+7 (495) 999-47-65
litteh-sale@mail.ru
Корзина пуста
Выбрано 0 шт.
на 0 руб.

5.2.0. Кремнезёмистые огнеупорные материалы

Заявка на звонок Заполните форму:
captcha
Я даю своё согласие на обработку моих персональных данных, в соответствии с Федеральным законом от 27.07.2006 года №152-ФЗ «О персональных данных», на условиях и для целей, определенных Политикой конфиденциальности.
Методичка
Глава 1. ГОРЕНИЕ ТОПЛИВА
Глава 2. МЕТОДЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОВУЮ
Глава 3. ДВИЖЕНИЕ ГАЗОВ В ПЕЧАХ
Глава 4. ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
Глава 5. ОГНЕУПОРНЫЕ И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Глава 6. УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО И ЖИДКОГО ТОПЛИВА
Глава 7. СПОСОБЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ ПЕЧИ
Глава 8. ПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Глава 9 НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Глава 10. СУШИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Использованная литература

Кремнезёмистые материалы встречаются в природе в виде жильного кварца, кварцитов, песчаников содержат от 96 до 99%  SiO2. Известны восемь модификаций кремнезёма, устойчивых в определённых интервалах температур при нормальном давлении (рис.5.1.).

 

Кристаллические модификации кремнезема называются также как кристаллы, встречающиеся в природе: кварц, тридимит и кристобалит с подразделением каждой из главных форм на α-, β- и γ фазу.

 

         Кварциты могут применяться в  виде порошков (в неформованном виде). Лучшие из кварцитов, встречающиеся на территории России – кристаллические антоновские, овручские, первоуральские и тарасовские. В отличие от цементных кварцитов они практически не содержат кварцевого цемента, т.е.  фракций размером 0,001…0,003 мм. После предварительной сушки их используют для футеровки плавильного пояса вагранок, а также  тигельных индукционных печей. В последнем случае в качестве связующего вещества используется порошкообразный гидроксид бора В(ОН)3.

 

         При изготовлении динасовых фасонных изделий применяют известковую связку. Процесс изготовления состоит из нескольких основных этапов: 1) смешивание размолотого кварцита с известковым молоком (гашёной известью  Са(ОН)2); 2) формовка изделий прессованием под давлением 20…30 МПа (в этой операции известковое молоко является пластификатором);  3) сушка при низких температурах для придания прочности изделиям-сырцам (для увеличения их прочности, а также пластичности шихты на этапе формовки в неё добавляют сульфитно-спиртовую барду, которая в дальнейшем выгорает); 4) обжиг высушенных изделий.

Обжиг динасовых материалов играет первостепенную роль в формировании их свойств.

 

         Температуру изделий повышают медленно, особенно выше 1200оС. Конечная температура не должна превышать 1470 оС. Цикл обжига динаса длится сотни часов. При температурах близких к максимальным СаО (основной оксид) вступает в реакцию с SiO2(кислотным оксидом), образуя жидкую фазу - легкоплавкие силикаты. При охлаждении изделий жидкая фаза превращается в стекловидную, связывающую частицы кремнезёма. Но особенно важную роль в формировании прочностных свойств динасовых материалов играет процесс сращивание кристаллов SiO2, происходящий при участии жидкой силикатной фазы.

 

При высоких температурах эта жидкая фаза частично растворяет кремнезем. В дальнейшем при снижении температуры раствор становится  пересыщенным и из него выкристаллизовывается кремнезём, связывающий частицы размолотого кварцита.  Кристаллы кремнезёма образуют, таким образом, объёмный кристаллический сросток, а масса исходных шихтовых материалов образует монолитное огнеупорное изделие.

 

         Вторым важнейшим результатом обжига является перекристаллизация кремнезёма. В природе наиболее распространен β-кварц, который в процессе нагрева претерпевает несколько полиморфных превращений (рис.5.1.) Превращения SiO2могут идти двумя путями, существенно отличающимися друг от друга. К первому относятся превращения между различными модификациями внутри главных форм кремнезема: кварца, тридимита и кристобалита. Превращения эти обратимы и протекают быстро.

 

Рис. 5.2. Классификация кремнезёмистых и алюмосиликатных огнеупоров  в зависимости от их состава.

 А-динасовые; Б-полукислые; В-шамотные; Г-муллитокремнезё-мистые; Д-муллитовые;    Е-муллитокорундовые; Ж- глинозёмистые (корундовые).

 1-область температур огнеупорности; 2- область температур начала деформации под нагрузкой.

 

Ко второй группе относятся превращения между главными  формами кремнезема. Такие превращения совершаются весьма медленно, причем превращения кварца в тридимит или кристобалит практически необратимы.

 

         Переход кремнезема из одной модификации в другую приводит к существенному изменению его удельного объёма (до 16% на отдельных участках, см. рис. 5.1.), и, как следствие этого, к образованию термических напряжений, вызывающих растрескивание кристаллов и разрыхления   огнеупора. Если при обжиге материал нагревают до температуры близкой к 1450оС, кремнезём превращается в α-кристаболит. Из рисунка 5.1. видно, что эта модификация кремнезёма имеет максимальный удельный объём по сравнению со всеми остальными. Как уже отмечалось, процессы превращений главных форм кремнезёма (в том числе кристобалита в тридимит) являются необратимыми, поэтому полученная модификация сохраняется при охлаждении. При повторном нагреве обожжённого изделия увеличение удельного объёма будет значительно меньшим, чем необожжённого. Однако процесс перекристаллизации происходит очень медленно. Для его ускорения в шихту вводят вещества, называемые минерализаторами, к которым относятся СаО и FeO. 

 

О степени перехода кварца в тридимит кристобалит можно судить по плотности обожженных изделий. Чем меньше плотность, тем полнее переход. Если выложить печь из слабообожженного кирпича, в котором кварц не перешел в кристобалит или тридимит, то эти превращения произойдут в кладке при разогреве печи. При этом объем кирпичей значительно увеличится, и кладка может разрушиться. Динасовые изделия, в которых при обжиге большая часть кварца перешла в тридимит или кристобалит, называются тридимитизированными или тридимито-кристобалитовыми. В их составе содержится 40…70% тридимита, 20…40% кристобалита, 5…15% кварца и стекловидного вещества 1…15%.

 

         Огнеупорность динасовых изделий сравнительно невысокая. Они могут противостоять, не деформируясь и не расплавляясь, длительному воздействию температур не более 1710…1720°С. Однако температура начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа у них выше, чем у прочих недорогих огнеупоров (1620—1660°С). Это позволяет успешно применять динас в высокотемпературных печах при изготовлении нагруженных частей футеровки. Тридимито-кристобалитовый динас сохраняет механическую прочность и не меняет формы почти до температуры плавления. Поэтому динасовый кирпич находит широкое применение в металлургии особенно там, где требуется высокая механическая прочность при высоких температурах (например, для распорных сводов печей с пролётом до 11м).  Существенным недостатком динаса является низкая стойкость при резких изменениях температуры (термостойкость), он выдерживает 1…2 водяных теплосмены. (Стандартные испытания на термостойкость заключаются в нагреве до 1300оС торца 50-ти миллиметрового кирпича с последующим погружением его в проточную воду). Динас является типично кислым огнеупором и хорошо противостоит кислым шлакам.  В отличие от большинства огнеупоров которые в процессе нагрева претерпевают некоторую усадку за счёт дополнительного спекания и уплотнения, динас при нагреве до 1450°С расширяется на 1,6—2,1 %, а последующее расширение может достигать 0,7 %. Поэтому при кладке печи следует предусматривать температурные швы.

         В зависимости от назначения используют различные технологии изготовления динасовых изделий. В литейных цехах для кладки сводов электродуговых печей используют электродинас марки ДЭ.