Алюмосілікатні вогнетріві. Сировина для їх виробництва

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Алюмосілікатні вогнетріві. Сировина для їх виробництва

До вогнетривких відносяться матеріали та вироби, здатні витримувати температуру більше 1580 градусів. В більшості своїй вогнетривкі матеріали виробляються з мінеральної сировини. Потреба в вогнетривких матеріалах значно зросла за останні кілька десятиліть. Технології створення нових вогнетривких матеріалів (каолінова вата мКРР 130 і ін) розвиваються в двох основних напрямках:

1. Металургія;

2.Ізоляція різних теплових агрегатів.

Вогнетривкість - це властивість матеріалу тривалий час витримувати дуже високі температури, не змінюючи при цьому своєї структури і властивостей. Як правило, такі матеріали застосовуються там, де температурний режим складає більше 900 оС, і служать для захисту менш вогнестійких виробів від впливу, як температурного руйнування, так і від інших чинників (газового і т.д.), що виникають при високотемпературних процесах. Головною областю застосування вогнетривких матеріалів, на яку припадає до 60% усіх випущених видів вогнетривів, є чорна та кольорова металургія. Потреба в вогнетривах при виплавці 1т сталі складає від 20 до 90 кг, це значення змінюється в залежності від технології. Також деякі вогнетривкі матеріали використовуються як протипожежна ізоляція.

В залежності від вмісту окису алюмінію алюмосилікатні вогнетриви підрозділяються на: напівкислі з вмістом Al₂O₃ до 28%; шамотні з вмістом Al₂O₃ від 28 до 45%; високоглиноземисті з вмістом Al₂O₃ понад 45%. Таким чином, основна відмінність цих вогнетривів один від одного полягає в співвідношенні оксидів Al₂O₃ і SiO₂, переважаючих в їх складі. Решта окисли: Fe₂O₃, Ti₂O, CaO, MgO, R₂O - є домішками, їх кількість зазвичай не перевищує 4-7% в перерахунку на прожарену речовину.

Сировиною для виробництва алюмосилікатних вогнетривів служать або природні глини, іноді з введенням добавок, що підвищують вміст відповідних окислів (напівкислі і шамотні вогнетриви), або природне або штучне сировину з великим вмістом Al₂O₃ (боксити, електроплавлений корунд, силіманіт) для виробництва високоглиноземисті вогнетривів.

Глини основних родовищ поділяються на три мінералогічних типу: каолінітові, гідрослюдисті і монтморіллонітовие. Зустрічаються глини проміжних типів, що складаються з суміші цих мінералів. Найбільш поширені каолінітові глини, менш-гідрослюдисті. У відповідності з прийнятим поділом каолінітові глини містять переважно мінерал каолініт, гідрослюдисті глини - Ілліт і гідрослюд-й монтморіллонітовие-мінерал монтморилоніт.

Каолінітові і гідрослюдисті глини можуть мати близький хімічний склад, але, як правило, глини з високим вмістом глинозему є каолінітові і високоспекающіміся, а глини гідрослюдисті з високим вмістом лугів-монотермітнимі і низько - спікається.

Каолініт - мінерал складу Al₂O₃-2SiO₂-2Н₂0 має щільність 2,28-2,59 г./см³, твердість за шкалою Mooca близько 1; колір білий або забарвлений органічними або залозистими домішками в світло-жовті тони. Під мікроскопом каолініт видно тільки при великому збільшенні. у вигляді окремих пластинок або призматичних скупчень. В глинах деяких родовищ (Торошковське) пластинки каолініту цементуються між собою колоїдної кремнекислоти в призматичні скупчення. При випалені такі скупчення призм каолініту розширюються, значно збільшуючись в обсязі, окремі ж пластинки каолініту спікаються, зменшуючись в об'ємі. Соляна і азотна кислоти на каолініт майже не діють. Сірчана кислота, особливо при нагріванні, розкладає каолініт порівняно легко. Каолініт складає як пластичні, так і сухарні та сланцеві (аргіліти) глини.

Монотерміт-мінерал складу 0,2 - K₂O-Al₂O₃-3Si0₂ 1,5Н₂0 + nН₂0 має кристали пластинчастої форми, але не утворює скупчень. Він відрізняється від каолініту по оптичних і фізичних властивостях. Зміст монотерміта в глинах обумовлює їх знижену температуру спікання і високу пластичність.

Монтморілонітові глини як основна сировина не представляють інтересу для вогнетривкої промисловості через їхню низьку вогнетривкість. Однак винятково високі зв'язуючі властивості цих глин дозволяють використовувати їх у вигляді добавок для непластичний сухарних глин при виготовленні деяких видів вогнетривів.

У монтморилонітовій глині міститься мінерал в-кварц складу SiO₂ як у великих, так і в тонких фракціях. В залежності від крупності фракції кварц по-різному впливає на технічні властивості глин. За ступенем окатанності великих зерен кварцу можна зробити деякі висновки про походження вогнетривких глин. Кварц, що міститься в вогнетривких глинах деяких родовищ, розтріскується при випаленні, збільшуючи пористість маси. З кислотами, за винятком плавикової, не реагує. При взаємодії з останньою утворює летюча з'єднання SiF₄. В якості інших домішок у вогнетривких глинах зустрічаються пірит і марказит, що мають однакову хімічну формулу FeS2 і відрізняються формою зерен; кальцит - CaCO₂, рутил - TiO₂, сидерит FeCO₃, гіпс - CaSO₄ - 2Н₂0, турмалін - (Na, Ca, Mg, Al) е - [B₃Al₃ Si₆ (OH) ₃], циркон - ZrSiO₄, дистен - Al₂O₃ * SiО₂ та інші.

Вміст окису алюмінію навіть у збагаченому просяновском каоліні (39% загальної маси або близько 45% в перерахунку на прожарену речовину) менше нормального, необхідного для високоглиноземисті вогнетривів. Тому сировиною для виробництва шамотних вогнетривів служать природні гідрати глинозему: гідраргілліт, беміт, діаспор, входять до боксити; мінерали сілліманітовой групи: кіаніт, андалузит, силіманіт; електроплавлений корунд або штучний прожарений гідрат глинозему.

Сучасним способом виготовлення алюмосилікатних вогнетривів є наступний. В якості тонкодисперсної сполучною складової застосовують висококонцентровані в'яжучі суспензії вологістю 12 - 20% на основі відповідних вогнетривких матеріалів: бокситу, муллита, шамоту з різним вмістом Al₂O₃ і т.д. з вмістом в суспензії часток до 5 мкм 20 - 50%. Вихідні суспензії пластифікуючі добавки вогнетривкої глини (2 - 10%), вводять також високодисперсні кварцове скло, або Al₂O₃ (2 - 10%), або комплексну добавку зазначених компонентів. Суміш для формования готують при співвідношенні компонентів, мас.%: Сполучна 20 - 45, заповнювач 55 - 80. Спосіб

дозволяє отримати високощільний напівфабрикат, здатний уже після низькотемпературної термообробки набувати потрібні експлуатаційні характеристики.

Відмінність нових вогнетривів полягає в підвищеній щільності, міцності, що забезпечує кращі їхні експлуатаційні характеристики. Останні досягаються вже після низькотемпературного (1000-1200 ^оС) випалу виробів.

Спосіб відноситься до вогнетривкої промисловості, а саме до виробництва вогнетривів переважно алюмосилікатного і корундового складів. Відомо, що вогнетриви алюмосилікатного типу підрозділяються на наступні групи: напівкислі, шамотні, муллітокремнеземні, муллітові, муллитні корундові. Зміст Al₂O₃ в цих вогнетривах коливається в межах 15 - 90%, а SiO₂ - 9 - 85%. Зміст Al₂O₃ в корундових вогнетривах перевищує 90%. Більшість з цих вогнетривів отримують методом напівсухого пресування з подальшими сушкою і високотемпературним (1400-1700 ^оC) випалом.

Недоліками традиційних вогнетривів даних груп являються відносно висока їх пористість і низька механічна міцність. Так, показник межі міцності при стисненні сж для шамотних і напівкислих вогнетривів становить 10 - 23 МПа, муллітокремнеземні - 20 - 40 МПа, муллітові - 25 - 60 МПа, муллитні корундові і корундових - 20 - 100 МПа. Крім того, ці вогнетриви характеризуються відносно великопористі будовою - наявністю пор з розмірами, що допускають їх просочення розплавами (діаметр більше 5 - 10 мкм). Це погіршує їх експлуатаційні характеристики.

Відзначені недоліки традиційних вогнетривів обумовлені специфічними особливостями технології їх отримання. Незалежно від складу розглянутих вогнетривів переважна їх частка формуется методом напівсухого пресування. Прес-порошки для пресування всіх типів розглянутих вогнетривів складаються з крупнозернистою складової (шамот, фракціонований корунд, боксит і т.д.) і тонкодисперсної (сполучною) складової. Якщо для напівкислих і шамотних вогнетривів сполучні функції в прес-порошках виконує глина, то в високоглиноземисті і корундових, як правило, до складу мас для цієї мети вводять органічні добавки.

У процесі випалу вогнетривів спостерігається істотна усадка в мікрооб'ємах сполучною фази матеріалу при умовах безусадочного заповнювача при загальній низькій усадці пресування.

У кінцевому підсумку це призводить до утворення великих дефектів (пор) в матеріалі і низької механічної міцності.

Вперше в якості тонкодисперсної (сполучною) складової при пресуванні вогнетривів високоглиноземістого складу використана в'язка суспензія бокситу. У прес-порошках на основі ВКВС на мікрорівні формується висока щільність упаковки зв'язки, що сприятливо позначається на властивостях отриманого вогнетриву. При цьому була досягнута істотно велика механічна міцність вогнетривів в порівнянні з відомими аналогами. Недолік цього способу полягає в тому, що зважаючи ділатансіі суспензій бокситу (відсутність у них пластичних властивостей) прес-порошки на їх основі характеризуються низькою Уплотняемость. Так, навіть при питомому тиску пресування Pуд = 200 МПа на бокситових складах не була досягнута пористість менше 20%.

Метою цього способу є створення способу виготовлення пресованих вогнетривів, що дозволяє отримати високощільний напівфабрикат, здатний уже після низькотемпературної термообробки набувати потрібні експлуатаційні характеристики.

Поставлена мета досягається тим, що в якості зв'язуючої складової вихідних формувальних систем застосовують відповідні висококонцентровані керамічні в'яжучі суспензії (ВКВС) з вологістю 12-20% і вмістом частинок до 5 мкм 20-50% в кількості 20-45 мас.% З введеними в них модифікуючими добавками. Мета останніх поліпшити технологічні та реологічні властивості прес-порошків за рахунок усунення їх ділатантних властивостей, додання їм необхідної пластичності. Крім того, вводяться в ВКВС добавки повинні сприяти низькотемпературного зміцнення вогнетривів при збереженні високого їх об'емопостоянства.

У якості вихідних матеріалів для ВКВС як зв'язки при отриманні розглянутих вогнетривів застосовують шамот з різним вмістом Al₂O₃, муллит, боксит і т.д.

В якості модифікуючих добавок в ВКВС цих матеріалів можуть вводитися різні добавки. Наприклад, з метою додання пластичних властивостей прес-порошкам в вихідні ВКВС вводяться добавки вогнетривкої глини в кількості 2 - 10%. Істотний вплив роблять добавки високодисперсного кварцового скла SiO2, що вводиться за допомогою «зливу» - відходу виробництва кварцових вогнетривів, формуемости відцентровим методом. Такі добавки істотно знижують ділатансіі ВКВС, а в подальшому сприяють різкому зміцненню матеріалу при низькотемпературному випалі. Зокрема, при введенні SiO₂ в ВКВС бокситу таке зміцнення відбувається за рахунок низькотемпературного муллітообразованія, обумовленого високою активністю і дісперcностью надтонких частинок SiO₂ і бокситу. Певну участь в процесі муллітообразованія приймають частинки глини (вільний SiO₂). При отриманні ряду вогнетривів ефективними є комплексні добавки глини і SiO₂, які вводяться в кількості 3 - 15%.

Заповнювач (грубозерниста складова) прес-порошків, одержуваних по даному способу, використовуваних в кількості 55 - 80 мас.%, Може бути представлений тими ж вогнетривкими матеріалами, що і єднальна складова (ВКВС). Може застосовуватися і складний склад, наприклад, шамот або боксит з добавками SiC Корунд-муллітові і т.д.

Склад вихідних формувальних систем при цьому може бути однорідним (наприклад, ВКВС бокситу і бокситовий заповнювач), так і різнорідним (ВКВС бокситу і шамотний заповнювач і т.д.).

Для формування виробів з даного винаходу можуть застосовуватися також методи набивання (вібротрамбованія), вібропресування, вібролиття або литва з саморозтічних мас. У двох останніх випадках вологість маси підвищують на 0,5 -1,5%, а в якості структуроутворювач безпосередньо перед формуванням допускається введення 0,5 - 3,0% високоглиноземисті цементу.

вогнетрив алюмосилікатний металургія

Перелік посилань

1. Кононов В.А. Производство огнеупорных материалов и перспективы его развития. // Огнеупоры и техническая керамика. Ч 1. Структура и сырьевая база огнеупорных предприятий. 2001. - №12 - С. 31-40.

2. Лепцин Г.Г. Месторождения и рудопроявления минералов силлиманитовой группы и перспективы создания на их базе промышленного производства концентратов. // Огнеупоры и техническая керамика. -1997 - №8. С. 27-32.

3. Дюбрей П., Фимари Э., Соболев В.М. Применение андалузитовых огнеупоров в черной металлургии. // Огнеупоры и техническая керамика. -1999. №6. - С. 27-34.

4. Карклит А.К., Деркунова T.JL, Мирабишвилли А.П., Клопова Н.Н., Ванюкова B.C., Литвиенко Н.В. Промышленный опыт производства шамотных изделий с владимирскими глинами. // Огнеупоры и техническая керамика. 2001. - №7 - С. 43-45.

Размещено на Allbest.ru