 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院442022/8/13材料科

23、學(xué)與工程學(xué)院45(2)耐火粘土的工藝特性 粘土的礦物組成和顆粒組成。 分散性 可塑性 結(jié)合性 燒結(jié)性2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院46 分散程度：粘土礦物為極小顆粒(顆粒組成或比表 面積) 粘土屬于高分散性物質(zhì)，一般不大于10m; 粘土的工藝性質(zhì)主要取決于小于2 m顆粒數(shù)量.粘土的分散度等級(jí)與在水中的分散性1)分散性分 散 性優(yōu) 良中 等困 難1m，%4535352022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院47 a、定義： 物料受外力作用后發(fā)生變形而 不破裂，在所施加使其變形的外力撤除后，變形的形態(tài)仍保留而不恢復(fù)原狀，這種性質(zhì)稱為可塑性。 2)可塑性b、表示方法：塑性指數(shù)和塑性指標(biāo) 塑性指數(shù)法：

24、粘土顯可塑狀態(tài)時(shí)的水量上限和下限之差(含水量變化的范圍)的間接指數(shù)值來衡量其強(qiáng)弱的方法。 塑性指標(biāo)法：采用一定直徑的泥球，當(dāng)外力作用后發(fā)生變形并開始產(chǎn)生裂紋，以應(yīng)力(變形力)與應(yīng)變(變形的程度)的乘積來。2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院48等 級(jí)高中低差含水量，35452535152515等 級(jí)高中低可塑性指標(biāo)3.62.53.62.5表示其可塑性程度的一種方法2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院49C、增加粘土可塑性的方法： 除去如石英等非可塑性的雜質(zhì)礦物； 細(xì)磨以增加其分散度； 加入適 量塑性物質(zhì)結(jié)合劑（如亞硫酸紙 漿廢液等）； 真空處理； 困料。 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院5

25、0 粘土分散程度，比表面積，結(jié)合性。 在實(shí)際生產(chǎn)中，通常都以粘土的可塑性 來判斷其結(jié)合性能的強(qiáng)弱。 氫鍵、堆積的毛細(xì)管力，分散性越好，結(jié)合性能越高； 3)結(jié)合性2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院51（方石英） （無定形） （均為無定型） 4)燒結(jié)性液相燒結(jié)（加速氣孔消失、氣孔率較低 高嶺石的加熱變化 （450550）（結(jié)晶型）（930960） 一次莫來石 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院52a、加熱的礦相變化：最終的產(chǎn)物為莫來石和方石英。 莫來石的得率6090%，1200生成完畢。 1200 主要為莫來石長大，至15001600結(jié)結(jié)束，方石英成玻璃相。2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院

26、53高嶺石為主體的粘土加熱變化特性曲線（共性）2007-5-20 53 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院54*熱分析的重要性： 鑒定礦物 制定合理熱工制度 確定是否煅燒完全（選擇骨料和結(jié)合劑的依據(jù)）2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院55b、加熱收縮：1000左右收縮較大可塑性強(qiáng)，收縮率大（軟質(zhì)、半軟質(zhì)） 多，收縮小，硬質(zhì)粘土，方石英膨脹c、粘土的燒結(jié)性評(píng)價(jià)方法：吸水率（顯氣孔率）體積密度、加熱收縮反映出燒結(jié)性能是一致的。2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院562022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院57 開始燒結(jié)溫度 粘土加熱到最大密度時(shí)的溫度 最大燒結(jié)收縮溫度范圍(迅速燒結(jié)) 燒結(jié)溫度范圍

27、 是保證粘土獲得最大燒結(jié)程度的安全加熱溫度范圍 所以，耐火粘土按其燒結(jié)性可區(qū)分為低燒結(jié)粘土和高溫?zé)Y(jié)粘土；寬燒結(jié)范圍粘土和窄燒結(jié)范圍粘土等2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院58 雜質(zhì)的影響 熔劑作用 Fe2O3、TiO2 促進(jìn)莫來石化； CaO、R2O 抑制莫來石化、分解。 雜質(zhì)數(shù)量和種類決定燒結(jié)機(jī)制 液相燒結(jié)（粘滯流動(dòng)燒結(jié)）高硅玻璃 硬質(zhì)粘土 A， T 軟質(zhì)粘土 A，T 如R2O，T 煤質(zhì)粘土或含有機(jī)物較多，孔隙多，燒結(jié)困難。 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院5959 在未出現(xiàn)液相莫來石結(jié)晶初期， 莫來石晶體大小、形狀不僅取決于煅燒溫度，更受升溫速度所控制 2022/8/13材料科學(xué)與

28、工程學(xué)院60硬質(zhì)粘土熟料技術(shù)要求（YB221182） 指 標(biāo)品 級(jí)化學(xué)成分，耐火度，體積密度，g/cm3Al2O3Fe2O3特級(jí)品一級(jí)品二級(jí)品三級(jí)品4450甲4450乙4250364230361.21.62.53.53.5175017501730167016302.452.402.352.302.252022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院61小結(jié)： 粘土的燒結(jié)性對(duì)制品的生產(chǎn)工藝和制品的性能,如熱震穩(wěn)定性、抗渣性、荷重軟化溫度、密度和強(qiáng)度等均有影響。2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院62二、粘土制品的生產(chǎn)工藝簡介： 定義：粘土Al2O3 3048% 分類： 普通粘土磚 全生料粘土磚 多熟料粘土磚

29、 高硅粘土磚2007-5-20 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院632022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院64（1）結(jié)合粘土和熟料的比例 普通熟料制品：結(jié)合粘土不少于20% 多熟料制品：結(jié)合粘土不超過20%（2）對(duì)結(jié)合粘土的要求 a、應(yīng)有一定耐火度、較好可塑性和燒結(jié)性 b、半軟質(zhì)粘土+高可塑性粘土； c、粒度要求：一般越細(xì)越好. 可塑法：粒度可大些、一般為0.61mm;半干法:不超過0.20.5mm為宜;制備泥漿的結(jié)合黏土: 25mm 1、配料2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院65（3）其它結(jié)合劑：亞硫酸鹽紙漿廢液 2%左右（輔助粘結(jié)劑）（4）坯料的顆粒組成： 兩頭大，中間小的密堆配料 臨

30、界顆粒34粘土形成膜包圍在骨料表面（要求有足夠的結(jié)合粘土量）2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院66加料順序： 1) 結(jié)合粘土熟料干混水混合 2) 熟料水或泥漿結(jié)合粘土混合 3) 細(xì)顆粒熟料結(jié)合粘土共磨已潤濕的粗粒 料混合 機(jī)壓半干泥料水分一般為46%。 生坯體積密度2.102.40g/cm3 結(jié)合粘土加部分熟料共磨/熟料骨料 軟質(zhì)粘土變成泥漿/熟料骨料2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院672、成型3、干燥 坯體含水量低，可以快速干燥，坯體不發(fā)生收縮，殘余水分小于2%快速干燥制度: 半干法機(jī)壓成型磚坯在隧道式干燥器內(nèi)的干燥制度為： 1）干燥介質(zhì)進(jìn)口溫度：標(biāo)、普型磚150200，異型磚1201

31、60；2）廢氣排出口溫度：7080； 3）磚坯殘余水分：2%；4）干燥時(shí)間：1624h 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院68粘土制品的燒成大致可劃分為四個(gè)階段 : 第一階段：常溫至200 為排除坯體中殘余水分的階段 . 第二階段：200900間為中溫階段。 結(jié)合粘土中的雜質(zhì)礦物以及有機(jī)物等分解和氧化，粘 土礦物分解脫水等. 第三階段：溫度在900以上至燒成最高溫度為燒結(jié)階段，也稱高溫階段。 是產(chǎn)生熔劑、坯體燒結(jié)及莫來石形成長大的階段。 第四階段：為冷卻階段 粘上制品在冷卻過程中發(fā)生莫來石緩慢析晶，熔體固化變成玻璃態(tài)，并有物理熱收縮作用。 4、燒成2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院69三、

32、粘土制品的性質(zhì) 抗酸性熔渣侵蝕（SiO2） 高溫性能差（無A3S2骨架）數(shù)量(50%)、結(jié)晶大小措施 (1)對(duì)粘土原料進(jìn)行選礦純化處理，降低雜質(zhì)含量; (2)適當(dāng)提高燒成溫度，使制品具有致密結(jié)構(gòu)； (3)采用高基質(zhì)（基質(zhì)中Al2O3含量接近莫來石 組成）組成結(jié)構(gòu)特征的配料； (4)采用多熟料配料及混合細(xì)磨措施。2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院70四、粘土制品在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題1、粘土磚成型時(shí)產(chǎn)生廢品的原因是什么?磚坯尺寸不合格： 這是由于模具安裝不牢，成型時(shí)模板外移所致；如果加料量波動(dòng)較大，也會(huì)引起坯體尺寸發(fā)生變化。產(chǎn)生層裂和裂紋： 成型操作時(shí)，未根據(jù)先輕后重原則打磚；初壓時(shí)空氣未

33、排出，再壓時(shí)產(chǎn)生彈性后效所致；泥料水分過大、混料不均勻、模板不平等都可使坯體產(chǎn)生層裂或裂紋。 扭曲： 模板使用時(shí)間過長、模板變形，因而磚坯變形。泥料水分過大，磚坯產(chǎn)生自然變形，造成坯體扭曲。 缺邊掉角： 由于泥料塑性差、顆粒偏析、加料后邊角不實(shí)，坯體均能出現(xiàn)缺邊掉角現(xiàn)象。偏壓：由于模頭偏斜或模底不平所致。 疏松：由于加料量不足或加壓次數(shù)不夠所致。2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院712、粘土磚坯在干燥過程中為什么會(huì)產(chǎn)生廢品? 由于干燥器進(jìn)口溫度過高，粘土磚坯進(jìn)入干燥器后，干燥不均勻而產(chǎn)生裂紋； 是由于坯體單重大、形狀復(fù)雜、入窯水分高，且在干燥器內(nèi)放置不平造成坯體變形，因而產(chǎn)生廢品； 搬運(yùn)過程

34、中，由于操作不慎而造成缺邊掉角，以至廢品串增加。 所以，在于燥過程中一定要遵守干燥制度和操作扔程，輕章輕放，擺放平直，才能減少廢品。2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院72 粘土磚在燒成過程中，由于窯內(nèi)氧化氣氛不足，磚坯內(nèi)的有機(jī)物在燒結(jié)前未能氧化燒掉，因而使粘土磚內(nèi)部出現(xiàn)不同程度的黑色或紅色。 此外磚坯內(nèi)含有的Fe 2O3、TiO2 等雜質(zhì)，在還原氣氛下，從高價(jià)氧化物還原成低價(jià)氧化物，也會(huì)使粘土磚內(nèi)部出現(xiàn)黑色或褐綠色。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，增強(qiáng)窯內(nèi)的氧化氣氛，或在裝窯時(shí)增大磚坯表面被氧化的面積，使磚坯直接接觸火焰的面積增大，從而提高氧化效果。3、粘土磚燒成后為什么會(huì)出現(xiàn) “紅心”或“黑心”現(xiàn)象？2

35、022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院73 出窯后的粘土磚經(jīng)外形檢查、理化性能檢驗(yàn)合格，以200烘 烤2h，在熱態(tài)下放入預(yù)先配制的磷酸中浸漬。 在浸漬過程中，磷酸沿磚的開口氣孔滲入，與磚中的SiO2、Al 2O3、反應(yīng)，生成磷酸鹽化合物，并充填于氣孔之中，因面降低了磚的氣孔率，提高了耐壓強(qiáng)度。（試驗(yàn)結(jié)果表明，磷酸浸漬后粘土磚耐壓強(qiáng)度比浸漬前提高20以上，氣孔率降低5左右） 在磷酸浸漬過程中，生成的磷酸鹽化合物具有優(yōu)良的抗堿侵蝕性能，因而提高了粘土磚的抗堿侵蝕能力。抗堿侵蝕試驗(yàn)表明，粘土磚經(jīng)抗賦侵蝕后耐壓強(qiáng)度下降30以上；同樣條件下，磷酸浸漬粘土磚堿侵蝕后耐壓強(qiáng)度下降15左右。4、用磷酸浸漬粘土磚有

36、什么好處?2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院74簡介：定義：高鋁礬土熟料結(jié)合粘土 A12O348%分類： I等： A12O3含量75； II等： A12O3含量6075； III等： A12O3含量4860%。 3.3 高鋁質(zhì)耐火材料 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院75一、高鋁礬土原料 高鋁礬土（又稱鋁土礦、礬土、鋁礬土、礬石） 分布：山西（陽泉、孝義、太原）； 河北（唐山、古冶）， 河南（鞏義、新密、 泌陽、登封） 以及貴州等地。2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院76 1）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。 2）

37、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(shí)在孔洞中填有其它搬運(yùn)礦物，如金紅石或石英等。 3）鮞狀：結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜。 4）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。 （1）礬土礦石構(gòu)造2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院77（2）礬土礦石的化學(xué)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

38、鋁礬土 三水鋁石型（G型）福建、廣東2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院782007-5-20 級(jí)別化學(xué)成分， 耐火度，Al2O3 Fe2O3 CaO特級(jí)752.00.51770一級(jí)70752.50.61770二級(jí)60702.50.61770三級(jí)55602.50.61770四級(jí)45552.00.71770 耐火材料用鋁礬土（生料）的等級(jí)劃分： 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院79礬土等級(jí)Al2O3,%Al2O3/SiO2 外 觀 特 征特等7620灰色、重而硬，結(jié)構(gòu)致密均勻一等68765.520淺灰色、重而硬，結(jié)構(gòu)致密均勻二等（甲）60682.85.5灰白色、結(jié)構(gòu)尚致密，具有少量鮞狀體二等

39、（乙）50601.82.8灰色、結(jié)構(gòu)疏松，具有較多的鮞狀體三等42521.021.8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 2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院80（3）高鋁礬土的加熱變化 分解階段（400-600）-Al2O3H2O-Al2O3+H2O (400-600) Al2O32SiO22H2OAl2O32SiO2+2H2O (600左右） 3（Al2O32SiO2）3Al2O32SiO2+4 SiO2（980左右） 莫來石化階段 3-Al2O3+ 2SiO23Al2O32SiO2 （1200-1500） V+10% 二次莫來石化2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院81 重結(jié)晶燒結(jié)階段莫來石和剛玉晶體發(fā)育長大，氣孔縮小和消失，塊料逐漸致密化并燒結(jié)。影響燒結(jié)的主要因素：二次莫來石化 高溫下液相組成和數(shù)量。為什么二級(jí)礬土燒結(jié)最困難，且產(chǎn)生比較大的體積膨脹？1）形成莫來石時(shí)產(chǎn)生體積增值；2）在二次莫來石化時(shí)，由于體積增大導(dǎo)致顆粒間相互推開而產(chǎn)生孔隙，此孔隙很難靠液相來彌合。2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)院82圖礬土燒后莫來石含量與煅燒溫度的關(guān)系2022/8/13材料科學(xué)與工程學(xué)