Кремнезёмистые огнеупоры. Марки диноса. Огнеуп. из плавленого кремн.

Постоянство объема. В процессе эксплуатации огнеупоров происходит постепенное изменение их фазового состава за счет перекристаллизации, диффузионных процессов и дополнительного спекания. Эти процессы сопровождаются необратимыми изменениями объема изделия вследствие усадки или расширения в процессе службы. Большинство огнеупоров характеризуется дополнительной усадкой. Увеличение объема в процессе службы характерно для динаса и связано с превращением кварца в тридимит или кристобалит. Величина дополнительного роста или усадки нормируется в зависимости от вида и назначения изделия.

Стеклоустойчивостью огнеупорных материалов называют их способность противостоять агрессивному воздействию компонентов шихты и стеклорасплава. От стеклоустойчивости огнеупоров зависят срок службы стекловаренных печей и качество вырабатываемого стекла. Количественно стеклоустойчивость определяется потерями огнеупорного материала при его растворении в расплаве стекол.

Пористость огнеупоров определяет их устойчивость к коррозии, прочность и склонность к деформации. Характеризуется показателями кажущейся пористости. Показатели пористости огнеупоров составляют от нуля для плавленых изделий до 60–75% у теплоизоляционных материалов.

Электропроводность огнеупорных материалов играет важную роль при футеровке электрических печей. Большая часть огнеупоров, за исключением углеродистых, карбидокремниевых, при низких температурах являются диэлектриками. При высоких температурах с появлением жидкой фазы электропроводность огнеупоров существенно повышается.

Теплофизические свойства, такие как теплопроводность, теплоемкость, ТКЛР являются важными показателями, оказывающими большое влияние на эффективность работы стекловаренной печи. Теплопроводность огнеупорных материалов оказывает большое влияние на эффективность работы стекловаренной печи. Огнеупорная кладка служит изолятором тепла и должна обладать минимальной теплопроводностью. В тех случаях, когда нагрев происходит через стенку тигля, огнеупорный материал служит проводником тепла и поэтому должен иметь по возможности большую теплопроводность. Теплоемкость огнеупорных изделий является показателем расхода тепла на нагрев кладки печи и особенно важна при расчете насадки регенераторов. Тепловое расширение огнеупорных материалов в теплотехнических установках учитывается путем создания в кладке специальных температурных швов.

4 Динасовые огнеупоры

Динас – наиболее распространенный кремнеземистый огнеупор, содержащий не менее 93% кремнезема (здесь и далее химический состав указан в мас.%). Изготавливается по керамической технологии из природных кварцитов, состоящих из b-кварца.

В производстве динаса важно учитывать превращения, которые претерпевает кварц при обжиге. Порядок фазовых превращений, соответствующих диаграмме Фенера, не реализуется, их последовательность и завершенность определяется наличием минерализаторов. При получении динаса для стекловаренных печей в качестве минерализатора используется СаО, который вводится известковым молоком.

Технологическая схема производства динаса включает следующие стадии: дробление кварцитов и помол; смешение динасовой шихты, состоящей из смеси зернистого и тонкомолотого кварцита, динасового боя, известкового молока и других добавок; полусухое прессование при давлении порядка 100 МПа; сушка до влажности 1–1,2% и обжиг при температуре 1430^оС с выдержка при максимальной температуре 30 ч.

Поскольку b-кварц характеризуется наибольшей плотностью в ряду модификаций кремнезема, то при обжиге динаса из-за модификационных превращений происходит уменьшение плотности и соответственно увеличение размеров и пористости изделий. Для уменьшения пористости динаса его обжигают при медленном нагреве: скорость подъема температуры в интервале температур 20–900^оС составляет от 10 до 20^оС /ч, далее она уменьшается от 8 до 1^оС/ч. Скорость охлаждения также невелика.

В технологии динаса важное значение имеет скорость перехода одной модификации кремнезема в другую. Превращение высокотемпературных форм различных модификаций кремнезема протекает с трудом, так как эти модификации существенно отличаются по кристаллической структуре. Превращение кварца в кристобалит начинается с поверхности зерен кварцита и заметно ускоряется в присутствии примесных катионов. В присутствии минерализатора при температуре 1350–1430^оС имеется достаточное количество расплава, в котором растворяется кварц и метастабильный кристобалит. Одновременно из расплава выделяется тридимит.

Качество динаса определяется содержанием в нем тридимита. Это связано с тем, что переход из высокотемпературной в низкотемпературные модификации (и наоборот) тридимита в процессе службы огнеупора сопровождается небольшим изменением объема, в то время как при переходе a-кварц«b-кварц и a-кристобалит «b-кристобалит происходит скачкообразное изменение объема соответственно на 0,82 и 4,9%. Тридимит имеет самый низкий показатель ТКЛР в ряду модификаций кремнезема.

Динас, содержащий много кварца, не пригоден для кладки стекловаренных печей. В процессе службы при высоких температурах происходит перерождение кварца в тридимит и кристобалит, что сопровождается увеличением размеров динаса и, как следствие, созданием высоких напряжений.

Мономинеральный динас на практике не удается получить. После обжига образуется материал, содержащий 60–80% g-тридимита, 10–20% b-кварца, 10–30% b-кристобалита, 8–15% стеклофазы. b-Кварц характеризуется наибольшей плотностью в ряду модификаций кремнезема, поэтому при обжиге динаса из-за модификационных превращений происходит уменьшение плотности и соответственно увеличение размеров (на 3–4%) и пористости изделий. Показателем степени тридимитизации динаса является его истинная плотность: чем меньше плотность, тем выше качество динаса. При производстве динасовых огнеупоров необходимо обеспечить одинаковую степень перерождения партии изделий, предназначенных для кладки стекловаренной печи.

Перерождение остаточного кварца в тридимит и кристобалит при температурах варки стекла вызывает необратимое расширение динасовых изделий, составляющее от 0,2 до 2%.

Динасовые изделия характеризуются высокой температурой начала деформации

под нагрузкой . Тридимит в динасе образует кристаллический каркас (сросток), который незначительно растворяется в жидкой фазе при высоких температурах. Поэтому динас деформируется только при 1650–1670^оС, когда начинает плавиться кристаллический каркас из тридимита. При этом деформация динаса происходит в узком интервале температур (10–15^оС). Высокой температуре деформации динаса способствует также медленное нарастание количества жидкой фазы при нагревании и большая вязкость расплава. Присутствие в динасе неперерожденного кварца снижает температуру начала деформации.

Термическая стойкость динасовых изделий, определяемая при нагревании до 1300^оС с последующим охлаждением в воде, составляет всего 1–2 теплосмены. Низкая термостойкость динаса связана с модификационными превращениями кристобалита при 180–270^оС, которое сопровождается скачкообразным увеличением объема материала, что, в свою очередь, вызывает нарушение структуры материала и образование трещин. В интервале температур 500–600^оС происходит расширение вследствие превращения b-кварца в a-кварц. Величина расширения динаса при этом определяется количеством неперерожденного кварца. Кроме этого, термостойкость снижается из-за многофазности динаса – напряжения возникают из-за различия величин ТКЛР кварца, тридимита и кристобалита, неодинакового объемного расширения при переходе низкотемпературных модификаций в высокотемпературные. Поэтому динас не должен подвергаться резкому охлаждению ниже температуры 600^оС. Это исключает применение динасовых материалов в тех конструктивных элементах печей, которые подвергаются резким колебаниям температуры, например, печей периодического действия. Модификационные превращения кремнезема в динасе необходимо учитывать при выводке печи.

По химическим свойствам динас является кислым огнеупором, поэтому щелочные компоненты шихты и стеклорасплава взаимодействуют с ним при высоких температурах с образованием менее огнеупорных силикатов. С увеличением плотности динаса его стеклоустойчивость возрастает. Огнеупорность, ºС 1690-1730; кажущаяся плотность, г/см³ не более 1,7-2; пористость, % 20-22; предел прочности при сжатии, Мпа 20-30; теплопроводность, Вт/м·К 1.75-2,2.

Высокая температура деформации под нагрузкой динаса позволяет использовать его в высокотемпературных печах при изготовлении нагруженных частей кладки. Динас используют для кладки сводов, стен пламенного пространства и горелок стекловаренных печей.

Кремнезёмистые огнеупоры. Марки диноса. Огнеуп. из плавленого кремн.

Динас – наиболее распространенный кремнеземистый огнеупор, содержащий не менее 93% кремнезема (здесь и далее химический состав указан в мас.%). Изготавливается по керамической технологии из природных кварцитов, состоящих из b-кварца.

ГОСТ 3910 «Изделия огнеупорные динасовые для кладки стекловаренных печей» предусматривает следующие марки:

ДСУ – изделия динасовые уплотненные для кладки наиболее ответственных участков верхнего строения печи (содержание SiO₂ не менее 96%);

ДСО – изделия динасовые для кладки наиболее ответственных участков верхнего строения печи (SiO₂ не менее 95%);

Д1 – изделия динасовые для кладки участков строения с максимальной рабочей температурой 1530^оС (SiO₂ не менее 95%);

ДС – изделия динасовые для менее ответственных участков печи (SiO₂ не менее 94%).

Огнеупоры из плавленого кремнезема представляют собой непрозрачное кварцевое стекло, содержащее 99,3–99,6% SiO₂, 0,1–0,3% Al₂O₃. Сырьем для его получения являются обогащенные кварцевые пески. При температуре 2000^оС вязкость стеклообразного кремнезема высока, а дальнейшее повышение температуры ведет к испарению. Поэтому литье расплава кремнезема невозможно. Формование изделий производят прессованием высоковязкой стекломассы после извлечения электрода. Огнеупоры по способу получения называют плавленопрессованными.

Свойства плавленого кремнезема: плотность 2,06–2,18 г/см³; кажущаяся пористость 0–5%; ТКЛР 0,5×10^-6 К^-1; теплопроводность увеличивается от 1,66 Вт/м×К при 200^оС до 4,56 Вт/м×К при 1000^оС. Преимущества таких огнеупоров: высокая чистота материала (содержание оксида железа менее 0,1%); высокая термостойкость; постоянство объема; высокое электросопротивление, высокая кислотостойкость. Недостатком плавленого кварца является кристаллизация при температурах выше 1150^оС с выделением кристобалита. При охлаждении кварцевого бруса происходит его разрушение из-за изменения объема при модификационных переходах кристобалита.

Для получения кварцевых тиглей наплавленное в электрических печах кварцевое стекло переносят в форму и раздувают сжатым воздухом или вакуумируют. Одним из способов является наплавление кварцевого стекла во вращающейся центробежной форме.

Огнеупорный припас из плавленого кремнезема (сосуды, шибера, мешалки и др.) могут быть получены по керамической технологии из измельченного кварцевого стекла. Наплавление заготовок из кварцевого стекла осуществляют в плазменном реакторе. Изделия из измельченного кварцевого стекла формуют шликерным литьем, центробежным формованием, полусухим прессованием и обжигают при температуре 1100–1200^оС.

Огнеупорные изделия из кварцевого стекла содержат 98% SiO₂ и имеют следующие характеристики:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: