硅石耐火材料

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
硅石质量标准
我国行业标准对耐火材料用硅石质量标准作出了规定。

标准要求硅石中不
得混入废石、角砾石状硅石、风化石等，表面不允许有超出1mm 厚的杂质，
硅石块内不允许有直径大于5mm 的各种有害包裹体。

具体的硅石质量标准请
看下表：理化指标要求
牌号化学成分/% 耐火度/°C 吸水率/% SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO GS-98.5 ≥98.5 ＜0.3 ＜0.5 ＜0.15 ≥1750 ＜3.0 GS-98 ≥98.0 ＜0.5 ＜0.8 ＜0.20 ≥1750 ＜4.0 GS-97 ≥97.0 ＜1.0 ＜1.0 ＜0.30 ≥1730 ＜4.0 GS-96 ≥96.0 ＜1.3 ＜1.3 ＜0.40 ≥1710 ＜4.5 粒度范围/mm 最大粒度/mm 允许波动范围/% 下限上限20～40 50 10 8 40～60 70 10 8 60～120 140 10 5 120～160 170 10 8 160～250 260 8 6 硅石，是脉石英、石英岩、石英砂岩的总。

关于耐火材料硅砖的介绍暑假期间应学校教务处关于社会实践的要求，我和同寝室的高振东、魏珊珊同学一起在山西省阳泉市平定县社会高新福利耐火材料厂进行了为期十天的社会实践。

该厂是以生产耐火材料硅砖为主的乡镇企业，我们的实践是以参观硅砖生产工艺流程为主展开的。

经过十天的实践，我对耐火材料硅砖有了一个初步的认识，以下就是对耐火材料硅砖的介绍：硅砖主要是由鳞石英、方石英以及少量残余石英和玻璃相组成的酸性耐火材料。

其二氧化硅含量94%以上，真密度2. 35g/cm3，具有抗酸性渣侵蚀性能，较高的高温强度，荷重软化开始温度1620~1670℃，在高温下长期使用不变形，热震稳定性低（水中热交换1~4次）。

以天然硅石为原料，外加适量矿化剂，以促进胚体中的石英转化为鳞石英，在还原气氛下经1350~1430℃缓慢烧成，加热到1450℃时约有1.5~2.2%的总体积膨胀，这种残余膨胀会使切缝密合，保证砌筑体有良好的气密性和结构强度。

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。

硅砖的性质和工艺过程同SiO2的晶型转化有密切关系，因此，真比重是硅砖的一个重要质量指标。

一般要求在 2.38以下，优质硅砖应在 2.35以下。

真比重小，反映砖中鳞石英和方石英数量多，残余石英量小，因而残余线膨胀小，使用中强度下降也少。

二氧化硅有七个结晶型变体和一个非晶体变体。

这些变体可分为两大类：第一类变体是石英、鳞石英和方石英，它们的晶型结构极不相同，彼此间转化很慢；第二类变体是上述变体的亚种──αβ和γ型，它们的结构相似，相互间转化较快。

制造硅砖的原料为硅石。

硅石原料的SiO2含量越高，耐火度也越高。

最有害的杂质是Al2O3、K2O、Na2O等，它们严重地降低耐火制品的耐火度。

硅石的分类方法硅石是硅质耐火材料的主要原料。

硅石也称石英岩，主要矿物是石英SiO2，其它成分均为杂质。

由于生成条件不同，工艺要求各有侧重，所以有多种分类方法。

1.按硅石的组织结构分类耐火材料工业用的硅石可以分为结晶硅石（再结晶石英岩）和胶结硅石（胶结石英岩）。

⑴结晶硅石是由硅质砂岩（石英砂岩）经变质作用再结晶而成得变质岩。

硅质砂岩中的硅质胶结物在地质条件作用下而在原石英颗粒表面再结晶，成为石英颗粒的增大部分。

因此，其组织结构特征是：由结晶的石英颗粒所组成，石英颗粒间没有胶结物或极少（3%～8%）；由于变质过程中的再结晶作用而使石英颗粒紧密地连接在一起，并且构成了原硅质砂岩所没有的各种变晶结构，如锯齿结构、花岗岩结构和镶嵌结构等。

脉石英也属于结晶硅石，它是火成岩，特征是石英颗粒较大（＞2mm），纯度较高（SiO2＞99%），煅烧时转化迟钝，膨胀性大，直接用于制砖较为困难。

⑵胶结硅石石英颗粒被硅质胶结物结合而成的沉积岩，胶结构主要是隐晶质的二次石英，胶结物含量通常约占30%～75%。

胶结硅石中的石英颗粒结晶较小，杂质含量多，加热时易于转变。

结晶硅石与胶结硅石的特征对比如表1-1所列。

表1-1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% SiO2 99% SiO2＞95% ，Al2O3 1%～3%，R2O 1%～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2.按转变速度分类从硅砖的制造工艺观点出发，依照硅石原料在1450°C时煅烧1小时的真比重大小，可将硅石非为极慢、慢速、中速和快速转变四种类型（表1-2）。

硅质耐火材料综述说明：本文主要介绍了硅质耐火材料、生产硅砖的原料及其主要成分不同变体之间的转变及工艺流程，并详细介绍了生产硅砖的机械设备及它们的工作原理和硅砖在实际生产中的应用。

关键词：硅砖原料工艺设备应用1.硅质耐火材料硅砖的矿物组成主要是鳞石英、方石英、少量的残余石英与玻璃相。

二氧化硅含量93%～98%，真密度一般为2.37～2.40g/cm3，具有抗酸性渣侵蚀性能，荷重软化温度在1640～1680℃之间，同时具有很高的导热系数。

当温度高于600℃时，其抗热震性也很好。

因而，它用作高炉热风炉及焦炉的砌筑材料。

在还原气氛下经1350～1430℃缓慢烧成，加热到1450℃时约有1.5～2.2%的总体积膨胀，这种残余膨胀会使切缝密合，保证砌筑体有良好的气密性和结构强度。

硅砖主要用于炼焦炉的炭化室和燃烧室的隔墙、炼钢平炉的蓄热室和沉渣室、均热炉、玻璃熔窑、耐火硅砖材料和陶瓷的烧成窑等窑炉的拱顶和其他承重部位。

而且硅砖抗硅酸盐玻璃成分侵蚀的能力较好，因而也可以用于玻璃熔窑上。

硅砖的主要缺点是，当温度低于600℃时，由于氧化硅的多晶转变导致较大的体积变化，使其在600℃以下的抗热震性差。

因此，使用硅砖的炉子不宜冷却至600℃以下。

硅砖以二氧化硅含量不小于96%的硅石为原料，加入矿化剂(如铁鳞、石灰乳)和结合剂（如糖蜜、亚硫酸纸浆废液），经混练、成型、干燥、烧成等工序制得。

2.SiO2的同质多晶转变二氧化硅在常压下有7个变体和1个非晶体，各变体间的转变可分为两类：第一类是高温型转变，即石英、鳞石英、方石英之间的转变，即图中水平方向的转变。

由于他们在晶体结构和物理性质方面差别较大，因此转变所需的活化能大，转变温度高而缓慢，并伴随有较大的体积效应。

第二类是低温型转变，即石英、鳞石英、方石英本身的α、β、γ型的转变，即图中垂直方向的转变。

由于他们在晶体结构和物理性质方面差别很小，因此转变温度低，转变速度快，且转变是可逆的，所伴随的体积效应也比高温型的小。

碳化硅（又名：碳硅石、金钢砂或耐火砂），化学简式：SiC，是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成的一种耐火材料。

碳化硅在大自然也存在于罕见的矿物，莫桑石中。

在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛、最经济的一种。

我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。

碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基该品种，都属α-SiC。

①黑碳化硅含SiC约95%，其韧性高于绿碳化硅，大多用于加工抗张强度低的材料，如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。

②绿碳化硅含SiC约97%以上，自锐性好，大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于珩磨汽缸套和精磨高速钢刀具。

此外还有立方碳化硅，它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体，用以制作的磨具适于轴承的超精加工，可使表面粗糙度从Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。

化学特性及用途：
碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的高级耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高，节能效果好。

低品级碳化硅（含SiC约85%）是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质
量。

此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。

碳化硅的硬度很大,莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石（10级），具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。

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硅质耐火材料培训课件(31页) xx年xx月xx日contents •硅质耐火材料概述•硅质耐火材料的分类及应用•硅质耐火材料的性能及检测•硅质耐火材料的制备及加工•硅质耐火材料的性能优化及发展方向•硅质耐火材料的相关知识及法规目录01硅质耐火材料概述硅质耐火材料是指以硅酸铝质为主要原料，加入一定量的粘土、石英、高岭土等原料，经过高温烧结而成的耐火材料。

硅质耐火材料主要分为硅砖、硅质不定形材料和硅质制品三大类。

硅质耐火材料的定义硅质耐火材料的性能特点硅质耐火材料具有良好的抗渣性和耐腐蚀性，能够抵抗大部分金属熔渣的侵蚀。

硅质耐火材料具有较低的热膨胀系数和良好的耐磨性和气密性。

硅质耐火材料具有高荷重软化点、高温强度和良好的抗热震性能。

硅质耐火材料的生产工艺流程包括原料的制备、成型、干燥、烧成和后加工等环节。

制备硅质耐火材料的原料主要包括硅酸铝质、粘土、石英、高岭土等，将这些原料按一定比例混合后，经过破碎、粉碎和细磨等工序制备成硅质耐火材料生料。

将生料进行成型，可以采用机压、振动、挤压等方式，成型后的坯体需要在干燥窑中进行干燥。

干燥后的坯体经过高温烧成后，可以得到所需的硅质耐火材料产品。

烧成后的硅质耐火材料产品需要进行后加工，如修整、磨削等，以满足不同使用场合的要求。

硅质耐火材料的生产工艺流程010*******02硅质耐火材料的分类及应用硅质耐火材料主要分为硅砖、硅质不定形材料和硅质制品三类。

按化学成分分类硅质耐火材料可分为烧成和不烧成两类，烧成制品具有较高的密度和较低的气孔率。

按制造工艺分类硅质耐火材料的分类方法各种硅质耐火材料的应用场景硅砖主要用于玻璃窑炉、水泥窑炉、钢铁冶炼炉等高温工业炉。

硅质不定形材料主要用于炉衬修补料和炉顶、炉墙修补料。

硅质制品包括硅质坩埚、硅质耐火窗等，用于有色金属冶炼、玻璃熔窑燃烧器口等。

硅质耐火材料在工业炉中的应用硅质耐火材料具有较高的耐火度和较低的热膨胀系数，适用于高温工业炉的炉衬和燃烧器口等高温部位。

耐火材料原料耐火材料是指在高温环境下具有较高耐火性能的材料。

它能在高温下保持良好的物理和化学性能，不受热胀、热膨胀和热冷循环的影响，起到保护和隔热作用。

耐火材料广泛应用于冶金、建筑、陶瓷、化工等工业领域。

耐火材料的原料主要包括以下几种。

一、黏土：黏土是一种含有特殊结构的可塑性土壤。

它是耐火材料的主要原料之一。

黏土经过加工和烧结之后，形成矿物质固结体，具有良好的耐火性能。

黏土的主要成分是硅酸盐矿物，如膨润土、高岭土等。

它们具有良好的塑性和可塑性，能够形成坚固的矿物质晶格结构，具有良好的耐火性和隔热性能。

二、氧化铝：氧化铝是一种耐火性能非常好的材料。

它具有高熔点、高硬度和高耐火性能，能够在高温下保持较长时间的稳定性。

氧化铝主要通过铝土矿石的煅烧和冷却制得。

氧化铝能够在高温下形成稳定的陶瓷相，具有优良的耐火性能和隔热性能。

三、硅石：硅石是指富含二氧化硅的石英矿石。

它是一种常见的原料，广泛应用于耐火材料的制备。

硅石具有高熔点、高耐火性和高热稳定性，能够在高温下保持较长时间的稳定性。

它能够形成稳定的石英晶体结构，具有良好的耐火性和隔热性能。

四、铬矿石：铬矿石是指富含铬元素的矿石。

它可以作为一种重要的耐火材料原料。

铬矿石经过煅烧和冷却处理后，能够形成稳定的铬酸盐晶体结构，具有良好的耐火性和隔热性能。

铬矿石主要用于制备铬砖、铬质制品和其他耐火材料。

五、高岭土：高岭土是一种富含高岭石的黏土。

它是一种重要的原料，广泛应用于耐火材料的制备。

高岭土具有优良的塑性、可塑性和粘结性，能够形成坚固的矿物质晶格结构，具有良好的耐火性和隔热性能。

这些原料是耐火材料的主要成分，通过不同的加工工艺和烧结过程，可以制得具有不同耐火性能的各类耐火材料，如耐火砖、耐火板、耐火涂料等，广泛应用于各种高温环境下的保护和隔热作用。

硅质耐火砖的原料组成及性能分析一般来说，硅质原料质量的优劣应从显微组织、化学成分、耐火度、致密性、强度、外观和烧成转变等方面进行考虑。

采用硅质原料作耐火材料时，首先要注意其化学组成和耐火度。

特别是生产优质硅砖时，硅石中SiO2含量和杂质的种类、分布和数量极为重要。

生产一般硅砖，硅石中SiO2，含量应不小于96%。

AI2O3≤1.2～1.6%，Na2O+K2O 总量不超过0.2～0.4%。

而对于优质硅砖，硅石中的杂质(Al2O3、TiO2和碱性物质)含量应尽可能低，三者之和不能超过0.5%。

对于优质硅砖，耐火度要求大于或等于1750℃和1730℃，而一般工业炉则要求大于和等于1710℃。

此外硅石的致密度也极为重要，一般要求硅石致密，因为质地疏松，则制品气孔率高。

至于硅石的类型和石英晶粒的大小等显微结构，因为对于硅石煅烧过程中的SiO2晶型转化影响较大，因而应给予足够的重视。

由于硅石中石英晶型转化速度的快慢直接影响制砖工艺，因而一定要事先确定其类型，硅石的转化速度按其在1450°C下煅烧1h的真密度数值的大小，可分为四类：快速转变，真密度小于2.4g/cm^3；中速转变，真密度2.4～2.45g/ cm^3 慢速转变，真密度 2.45～2.50g/cm^3；特慢转变，真密度不小于2.50g/cm^3生产中，Al2O3的存在不仅会增加在高温下硅石中液硅质原料中各种杂质成分对制品性能有什么影响了体形成的趋势，而且会延缓硅石的分解，当它与普通催化剂混合时，还会降低其活性。

从Al2O3-SiO2系的二元相图可见，当Al 2O3 含量达到5.5%时，将与SiO2形成低共熔混合物，共熔温度仅为1545 °C。

硅石中的TiO2在量不是很大的情况下不仅不影响石英的转化，而且还可改进制品的热震稳定性。

但含量过高则会严重影响制品的高温性能。

碱类物质将严重影响制品的耐火度，而Fe2O3和CaO虽然也是熔剂，但如果它们呈分散状态存在，可视为有益组分。