耐火材料培训教材-耐火原料

耐火材料培训教材何金峥耐火原料耐火原料及分类概述：耐火原料是指生产耐火材料产品所必需的材料。它是生产耐火材料的基础。耐火原料大部分是天然矿物(如耐火黏土、高铝矾土、硅石、铬矿、菱镁矿、白云石、镁撖榄石、锆英石、蓝晶石、硅线石、红柱石、石墨等)，随着对耐火材料综合性能要求的不断提高，耐火材料生产中也越来越多地使用工业原料和人工合成原料(如工业氧化铝、碳化硅、合成莫来石、人造耐火纤维、人造耐火空心球等)。耐火制品的质量优劣和成本高低，在很大程度上取决于对原料的正确选择和合理使用。耐火原料按化学性质可分为酸性耐火原料、碱性耐火原料和中性耐火原料；按来源可分为天然矿物原料和人工合成原料；(1)天然矿物原料：天然岩石或矿物经过选矿、加工或热处理的用于生产的原料。(2)人工合成原料：采用纯净天然原料或工业原料．以化学合成的方法制的的原料。此种耐火原料本身是一种产品，而对其再投入而言，却又当作原料使用。一般情况下，人们把生产耐火材料的原料分为主要原料，辅助原料等。(1)主要原料：生产耐火材料使用量最多或构成制品主体结构，起到基体主干作用的原料。(2)辅助原料：与主要原料相辅相成，以满足工艺要求、产品性能或物相所不可缺少的其他原料。通常将耐火原料分为：铝硅系耐火原料①硅质原料②黏土质原料③高铝质原料碱性耐原原科④白云石质原料⑤镁质原料其他耐火原料⑥铬质原料⑦锆质原料⑧碳质原料隔热耐火原料⑨硅质原料⑩高铝质原料①硅质原料硅质制品的主要原料是硅石，它是脉石英、石英岩、燧石和砂岩的等统称。硅石是以石英为主要矿物组成的硅质岩石。硅石中的主要成分是SiO2,其他均属杂质成分。※石英的外观因其产出的类型不同而异。※最常见的晶态是：α一石英、β－石英、α一鳞石英、β鳞石英、γ一鳞石英、α一方石英和β－方石英。※一般说来，石英在温度升高时，比重减小，结构松散，体积膨胀；当冷却时，则比重增大，体积收缩。β石英磷石英β方石英β石英→α石英5730.82α石英→α鳞石英87016.0α鳞石英→α方石英14704.7α方石英→熔融石英17130.1α鳞石英→β鳞石英1630.2β鳞石英→γ鳞石英1170.2α方石英→β方石英180~2702.8石英晶型转化的体积变化晶型转化温度(℃)体积膨胀(%)其中，鳞石英晶型转变时体积变化较小，方石英型次之，石英最大。因此鳞石英具有较高的体积稳定性。硅砖中鳞石英具有矛头状双晶相互交错的网络状结构，因而使硅砖具有较高的荷重软化点及机械强度。硅石的性质----外观特性外观性质主要是硅石的外形、断面、颜色、光泽、夹杂物等。通过外观，可以初步判定硅石是结晶硅石还是胶结硅石。结晶硅石外观一般呈乳白色、灰白色、淡黄色以及红褐色。有鲜明的光泽，断面平滑连续，并带有锐利棱角，硬度、强度都很大。石英结晶颗粒多在2mm以上，肉眼可辨。胶结硅石外观有白色、灰白色、黄灰色、黑色、红色等，断面致密，呈贝壳状，没有明显的粒状组织结构，断面的锐棱不明显，几乎没有光泽，石英结晶颗粒多在1mm以下，难以辨认。结晶硅石与胶结硅石的特征组织分类结晶硅石胶结硅石岩石分类石英岩脉石英石英砂岩燧石岩产地河南铁门吉林江密峰山东淄博山西五台山颜色灰白、浅灰色乳白色淡黄色、淡红色赤白、青白色组织结构石英砂岩受动力变质作用而成，由石英颗粒组成，石英晶粒0.15～0.25mm，杂质物较少，质纯分浆沉淀，火成岩，显晶质石英，晶粒粗大，一般＞2mm，质地纯净以蛋白石或玉髓等隐晶质胶结物结合石英颗粒。颗粒大小不同，粗粒者1～0.5mm，细粒者0.1～0.25mm以玉髓为基质，其中含有脉石英晶粒化学组成SiO2＞98%SiO299%SiO2＞95%，Al2O31%～3%，R2O1%～2%SiO2＞95%矿物组成石英为主，有的含有粘土、云母、绿泥石、长石、金红石、赤铁石、褐铁矿等石英为主，有的夹有红色或黄褐色水锈石英＞90%，含少量长石、云母石英、玉髓为主，有的含氧化铁、石灰石、绿泥石转变特征不易转变难于转变不易转变易转变制砖适应性制砖废品率高制造各种硅砖制造一般硅砖制造各种硅砖研究硅石的微观组织结构对评价硅石的质量很重要。胶结硅石的活性较大，其转变速度比结晶硅石快；胶结物愈多，其转变速度愈快。石英颗粒的粗细及变形程度也影响转变速度，一般结晶颗粒粗大的比细小的慢。对于结晶硅石，如果石英结晶比较小，粒度大小不一，并以锯齿状结构交错紧密结合，则煅烧时容易转变，膨胀也不大，并且不易松散；如果石英结晶较大且直径大小接近并呈圆形，则烧成膨胀大，转变慢，易松散，烧成容易产生裂纹，硅砖的气孔率高，强度低。硅石的性质----组织结构硅石中SiO2是主成分，Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2等均为杂质。硅石的化学成分愈纯，SiO2含量愈高，其耐火度也愈高。一般要求：SiO2≥96%，Na2O+K2O≤0.2%～0.4%。Al2O3的存在除增加硅石在高温下形成液体的趋势外，还会延缓硅石的分解。Al2O3含量多时还会显著降低砖体的荷重软化点，Al2O3为2%，荷重软化点降低125°C；Al2O3为6%时，则降低275°C。因此，一般控制Al2O3＜1.3%，生产优质硅砖时则需要＜0.5%。硅石的性质----化学成分与耐火度硅砖特性1硅砖属酸性耐火材料，具有良好的抗酸性渣侵蚀的能力，荷重软化温度高达1640～1670℃，在高温下长期使用体积比较稳定。硅砖的矿相组成主要为鳞石英和方石英，还有少量石英和玻璃质。鳞石英、方石英和残存石英在低温下因晶型变化，体积有较大变化，因此硅砖在低温下的热稳定性很差。使用过程中,在800℃以下要缓慢加热和冷却，以免产生裂纹。所以不宜在800℃以下有温度急变的窑炉上使用。硅砖特性2在硅砖生产中石英的转变程度用密度衡量，硅砖的密度一般小于2.38g/cm3，优质硅砖的密度在2.32~2.36g/cm3之间。Fe2O3、CaO、MgO等对硅石质量的影响不像K2O、Na2O、Al2O3那样大，如果它们呈分散状态存在，可视为有益组分。研究表明部分杂质能降低硅砖的气孔率，提高体积密度，促进烧结，并改善热震稳定性。②黏土质原料-⑴耐火黏土耐火黏土是生产硅酸铝质耐火材料的主要原料，其耐火度要求高于1580℃的各种硬质黏土、软质(半软质)黏土和黏土页岩，人们统称为耐火黏土。耐火黏土除具有较高的耐火度外，在高温条件下能保持体积的稳定性，并具有抗渣性、对急冷急热的抵抗性，以及一定的机械强度。耐火粘土分类耐火粘土按可塑性、矿石特征和工业用途分为软质粘土、半软质粘土、硬质粘土和高铝粘土四种。软质粘土耐火粘土化学组成耐火黏土的主要化学组成是Al2O3和SiO2黏土中的其他组分K2O、Na2O、CaO、MgO、TiO2等均视为杂质成分。硬质粘土Ａｌ２Ｏ３：一般来说，软质和半软质粘土含Ａｌ２Ｏ３为３０％～４５％，硬质粘土为３５％～５０％，高铝粘土为５５％～７０％。ＳｉＯ２：高铝粘土中一般为３％～３５％，硬质粘土中为４３％～６６％。耐火粘土化学组成含量黏土火泥耐火黏土矿物-高岭石天然的耐火黏土．通常是以黏土矿物(主要是高岭石Al2O3·2SiO2·2H20)为其主要成分，即以含水铝硅酸盐为主体，并夹杂有游离的石英、黄铁石、金红石及有机物等构成的混合物。此种非单一矿物．大部分是由直径小于1~2um的颗粒构成的分散体。耐火黏土矿物-蒙脱石蒙脱石(montmodUonite)又名微晶高岭石Al2O3·4SiO2·nH20，是一种层状结构、片状结晶的硅酸盐粘土矿，因其最初发现于法国的蒙脱城而命名的。水云母族(也称伊利石族)。其化学成分中的钾含量较云母低而水含量则较之为高，是云母族矿物向蒙脱石族矿物转变的过渡产物。通常呈鳞片状，具珍珠光泽，弹性较云母差，有滑腻感。是组成粘土的主要矿物成分。耐火黏土矿物-水云母干旱地区的干旱土壤，粘土矿物以水云母为主。耐火黏土矿物-焦宝石硬质粘土俗称焦宝石，是一种由高岭石为主组成的致密块状硬质粘土。生矿呈灰白、灰、灰黑色，组织结构细密，硬度较大，遇水不分散，可塑性很低，贝壳状断口，氧化铝含量36%-39%，耐火度高于1770摄氏度。焦宝石产地山东淄博地区耐火黏土矿物-成分对比产地名称Al2O3SIO2Fe2O3TiO2CaOMgO耐火度江苏高岭土39.0745.520.060.03山东焦宝石38.6644.300.541.090.120.051770湖南软粘土37.7845.021.091.70.260.281750广西软粘土27.3654～600.6～1.71～1.41690河南硬黏土39.0343.481.280.261.160.391770辽宁硬黏土37.4343.0410.2410.150.470.041770黏土矿物理论成分为：Al2O339.48%SIO246.6%H2O13.92%耐火黏土的工艺性能1可塑性：加水形成泥团，受到外力（捏或压）作用逐渐变形而不开裂和破坏的性能。2分散性：在水中的分散程度。3结合性：对非可塑性物料的结合能力。4烧结性：在一定温度下烧结时，能获得必要的致密度和强度的烧结体。概念-可塑性指数和指标通常用可塑性指数和可塑性指标来表示可塑性的大小。可塑性指数是指高岭土泥料的液限含水率减去塑限含水率，以百分数表示，即W塑性指数=100(W液性限度-W塑性限度)。可塑性指标代表高岭土泥料的成型性能，用可塑仪直接测定泥球受压破碎时的荷重及变形大小可得，以kg·cm表示，往往可塑性指标越高，其成型性能越好。高岭土的可塑性可分为四级。强可塑性153.6中可塑性7—152.5—3.6弱可塑性1—72.5非可塑性1概念-液限和塑限从可塑状态转变为流动状态的界限含水率称为液限，用wL表示，我国采用锥式液限仪来测定。其工作过程是：将粘性土调成均匀的浓糊状，装满盛土杯，刮平杯口表面，将76克重圆锥体轻放在试样表面的中心，使其在自重作用下徐徐沉入试样，若圆锥体经5秒种恰好沉入10mm深度，这时杯内土样的含水量就是液限wL值。从半固体状态转变为可塑状态的界限含水率称为塑限，用wp表示，用搓滚法测定。即将土先调匀成硬塑状态，然后在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滚成细条，用力均匀，当土条搓成直径正好为3mm时产生横向裂缝并开始断裂，此时土条的率就是塑限wp值。粘土砖以粘土熟料作骨科,耐火粘土作结合剂制成的Al2O3含量为30～48％的耐火材料制品。粘土砖在高温下呈弱酸性，抗碱性熔渣侵蚀的能力稍差,但随Al2O3含量提高而增强。热稳定性较硅砖、镁砖（见镁质砖）等为好②黏土质原料-⑵高铝矾土中国高铝土矿资源较为丰富，高铝土矿保有基础储量在世界上居第七位，储量在世界上居第八位。截至到2006年保有的资源储量为27.76亿吨，其中储量5.42亿吨，基础储量7.42亿吨，资源量20.35亿吨，主要分布在山西、河南、广西、贵州4省区。高铝矾土熟料是指煅烧后Al2O3=48%、而含Fe2O3较低的高铝土矿。熟料为灰白浅黄及深灰色，它主要用于高铝质耐火材料，也可用来制作电熔棕刚玉。高铝矾土分类类型主要分布1）水铝石-高岭石型（D-K型）山西、山东、河北、河南、贵州2）水铝石-叶蜡石型（D-P型）河南3）勃姆石-高岭石型（B-K型）山东、山西4）水铝石-伊利石型（D-I型）河南5）水铝石-高岭石-金红石（D-K-R型）四川高铝矾土分布高铝矾土矿物-水铝石含水氧化铝矿石的总称。Al2O3·nH2O如一水软铝石Al2O3·H2O、一水硬铝石、和三水铝石(Al2O3·3H2O)。水铝石-高岭石型（D-K型）：是水铝石和高岭石(2SiO2·Al2O3·2H2O)相伴构成的铝土岩或高岭石质粘土。水铝石的性能耐火度大于1700℃，化学稳定性强、物理性能良好。级别Al2O3SlO2S86.207.60Ⅰ82.4011.55ⅡA76.0319.40ⅡB67.5027.40Ⅲ54.1040.50水铝石-高岭石型（D-K）高铝矾土按Al2O3含量进行分类：高铝矾土矿物-勃姆石勃姆石