◆ 荷重软化温度
一般为1620~1670℃，与其耐火度接近。影响因素主
要是砖中杂质种类、数量和晶型与密实状况等。
◆
高温体积稳定性
热膨胀+晶型转变导致的体积膨胀。
◆ 耐热震性
在850℃下水冷仅为1~2次。其原因在于温度剧烈变化 时，硅砖内部的结晶发生快速型转变，体积突然膨胀或收 缩，产生较大的内应力所致。 当使用温度在600℃以上波动时，由于结晶不发生快速型 转变，耐热震性较好。
英的含量和降低气孔率而取得的。 选择特殊硅石原料和可转化成SiO2的添加物，严
格调整烧成制度，在控制气氛条件下烧砖，对于开
发高密度高导热率硅砖是可能的。
思考题
1、什么是硅质耐火材料？包括哪些制品？这类耐 火材料有哪些特点？

烧成制度
600℃以下，可用较快而均匀地升温速度烧成。
700℃以上至1100～1200℃温度范围内，因砖坯体积变化 不大，强度逐渐提高，不会产生过大应力，只要保证砖坯加 热均匀，可尽快升温。 1100～1200℃至烧成终了温度的高温阶段，硅砖的密度 显著降低，晶体转变及体积变化集中地发生在这一阶段。它 是决定砖坯出现裂纹与否的关键阶段。这个阶段升温速度应 逐渐降低，并能缓慢均匀升温。 硅砖烧成后的冷却，高温下(600～800℃以上)可以快冷； 低温时因有方石英和鳞石英的快速晶型转变，产生体积收缩， 故应缓慢冷却。
150℃以下从砖坯中排出残余水分； 450℃时，Ca(OH)2开始分解； 450～500℃时Ca(OH)2脱水完毕，硅石颗粒与石灰的结 合破坏，坯体强度大为降低。 550～650℃范围内，-石英转变为α-石英，由于转变过 程中伴有0.82％的体积膨胀，故石英晶体将出现密度不等 的显微裂纹。
600～700℃间，CaO与SiO2的固相反应开始，砖坯强度 有所增加， 2CaO+SiO2→-2CaO· 2 SiO 2CaO· 2+SiO2→2(CaO·SiO2) SiO 1000～1100℃有固熔体状α-CaO· 2与FeO· 2生成。 SiO SiO
具有矛头状双晶相互交错的网络状结构。因而使砖
具有较高的荷重软化点及机械强度。 一般希望烧成后硅砖中含大量磷石英，方石英 次之，而残余石英愈少愈好。 在硅砖生产中石英的转变程度用密度衡量，硅 砖的密度一般应小于2.38g／cm3，优质硅砖的密度 在2.32～2.36g／cm3之间。
矛头状鳞石英
矛头状、片状磷石英
四、硅砖生产的物理化学原理
（1）SiO2的同质多晶转变
-石英
870℃ ±16%
-磷石英
163℃
1470℃ ±4.7%
-方石英
1713℃
熔融态石英
573℃ ±0.82%
±0.2%
180~270℃ ±2.8%
-石英
-磷石英
117℃ ±0.2%
-方石英
急冷
-磷石英中磷石英
②荷重变形温度高，波动在1640~1680℃间，接近磷 石英、方石英的熔点(1670℃、1713℃)；
③热震稳定性低，其次是耐火度不高，这限制了其 广泛应用。
三、应用
玻璃熔窑
隧道窑
应用于：
焦炉、热风炉、玻璃熔窑、隧道窑的拱顶各种 窑炉的架子砖等。 用硅砖砌筑焦炉炭化室隔墙，在高温下具有良好的 稳固性和气密性，使用寿命可达10~15年。
（3）烧成
硅砖在烧成过程中发生相变，并有较大的体积变化， 加上砖坯在烧成温度下形成的熔液量较少(约10 ％左右)， 使其烧成较其它耐火材料困难得多。 硅砖的烧成制度与砖坯在烧成过程中所发生的一系列 物理化学变化，加入物的数量和性质，坯体的形状大小以 及烧成窑的特性等因素有关。

硅砖在烧成过程中的物理化学变化
针状磷石英
管柱状磷石英
五、硅砖的生产与性能
1.组成
◆
化学成分
SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 CaO R2O
◆ 矿物组成 磷石英 方石英 石英玻璃相
2. 性质
◆
耐火度 1600~1730℃。随着SiO2含量、晶型、杂质种类及数
量的不同而略有变化。SiO2含量愈高耐火度愈高，杂质 含量愈多则耐火度愈低。
从l100℃开始，石英的转变速度大大增加，砖坯的密 度也显著下降，此时砖坯体积由于石英转变为低密度变体 而大为增加。
1300～1350℃时，由于鳞石英和方石英数量增加，砖 坯的密度降低得很多。此时液相粘度仍较大，对内应力的 抵抗性还弱，生成裂纹的可能性存在。 当加热到1350～1430℃时，石英的转变程度和由此产 生的砖体膨胀大大增强，在这一温度范围内，加热得愈缓 慢，石英溶于液相再结晶生成的磷石英量愈多，方石英生 成量愈少，砖体生成裂纹的可能性也愈小。
◆ 抗渣性
对酸性及弱酸性炉渣和含腐蚀性炉气的侵蚀有很强的 抵抗能力。对含CaO和FeO有一定的抵抗能力。
3.生产工艺流程
• 硅石→破碎→粉碎→筛分 • 矿化剂→
烧成
工艺特点： •使用前原料必须拣选、冲洗。
配料
混合
干燥
成型
•原料中加入废硅砖以减少烧成膨胀。
•原料不经煅烧，直接配用破碎和筛分后的硅石颗粒料和细粉。
（2）成型
硅砖成型的特点表现在硅砖坯料成型特性和硅砖 砖型形状复杂与质量差别大等方面。
硅质坯料是质硬、结合性和可塑性低的瘠性料，因 此它受压而致密的能力低。硅质坯料的成型性能受其颗 粒组成、水分和加入物的影响。调整这些因素可以改善 坯料的成型性能。
对任何组成的坯料，增加成型压力都会提高硅砖密 度。为了保证制得致密砖坯，成型压力应不低于100～ 150MPa。
•需加矿化剂(3%~4%)
• 矿化剂的作用（催化剂/缓冲热应力）： – 烧成时加速石英转化为磷石英和方石英； – 同时仍保持其耐火度并防止松散和开裂。 – 使泥料具有结合性和可塑性；

常用矿化剂：
CaO、FeO 、MnO
4.物理化学反应
• SiO2和CaO作用生成偏硅酸钙； • 石英直接转化为磷石英和方石英，砖坯发生体积 膨胀； • 硅砖的机械强度发生变化。 • 杂质（CaO、FeO、Al2O3等与SiO2作用生成液相 →润湿石英颗粒表面→ 使石英颗粒胶结）
五、高导热性硅砖
提高硅砖的热导率，对缩短结焦时间，提高生 产率有一定的经济效果。因此，制造高密度高导热 性硅砖引起了人们的重视。
硅砖的相组成是晶相(磷石英、方石英和石英)， 玻璃相及气孔。其中玻璃相和气孔是降低硅砖导
热率的主要因素。影响最大的是气孔，其次是玻璃 相。
目前提高硅砖热导率的途径主要是靠增加磷石
耐火材料分类
第七章 耐火材料
第三节 硅质耐火材料
一、定义
以SiO2为主要成分（93-98%）的耐火制品，包括硅 砖、不定形耐火材料以及石英玻璃制品。 矿物组成：主晶相为磷石英和方石英，基质为石英玻
璃相。
二、特点
①对酸性炉渣抵抗力强，但受碱性渣强烈侵蚀，对 CaO、FeO、Fe 2O3等氧化物有良好的抵抗性；
减少在石英产生各种变化作用时出现的应力； 结合结晶颗粒和填满生成的裂纹； 熔解部分石英。

5. 硅砖生产工艺要点
（1）颗粒组成的选择
硅质坯体加热时的松散和烧结能力取决于颗粒组成 中粗细两种粒度的性质和数量。 采用细颗粒组成的砖坯时，在烧成时有利于减少膨 胀，减少砖体的裂纹和体积变化，提高成品率，还可提 高制品中磷石英的含量，但泥料颗粒过细，也将导致硅 砖气孔率的提高。 一般硅砖的临界粒度以2～3mm为宜。