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 材料科学与工程学院
• Al2O3-SiO2二元系相平衡
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2050
1723
莫来石：
Al2O3:71.8%
SiO2:28.2%
5.5
熔点：1850℃
30
46
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— 金属氧化物，如CuO、Cu2O、TiO2、Fe2O3等
— 特殊硅石（Al2O3、R2O低）
— 添加含硅的物质，如SiC、Si3N4、Si等
硅铬砖：抗氧化铁和熔渣侵蚀性强 硅锆砖和硅堇青石砖：高热震稳定性 硅碳化硅砖：高热震稳定性、耐磨性、热导率
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2.2 硅质耐火材料
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600－700℃ CaO与SiO2的固相反应开始，砖坯结 合强度↑
2CaO＋SiO2 →β－2CaO·SiO2 2CaO·SiO2＋SiO2→2（CaO·SiO2）
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硅砖烧成中主要物理化学变化
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1000－1100℃ 生成固溶体 α－CaO·SiO2＋FeO·SiO2→[CaO·SiO2－FeO·SiO2]
◆ 成型 砖坯体积密度2.2-2.3g/cm3 砖模尺寸应缩小（缩尺）
◆ 烧成 废品率高 —— SiO2晶型转变，体积变化 —— 液相量较少（~10%）
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硅砖烧成中主要物理化学变化
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≤150℃
自由水↑
450－500℃ Ca(OH)2分解，砖坯结合强度↓ 550－650℃ β－石英→α－石英
普通硅砖
0.18 95.60 0.10 0.95 0.55 2.00 0.06 0.06 0.18
＜1 63 18
高密度硅砖
超高密度硅砖
0.14 95.85 0.07 0.96 0.59 2.10 0.06 0.08 0.10
＜1 61 21
0.16 96.06 0.07 0.85 0.54 1.96 0.15 0.07 0.14
∴ CaO-FeO可作为矿化剂； 硅砖可以同时吸收不同 比例的CaO和FeO。
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Na2O-SiO2系
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∵加入6.5%Na2O，液化温度 下 降 到 1600℃ ， 25%Na2O， 液 化 温 度 降 到 Na2O·SiO2SiO2 共 晶 点 789℃ ， 并 且 无 二液区。
思考题： 影响硅砖导热性能的因素有哪些？说明原因。
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2. 4 粘土质耐火材料
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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 种类： 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
应用：
建材工业、冶金工业（高炉、热风炉、蓄热室、 加热炉、均热炉、退火炉及铸锭系统等）、机械工业、 石油化工工业、动力工业以及轻工业等。
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2.1 概况
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Al2O3-SiO2系耐火材料组成与性能
Al2O3含量，%
主要矿相
化学性质
硅质 半硅质
≥93（SiO2） 15~30
砖种
Ⅲ等粘土 砖
Ⅰ等粘土 砖
莫来石砖 刚玉砖
Al2O3，% / 40 70 90
开始变形温 4%变形温度， 40%变形温
度TH，℃
℃
度TK，℃
1250
1320
1500
1400
1470
1600
1600 1870
1660 1900
1800 /
TK-TH 250 200 200 /
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2.2 硅质耐火材料
废硅砖（≤20%） 矿化剂：轧铁皮（铁鳞）、平炉渣、硫酸渣、软锰矿等。 结合剂：石灰乳、硅酸盐水泥、亚硫酸纸浆废液。
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2.2.3 硅砖的生产工艺要点
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生产工艺要点
◆ 颗粒组成的选择（结合剂少） 临界粒度（颗粒大易压碎、转变时体积膨胀大而开裂） 细粉数量（转变时体积膨胀小、与矿化剂作用及烧结性增强）
∴ Na2O不能用作矿化剂; Na2O 也是有害杂质。
•
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2.2 硅质耐火材料 与液相相关的因素
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— 液相的形成温度（低共熔点） — 液相的数量 — 液相的粘度（如氟化物） — 液相对SiO2的润湿能力 — 液相（硅酸盐）的结构
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2.2.3 硅砖的生产工艺要点
鳞石英、方石英、残余石英、玻璃相 石英变体、莫来石、玻璃体
酸性 半酸性
粘土
30~46
莫来石（~50%）、石英变体、玻璃体 弱酸性
Ⅲ等高铝砖 Ⅱ等高铝砖 Ⅰ等高铝砖
刚玉砖
46~60
60~75 ＞75 95~99
莫来石（60~70%）、石英变体、玻璃 体
莫来石、少量刚玉、玻璃体
莫来石、刚玉、少量玻璃体
刚玉、少量玻璃体
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硅砖真比重 鳞石英，% 方石英，%
熔点
1670
1723
石英，%
1600
玻璃相，%
2.33
80
13
1
7
2.34
72
17
3
8
2.37
63
17
9
1
2.39
60
15
9
6
2.40
58
12
12
18
2.42
53
12
17
18
硅砖的密度一般应小于2.38g/cm3
优质硅砖的密度在2.32~2材.36料g/c科m学3 与工程学院
弱酸性 弱酸性 似中性
中性
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2.1 概况
• Al2O3-SiO2二元系相平衡
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2050
1723
5.5
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2.1 概况
• Al2O3-SiO2系组成与耐火度间的关系
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2.1 概况
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Al2O3-SiO2系制品的荷重软化变形温度
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原料
分类 岩石分类
显微结构和特征
示例
结晶 硅石
脉石英 石英岩 变质石英岩 石英砂
晶粒很大，纯净，转变困难 晶粒较小，纯净，中速转变 晶粒受地壳压力而发生扭曲，易转变 晶粒较大，纯度不定
吉林 本溪 包头
胶结 硅石
砂岩 玉髓 燧石岩
以胶结石英为基质的砂岩 由玉髓组成 以玉髓为基质
武汉 山西
∵液化温度2250℃， 二液区宽度5-98 Cr2O3 ， 二元共熔点1720℃ 。
∴ Cr2O3不能用作矿化剂
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CaO-FeO-SiO2 系
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∵CaO-SiO2 、 FeO-SiO2 都有二液区，由两个含 二液区的二元系统构成 的三元系统，仍然保持 着二液区。
• ∴ MgO不能用作矿化剂
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TiO2-SiO2系
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∵液化温度1780（1794） ℃ ， 二 液 区 宽 度 18-92 TiO2（偏向TiO2），二 元共熔点1553℃
∴ TiO2不能用作矿化剂
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Cr2O3-SiO2系
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弱还原气氛
20 ℃／小时（快） 25 ℃／小时（最快） 10 ℃／小时 5 ℃／小时（慢） 2 ℃／小时（最慢）
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2.2.4 硅砖的组成与性质 ◆ 化学成分
SiO2 93-98
Al2O3 0.5-2.5
Fe2O3 0.3-2.5
CaO 0.2-2.7
◆ 矿物组成
普通硅砖
高密度硅砖
超高密度硅砖
32 1/2
33
32
2.309
2.311
2.302
2.30
2.30
2.26
g/cm3
1.80
1.85
1.93
％
21.6
19.5
14.6
cc/Sec
0.121
0.103
0.035
MPa
60
62
95
MPa
19
1480℃
5
19.9
21.1
5.5
11.6
MPa
1.30
1.35
1.76
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第2章 Al2O3-SiO2系耐火材料
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本章主要内容
2.1 概况 2.2 硅质耐火材料 2.3 硅酸铝质耐火材料 2.4 粘土质耐火材料 2.5 高铝质耐火材料 2.6 氧化铝质耐火材料
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第二章 Al2O3-SiO2系耐火材料
≥1200℃ 与杂质如Al2O3、Na2O等作用形成液相（8－10 ％），润湿石英颗粒，石英转变速度↑
1300－1350℃ 鳞石英和方石英↑ 1350－1430℃ 鳞石英↑，方石英↓
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典型硅砖烧成升温制度
20－600℃ 600－1100 ℃ 1100－1300 ℃ 1300－1350 ℃ 1350－1430 ℃
2.2 硅质耐火材料
2.2.3 矿化剂选择原则