Transcript Вступ

Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
ВСТУП. ВИЗНАЧЕННЯ.
Технологія вогнетривких матеріалів
Визначення:
1
Вогнетривами називають матеріали, які виготовляють
на основі мінеральної сировини та відрізняються від інших
матеріалів здатністю зберігати без суттєвих змін власні
функціональні властивості в умовах експлуатації при
високих температурах t>15800C (БСЄ, 2е, т.30, с.500).
Вогнетривкість це здатність матеріалу зберігати без
суттєвих змін свої функціональні властивості (міцність,
теплопровідність, форма) в різних умовах високих
температур.
Технологія вогнетривких матеріалів
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
На зародженні людської цивілізації побут людини був
пов'язаний з отриманням вогню, його зберіганням і
підтриманням, тобто вже тоді треба було застосовувати
вогнетривкі матеріали. Розвиток суспільства і техніки
створило різні печі та інші теплові агрегати, які
застосовували різні види палива, а це спонукало розвиток
вогнетривів:
 дрова: t=10000C;
 вугілля: t=15000С;
 біопаливо: t=1500 – 17500C;
 нафта та природний газ: t=20000C;
 електроенергія вольтової дуги: t=30000С;
2
 плазменних печах t=250000C.
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
Технологія вогнетривких матеріалів
В зв'язку із вищенаведеним також рухається розвиток вогнетривів, який
повинен забезпечувати працездатність теплових агрегатів (Табл.1).
Таблиця 1
Розподіл вогнетривів за галузями промисловості у світі
3
Країна
1.Японія
2.США
3.Росія
Чорна ме- Кольорова Машинобу- Будівельних Хімі- Інші Ексталургія
металургія дування
матеріалів чна
порт
71,7
62,0
60,1
2,2
9,0
4,0
3,0
10,3
8,9
13,5
8,1
6,1
5,5
4,7
4,1
1,0
10,9
4,0
9,0
1,9
Таблиця 2
Різновиди формованих вогнетривів,%, за основою мінеральної
сировини
Найменування виробів
1.Шамотні та навпівкислі
2.Теплоізоляційні
3.Високоглиноземні
4.Динасові
5.Основні
6.В тому числі:
*смоляна зв’язка
*спеціальні
Японія
США
Росія
Україна
59,8
2,5
6,2
6,0
19,0
65,5
2,8
7,6
6,1
16,8
69,7
1,4
1,6
7,2
19,6
71,0
0,8
0,9
6,4
14,1
10,1
6,5
нема від.
1,2
1,2
0,5
0,3
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
Технологія вогнетривких матеріалів
Сучасний рівень розвитку економіки визначається витратами вогнетриву
на 1 тону металу, який виробляє країна
Япония; 4,8
США; 5,9
Китай; 19,4
Франция; 6,7
Германия; 7,1
Украина; 17,3
Нидерланды; 8,2
Индия; 14,2
4
Австрия; 6,3
Россия; 13,1
Чехия; 9,1
Япония
США
Австрия
Франция
Германия
Нидерланды
Чехия
Россия
Индия
Украина
Китай
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
Сучасні вогнетривкі матеріали виготовляються із наступної сировини:
19. Шпінеліди (t=22000C);
20. Силікати кальцію (t=153822000C);
Технологія вогнетривких матеріалів
21. Змішані оксиди, цирконат
кальцію (t=23430C);
5
22. Монотитанат кальцію (t=17970C);
23. Цирконат хрому Сr2Zr (t=18900C);
24. Цирконосилікат (t=25400C);
25. Форстеріт (t=15570C);
26. Бінарні матеріали: CrSi, CrSi2,
Cr3Si2, Cr3Si (t=2205 – 24800C);
27. Вуглецеві вогнетриви (t=33000C)
1.
карбід кремнію (t=27980C);
2.
графітопериклазові;
3.
графітокорундові (t=28000C),Al3C4 (t=28000C);
4.
Карбід цирконію (t=31750C);
5.
Карбід титану (t=31050C);
6.
Карбід хрому Cr3C (t=18850C);
7.
Карбід кальціюСаС2 (t=23000C);
8.
Бінарні матеріали: Zr4Al3, ZrAl2 (t=16500C);
9.
Ортотитанат циркону (t=17200C);
10. Хромат кальцію СаОСrO3(t=21740C);
11. Доломіт (t=1800-18500C);
12. Алюмінат магнію (t=21350C);
13. Титанат алюмінію (t=18530C);
14. Cr2O3 – Al2O3;
15. Алюмосилікати, муліту(t=1650-18500C);
16. алюмінати кальцію 3СаОАl2O3(t=15460C);
17. Змішані оксиди, цирконат магнію
(t=21370C)
18. Титанати магнію (t=16460C);
Технологія вогнетривких матеріалів
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
Аналіз вищенаведеної діаграми свідчить про те, що в
більшості вогнетривів, які застосовуються для виробництва
металургії, промисловості будівельних матеріалів беруть
участь п.п.:1, 15, 16, 19, 25. Тому, виробництво вогнетривів
завжди базувалось в регіонах, які мали таку сировину,
наприклад, в країнах СНД:
 „Південне”: Часов-Яр, Пантелеймонівна, Запоріжжя
(Україна);
 „Центральне”: Семилуки, Подольск;
 „Уральське”: Сатка, Першоуральск, Нижній Тагіл,
Богдановичи;
 „Сибірський”: Новокузнецьк, Іркутськ
6
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
Технологія вогнетривких матеріалів
Історія:
 Перший завод вогнетривів (шамотних) був
побудований у Німеччині у 1810 р., у Росії: 1856 р. –
Боровичі (Новгородська обл..); Часов Яр – 1887р.Україна, Латна – 1897р.-Росія.
 Динасові заводи: 1982р.-Обухівська мануфактура
(С.Петербург), Деконська мануфактура (Донецьк) – 1889 р.;
 Доломітовий завод – Англія, 1878 р.
 Магнезитові – Австро-Угорщина, (Штирія),1860р.
 Хромітові – Олександівський сталелитійний завод,
С.Петербург, 1879р.
 Хромомагнезитові – США, 1913р.
7
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
1.2. КЛАСИФІКАЦІЯ ВОГНЕТРИВІВ
Технологія вогнетривких матеріалів
За стандартом (ГОСТ 28874) вогнетривкі матеріали бувають:
8
 Вогнетривкі матеріали – це речовини для
виготовлення формованих чи неформованих вогнетривів
 Вогнетривкі вироби ще їх називають формовані
вогнетриви, які характеризуються певною геометричною
формою та розмірами
 Неформовані вогнетриви які виробляють без певної
форми у вигляді порошку, або у вигляді готової суміші (сухі
суміші: мертеля, розчину, бетону, торкрет-маси), тобто, при
затворенні водою, чи іншою рідиною, вони вже готові до
застосування
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
Вогнетривкі матеріали:
4 – форстеріт;
4
5 – вогнетривка глина:
Технологія вогнетривких матеріалів
1
2
6 – боксіт.
6
3
7
1 – шамот;
2 – муліт;
3 – карбід кремнію.
9
Часов Яр (Україна);
5
7 – вогнетривка
глина: Латне
(Росія).
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
Вогнетривкі вироби:
Технологія вогнетривких матеріалів
Фасонна цегла
10
Формовані вогнетриви:
фасонні вироби
Фасонні вироби
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
Неформовані вогнетриви:
Технологія вогнетривких матеріалів
Сухі суміші вогнетривких бетонів, торкрет-мас і мертелі
11
Технологія вогнетривких матеріалів
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
12
В залежності від вогнетривкості усі вогнетриви
підрозділяються на три групи:
 середньої вогнетривкості (t=1580 – 17700C);
 високої вогнетривкості (t=1770 – 20000C);
 найвищої вогнетривкості (t>20000C).
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
Всі вогнетриви, класифікують за хіміко-мінералогічним
складом, на типи і групи:
Технологія вогнетривких матеріалів
Класифікація за хіміко-мінералогічним складом
Тип
1.Кремнеземні
2.Алюмосилікатні
3.Глиноземні
4.Глиноземновапнякові
5.Магнезіальні
6.Магнезіально-вапнякові
13
Група
Із кварцового скла
Динасові
Динасові із добавками
Кварцові (бетонні і
безвипалювальні)
Навпівкислі
Шамотні
Мулітокремнеземні
Мулітові
Мулітокорундові
Із гліноземно-кремнеземного
скла
Корундові
Алюмінат кальцієві
Периклазові
Периклазовапнякові
Периклазовапнякові стабілізовані
Вапняковопериклазові
(доломітові)
Масова доля визначаючих
хімічних компонентів (на
прожарюванну речовину,%)
SiO2 >97
SiO2 >93
80 <SiO2<93
SiO2 >85
SiO2 <85, Al2O3 <28
28 < Al2O3 <45
45 < Al2O3 <62
62 < Al2O3 <72
72 < Al2O3 <90
40 < Al2O3 <90
Al2O3 > 90
Al2O3>65, 10 <CaO <35
MgO>85
50<MgO<85, 10<CaO<45
CaO/SiO2 >2
10<MgO<50, 45<CaO<85
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
Класифікація за хіміко-мінералогічним складом (продовження)
Тип
Технологія вогнетривких матеріалів
7.Вапнякові
8.Магнезіально-шпінелідні
9.Магнезіально-силікатні
10.Хромітові
11.Цирконієві
12.Оксидні
13.Вуглецеві
14.Карбідкремнієві
14
15.Безкисневі
Група
Масова доля визначаючих
хімічних компонентів (на
прожарюванну речовину,%)
Вапнякові
CaO > 85
Периклазохромітові
MgO>60, 5 <Cr2O3 <20
Хромітопериклазові
40<MgO<60, 15 <Cr2O3<35
Хромітові
MgO < 40, Cr2O3 >30
Периклазошпінелідні
50<MgO<85,5<Cr2O3<20, Al2O3<25
Периклазошпінельні
MgO>40, 5 <Al2O3 <55
Шпінельні
25<MgO<40, 55 <Al2O3 <70
Периклазофорстеритові
65<MgO<85, SiO2 >7
Форстеритові
50<MgO<65, 25 <SiO2<40
Форстеритохромітові
45<MgO<60, 20<SiO2<30
Хромоксидні
Cr2O3 >90з
Баделеітові
ZrO2>90
Баделеітокорундові
20<ZrO2<90, Al2O3<65
Цирконові
ZrO2>50, SiO2>25
Спеціальні із вогнетривких окМаксимальний вміст цих оксидів:BeO,MgO,CaO,Al2O3, Cr2O3
сидів, з’єднань та твердих роза також оксиди рідко земельних чинів не менше 98%.
елементів: Y2O3,Sc2O3, Sn2O2,
HfO2, ThO2, UO2, Cs2O та інші.
Графітовані
C>98
Вугільні
C>85
Вуглецевовміщуючі
5<C<82
Карбід кремнієві
SiC>70
Кабідкремнійвміщуючі
15<SiC<70
Із нітридів, боридів, силіцидів і
Максимально-припустимий
інших без кисневих з’єднань
вміст безкисневих з’єднань
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
Класифікація за хіміко-мінералогічним складом (закінчення)
Технологія вогнетривких матеріалів
Тип
15
16.Сиалони Si-Al-O-N
17.Вогнетриви систем:
Si – C – O – N
Me – C – O – N , дє Me –
метал
Група
Масова доля для виначних
хімічних компонентів (на
прожарювану речовину,%)
Вогнетриви системи:
Наприклад, Si6-zAlzOzN8-z ,
Si – Al – O – N, тверді розчини
дє: z=2 – 4
Al2O3, AIN у Si3N4
Метало – сиалонові, тобто
Наприклад, Y- сиалон
тверді розчини впровадженого
Y12Si15Al12O49N12
металу в сиалон
Вуглець цих систем захищає
оксиди металів від змочування
шлаками і іншими
реагентами, а оксиди захищають
вуглець від окислення
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
Окрім цього вогнетриви класифікуються за показником пористості:
Технологія вогнетривких матеріалів
Класифікація вогнетривів за показником пористості
16
Найменування класифікаційних
груп
Пористість, %, відкрита
Пористість, %, загальна
Особо щільні
До 3
Не нормується
Високо щільні
Від 3 до 10
Не нормується
Підвищеної щільності
Від 10 до 16
Не нормується
Ущільнені
Від 16 до 20
Не нормується
Середньої щільності
Від 20 до 30
Не нормується
Низької щільності
Вище 30
Менше 45
Високої пористості
Не визначено
Від 45 до 75
Ультрапористі
Не визначено
Більше 75
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
Технологія вогнетривких матеріалів
В залежності від твердіння вогнетриви підрозділяються на:
 бетонні, складені із вогнетривкого заповнювача, в’яжучого
(гідратаційного або хімічного типу) і при необхідності
добавок(пластифікаторів, регулюючих строки тужавлення та
твердіння, структуруючих) , які тверднуть при кімнатній
температурі або при нагріванні не вище, t=6000С;
 без випалювальні, складені із вогнетривких компонентів і
зв’язки (коагуляційної чи органічної) , які тверднуть за умови
сушіння або коксування при нагріві, не вище, t=6000C;
 випалені, які тверднуть за умови керамічного спікання;
 теплопресовані, які тверднуть в наслідок керамічного
спікання за умови пресування;
 твердіючи із розплаву.
17
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
Технологія вогнетривких матеріалів
В залежності від способу формування вогнетриви
бувають:
напівсухого пресування, які виготовляють із непластичних
або мало пластичних порошків, мас за методом
механічного, гідравлічного, ізостатичного пресування,
вібропрасування, трамбування, вібро ущільнення і т.д.;
пластичного формування, які виготовляють із
пластичних мас різними методами пластичного
формування: видавлювання, до пресування,
термопластичне пресування і т.д.;
вилиті і вібро вилиті із текучих (рідких) холодних мас;
гарячого пресування;
розплавлено вилиті із розплаву;
18
випиляні із гірських порід.
Лекція №1. Вогнетривкі матеріали. Вступ. Класифікація вогнетривів
Технологія вогнетривких матеріалів
В залежності від різновиду в'яжучого не
формовані вогнетриви підрозділяються:
на гідратаційній зв'язці (глиноземний, портландцемент,
шлаколужне в'яжуче);
хімічній зв’язці : рідке скло, фосфатні сполуки,
кремнійорганічні сполуки, які тверднуть в результаті
взаємодії із водою чи іншим розчином;
коагуляційні : вогнетривка глина, бентоніт, каолін, які
тверднуть в результаті коагуляційних процесів;
органічні зв'язці:(смола, пек, бітум, СДБ, декстрин), які
тверднуть в результаті полімеризації та коксування.
19