Навигация:
ГлавнаяВсе категории → o1

Огнеупоры


Огнеупоры

Огнеупоры — неметаллич. изделия и материалы с огнеупорностью не ниже 1580 °С, изготовленные гл. обр. из минер, сырья и предназнач. для использования в агрегатах и устройствах в качестве защиты от тепловой энергии и агрессивных реагентов. Обладая, как правило, низкой теплопроводностью, О. без плавления выдерживают нагревание до высоких темп-р. В соврем, тепловых агрегатах О. должны удовлетворять весьма жестким требованиям: обладать устойчивостью при высоких темп-pax (до 2000 °С) к воздействию расплавов (сталь, шлак, стекло и т.д.), печных газов и пыли, а в ряде спец. случаев — высокой теплопроводностью или высокой прочностью, быть электроизолятором или электропроводником, т.е. выполнять и др. ф-ции.

Необходимость в О. возникла еще на заре человеческой культуры с началом использования огня: появление изделий из упрочненной обжигом глины относится к середине каменного века. При произ-ве керамики, стекловарении, выплавке металлов, получении цемента и т.д. требовались огнеупорная футеровка для обжиговых и плавильных печей, а также огнеупорный припас. Сначала в качестве О. для разл. высокотемп-рных произ-в использовали естеств. камни. Первая русская доменная печь (г. Тула, 30-е гг. XVII в.) была футерована песчаником.

В XVII в. наступила пора изобретений и открытий в горном деле, металлургии, стр-ве, произ-ве керамики. Для футеровки доменной, цементно-обжиговой, фарфорово-обжиговой, стекловаренной печей, работающих при высоких темп-рах, требовались О. Ими служили жаропрочные камни, каолин, огнеупорная глина, песок, позднее динасовые кирпичи на основе песка или молотых кварцитов с добавкой извести.

Огнеупоры в соврем, виде, т.е. в виде кирпичей той или иной формы, начали производить в России в середине XVII в. Первое специ-ализир. произ-во шамотных О. появилось в Германии в 1810, в России — в 1865 (г.Боровичи, Новгородская обл.).

Произ-во О. в СНГ сосредоточено в трех осн. пром. р-нах: Южном (Часов-Яр, Запорожье и др.), находящемся на территории Украины; Центральном (Семилу-ки, Подольск, Боровичи и др.) и Ураль-ском.(Сатка, Первоуральск, Богдановичи и др.) в России. Отличит, особенностью пром-сти О. СНГ является большая производств, мощность отд. з-дов: более 85% всей продукции производилось на 26 з-дах и комбинатах. Осн. потребитель О. — черная металлургия, к-рая расходует 60— 70% всей продукции; уд. расход О. на тонну стали характеризует технич. уровень металлургии, процессов, а также ассортимент и качество О. и составляет, кг/т: в электропечах — 8—20; в мартеновских печах 25—30; в конверторах — 2—5; при произ-ве чугуна — 3 и в прокатном — 6.

Мн. процессы получения цветных металлов (напр., испарение—конденсация) возможны только при использовании материалов высшей огнеупорности. Велика роль О. в энергетике, в экономии энергии топлива, поскольку затраты на добычу значительно выше затрат на экономию эквивалентного кол-ва теплоты. Кроме того, спец. виды О. применяют в атомной энергетике, при прямом преобразовании тепловой энергии в электрич., в приборах высокотемпературной техники и т.д.
Тенденции в развитии пром-сти О. в настоящее время заключаются в создании высокочистых и устойчивых синтетич. материалов из оксидов и бескислородных соединений, а также волокнистых на их основе; снижении материалоемкости, удешевлении стоимости стр-ва путем применения высокоэффективных теплоизоляц., в т.ч. волокнистых О.; увеличении доли применения неформованных О.

Огнеупоры классифицируют по разл. признакам: по физ. состоянию и способу изготовления — формованные и неформованные; по хим. признакам — кислые, нейтральные и основные; по виду сырья — динасовые, шамотные, силлиманитовые, магнезитовые, доломитовые, хромитовые, углеродистые и др.; по осн. минералогич. составу — кварцевые, муллитовые, форстеритовые, магнезитовые, шпинель-ные, корундовые и т.п.; по применению — доменные, конверторные, ковшовые, сифонный кирпич, огнеупоры для плавильных, коксовых, стекловаренных, вращающихся печей и др.; по геометрич. форме — прямоугольные норм., клиновые, фасонные и т.п.; по фирменным названиям (торговым маркам) — радекс, сименсит, корхарт, арекс, катарон, синтеркорунд, райтекс и т.п.

Химико-минеральный состав — исходный признак для разделения всех видов О. Классификац. признаком является содержание осн. компонентов (в пересчете на чистые оксиды). Химико-минеральный состав определяется физ.-хим. природой сырья и может быть использован для качеств, оценки хим. устойчивости и хим. совместимости по диаграммам состояния. По этому признаку выделено 15 типов, каждый из к-рых включает одну или неск. групп. Классификация дополнена новыми перспективными материалами, в частности, оксидсодержащими, включающими О. на основе сиалонов, оксинитридов, ок-сикарбидов и т.п.

Классификация О. включает след. изделия и материалы:
кремнеземистые — из кремнеземистого стекла, динасовые, динасовые с добавками, кварцевые;
алюмосиликатные — полукислые, шамотные, муллитокремнеземистые, муллитовые, муллитокорундовые, из гли-ноземно-кремнеземистого стекла (волокнистые) ;
глиноземистые — корундовые и корундовые с добавками;
глиноземно-известковые — алюминаткальциевые;
высокомагнезиальные — периклазовые;
магнезиально - силикатные — периклазофорстеритовые, форстеритовые , форстеритохромитовые;
магнезиально-шпинелид-ные — периклазохромитовые, хромито-периклазовые, хромитовые, периклазош-пинелидные, периклазошпинельные, шпинельные;
магнезиально - известковые — периклазоизвестковые, перикла-
зоизвестковые стабилизированные, изве-стковопериклазовые;
известковые;
хромистые — хромоксидные, высокохромистые;
цирконистые — оксидциркони-евые, бадделеитокорундовые, цирконо-вые, оксидцирконийсодержащие;
оксидные — оксидные и оксидсо-держащие;
углеродистые — графитирован-ные, угольные, углеродсодержащие;
'карбидокремниевые — карбидокремниевые и карбидокремний-г содержащие;
бескислородные — из нитридов, боридов, силицидов и др. бескислородных соединений (кроме углерода).

В зависимости от огнеупорности материалы делятся на три группы: огнеупорные, высокоогнеупорные и высшей огнеупорности. По величине открытой пористости О. делятся на восемь групп: особоп-лотные, высокоплотные, плотные, уплотненные, среднеплотные, низкоплотные, высокопористые, ультрапористые. Последние три группы объединены общим названием "теплоизоляционные (легковесные)". В сочетании с химико-минеральным составом пористость определяет хим. эрозионную стойкость в условиях воздействия расплавов, паров и газов; от вида, объема пор, их величины и распределения по размерам зависят механич. сева, теплопроводность и газопроницаемость О. В зависимости от обл. применения различают О. общего назначения и для определ. тепловых агрегатов и устройств. Конкретные наименования огнеупоров устанавливают в нормативно-технич. документации в соответствии с наименованием групп. При композиц. составе огнеупора на первое место ставится наименование группы преобладающего компонента, напр. корундоцирконовые.

Производство О. начинается с подготовки сырья, включая его очистку от посторонних примесей. Затем следуют стадии: измельчение, просеивание (классификация) , приготовление смесей со строгой дозировкой компонентов, формование, сушка, обжиг и сортировка. Литые и безобжиговые О. получают несколько иными способами (см. Огнеупоры формованные, Огнеупоры неформованные). Процесс начинается с выбора, обогащения и размельчения сырья в соответствии с требуемым химико-минералогич. составом и структурой изделий. Затем следует рассев на фракции: грубозернистую, сред-незернистую и тонкоизмельченную.

Степень помола исходных компонентов определяется необходимостью достижения заданных св-в. Следующая стадия произ-ва — смешивание — заключается в превращении твердых сырьевых компонентов разл. зернового состава, а также твердых и жидких добавок в однородную, строго дозиров. смесь. Обычно взвешенное сырье в случае пластич. формования и шликерного литья подвергается первичному и тонкому смешению мокрым способом; малопластичные и непластичные массы — полусухим. Для регулирования св-в (сыпучесть, текучесть и т.д.) полученной массы при смешении в нее вводят хим. связующее и ПАВ. Способ приготовления массы тесно связан со способом формования изделий; цель последнего — получение полуфабриката заданной формы. Обычно применяют прессование в метал-лич. пресс-формах на формовочных прессах; остается и ручное формование в дерев, или металлич. форме — уплотнение трамбовкой. Нек-рые спец. изделия отливают шликерным способом, а также применяют изо- или гидростатич. прессование, когда массу набивают в резиновую или пластмассовую форму, вакуумируют и равномерно обжимают водой под давлением. В нек-рых случаях используют вибрац. уплотнение, горячее прессование, при к-ром одновременно с формованием происходит спекание. После формования изделия сушат, чтобы удалить физически связанную и свободную воду; в результате полуфабрикат приобретает более высокую прочность. При сушке протекают сложные физ., а иногда и хим. процессы, к-рые могут привести к деформации изделий, появлению трещин, поэтому режим сушки подбирают, как правило, экспериментально, он зависит от вида сырья, состава массы, типа сушильного агрегата и пр.

Завершающей стадией получения обожженных изделий является обжиг, в к-ром достигаются необходимые эксплуа-тац. хар-ки О. При этом происходят упрочнение и уплотнение материала, О. приобретает стойкость к агрессивным средам и термич. стойкость. Темп-рный режим обжига в основном зависит от хими-ко-минер. состава сырья, св-в геометрии и размеров полуфабриката, типа обжиговой печи; влияют и нек-рые случайные факторы. Обычно обжиг осуществляют в зависимости от огнеупорности массы при темп-ре 1200—1500 °С, изделия повыш. качества обжигают при темп-ре 1500—1800 °С; спец. О. высшего качества для службы в очень тяжелых условиях обжигают при темп-ре до 2000 °С и выше. После обжига изделия сортируют: визуально проверяют по внешн. виду наличие трещин, отбито-стей, уточняют размеры, форму и показатели нек-рых св-в каждой партии. Нек-рые виды изделий спец. назначения после сортировки проходят поверхностную обработку и отделку.

Технология плавленолитых О. до стадии формования (т.е. подготовка сырья) не отличается от рассмотр. выше; затем сырьевую смесь загружают в плавильный агрегат (обычно это электродуговая печь) и подвергают синтезирующей плавке, в ходе к-рой можно добиться высокой степени однородности хим. состава и структуры материала. Расплав заливают в песчаные или графитовые формы (а в последнее время и в металлич.), в к-рых охлаждают по строго заданному режиму. Готовые изделия характеризуются высокой стабильностью формы, монолитной структурой и рядом лучших (напр., коррозионная стойкость) показателей, чем у обжиговых.

Для получения бет., безобжиговых и термообработанных изделий, упрочнение и заданные огнеупорные св-ва к-рых достигаются при образовании определ. хим. соединений, сырье сначала подвергают традиц. операциям: размолу, рассеву, смешиванию вместе с добавками (грубому и тонкому); в результате этого получают огнеупорный заполнитель. Затем заполнитель смешивают (обычно в две стадии) со связующим, при необходимости вводя соответствующие добавки, и формуют. Полуфабрикат обрабатывают при необходимой темп-ре (безобжиговые и термооб-работанные изделия) или используют после твердения (бетонные).

Произ-во неформованных О. включает след. операции: подбор и сортировка сырья, его размол, приготовление шихты с введением необходимых добавок, смешивание шихты. При необходимости введения затворителя (воды или р-ров солей, к-т) эта операция осуществляется в передвижных растворосмесителях периодич. действия непосредственно перед применением.

Многообразие условий службы приводит к необходимости получения широкого ассортимента О. сразл. св-вами. Проблема "состав-структура-свойство" — осн. в технологии О. Под структурой обычно понимают взаимное расположение в пространстве и количеств, соотношение слагающих ее материальных элементов. О. обычно имеют пористую полидисперсную неоднородную конгломератную структуру из поликристаллич. зерен, объедин. матрицей из жидкой фазы и мелких зерен.

Структурными элементами макроструктуры являются крупные кристаллы и выплавки стеклофазы, объединения мелких кристаллов и стеклофазы, области упорядоч. расположения однородного в-ва. Элементы микроструктуры — это мелкие кристаллы одной или разл. фаз, стек-лофаза и слагающие участки шлифа размерами св. 10 мм. Элементы субструктуры — кристаллич. субблоки и зародыши разл. фаз, ассоциаты атомов и отд. примесные атомы.

Прочность О. определяется наиболее ослабл. местом, к-рое связано с наибольшим по размерам дефектом структуры. В общем случае дефекты макроструктуры опаснее дефектов микроструктуры, а последние — субструктуры. Чем больше размеры структурных элементов, тем больше размер дефектов, к-рые могут возникнуть между ними; они будут определять св-ва изделия в целом.

При данном химико-минеральном составе показатели св-в О. зависят от структуры — в очень высокой степени прочностные и переносные (тепло-, мас-со-, электроперенос) и в меньшей степени остальные. При этом поведение материалов зависит от особенностей сил хим. связей и строения элементарной ячейки (для стекол — полиэдра).ВО. — ионные (ион-но-ковалентные) силы связей, имеющие большую величину и жесткую направленность, и сложное строение элементарной ячейки, состоящей из двух или более под-решеток, сложенных ионами разных зарядов и размеров. Это обусловливает малую подвижность элементов кристаллич. решетки (в стеклах — полиэдров), т.е. небольшое термич. расширение, весьма низкие коэф. диффузии и хрупкость. Отсутствие свободных электронов является причиной весьма низких значений электро- и теплопроводности. Особо следует отметить низкие хар-ки термич. стойкости, обусловл. хрупкостью и малой теплопроводностью. Только лишь при значит, повышении темп-ры, как правило, выше половины темп-ры плавления, св-ва заметно меняются. Вследствие увеличения амплитуды колебаний увеличивается их подвижность. Результатом являются снижение хрупкости и появление пластичности, обусловл. увеличением скорости самодиффузии; увеличивается и теплопроводность за счет лучистого переноса теплоты. Это приводит к значит, повышению термич. стойкости. Увеличение подвижности ионов приводит к повышению электропроводности и дальнейшему росту ее с темп-рой. Т.о., при невысоких темп-pax в плотном состоянии О., как правило, являются диэлектриками с малыми теплопроводностью и термич. расширением, низкой термостойкостью и высокой пластичностью; при высоких темп-pax — это пластичные материалы. Для получения эффективных материалов с оптим. св-вами при данном составе регулируют структуру, изменяя вид, характер распределения по размерам, размеры и кол-во пор.



Похожие статьи:
Отношение водовяжущее

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → o1

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум