Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.
Міністерство освіти і науки РФ
ФГБОУ ВПО Рибінський державний авіаційний технологічний університет
імені П. А. Соловйова
Кафедра матеріалознавства, лиття, зварювання
з дисципліни: «Хімія кераміки і композитів»
на тему: «Динасові вогнетриви»
Виконав студент групи МЛБ-11
Викладач: А-н А.А.
Кремнезем може існувати в одній аморфної і семи кристалічних модифікаціях, які, маючи один і той же хімічний склад, різняться між собою деякими властивостями (формою кристалів, щільністю, коефіцієнтом світлопереломлювання і ін.). Кристалічні модифікації кремнезему називаються як кристали, зустрічаються в природі: кварц, тридимит і кристобалит з підрозділом кожної з головних форм на б, в і г фазу.
У природі найбільш поширений в-кварц. Він зустрічається самостійно під назвою «кварц» і у вигляді складової частини багатьох гірських порід: гранітів, гнейсів, піщаників і ін.
Також має аморфну модифікацію - кварцове скло.
При нагріванні кремнезем переходить з однієї модифікації в іншу. Перетворення SiO2 можуть йти двома шляхами, які істотно відрізняються один від одного. До першого належать перетворення між різними модифікаціями всередині головних форм кремнезему: кварцу, трідіміта і кристобалита (рис.). Перетворення ці оборотні і протікають швидко.
До другої групи належать перетворення між головними формами кремнезему - такі перетворення відбуваються досить повільно, причому перетворення кварцу в тридимит або кристобалит практично незворотні.
Схема поліморфних перетворень кремнезему при випалюванні динасу (рис)
Швидкість протікання повільно йдуть перетворень зростає з підвищенням температури, збільшенням измельченности, а також в присутності минерализаторов (плавнів). При виробництві динасу ними служать вапно і речовини, що містять закис заліза. У процесі випалу динасу СаО і FeO утворюють з кермнеземом легкоплавкие силікати, які при високих температурах розчиняють кремнезем. З пересичені розчину кремнезем викристалізовується у вигляді тієї модифікації, яка менш розчинна при температурі кристалізації.
Так як модифікації кермнезема мають різну щільність, при перетвореннях змінюються обсяги.
Про ступінь переходу кварцу в тридимит і кристобалит можна судити по щільності обпалених виробів. Чим менше щільність, тим повніше перехід. При випалюванні бажано кварц максимально перевести в тридимит, який має меншу зміну обсягу при охолодженні. Якщо викласти піч з слабовипалених цегли, в якому кварц не перейшов в кристобалит або тридимит, то ці перетворення відбудуться в кладці при розігріві печі. При цьому обсяг цегли значно збільшиться, і кладка може зруйнуватися. Динасові вироби, в яких при випалюванні велика частина кварцу перейшла в тридимит або кристобалит, називаються трідімітізірованнимі або трідіміта-крістобалітовимі.
Сировиною для виробництва динасу служать кварцити, що містять не менше 95% SiO2. Кварцит складаються з дрібних і мікроскопічних зерен кварцу, зцементованого кремнеземом з невеликою кількістю домішок інших з'єднань. Вогнетривкість кварцитів залежить від їх хіміко-мінералогічного складу, але не повинна бути нижче 1750 ° С.
Після дроблення і подрібнення на бегунах кварцити просівають на кілька фракцій. Гранулометричний склад шихти залежить від характеру сировини, способів його обробки і призначення виробів. ДИНАСОВИЙ шихта складається з зерен кварциту розміром від найтоншої борошна до 5-6 мм. Для зв'язування кварцитових зерен в сирці, а також для прискорення перетворення кварцу зазвичай додається 1,5-3% вапна у вигляді вапняного молока. Суміш кварцитів з вапняним молоком проминають катками бігунів. Після формування на пресах і сушки сирець обпалюють в тунельних печах.
Випал динасу - найвідповідальніша операція. Підйом температури повинен бути рівномірним і повільним, особливо в точках переходу кварцу з однієї модифікації в іншу. При швидкому підйомі температури кварцові зерна розтріскуються, цегла сильно збільшується в об'ємі і розпушується. Крім того, чим швидше підвищується температура, тим менше утворюється рідкої фази. При достатній кількості рідкої фази вона заповнює простір між рекрісталлізующіміся зернами кварцу і сприймає виникають при цьому напруги. При недостатній кількості рідкої фази відбувається так зване сухе превращеніеб-кварцу в б-кристобалит, при цьому сирець внаслідок сильного збільшення обсягу розбухає і розтріскується.
Максимальна температура випалу не повинна перевищувати 1460 ° С, так як при більш високій температурі в б-кристобалит перетворюється не тільки б-кварц, але і б-тридимит. Велика кількість кристобалита в ДІНАС небажано, так як при цьому буде сильно змінюватися обсяг при нагревах і охлаждениях. При охолодженні обпаленої динасу необхідно також дотримуватися обережності, особливо при переході кремнезему з однієї модифікації в іншу. Умови випалу динасу потрібно дотримуватися і при розігріві печей. динасовий вогнетривкий кварцит електропровідність
Для динасових виробів характерні порівняно невисока Огнеупорность (1710--1720 ° С), але висока температура початку деформації під навантаженням (1620--1660 ° С). Трідіміта-крістобалітовий динас зберігає механічну міцність і не змінює форми майже до температури плавлення. Тому динасовий цегла знаходить широке застосування в металургії особливо там, де потрібна висока механічна міцність при високих температурах. Термостійкість динасу дуже мала, не більше двох теплозмін, однак при повільному розігріві і охолодженні динас здатний добре переносити багаторазові теплозмін і при цьому не втрачати механічної міцності.
По хімічній стійкості динас є типово кислим вогнетривом. Зміна розмірів при нагріванні добре обпаленого, повністю рекрісталлізованного динасу незначно. Але так як при виготовленні цегли повного перетворення кварцу не досягають, деякого збільшення в обсязі при повторних нагріву має місце. Так, при нагріванні до 1450 ° С зміна лінійних розмірів досягає 1,6-2,1%, а подальше розширення може досягати 0,7%. Це слід враховувати при кладці печі, передбачаючи температурні шви.
Динасові вогнетриви широко застосовуються для кладки склепінь плавильних печей в зв'язку з відсутністю у них додаткової усадки при тривалих термінах служби в умовах високих температур.
Основні властивості вогнетривких матеріалів
Огнеупорностью називається здатність матеріалів витримувати високі температури, що не деформуючись під дією власної ваги. При нагріванні вогнетривкий матеріал спочатку розм'якшується внаслідок плавлення його легкоплавку складової. При подальшому нагріванні починає плавитися основна маса, і в'язкість матеріалу поступово зменшується. Процес плавлення вогнетривів виражається в поступовому переході з твердого стану в рідке, причому температурний інтервал від початку розм'якшення до розплавлення іноді досягає декількох сотень градусів. Тому для характеристики вогнетривкості користуються температурою розм'якшення.
Для цієї мети при визначенні огнеупорности матеріалів використовуються керамічні піроскопа (ПК). Піроскопа представляють собою тригранні усічені піраміди висотою до 6 см з підставою у вигляді рівностороннього трикутника зі сторонами, рівними 1 см. Кожному піроскопа відповідає певна температура розм'якшення, т. Е. Температура, при якій піроскопа розм'якшується настільки, що вершина його стосується підставки. У маркуванні піроскопа вказується його вогнетривкість, зменшена в десять разів. Для визначення вогнетривкості матеріалу з нього виготовляють пірамідку за розмірами піроскопа. Випробуваний зразок разом з декількома піроскопа різних номерів встановлюють на підставці і поміщають в електричну піч. Випробування на вогнестійкість зводиться до спостереження за розм'якшенням (падінням) зразків порівняно з піроскопа при певних умовах нагріву. Вогнетривкість матеріалу позначається номером того піроскопа, з яким зразок впав одночасно.
Деформація під навантаженням при високих температурах.
У кладці печі вогнетриви відчувають в основному стискуюче зусилля, що збільшується при нагріванні печі. Для оцінки механічної міцності вогнетривів зазвичай визначають залежність зміни величини деформації від температури при постійному навантаженні.
Залежність між деформацією вогнетривів під навантаженням і температурою: 1 хромит, 2 шамот, 3 магнезит, 4 динас.
Всі вогнетривкі вироби пористи. Розмір пір, їх структура і кількість вельми різноманітні. Окремі пори або з'єднані між собою і з атмосферою, або представляють собою замкнуті простору всередині вироби. Звідси розрізняють пористість відкриту, або уявну, при якій пори повідомляються з атмосферою, пористість закриту, коли пори не мають виходу назовні, і пористість справжню, або загальну, т. Е. Сумарну.
Відкриту пористість обчислюють на основі даних вимірювання водопоглинання і об'ємної маси вогнетривких виробів.
Теплоємність вогнетривів визначає швидкість нагріву і охолодження футеровки і витрати тепла на нагрівання. Це має особливо важливе значення при роботі печей періодичної дії. Теплоємність залежить від хіміко-мінералогічного складу вогнетривів. Визначається вона калориметричних методом. Теплоємність зазвичай незначно зростає зі збільшенням температури. Середнє її значення лежить в межах 0,8-1,5 кДж / (кг-К).
Електропровідність є визначальним параметром вогнетривів, що застосовуються для футерування електричних печей. При нормальних температурах зазвичай все вогнетривкі матеріали є хорошими діелектриками. При підвищенні температури їх електропровідність швидко зростає, і вони стають провідниками. Електропровідність матеріалів з великою пористістю при високих температурах зменшується.
Сталість форми і об'єму.
При нагріванні вогнетривів в печах відбувається зміна їх обсягу під впливом двох чинників - термічного розширення і усадки (або зростання). Термічне розширення більшості вогнетривів невелика. Набагато значніше зміна обсягу огнеупора при високих температурах за рахунок відбуваються перетворень. Так, шамотні вироби дають усадку в результаті утворення деякої кількості рідкої фази і ущільнення черепка. Зазвичай це зменшення обсягу буває більше, ніж його термічне розширення, і призводить до збільшення швів. Динасові вироби збільшують обсяг при нагріванні внаслідок додаткових процесів перекристалізації. Зростання обсягу вироби в процесі служби сприяє ущільненню швів кладки. Зміна обсягу вогнетривів оцінюють при нагріванні точно виміряних зразків в печі.
Термічної стійкістю називається здатність вогнетривів не руйнуватися при різких змінах температури. Це особливо важливо для вогнетривів, що працюють в печах періодичної дії. Термічна стійкість вогнетривів тим вище, чим більше коефіцієнт теплопровідності матеріалу, його пористість і розмір зерен і чим менше температурний коефіцієнт лінійного розширення, щільність, розміри вироби та зміни обсягу при аллотропических перетвореннях.
Для визначення термічної стійкості використовують зразок у формі цегли. Зразок нагрівають 40 хв при 850. ° С, потім охолоджують 8-15 хв. Цикл нагріву і охолодження називається теплосменой. Охолодження може бути тільки на повітрі (повітряні теплозмін) або спочатку у воді 3 хв, потім на повітрі 5-10 хв (водяні теплозмін). Нагрівання і охолодження проводяться до тих пір, поки втрата маси зразка (через відколювання шматків) не досягне 20%. Термічна стійкість оцінюється кількістю витриманих теплозмін.
Під хімічною стійкістю вогнетривких матеріалів розуміється здатність їх протистояти руйнуванню від хімічного і фізичного впливу утворюються в печі продуктів - металу, шлаків, пилу, золи, парів і газів. Найбільше дію на вогнетриви в плавильних печах надають шлаки. По відношенню до дії шлаків вогнетриви можуть бути розділені на три групи - кислі, основні і нейтральні.
Кислі вогнетриви стійкі до кислих шлаків, що містять велику кількість SiO2. але роз'їдаються основними шлаками. Кислим вогнетривом є динас. Динас стійкий до дії окислювальних і відновних газів.
Основні вогнетриви стійкі до дії основних шлаків, але роз'їдаються кислими. До них відносяться вогнетриви, що містять вапно, магнезію і лужні оксиди (доломіт, магнезит та ін.).
Нейтральні (проміжні) вогнетриви, до складу яких входять аморфні оксиди, реагують як з кислими, так і з основними шлаками, але в значно меншому ступені, ніж кислі і основні. До них відноситься хромовий залізняк, що містить в якості основної складової FeO-Cr2 O3.
Залежно від цілей, для яких використовується вогнетрив, теплопровідність його повинна бути високою або низькою. Так, матеріали, призначені для футерування печей, повинні мати низьку теплопровідність для зменшення теплових втрат в навколишній простір і підвищення к. П. Д. Печі. Однак матеріали для виготовлення тиглів і муфелей повинні мати високу теплопровідність, що зменшує перепад температури в їх стінках.
При підвищенні температури теплопровідність більшості вогнетривів зростає. Виняток становлять магнезитові і карборундові вироби теплопровідність яких при цьому зменшується. теплопровідність всіх вогнетривів зменшується зі збільшенням пористості. Однак при високій температурі (вище 800-900 ° С) збільшення пористості мало впливає на теплопровідність. Набувають вплив конфігурація і розмір пор, що визначають конвективную теплопередачу усередині пір. Збільшення вмісту кристалічної фази в матеріалі призводить до збільшення теплопровідності.
Залежність між коефіцієнтом теплопровідності вогнетривів і температурою:
1 - магнезит; 2 - хромомагнезіт; 3 - динас; 4 - шамот; 5 - пеношамот
Шлакоустойчивость залежить від швидкості хімічних реакцій огнеупора зі шлаком і від в'язкості шлаку. При вузьких шлаках і малій швидкості реакцій вогнетривке виріб може працювати добре. З підвищенням температури швидкість хімічних реакцій збільшується, а в'язкість шлаків зменшується, тому навіть невелике підвищення температури (на 25-30 ° С) призводить до істотного збільшення корозії вогнетривів. Пористі вироби з відкритими порами менш Шлакоустойчивость, ніж більш щільні. Зовнішня гладка поверхня кірки цегли краще чинить опір дії шлаків, ніж шорстка поверхня зламів. Тріщини в виробі також знижують його Шлакоустойчивость.
Для визначення Шлакоустойчивость застосовують два методи - статичний і динамічний. При статичному методі в вогнетривкому виробі висвердлюють циліндричний отвір, в яке насипають тонкоподрібненому шлак. Виріб нагрівають в печі до його робочої температури (але не нижче 1450 ° С) і витримують при цій температурі 3-4 години. Про Шлакоустойчивость судять якісно за ступенем розчинення вироби в шлаку і глибині його проникнення в виріб. При динамічному методі на випробуваний вогнетривку цеглу, встановлений в печі вертикально, при температурі 1450 ° С протягом 1 год сиплють порошкоподібний шлак (1 кг). Розплавляючись і стікаючи по поверхні цегли, шлак проїдає в ньому борозни. Шлакораз'едаемость визначається по втраті обсягу (в кубічних сантиметрах) з урахуванням додаткової усадки цегли.
Газопроникність залежить від природи огнеупора, величини відкритої пористості, однорідності структури вироби, температури і тиску газу. З підвищенням температури газопроникність вогнетривів знижується, так як обсяг газу при цьому зростає і збільшується його в'язкість. Вогнетриви повинні володіти, можливо, меншою газопроницаемостью, особливо ті, які застосовуються для виготовлення реторт, муфелей, тиглів. Найбільша газопроникність у шамотних виробів, найменша у динасу.
Розміщено на Allbest.ru