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1、,耐火材料工艺学,耐火材料工艺学,Processes of Refractory,安徽工业大学材料科学与工程学院冒爱琴mail：,2017/5/29,材料科学与工程学院,2,第四章硅酸铝质耐火材料 Refractories of Al2O3-SiO2 system,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,2017/5/29,材料科学与工程学院,3,硅酸铝质耐火材料：,2017/5/29,材料科学与工程学院,4,7278%,可分为两个子二元系： - Al2O3-A3
2、S2 A3S2-SiO2,一、 Al2O3-SiO2 二元系的情况, 4.1 Al2O3-SiO2 系相组成情况,2017/5/29,材料科学与工程学院,5,Al2O3 71.877.3 wt%,-莫来石：3Al2O32SiO2， Al2O3：71.8%、SiO2：28.2%； -莫来石：含有呈固溶体状态存在的残余氧化铝； -莫来石：含有少量以固溶体状态存在的氧化铁和氧化钛。,Al4+2xSi2-2xO10-x固溶体,X=0.2-0.9,莫来石,2017/5/29,材料科学与工程学院,6,与硅线石矿物，其化学成分不同，但在晶体结构上颇为相似。,莫来石是由4个硅线石晶胞组成，每一个晶胞中有一个S
3、i4+ 被Al3+所置换。,2Si4+O2-2Al3+,为氧空位,2017/5/29,材料科学与工程学院,7,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。,2017/5/29,材料科学与工程学院,8,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,201
4、7/5/29,材料科学与工程学院,9,天然原料含56种杂质：等均起到熔剂作用，熔剂作用的三种形式 降低熔液的生成温度及其粘度； 增大液相的生成量； 提高熔液对固相的溶解速度和溶解数量。,举例：R2O降低液相形成温度513724（熔剂化作用大） TiO2降低液相生成温度101107（熔剂化作用小）,二、杂质氧化物（熔剂杂质）对硅酸铝质制品 组成及性能的影响,2017/5/29,材料科学与工程学院,10,SiO2-A3S2 (Al2O3/SiO2 2.55) 1840Al2O3-A3S2 KAS4 (1315)T=525 较小,Al2O3-SiO2 - K2O三元系统相图,2017/5/29,材料
5、科学与工程学院,11,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,Al2O3 : 3046%,2017/5/29,材料科学与工程学院,12,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。,2017/5/29,材料科学与工程学院,
6、13,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-AS6(1050) Al2O3-A2S3- NAS6(1104) Al2O3-NAS6- NAS2(1063),2017/5/29,材料科学与工程学院,14,14,（2）RO的影响,2017/5/29,材料科学与工程学院,15,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。,201
7、7/5/29,材料科学与工程学院,16,（3）TiO2的影响,1） Al2O3-B-AT 固化温度1727（P1） 凝聚相为刚玉、AT、莫来石 2）AT-C- SiO2 固化温度1480（P2） 凝聚相为AT、SiO2、莫来石 3) 四边形ABCD 凝聚相为莫来石、刚玉4) Al2O3-A-B 凝聚相为莫来石5) AT-B-C 凝聚相为莫来石、AT6）SiO2-D-C 凝聚相为莫来石、SiO2,C:Al2O369.5%、固溶体中TiO23.5%B: Al2O375%、固溶体中TiO26%,2017/5/29,材料科学与工程学院,17,认识:,我国高铝砖TiO21.54.0%，粘土砖和半硅砖Ti
8、O22.1%左右，因此，如只考虑Al2O3、SiO2和TiO2三成分，硅酸铝制品的组成点分别落在SiO2DC、Al2O3AB和Al2O3ATB三角形和莫来石固溶区ABCD之内。思考: 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？,2017/5/29,材料科学与工程学院,18,1) Al2O3含量88%的煅烧矾土中0.16% TiO2 ，应固溶于刚玉中; 2)只有高铝砖中才会出现AT.,2017/5/29,材料科学与工程学院,19,（4）Fe2O3的影响,1、为什么要避免“黑心”砖出现？2、为什么要磁选？控制
9、氧化铁含量？,2017/5/29,材料科学与工程学院,20,a-氧化气氛;b-还原气氛,不同气氛下Al2O3SiO2氧化铁系统相图,2017/5/29,材料科学与工程学院,21,比较： 氧化气氛 SiO2-A3S2 (1595) SiO2-A3S2-Fe2O3Al2O3 (1380) T=215,还原气氛 SiO2-A3S2 (1595) SiO2 A3S2-FeOAl2O3 (1210) T=385,2017/5/29,材料科学与工程学院,22,2017/5/29,材料科学与工程学院,23,1、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
10、能力，Al2O3/SiO2比大于莫来石组成的高铝砖优于Al2O3/SiO2 比较莫来石组成低的高铝砖、粘土砖和半硅砖。,Al2O3SiO2氧化铁系统,2017/5/29,材料科学与工程学院,24,杂质氧化物对二元混合物无变点的影响,2017/5/29,材料科学与工程学院,25,25,无变点降低顺序,SiO2-莫来石组合 K2ONa2OFeOCaOFe3O4MgOTiO2 莫来石-Al2O3组合 Na2OK2OFeOFe3O4CaOMgOTiO2,2017/5/29,材料科学与工程学院,26,二、一般原则,Al2O3含量提高，高温性能提高；当熔剂含量增加，高温性能降低；因此，应设法减少熔剂成分。
11、,2017/5/29,材料科学与工程学院,27, 4.2 粘土质耐火材料,2007-5-20,2017/5/29,材料科学与工程学院,28,简介：,粘土质耐火材料：用天然产的各种粘土作原料，将一部分粘土预先煅烧成熟料，并与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：焦宝石 结合粘土（水曲柳）,2017/5/29,材料科学与工程学院,29,一、粘土原料,1、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 耐火材料中所使用的粘土:以高岭石为主粘土矿，Al2O3+TiO2 不小于30%，Fe2O3不大于2
12、.5%。,2017/5/29,材料科学与工程学院,30,2、种类（可塑性）,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 耐火度 17701790，煅烧后作为骨料 山东淄博地区的硬质粘土含有较低的杂质成分焦宝石 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,2017/5/29,材料科学与工程学院,我国部分地区硬质粘土技术标准:,2017/5/29,材料科学与工程学院,32,软质粘土和半软质粘土的技术指标：,2017/5/29,材料科学与工程学院,33,3、粘土的基本性质,主要化学成分：Al2O3、SiO2 主矿物（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Al2O3 / SiO2比值愈接近高岭石矿物的理论值粘土纯度，质量。 Al2O3 / SiO2比值，粘土耐火度，粘土烧结熔融范围越宽。 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。,
