耐火材料工艺学(冶金工业第二版)复习要点2

耐火材料笔记整理第3章Al2O3-SiO2系耐火材料-3高铝质、硅线石及莫来石质10、高铝砖中，减轻二次莫来石化有些什么措施？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（5～10%）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）熟料的邻级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（45～50%）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A12O3／SiO2重量比应略大于2.55。（5）适当提高烧成温度（Ⅱ级矾土熟料）11、什么是“三石”？性质如何？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。结构特征及基本性质不同的晶体结构：蓝晶石-三斜晶系硅线石和红柱石-斜方晶系同一化学式：Al2O3•SiO2Al2O362.92SiO237.08%加热后均不可逆地转化成莫来石和方石英原料名称晶系密度，g/cm3体积增大，%莫来石形成温度，℃蓝晶石三斜3.5~3.616~181300~1500红柱石斜方3.1~3.23~51350~1400硅线石斜方3.2~3.257~81500~155012、影响“三石”分解或膨胀性的因素有哪些？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。13、硅线石质制品生产工艺要点？制砖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。◇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0.147～0.074mm。◇一般制品的烧成温度为1350～1500℃（莫来石化转变温度＋体积效应）。14、向铝硅系耐火材料中添加硅线石质矿物可提高其性能，原理是什么？将硅线石族矿物添加到铝硅系耐火材料中，可从下列三个方面提高后者的性能：（1）硅线石族矿物莫来石化产生的膨胀来弥补不定形耐火材料、不烧砖在加热过程中的收缩以保证耐火材料砌体的体积稳定性。（2）利用硅线石族矿物的莫来石化与二次莫来石过程来形耐火材料笔记整理成合理的显微结构。（3）由于大部分硅线石族矿物是经过选矿的。因而其杂质含量普遍低于高铝矾土。将它们添加到高铝耐火材料中可降低制品中的杂质及玻璃相含量。15、制备莫来石的原料及方法？1）合成所用原料莫来石可用天然原料或工业原料合成。天然原料有高铝矾土、硅线石族矿物、焦宝石、高岭土、粘土、蜡石及硅石等，工业原料有工业氧化铝、α-Al2O3微粉、氢氧化铝等。2）合成工艺烧结法：干法合成，干法是将原料按一定配比进行配料，在筒磨机、球磨机或振动磨等中干法共磨，半干法压制成型，在回转窑或隧道窑等窑炉中煅烧而成熟料；湿法合成湿法是将上述配料在筒磨机、球磨机或振动磨等中湿法共磨，得到的料浆通过压滤机过滤，再经真空挤泥制成泥饼或荒坯，在回转窑或隧道窑内烧成。电熔法电熔法合成莫来石是将一定配比的配料在电弧炉内熔融、冷却结晶而得到。16、影响莫来石制备、组成、结构与性质的因素？（1）原料的Al2O3/SiO2比影响莫来石的相组成。电熔莫来石中，Al2O3含量最高可接近80%。Al2O3/SiO2比接近4，超过2Al2O3·SiO2莫来石中的Al2O3含量。对烧结莫来石而言，如Al2O3/SiO2超过2.55太多，则容易出现刚玉相。（2）原料中的杂质种类与含量。杂质氧化物中，Fe2O3、TiO2等在莫来石中的固溶量相对较大。固溶后引起莫来石晶格的一些变化。但是，一定范围内它产生的液相较少。相反，Li2O，Na2O、K2O、CaO、MgO等可能分解莫来石，产生较多的液相。3）合成莫来石原料的粒度、烧成温度及保温时间等因素的影响Al2O3/SiO2比愈接近化学计量比，杂质含量愈少的配料的烧成温度愈高。原料粒度愈小的莫来石烧成温度愈低。烧成温度愈高，保温时间愈长，烧后莫来石熟料的显气孔率越低，莫来石的晶粒尺寸越大。烧成温度对烧后莫来石相组成的影响与其原料中的Al2O3/SiO2比、杂质种类及含量有关。17、α、β和ρ氧化铝中，哪一种是氧化铝质耐火材料的主要原料？哪一种适合作为结合剂？哪一种不是氧化铝的变体？α-Al2O3是氧化铝质耐火材料主要原料；ρ-Al2O3粉也可称为高纯氧化铝原料，不定形耐火材料的结合剂ρ-Al2O3：原子排列有序性很差、电价不平衡→非晶态物质→Al2O3变体中唯一在常温下有自发水化能力的形态。加热→η-Al2O3→θ-Al2O3→α-Al2O3。β-Al2O3：不是氧化铝的一种变体，而是一种含碱土金属或碱金属的铝酸盐。晶体呈聚片双晶发达的薄片状或板状。真密度3.30~3.63g/cm318、你了解哪些氧化铝质耐火原料？1工业氧化铝以铝矾土为原料；2高纯氧化铝利用前驱体在高温下煅烧而获得的a-A12O3微粉、超细粉、纳米粉等。前驱体：γ-AlOOH、Al(OH)3、硫酸铝铵、碳酸铝铵等。ρ-Al2O3粉也可称为高纯氧化铝原料3烧结氧化铝：以工业氧化铝为原料4电熔氧化铝：种类：棕刚玉—天然高铝矾土—还原法熔融—Al2O3＜96%；电熔白刚玉（白刚玉）—工业氧化铝—氧化法—熔融—Al2O3＞99%；致密刚玉；亚白刚玉第4章碱性耐火材料-1镁质和镁铬质耐火材料笔记整理、什么是碱性耐火材料？定义：碱性耐火材料是指在高温下易与酸性耐火材料、酸性渣、酸性熔剂或氧化铝起化学反应的耐火材料。分类◆镁质耐火材料：MgO≥80%，，方镁石。◆石灰耐火材料：CaO≥95%，方钙石。◆白云石质耐火材料：白云石，方钙石和方镁石.镁化白云石、白云石和钙质白云石耐火材料。◆尖晶石质耐火材料◆镁橄榄石质耐火材料2、在已学的与镁质耐火材料相关的物系中，形成的哪些物相对镁质耐火材料性能的不利影响较大？1MgO-FeO系MgO能吸收大量FeO而不生成液相。2MgO-Fe2O3系MgO吸收大量Fe2O3后耐火度仍很高，抗含铁炉渣侵蚀性良好。→充当镁质材料的促烧剂或火泥。3、MgO-R2O3系固化温度：Fe2O3（1720℃）Al2O3（1995℃）Cr2O3（2350℃）方镁石中的固溶度：Fe2O3＞＞Cr2O3＞Al2O3冷却时尖晶石相脱溶在方镁石晶粒内部/边界→晶内/间尖晶石。4尖晶石-硅酸盐系镁质耐火材料的次要矿物：M2S、C2S，尽量减少CMS和C3MS2。（p119，表5-2）5、MgO-尖晶石-硅酸盐系方镁石-尖晶石-硅酸盐系统固化温度变化规律与尖晶石硅酸盐系统固化温度基本一致6、MgO-CaO-SiO2系CaO／SiO2比是决定镁质耐火材料矿物组成和高温性能的关键因素。7、MgO-CaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2系镁质耐火材料的化学组成及CaO/SiO2决定着材料的平衡矿物组成。3、请简单介绍镁质耐火材料的化学组成对性能的影响？1、CaO和SiO2及C/S比的影响低熔点结合相↑，砖高温强度↓镁质材料的C/S比应控制在获得强度最大值的最佳范围。2、R2O3型氧化物的影响。（1）硼的氧化物强溶剂作用，镁质材料高温强度↓（2）Al2O3、Cr2O3和Fe2O3，都是材料高温强度下降4、镁质耐火制品的结合物有哪几类，各有什么特点？1、结合物(Binder)P124（1）硅酸盐（2）铁的氧化物和铁酸盐FeO→（Mg·Fe）O无限固溶体，但MgO晶体塑性↓，高温强度↓；Fe2O3→MF→（MF+MgO）有限固溶体，但抗热震↓；C2F:（C2F+MgO）有限固溶体，但熔点低，粘度小，润湿能力好，耐火性↓。（3）尖晶石p125——热膨胀系数小，各相同性——弹性模量小——MA固溶MF，体积变化小——扫荡FeOFeO＋MgO·Al2O3→MgO+FeAl2O4FeO+MgO→（Mg·Fe）O——MA熔点2135℃，与M的始熔温度较高（1995℃）。→→抗热震↑，荷重软化温度↑，但尖晶石生成伴随体积膨胀，并且聚集再结晶能力较弱→烧成温度较高。组织结构(Microstructure)p125高耐火矿物（低熔点矿物）→直接结合（陶瓷结合）→高温力学性能↑5、直接结合和陶瓷结合是什么？如何提高镁质材料直接结合程度？提高镁质材料直接结合程度的途径：p128引入Cr2O3；以高熔点物相作次晶相（尖晶石、C2S、M2S等）6、镁质原料有哪些？选择镁砂应该注意哪些问题？耐火材料笔记整理（1）天然菱镁矿（生镁石或镁石,Magnesite）（2）海水（3）盐湖卤水（4）白云石（5）蛇纹石（6）水镁石选择镁砂应该注意：（1）镁砂的纯度（2）C/S比≤0.93或≥1.87，高熔点结合相（3）体积密度判断镁砂的烧结程度和致密度的一个指标。判断镁砂烧结程度◆密度◆重烧收缩◆水化◆外观颜色（4）方镁石晶粒的大小方镁石晶粒尺寸增大，镁砂的抗水化性能相应提高。7、镁质耐火材料的生产工艺是什么？镁质制品的生产工艺p130普通镁砖（1）原料要求（化学成分、体积密度）（2）颗粒组成（临界粒度、级配）（3）配料（废砖、结合剂、水分）（4）混合（加料顺序、设备、时间）（5）成型（高压、坯体密度）（6）干燥（入口温度、出口温度、残余水分、网状裂纹）（7）烧成（装窑、烧成制度、烧成气氛）8、镁铬耐火材料的定义？抑制六价铬污染的途径？p157定义：镁铬质耐火材料是由镁砂与铬铁矿制成的且以镁砂为主要成分的耐火材料，其主要物相为方镁石；防止六价铬污染的途径包括如下几方面：（1）制造镁铬砖的原料镁砂、铬矿、镁铬砂等，理论上都不含六价铬。但研究发现铬绿（Cr2O3）和电熔镁铬砂中含有六价铬。因此，破碎、粉磨电熔镁铬砂以及加入铬绿配料、混合、成型时应注意防护。（2）混合镁铬砖泥料时，若使用含有碱离子（Na+,K+）的结合剂，如碱性纸浆废液、水玻璃、钠的磷酸盐等，烧成后的制品中会形成六价铬盐。砖中Na2O高，六价铬也高。因此，要加以控制与防止。（3）烧成时氧分压对六价铬生成有影响。空气过剩系数大时，六价铬含量也高。适当控制冷却带前端风压，镁铬砖的制造过程中产生的六价铬含量可低至0.04×10-6%，对环境的污染很少。（4）使用条件也影响六价铬的生成。在炼钢时的还原气氛下，氧分压低，不会增加镁铬砖中六价铬的含量。在介质中含钙、钠、钾较多的情况下，六价铬急剧升高。（5）开发无铬碱性砖。开发应用无铬砖是解决六价铬污染最彻底的办法。在积极推行无铬化的同时，减少在镁铬砖生产与使用中的危害仍是重要课题。第4章碱性耐火材料-2镁铝尖晶石质和白云石质1、镁铝尖晶石材料的分类？1）Al2O3含量方镁石-尖晶石耐火材料（Al2O3＜30%）尖晶石-方镁石耐火材料（Al2O330~68%）尖晶石耐火材料（Al2O368~73%）尖晶石-刚玉耐火材料（73%＜Al2O3＞90%）刚玉-尖晶石耐火材料（Al2O3＞90%）◇刚玉-尖晶石材料◇铝镁材料2）尖晶石引入方式◆原位生成尖晶石◆预合成尖晶石2、镁铝尖晶石的合成机理？镁铝尖晶石合成工艺1）原料MgO源——菱镁矿、轻烧镁粉、镁砂、碳酸镁、氢氧化镁等；Al2O3或铝氧源——铝矾土生料、铝矾土欠烧料、铝矾土熟料、耐火材料笔记整理工业氧化铝、氢氧化铝等。外加剂——B2O3