焦爐用耐火材料的基本分類及礦物組成

2020-12-04 找耐火材料網

焦爐所用耐火材料包括矽質、黏土質、高鋁質三大類，它們都屬於矽鋁系耐火材料。矽酸鋁耐火材料是由Al2O3、SiO2及少量雜質所組成，根據其中所含氧化鋁不同又可分為：半矽磚(半酸磚)，含Al2O3 15%~30%;黏土磚，含Al2O3 30%~46%;高鋁磚，含Al2O3>46%。矽酸鋁耐火材料資源豐富，成本低，尤其是黏土磚用途廣泛。

(1)Al2O3-SiO2系耐火材料種類

Al2O3-SiO2系耐火材料主要有矽質、矽酸鋁質、剛玉質三大類。

①矽質耐火材料

矽質耐火材料是指含SiO293%以上的耐火材料，是酸性耐火材料的主要品種，主要產品為燒成矽磚，也有散狀矽質耐火材料。矽磚主要是由鱗石英、方石英、殘存石英和玻璃相組成。採用矽石作原料，製造時在配料中外加少量石灰和鐵鱗作礦化劑，以促進坯體中石英轉化為鱗石英。矽磚屬於酸性耐火材料，抗酸性渣的能力較強，它的高溫強度較好，荷重軟化溫度接近其耐火度，一般為1620~1660℃，具有高溫下長期使用不變形的優點。矽磚在600℃以上一般無晶型轉化，線膨脹係數較小，抗熱震性也較好;而600℃以下正好相反。它主要用於砌築焦爐，不宜在600℃以下且溫度波動大的熱工設備中使用。

②矽酸鋁質耐火材料

矽酸鋁質耐火材料的主要成分為Al2O3和SiO2，還含有少量起溶劑作用的雜質成分，如TiO2、Fe2O3、CaO、MgO等。通常按Al2O3含量的多少分為半矽質(Al2O315%~30%)、黏土質(Al2O330%~48%)、高鋁質(Al2O3>48%)三類。

半矽質耐火材料有半矽磚、蠟石磚。半矽磚可用天然矽質黏土和蠟石作原料，也可用石英和黏土配製而成。適宜用作玻璃窯、盛鋼桶、加熱爐、均熱爐、化鐵爐等的內襯。蠟石磚又稱葉蠟石磚，以蠟石為原料製成。由於蠟石的灼減和燒成收縮小，可以不經鍛燒直接用於制磚，該產品主要用作盛鋼桶內襯。

黏土質耐火材料主要由莫來石(25%~50%)、玻璃相(25%~60%)和方石英及石英(最高可達30%)所組成。通常以硬質黏土為原料，預先煅燒成熟料，然後配以軟質黏土，以半乾法或可塑法成型.在1300~1400℃燒成材料。也可以加少量的水玻璃、水泥等結合劑製成不燒材料和不定形材料。它是焦爐、高爐、熱風爐、加熱爐和耐火材料燒成窯中常用的耐火材料。

高鋁磚的礦物組成為剛玉、莫來石和玻璃相，其含量取決於Al2O3/SiO2比以及雜質的種類和數量，可按Al2O3含量劃分等級。原料為高鋁礬土和矽線石類天然礦石，也有摻加電熔剛玉、燒結氧化鋁、合成莫來石的，以及用氧化鋁與黏土按不同比例煅燒的熟料，多用燒結法生產，但產品還有熔鑄磚、熔粒磚、不燒磚和不定形耐火材料。高鋁磚廣泛用於鋼鐵工業、有色金屬工業和其他工業。

矽線石磚是以矽線石族礦石為主要原料製成的高鋁磚。此種材料中Al2O3/SiO2比近於1，主要礦物為莫來石以及一定量的玻璃相和方石英。矽線石族原料中的矽線石和紅柱石在煅燒過程中體積穩定性好，不需預燒即可用於制磚;藍晶石在1300℃左右形成莫來石和方石英時體積膨脹約1%。此種高鋁材料中的Al2O3和SiO2等化學組成分布均勻，各種礦物晶體互相交錯、結構均一。

莫來石磚是以莫來石為主晶相的高鋁磚，Al2O3含量一般在65%~75%。礦物組成除莫來石外，其中鋁礬土熟料為主要原料，再加少量黏土或生礬土作結合劑，經成型和燒成製得。Ⅱ等高鋁磚中含Al2O3較高的即屬此種材料。按莫來石成分配料用熔鑄法製成的，稱為熔鑄莫來石材料。該材料的高溫性能取決於Al2O3的含量(即莫來石和少量剛玉的含量)和莫來石晶相與玻璃相分布的均勻性。

剛玉磚是指Al2O3含量不小於90%，以剛玉為主要物相的耐火材料。用燒結Al2O3或電熔剛玉作原料，或Al2O3/SiO2比高的礬土熟料與燒結氧化鋁配合，採用燒結法製成。也可用磷酸或其他化學結合劑製成不燒剛玉磚。

(2)Al2O3-SiO2系耐火材料的化學、礦物組成

Al2O3-SiO2系耐火材料是由多種不同的化學成分及其結構的礦物組成的非均質體。化學組成是構成耐火材料的基礎。通常將耐火材料的化學組成按各個成分的含量多少和其作用分成兩部分，即佔絕對多量的主成分和佔少量的副成分(雜質成分及添加成分)。主成分是構成耐火主體的成分，也是決定材料特徵的基礎，知道化學組成中的主成分就容易知道其中的耐火主體。

除使用特殊原料製成的耐火材料主成分接近外。使用天然原料製成的矽酸鋁質耐火材料不可避免地要混人一定數量的雜質成分，因而耐火材料的質量規定中都規定了主成分的最低值。

材料中的雜質成分大部分在高溫下起著溶劑作用，嚴重地降低了材料的耐火性能，通常將其視為有害成分。

耐火材料是礦物組成體，其性質是組成礦物性質的綜合反映。矽酸鋁耐火材料的礦物組成取決於材料(原料)的化學組成和工藝條件。因而即使化學組成完全相同的材料，由於所形成的礦物相的種類數量、結晶大小的不同以及分布情況的差異，其性質也可有很大的差別。Al2O3-SiO2系耐火材料的化學礦物質組成及其化學性質見表1。

表1Al2O3-SiO2系耐火材料的化學礦物質組成及其化學性質

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