1、二氧化硅微粉原料二氧化硅微粉原料河南科技大學高溫材料研究院河南科技大學高溫材料研究院2011-3-14內容簡介內容簡介p二氧化硅微粉是什么？二氧化硅微粉是什么？p二氧化硅微粉的特性二氧化硅微粉的特性 1、球形，粒徑小、球形，粒徑小流動性流動性 2、活性較大、活性較大反應性反應性 3、提高混凝土和耐火材料的強度、提高混凝土和耐火材料的強度結合性結合性硅微粉的生產工藝流程硅微粉的生產工藝流程熱還原爐的反應方程式：熱還原爐的反應方程式：硅鐵合金的生產反應：硅鐵合金的生產反應：SiO2(s)+2C(s)+xFe(s)=FexSi(l)+2CO(g)SiO2(s)+2C(s)+xFe(s)=FexSi(

2、l)+2CO(g)金屬硅的生成反應：金屬硅的生成反應：SiOSiO2 2(s)+2C(s)=Si(l)+2CO(g)(s)+2C(s)=Si(l)+2CO(g)同時，還會伴隨如下的反應：同時，還會伴隨如下的反應：SiOSiO2 2+3C=SiC+2CO(g)+3C=SiC+2CO(g)SiOSiO2 2+C=SiO(g)+CO(g+C=SiO(g)+CO(g) )SiO(g)+SiCSiO(g)+SiC=2Si+CO(g)=2Si+CO(g)2SiO(g)+O2SiO(g)+O2 2=2SiO=2SiO2 2( (硅微粉硅微粉) )硅微粉和水泥顆粒對比硅微粉和水泥顆粒對比水泥顆粒（左）和硅微粉

3、水泥顆粒（左）和硅微粉在同樣放大倍數下的照片在同樣放大倍數下的照片硅微粉用于耐硅微粉用于耐火材料火材料19471947年歐洲硅微粉年歐洲硅微粉進行廢料填埋進行廢料填埋8080年代硅微粉用年代硅微粉用于硅酸鹽水泥于硅酸鹽水泥19511951年硅微粉年硅微粉應用研究應用研究加入水泥或水玻璃處理加入水泥或水玻璃處理二氧化硅微粉的形貌二氧化硅微粉的形貌為什么硅微粉顆粒都是球形的？為什么硅微粉顆粒都是球形的？對澆注料的影響對澆注料的影響流動性流動性二氧化硅的結構二氧化硅的結構觀察圖中有觀察圖中有何不當之處何不當之處思考：硅灰可能的結構？思考：硅灰可能的結構？無序的硅氧鏈結構，其內部有毛細管通道，表面有斷

4、鍵，無序的硅氧鏈結構，其內部有毛細管通道，表面有斷鍵，表面能很高，遇水后易形成表面能很高，遇水后易形成Si-OHSi-OH鍵鍵規則的硅氧四面體網絡結構規則的硅氧四面體網絡結構硅微粉硅微粉A A和硅微粉和硅微粉B B的的D90D90、D50D50和和D10D10關心的問題：關心的問題：粒度組成：硅微粉粒度組成：硅微粉B B相對于硅微粉相對于硅微粉A A要粗很多要粗很多團聚性：加密和不加密，采取攪拌等措施充分分散團聚性：加密和不加密，采取攪拌等措施充分分散流動性：澆注料流動值流動性：澆注料流動值強度：澆注料強度強度：澆注料強度硅微粉B1min超聲分散硅微粉B20min超聲分散硅微粉A1min超聲分

5、散硅微粉A20min超聲分散D90/m 37.945.8918.470.79D50/m13.750.625.480.46D10/m5.170.440.520.27不同二氧化硅微粉漿體的流變行為不同二氧化硅微粉漿體的流變行為二氧化硅微粉：二氧化硅微粉：水：減水劑水：減水劑 100100：9090：0.30.3（重量比）（重量比）硅微粉硅微粉B B的漿體呈的漿體呈脹流特性，在澆注脹流特性，在澆注料中卻不具備觸變料中卻不具備觸變性而呈脹流特性，性而呈脹流特性，不好用不好用兩種硅灰漿體的剪切速率和兩種硅灰漿體的剪切速率和含不同種類硅微粉的低水泥和堿性澆含不同種類硅微粉的低水泥和堿性澆注料的流動值注料的

6、流動值低水泥澆注料堿性澆注料硅微粉EAB硅微粉EAB0-5mm電熔氧化鋁/%6161610-5mm電熔氧化鋁/%575757-200目電熔氧化鋁/%161616-200目電熔氧化鋁/%202020氧化鋁微粉/%999氧化鋁微粉/%555CA水泥/%666尖晶石粉/%121212硅微粉/%888硅微粉/%666外加劑/%0.050.050.05外加劑/%0.250.250.25加水量/%4.154.154.15加水量/%4.64.64.6自流流動值/%52640自流流動值/%40600振動流動值/%1081160振動流動值/%澆注料的流動澆注料的流動性測定方法性測定方法振動流動值法振動流動值法參

7、加不定形耐火材料試樣制備方法（參加不定形耐火材料試樣制備方法（YB/T5202-2003YB/T5202-2003）. .在剛性的平板面上刻畫直徑從在剛性的平板面上刻畫直徑從100mm100mm到到200mm200mm的同心圓及的同心圓及4 4個隊形、均分個隊形、均分的直徑線，在平板中心置一上下底直徑分別為的直徑線，在平板中心置一上下底直徑分別為70mm70mm和和100mm100mm，高，高60mm60mm的鋼的鋼質錐形模，在其中添加特測試的澆注料，然后拔去錐形模，于質錐形模，在其中添加特測試的澆注料，然后拔去錐形模，于GZ-85GZ-85振動振動臺（振動頻率臺（振動頻率50Hz50Hz，振

8、幅，振幅0.75mm0.75mm+ +0.05mm)0.05mm)上振動上振動1515秒，測量澆注料鋪展秒，測量澆注料鋪展后后4 4個方向的直徑，取其平均值，然后按照下公式計算振動值，控制使振個方向的直徑，取其平均值，然后按照下公式計算振動值，控制使振動流動值達動流動值達70%-90%70%-90%時所需的加水量（重量百分比，外加）作為成型用水時所需的加水量（重量百分比，外加）作為成型用水量。量。流動值（流動值（% %）= =（平均鋪展直徑（平均鋪展直徑-100-100）/100/100硅微粉在硅酸鹽水泥中的作用機理硅微粉在硅酸鹽水泥中的作用機理CaO-SiO2-H2OCaO-SiO2-H2O

9、系化合物：系化合物：二氧化硅微粉與水泥水化后所產生二氧化硅微粉與水泥水化后所產生的無益物質的無益物質Ca(OH)2Ca(OH)2發生化學反應，生發生化學反應，生產具有膠凝性的產具有膠凝性的CSHCSH有益礦物。有益礦物。 CS+H=CSH+CHCS+H=CSH+CH CH+S=CSH CH+S=CSH C=CaO C=CaO，S=SiO2S=SiO2，H=H2OH=H2O超細粉在水泥介質超細粉在水泥介質中的物理填充作用中的物理填充作用二氧化硅微粉的應用二氧化硅微粉的應用- -低水泥澆注料低水泥澆注料u低水泥系列澆注料低水泥系列澆注料也稱高技術耐火澆注料，高性能耐火澆注料也稱高技術耐火澆注料，高

10、性能耐火澆注料廣泛用作出鐵溝澆注料，耐磨澆注料、鋼包澆注料等多個領域廣泛用作出鐵溝澆注料，耐磨澆注料、鋼包澆注料等多個領域u基質采用結合體系基質采用結合體系鋁酸鈣水泥鋁酸鈣水泥+ +氧化硅微粉（氧化硅微粉（+ +氧化鋁微粉）氧化鋁微粉）鋁酸鈣水泥鋁酸鈣水泥氧化硅微粉氧化硅微粉u骨料可根據使用條件采用骨料可根據使用條件采用礬土、剛玉、莫來石、尖晶石等各種原料礬土、剛玉、莫來石、尖晶石等各種原料某公司普通水泥澆注料某公司普通水泥澆注料項 目PJ40PJ65復驗時單值允許偏差Al2O3，%4065-1CaO，%2.52.5+0.3體積密度，g/cm311024h干后2.102.30-0.05耐壓強度

11、，MPa11024h干后2020-313503h燒后2020-3抗折強度，MPa11024h干后44-0.513503h燒后88-0.5線變化率，%13503h燒后+0.6+0.6+0.1注：牌號中P、J分別為普、澆的漢語拼音首字母，40,65等表示氧化鋁百分含量。某公司低水泥澆注料某公司低水泥澆注料牌 號A80A40規格值實測值規格值實測值化學成分，%Al2O37881.594043.69抗折強度，MPa11024h1221.47811.28003h1017.4710.1耐壓強度，MPa11024h60138.54062.38003h60142.34076.6體積密度，g/cm311024h

12、2.853.022.22.30線變化率，%8003h-0.4-0.22 -0.5-0.16強度遠大于普通水泥澆注料，A80耐磨料應用于循環流化床耐磨襯！相關專利低水泥澆注料特點低水泥澆注料特點u水泥用量低水泥用量低，由傳統澆注料的，由傳統澆注料的12-30%12-30%，降至，降至8%8%以下，避免引入過多的以下，避免引入過多的CaOCaO，而形成底熔物影響使用性能，使用溫度提高，可應用于爐襯部位，而形成底熔物影響使用性能，使用溫度提高，可應用于爐襯部位或其他特殊部位，如燒嘴磚，出鐵溝等部位；或其他特殊部位，如燒嘴磚，出鐵溝等部位；u降低加水量降低加水量，有傳統澆注料的，有傳統澆注料的9-13

13、%9-13%，降至，降至7%7%以下，氣孔率低，體積以下，氣孔率低，體積密度大，強度高，可應用于有耐磨要求的爐襯部位；密度大，強度高，可應用于有耐磨要求的爐襯部位；u能形成微粉的凝聚結合能形成微粉的凝聚結合，提高澆注料的強度，特別是，提高澆注料的強度，特別是10001000左右的強左右的強度提高（原有水泥結合澆注料此溫度下強度下降），改善此溫度范圍的度提高（原有水泥結合澆注料此溫度下強度下降），改善此溫度范圍的使用性能，特別作為耐磨襯使用；使用性能，特別作為耐磨襯使用；u氧化硅微粉等的加入，可以開發氧化硅微粉等的加入，可以開發自流平澆注料自流平澆注料，泵送澆注料，實現施，泵送澆注料，實現施工方

14、式的變化。工方式的變化。某公司出鐵溝用耐火材料某公司出鐵溝用耐火材料項 目主溝支鐵溝渣溝擺動溝復驗時 單值允許偏差ASC-1ASC-2ASC-3ASC-4Al2O3， 68605568-1SiC+C， 15141215-1體積密度，g/cm3， 11024h干后2.882.752.652.88-0.0515003h燒后2.802.702.602.80-0.05線變化率，%，+15003h燒后0.50.60.60.6+0.05抗折強度，MPa， 11024h干后4454-0.515003h燒后6676-0.5耐壓強度，MPa， 11024h干后30253030-315003h燒后40354040

15、-3注：牌號中A、S、C分別為Al2O3、SiC、C首字母。對比安耐克產品！對比安耐克產品！預制件預制件實現定型產品的不定形化，如流實現定型產品的不定形化，如流鋁口鋁口尺寸較大的部件，如鐵鉤憋渣器，尺寸較大的部件，如鐵鉤憋渣器，熔鋁爐門楣預制件等。熔鋁爐門楣預制件等。異形件的成型，如莫來石燒嘴轉異形件的成型，如莫來石燒嘴轉某公司碳化硅澆注料性能指標編號SC化學成分，%SiC85.85抗折強度，MPa11024h11.510003h32.8耐壓強度，MPa11024h81.611003h154.6體積密度，g/cm311024h2.64線變化率，%11003h-0.16氣孔率，%11024h9.

16、6H2O，%u用于流鋁口等替代價格高的進口磚用于流鋁口等替代價格高的進口磚u使用效果好使用效果好二氧化硅微粉的應用二氧化硅微粉的應用MgO-SiO2-H2OMgO-SiO2-H2O結合澆注料結合澆注料u鎂質澆注料鎂質澆注料n 主材質為鎂砂、橄欖石等含主材質為鎂砂、橄欖石等含MgOMgO的原的原料料n 基質采用基質采用MgO-Sio2-H2OMgO-Sio2-H2O結合體系結合體系n 應用于中間包，如鎂質澆注板工作應用于中間包，如鎂質澆注板工作襯，襯， 擋渣板等擋渣板等u鎂碳澆注料鎂碳澆注料n 將炭（如鱗片石墨）引入到鎂質澆將炭（如鱗片石墨）引入到鎂質澆注料中，取代鋼包渣線用鎂碳磚，與鋼注料中，

17、取代鋼包渣線用鎂碳磚，與鋼包包壁澆注料相對應，更好的澆注施工包包壁澆注料相對應，更好的澆注施工n 將將AlONAlON或或MgAlONMgAlON等引入澆注料中，等引入澆注料中，克服鎂質澆注料抗渣滲透性差的問題。克服鎂質澆注料抗渣滲透性差的問題。某公司輕質澆注料某公司輕質澆注料u骨料骨料n 粘土輕質骨料、莫粘土輕質骨料、莫來石輕質骨料、莫來來石輕質骨料、莫來石空心球石空心球u結合體系結合體系n 鋁酸鹽水泥（鋁酸鹽水泥（10-10-30%30%）+ +二氧化碳微粉二氧化碳微粉（7-10%7-10%）。u應用應用u爐襯保溫、煙道、爐襯保溫、煙道、工作襯等工作襯等澆注料的理化指標項目QJ-0.8QN

18、J-1.0QNJ-1.2QNJ-1.5Al2O3， 30303040SiC+C， 2.0-體積密度/g/cm3， 11024h，0.81.01.21.5常溫耐壓強/MPa， 11024h ，2234線變化率/%， 13003h-導熱系數/350，W/（mk）， 0.50.220.260.4二氧化硅微粉在礬土基高鋁二氧化硅微粉在礬土基高鋁- -尖晶石尖晶石質澆注料中的應用質澆注料中的應用上世紀九十年代中后期，上世紀九十年代中后期，國內的中小型鋼包大都采國內的中小型鋼包大都采用用MgO-SiO2-H2OMgO-SiO2-H2O結合的礬結合的礬土基高鋁土基高鋁- -尖晶石質澆注料尖晶石質澆注料整體澆

19、注，以整體澆注，以取代水玻璃取代水玻璃結合的鋁鎂澆注料結合的鋁鎂澆注料或鋁鎂或鋁鎂碳磚。該澆注料的特點是碳磚。該澆注料的特點是價廉，抗渣性較好，蝕損價廉，抗渣性較好，蝕損均勻，抗剝落。缺點是高均勻，抗剝落。缺點是高溫熱態強度較低，不宜在溫熱態強度較低，不宜在沖擊區部位使用。沖擊區部位使用。澆注料的理化指標性能11024h10003h15503h抗折強度/MPa15.510.621.8耐壓強/MPa10570114體積密度/g/cm33.073.033.04顯氣孔率/%13176永久線變化率/%-0.06-0.12+0.10二氧化硅微粉在礬土基高鋁二氧化硅微粉在礬土基高鋁- -尖晶石尖晶石質澆注

20、料中的作用質澆注料中的作用u剛玉剛玉- -尖晶石尖晶石 澆注料可用作鋼包澆注料可用作鋼包工作襯，澆注料的高溫下熱態抗折工作襯，澆注料的高溫下熱態抗折強度主要起決于結合相中生成的強度主要起決于結合相中生成的CA6CA6和尖晶石及剛玉的結合程度。和尖晶石及剛玉的結合程度。加入少量的加入少量的SiO2SiO2微粉能夠提高這種微粉能夠提高這種結合程度。結合程度。u適量的硅微粉也能提高澆注料或適量的硅微粉也能提高澆注料或預制件的抗渣蝕性和熱震穩定性。預制件的抗渣蝕性和熱震穩定性。u最佳最佳SiO2SiO2微粉加入量，一般在微粉加入量，一般在0.1-1.0%0.1-1.0%之間，隨著之間，隨著SiO2Si

21、O2微粉加入微粉加入量的增加，材料的高溫熱態強度急量的增加，材料的高溫熱態強度急劇下降。劇下降。剛玉-尖晶石澆注料配比電熔氧化鋁/%62鋁鎂尖晶石/%20氧化鋁微粉/%8CA80鋁酸鈣水泥/%5-10硅微粉/%+0.1-1.0減水劑/%適量硅微粉的加入量硅微粉的加入量二氧化硅微粉在碳化硅窯具中的應用二氧化硅微粉在碳化硅窯具中的應用u傳統的粘土結合碳化硅窯具：傳統的粘土結合碳化硅窯具：n一是使用過程中易被氧化損壞一是使用過程中易被氧化損壞n二是粘土在高溫下產生液相才被燒結，制品焦脆，熱二是粘土在高溫下產生液相才被燒結，制品焦脆，熱 震穩定性不好震穩定性不好u碳化硅窯具可分為兩種：碳化硅窯具可分為兩種：nSiO2SiO2結合的