《矿物材料基础》课程授课教案（讲稿）第二讲 第一章 熔融结晶材料 第一节 Al2O3-SiO2-ZrO2系统 第二节 铸石

课程名称：矿物材料基础班级：矿物加工工程第 3~4学时上讲课程内容复习第一章熔融结晶材料本讲课程内容第一节AlO3-SiO2-ZrO2系统（或教材章节题目）第二节铸石【目的要求】使同学们了解Al2O3-SiO2-ZrO2系统、铸石的生产，掌握本讲课程目的Al2O3-SiO2-ZrO2系统相图及Al2O3-SiO2系统相图[重要求及重点、难点：点】Al2O3-SiO2-ZrO2系统相图、Al2O3-SiO2系统相图【难点】Al2O-SiO2-ZrO,系统相图、AlO3-SiO,系统相图教学内容第一章熔融结晶材料玻结晶态聘态玻璃态晶态玻璃态材料熔融结晶材料第一节AhO3-SiO2-ZrO2系统相关相图21002100莫来石溶体+液相-20002000刚玉1910+液相液相190019001850方石英+液相1800(0)莫1800来模来石固浴莫来石十液柑1700体+刚玉1700仁酱希体艰1585160015001500方石英十莫来石15001001020304050607080901wty3Al0,2SiOAlOsiO2A0,Si02AlO,-SiO，系统Al2O3和SiO,系统中在高温稳定的化合物为3Al2O3·2SiO2（AgS2），即莫来石。0

0 课程名称：矿物材料基础 班级：矿物加工工程 第 3~4 学时 上讲课程 内容复习 本讲课程内容 （或教材章节题目） 第一章 熔融结晶材料 第一节 Al2O3-SiO2-ZrO2 系统 第二节 铸石 本讲课程目的 要求及重点、难点： 【目的要求】使同学们了解Al2O3-SiO2-ZrO2系统、铸石的生产，掌握 Al2O3-SiO2-ZrO2系统相图及Al2O3-SiO2系统相图 【重 点】Al2O3-SiO2-ZrO2 系统相图、Al2O3-SiO2 系统相图 【难 点】Al2O3-SiO2-ZrO2 系统相图、Al2O3-SiO2 系统相图 教 学 内 容 第一章 熔融结晶材料 第一节 Al2O3-SiO2-ZrO2 系统 一、相关相图 Al2O3 和 SiO2系统中在高温稳定的化合物为 3Al2O3•2 SiO2（A3S2），即莫来石

..2510UASHWZrA.OT2770Al,O,SiO;-ZrO，系统状态图（高铝部分）二、AlO3-SiO2-ZrO2熔融结晶材料的生产包括电熔刚玉、电熔莫来石电熔斜锆石1．电熔铸合成莫来石按照莫来石的理论组成（Ah0371.8%，Si0228.2%）进行配料。原料：工业氧化铝、烧结优质矾土、高纯硅石等。工艺过程：配料→混匀→熔融（电弧炉）→浇注→热处理（结晶：纤维状或细小结晶：退火：缓慢冷却）隧道窑式退火炉，冷却速度80%，灰分<10%，挥发分<7%，水分<3%）适量铁屑（目的：增大硅铁密度和磁性，使之沉于炉底便于SiO,和Ti02的还原）工艺过程：配料→混匀→熔融（电弧炉）→浇注→热处理（结晶：纤维状或细小结晶：退火：缓慢冷却）3.熔融硅铝锆质制品

1 二、Al2O3-SiO2-ZrO2 熔融结晶材料的生产 包括电熔刚玉、电熔莫来石、电熔斜锆石 1. 电熔铸合成莫来石 按照莫来石的理论组成（Al2O371.8%，SiO228.2%）进行配料。 原料：工业氧化铝、烧结优质矾土、高纯硅石等。 工艺过程： 配料→混匀→熔融（电弧炉）→浇注→热处理（结晶：纤维状或细小结晶； 退火：缓慢冷却） 隧道窑式退火炉， 冷却速度80%，灰分<10%，挥发分<7%，水分<3%） 适量铁屑（目的：增大硅铁密度和磁性，使之沉于炉底 便于SiO2和TiO2的还原） 工艺过程： 配料→混匀→熔融（电弧炉）→浇注→热处理（结晶：纤维状或细小结晶； 退火：缓慢冷却） 3. 熔融硅铝锆质制品

原料：工业氧化铝、锆英石精矿组成：Al20371.8%，SiO0228.2%，Zr0232.8%温度：1685℃→三元系统中三元最低共熔点，上述组成为三元系统中三元最低共熔点的组成配料组成在熔融浇注析晶时，莫来石、刚玉和斜锆石三个晶相同时析出，形成交错排列结构。以上熔铸制品性能：耐火度：>1700℃荷重软化温度（200MPa）：>1700℃线膨胀（20-800℃）：莫来石：6.67×10~刚玉：7.8×10-6第二节铸石●铸石的特点：1、耐磨性能好（作溜槽、漏斗等磨损大的衬里）2、抗腐蚀性能好（酸容器的衬里）3、绝缘性能好4、较高抗压强度（代替花岗岩、大理石等建材）一、原料1、玄武岩2、辉绿岩3、工业废料A、铬渣：需配天然石英和粉煤灰B、炉渣和粉煤灰C、冶金炉渣D、其他原料二、炉料的制备1、原料的选择☆主原料的化学组成尽可能符合铸石制品的化学组成★化学组成稳定，结晶度细，结构致密均匀。☆炉料熔点低，熔液粘度小，流动性好，易于浇注☆岩浆具有适中的结晶能力，结晶收缩小，不易翘折。2

2 原料：工业氧化铝、锆英石精矿 组成：Al2O371.8%，SiO228.2%，ZrO232.8% 温度：1685℃→三元系统中三元最低共熔点，上述组成为三元系统中三元最低 共熔点的组成 配料组成在熔融浇注析晶时，莫来石、刚玉和斜锆石三个晶相同时析出，形成 交错排列结构。 以上熔铸制品性能： 耐火度：>1700℃ 荷重软化温度（200MPa）：>1700℃ 线膨胀（20-800℃）：莫来石：6.67×10-6 刚玉：7.8×10-6 第二节 铸石 ⚫ 铸石的特点： 1、耐磨性能好（作溜槽、漏斗等磨损大的衬里） 2、抗腐蚀性能好（酸容器的衬里） 3、绝缘性能好 4、较高抗压强度（代替花岗岩、大理石等建材) 一、原料 1、玄武岩 2、辉绿岩 3、工业废料 A、铬渣：需配天然石英和粉煤灰 B、炉渣和粉煤灰 C、冶金炉渣 D、其他原料 二、炉料的制备 1、原料的选择 ☆ 主原料的化学组成尽可能符合铸石制品的化学组成 ☆化学组成稳定，结晶度细，结构致密均匀。 ☆炉料熔点低，熔液粘度小，流动性好，易于浇注 ☆岩浆具有适中的结晶能力，结晶收缩小，不易翘折

★原料尽量就地取材，储量大，开采和运输方便。2、配料确定配方的计算方法理论计算法选配法A、理论计算法：柯特罗娃1958年提出，出发点：按形成普通辉石类矿物的铸石的要求，计算炉料的化学组成。缺点：不符合实际，计算繁琐，不易掌握。B、选配法：根据经验，提出一理想的铸石制品化学组成的波动范围，分析主原料化学组成，列出其平均值。附加料的选择。选配。★选配。一理想的铸石化学组成一主、附原料的组合百分数一计算各种料在炉料中的化学组成一同类化学组分相加一得炉料总的化学组成。☆考虑Si02、AI203等组分的渗入。3、原料的加工冲天炉：直径500-700mm，主原料破碎到30-60mm直径700-1000mm，主原料块度60-100mm池窑：80-100mm4、熔化及设备→炉料的熔化：将配合好的炉料在高温作用下，经一系列物化反应，熔化成均匀的和具较好流动性的熔液的过程，称炉料的熔化。◆阶段：预热阶段：<500℃吸附水排除，挥发份逸出，有机物分解分解软化阶段：500-1100℃：晶粒破坏，有机组分燃尽，碳酸盐及硫化物分解。高温熔融阶段：1450℃，全熔化阶段“低共熔现象”n

3 ☆原料尽量就地取材，储量大，开采和运输方便。 2、配料 A、理论计算法：柯特罗娃1958年提出，出发点：按形成普通辉石类矿物的铸石的 要求，计算炉料的化学组成。缺点：不符合实际，计算繁琐，不易掌握。 B、选配法：根据经验，提出一理想的铸石制品化学组成的波动范围，分析主原料 化学组成，列出其平均值。附加料的选择。选配。 ☆选配。 ——理想的铸石化学组成 ——主、附原料的组合百分数 ——计算各种料在炉料中的化学组成 ——同类化学组分相加 ——得炉料总的化学组成。 ☆考虑SiO2、Al2O3等组分的渗入。 3、原料的加工 冲天炉： 直径500-700mm，主原料破碎到30-60mm 直径700-1000mm，主原料块度60-100mm 池窑：80-100mm 4、熔化及设备 ◆炉料的熔化： 将配合好的炉料在高温作用下，经一系列物化反应，熔化成均匀的和具较好流 动性的熔液的过程，称炉料的熔化。 ◆阶段： 预热阶段：＜500℃；吸附水排除，挥发份逸出，有机物分解 分解软化阶段：500-1100℃；晶粒破坏，有机组分燃尽，碳酸盐及硫化物分解。 高温熔融阶段：1450 ℃，全熔化阶段 “低共熔现象

澄清和均化阶段：“排气”◆设备：冲天炉池窑1.项油口2.热灵口3.挡籍4.挡板5.货钟口6.现察孔7.烟效8.料台9.水套投料设备10.科车11.胶率12.推料口T型海奋单面图313(0612110T型池密制面图(II剖面)5、浇铸工艺按铸石产品的类型可分为：板材浇铸、管材浇铸。按浇铸方法可分为：静力浇铸法、离心浇铸法。6、结晶过程（1）岩浆在降温时结晶，情况有三：A、岩浆降温缓慢，达到矿物的结晶温度，矿物开始结晶。无法得到细粒的铸石制品。B、岩浆急剧冷却达矿物的结晶温度，矿物来不及结晶长大。能得到细粒微晶结构的铸石。C、岩浆急剧冷却，温度降至凝固点下，固结为玻璃，再升温使之重结晶。可得到结构致密的微晶制品，但工艺复杂，燃料消耗大，我国很少用。（2）结晶中心与结晶促进剂：结晶中心：结晶作用的出发点，岩浆中首先结晶出来的最微小的晶体或机械混入物4

4 澄清和均化阶段： “排气” ◆设备： 冲天炉 池窑 5、浇铸工艺 ◆按铸石产品的类型可分为：板材浇铸、管材浇铸。 ◆按浇铸方法可分为：静力浇铸法、离心浇铸法。 6、结晶过程 （1）岩浆在降温时结晶，情况有三： A、岩浆降温缓慢，达到矿物的结晶温度，矿物开始结晶。无法得到细粒的铸石制 品。 B、岩浆急剧冷却达矿物的结晶温度，矿物来不及结晶长大。能得到细粒微晶结构 的铸石。 C、岩浆急剧冷却，温度降至凝固点下，固结为玻璃，再升温使之重结晶。可得到 结构致密的微晶制品，但工艺复杂，燃料消耗大，我国很少用。 （2）结晶中心与结晶促进剂： 结晶中心：结晶作用的出发点,岩浆中首先结晶出来的最微小的晶体或机械混入物

的粉末。结晶促进剂：人为加的结晶中心，如铬铁矿粉、铬渣。（3）铸石中各种矿物的析出：A、磁铁矿：首先析出的是磁铁矿，它在铸石中的作用有二：作为辉石或橄榄石的结晶中心或充填于其他矿物间隙中。析出温度范围较宽：1300-650℃B、橄榄石：磁铁矿从溶液中析出后，橄榄石等其他矿物随之析出。析出温度范围：1300-900℃C、斜长石：在铸石岩浆的冷却中，斜长石的析出温度范围较窄，一般在1150-1170℃开始，1000℃结束。在大多数情况下，长石在铸造中常来不及析出而形成玻璃。析出温度范围：1300-900℃D、辉石：辉石是铸石中的主要矿物相（占70%-95%），也是我们所希望析山的矿物。辉石在1200℃时开始结晶，但主要是在1150℃及更低的温度下析出的。它的结晶品温度下限一般是800℃，也就是说，辉石的结晶温度范围是很宽的，因此在铸石中有较多出现的可能性是极大的。E、黄长石：常在CaO多的铸石中出现。是最后结晶的物相之一。F、玻璃相：5%-20%7、退火工艺铸件结晶后必须退火处理：目的：使铸件缓慢冷却，以便内部结构可自动调整，使应力大部分消除。一般，退火应以40-50℃/小时的降温速度冷却。在500-600℃间，降温速度应慢一些，在其他区间可快一些。【本讲课程的小结】掌握下列问题1Al2O3-SiO2-ZrO2系统相图；2Al2O3-SiO2系统相图；3铸石的工艺过程【本讲课程的作业】在数字图书馆查一下铸石目前的原料来源

5 的粉末。 结晶促进剂：人为加的结晶中心，如铬铁矿粉、铬渣。 （3）铸石中各种矿物的析出： A、磁铁矿： 首先析出的是磁铁矿，它在铸石中的作用有二： 作为辉石或橄榄石的结晶中心或充填于其他矿物间隙中。 析出温度范围较宽：1300-650℃ B、橄榄石： 磁铁矿从溶液中析出后，橄榄石等其他矿物随之析出。 析出温度范围：1300-900℃ C、斜长石： 在铸石岩浆的冷却中，斜长石的析出温度范围较窄，一般在 1150-1170℃开始，1000℃结束。在大多数情况下，长石在铸造中常来不及析出而 形成玻璃。 析出温度范围：1300-900℃ D、辉石： 辉石是铸石中的主要矿物相(占70%-95％)，也是我们所希望析山的矿 物。辉石在1200℃时开始结晶，但主要是在1150℃及更低的温度下析出的。它的结 晶品温度下限—般是800℃，也就是说，辉石的结晶温度范围是很宽的，因此在铸 石中有较多出现的可能性是极大的。 E、黄长石： 常在CaO多的铸石中出现。 是最后结晶的物相之一。 F、玻璃相： 5%-20%。 7、退火工艺 铸件结晶后必须退火处理： 目的：使铸件缓慢冷却，以便内部结构可自动调整，使应力大部分消除。 一般，退火应以40-50℃/小时的降温速度冷却。 在500-600℃间，降温速度应慢一些，在其他区间可快一些。 【本讲课程的小结】 掌握下列问题 1 Al2O3-SiO2-ZrO2 系统相图； 2 Al2O3-SiO2 系统相图； 3 铸石的工艺过程 【本讲课程的作业】 在数字图书馆查一下铸石目前的原料来源

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