焦炉用耐火材料的基本分类及矿物组成
发布日期： 2020-12-02 13:36:20 阅读量（544） 作者：焦炉所用耐火材料包括硅质、黏土质、高铝质三大类，它们都属于硅铝系耐火材料。硅酸铝耐火材料是由Al2O3、SiO2及少量杂质所组成，根据其中所含氧化铝不同又可分为：半硅砖(半酸砖)，含Al2O3 15%~30%;黏土砖，含Al2O3 30%~46%;高铝砖，含Al2O3>46%。硅酸铝耐火材料资源丰富，成本低，尤其是黏土砖用途广泛。
(1)Al2O3-SiO2系耐火材料种类
Al2O3-SiO2系耐火材料主要有硅质、硅酸铝质、刚玉质三大类。
①硅质耐火材料
硅质耐火材料是指含SiO293%以上的耐火材料，是酸性耐火材料的主要品种，主要产品为烧成硅砖，也有散状硅质耐火材料。硅砖主要是由鳞石英、方石英、残存石英和玻璃相组成。采用硅石作原料，制造时在配料中外加少量石灰和铁鳞作矿化剂，以促进坯体中石英转化为鳞石英。硅砖属于酸性耐火材料，抗酸性渣的能力较强，它的高温强度较好，荷重软化温度接近其耐火度，一般为1620~1660℃，具有高温下长期使用不变形的优点。硅砖在600℃以上一般无晶型转化，线膨胀系数较小，抗热震性也较好;而600℃以下正好相反。它主要用于砌筑焦炉，不宜在600℃以下且温度波动大的热工设备中使用。
②硅酸铝质耐火材料
硅酸铝质耐火材料的主要成分为Al2O3和SiO2，还含有少量起溶剂作用的杂质成分，如TiO2、Fe2O3、CaO、MgO等。通常按Al2O3含量的多少分为半硅质(Al2O315%~30%)、黏土质(Al2O330%~48%)、高铝质(Al2O3>48%)三类。
半硅质耐火材料有半硅砖、蜡石砖。半硅砖可用天然硅质黏土和蜡石作原料，也可用石英和黏土配制而成。适宜用作玻璃窑、盛钢桶、加热炉、均热炉、化铁炉等的内衬。蜡石砖又称叶蜡石砖，以蜡石为原料制成。由于蜡石的灼减和烧成收缩小，可以不经锻烧直接用于制砖，该产品主要用作盛钢桶内衬。
黏土质耐火材料主要由莫来石(25%~50%)、玻璃相(25%~60%)和方石英及石英(最高可达30%)所组成。通常以硬质黏土为原料，预先煅烧成熟料，然后配以软质黏土，以半干法或可塑法成型.在1300~1400℃烧成材料。也可以加少量的水玻璃、水泥等结合剂制成不烧材料和不定形材料。它是焦炉、高炉、热风炉、加热炉和耐火材料烧成窑中常用的耐火材料。
高铝砖的矿物组成为刚玉、莫来石和玻璃相，其含量取决于Al2O3/SiO2比以及杂质的种类和数量，可按Al2O3含量划分等级。原料为高铝矾土和硅线石类天然矿石，也有掺加电熔刚玉、烧结氧化铝、合成莫来石的，以及用氧化铝与黏土按不同比例煅烧的熟料，多用烧结法生产，但产品还有熔铸砖、熔粒砖、不烧砖和不定形耐火材料。高铝砖广泛用于钢铁工业、有色金属工业和其他工业。
硅线石砖是以硅线石族矿石为主要原料制成的高铝砖。此种材料中Al2O3/SiO2比近于1，主要矿物为莫来石以及一定量的玻璃相和方石英。硅线石族原料中的硅线石和红柱石在锻烧过程中体积稳定性好，不需预烧即可用于制砖;蓝晶石在1300℃左右形成莫来石和方石英时体积膨胀约1%。此种高铝材料中的Al2O3和SiO2等化学组成分布均匀，各种矿物晶体互相交错、结构均一。
莫来石砖是以莫来石为主晶相的高铝砖，Al2O3含量一般在65%~75%。矿物组成除莫来石外，其中铝矾土熟料为主要原料，再加少量黏土或生矾土作结合剂，经成型和烧成制得。Ⅱ等高铝砖中含Al2O3较高的即属此种材料。按莫来石成分配料用熔铸法制成的，称为熔铸莫来石材料。该材料的高温性能取决于Al2O3的含量(即莫来石和少量刚玉的含量)和莫来石晶相与玻璃相分布的均匀性。
刚玉砖是指Al2O3含量不小于90%，以刚玉为主要物相的耐火材料。用烧结Al2O3或电熔刚玉作原料，或Al2O3/SiO2比高的矾土熟料与烧结氧化铝配合，采用烧结法制成。也可用磷酸或其他化学结合剂制成不烧刚玉砖。
(2)Al2O3-SiO2系耐火材料的化学、矿物组成
Al2O3-SiO2系耐火材料是由多种不同的化学成分及其结构的矿物组成的非均质体。化学组成是构成耐火材料的基础。通常将耐火材料的化学组成按各个成分的含量多少和其作用分成两部分，即占绝对多量的主成分和占少量的副成分(杂质成分及添加成分)。主成分是构成耐火主体的成分，也是决定材料特征的基础，知道化学组成中的主成分就容易知道其中的耐火主体。
除使用特殊原料制成的耐火材料主成分接近外。使用天然原料制成的硅酸铝质耐火材料不可避免地要混人一定数量的杂质成分，因而耐火材料的质量规定中都规定了主成分的最低值。
材料中的杂质成分大部分在高温下起着溶剂作用，严重地降低了材料的耐火性能，通常将其视为有害成分。
耐火材料是矿物组成体，其性质是组成矿物性质的综合反映。硅酸铝耐火材料的矿物组成取决于材料(原料)的化学组成和工艺条件。因而即使化学组成完全相同的材料，由于所形成的矿物相的种类数量、结晶大小的不同以及分布情况的差异，其性质也可有很大的差别。Al2O3-SiO2系耐火材料的化学矿物质组成及其化学性质见表1。
表1Al2O3-SiO2系耐火材料的化学矿物质组成及其化学性质
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