Ceramiczne materiały ogniotrwałe

Ceramiczne materiały ogniotrwałe

Cecha charakterystyczna

odporność na działanie wysokich temperatur;

miarą tej odporności jest ogniotrwałość zwykła (przybliżona temperatura topienia – temperatura, w której stożek o określonych

normą rozmiarach, wykonany z badanego materiału dotyka swoim wierzchołkiem

podstawki)

Ceramiczne materiały ogniotrwałe

Przeznaczenie

odizolowanie przestrzeni w której panuje wysoka temperatura od otoczenia (wszystkie

procesy wysokotemperaturowe)

Odbiorcy materiałów ogniotrwałych

hutnictwo żelaza i stali, hutnictwo metali nieżelaznych, przemysł cementowy, przemysł

szklarski i inn.

Właściwości materiałów ogniotrwałych

Ogniotrwałość zwykła wyższa lub równa 150 SP

Stałość kształtu i wymiarów

Dostateczna odporność na działanie

naprężeń mechanicznych oraz odporność na ścieranie i pełzanie

Dostateczna odporność chemiczna

Odporność na nagłe zmiany temperatury i działanie gradientu temperatury

Podział materiałów ogniotrwałych



nadanym im podczas formowania



Klasyfikacja wg Polskiej Normy (kryteria):

Skład chemiczno-mineralny

Ogniotrwałość zwykła

Porowatość otwarta

Technologia produkcji

Sposób obróbki cieplnej

Podział materiałów ogniotrwałych wg składu chemiczno - mineralnego

Typ wyrobów Grupa; główne składniki

Krzemionkowe ^SiO₂ co najmniej 93 %

Glinokrzemianowe kwarcowo-szamotowe Al₂O₃ poniżej 30%; SiO₂ 65-85%

szamotowe Al₂O₃ 20-45%

wysoko-glinowe Al₂O₃ powyżej 45-72%

korundowe Al₂O₃ powyżej 90%

Podział materiałów ogniotrwałych wg składu chemiczno - mineralnego

Typ wyrobów Grupa; główne składniki

Magnezytowo – wapniowe

magnezytowo-dolomitowe MgO≥50%; CaO≥10%

dolomitowe MgO 35-50%, CaO 45-60%

dolomitowo-wapniowe CaO≥60-85 wapniowe CaO ≥ 85%

Spinelowe ^{MgO, Cr}₂^O₃ Magnezytowo -

krzemianowe

MgO, SiO₂, Cr₂O₃

Materiały ogniotrwałe specjalne

• Węglowe C powyżej 85-98 %

• Grafitowe

• Z węglika krzemu SiC powyżej 85%

• Cyrkonowe

- Baddeleitowe ZrO2>85%

- Baddeleitowo-korundowe ZrO₂>85%, Al₂O₃<60%

- Cyrkonowe z dodatkami ZrO2>35%

• Tlenkowe R_xO_y>98%

(SiO₂, ZrO₂, ThO₂, Al₂O₃, BaO, MgO…)

• Ze związków beztlenowych

(azotki, borki, węgliki, krzemki i inn)

Podział materiałów ogniotrwałych

Na podstawie ogniotrwałości zwykłej

• Ogniotrwałe 150-177 SP

• Wysokoogniotrwałe 177-200 SP

• O najwyższej ogniotrwałości powyżej 200 SP

Podział materiałów ogniotrwałych

Na podstawie porowatości otwartej (%)

• Szczelnie zwarte < 3%

• Wysoko zwarte 3-10 %

• Zwarte 10-16 %

• Średnio zwarte 16-20 %

• Normalnie zwarte 20-30 %

• O obniżonej zwartości 30-45 %

• O niskiej zwartości 45-85 %

Technologia wytwarzania materiałów ogniotrwałych

• Formowanie z mas plastycznych

• Formowanie z mas sypkich

• Formowanie z mas lejnych

• Formowanie z mas termoplastycznych

• Formowanie na gorąco

• Topienie i odlewanie do form

• Wycinanie z naturalnych skał

Technologia wytwarzania materiałów ogniotrwałych

Sposób obróbki cieplnej

• Nie wypalane

• Wygrzewane w temp. 150-750⁰C

• Wypalane w wysokich temperaturach (spiekane)

• Topione

Wyroby ogniotrwałe krzemionkowe - zastosowanie



konstrukcyjne pieców martenowskich









krzemionkowych powinno się zachować ostrożność przy ich stosowaniu w procesach

o charakterze zasadowym

Wyroby ogniotrwałe krzemionkowe

Surowce:

SiO₂ (96-100%): kwarcyty, kwarc żyłowy, piaski

Operacje technologiczne:

Mieszanie z dodatkami:

mineralizatory+dodatki klejące;

Mineralizatory: mleko wapienne (około 2 % CaO), tlenki żelaza, manganu, tytanu, chromu

Dodatki klejące: ług posiarczynowy

Rozdrabnianie

Prasowanie w formach

Suszenie (40-150⁰C)

Wypalanie ( max. temp. 1460⁰C) Przemiany polimorficzne:

 kwarc  kwarc  krystobalit (d≈2,65 g/cm³) (d≈2,30 g/cm³)

573^oC 1470^oC

Wyroby ogniotrwałe glinokrzemianowe

70 % wszystkich materiałów ogniotrwałych!!!

W grupie materiałów

glinokrzemianowych materiały

szamotowe stanowią około 90 %

Wyroby ogniotrwałe glinokrzemianowe

Produkcja materiałów ogniotrwałych szamotowych

Surowce wyjściowe:

gliny ogniotrwałe + szamot (materiał schudzający) Gliny ogniotrwałe:

• Kryterium podziału – ogniotrwałość zwykła, zawartość Al₂O₃ + TiO₂;

• Gatunki glin – G1, G2, G3, G4, G5 (G1≥175SP;(Al₂O₃ + TiO₂) ≥38%)

Rozdrabnianie surowców wyjściowych

Odważanie porcji wg receptury i mieszanie

(dodatek wody, elektrolitów, dodatków klejących) Formowanie półfabrykatów

Suszenie (osiągnięcie wilgotności masy poniżej 1%) Wypalanie (1300-1450 ⁰C; 5-10 dni)

Ogniotrwałe wyroby zasadowe

Typy:

• Magnezytowe

• Magnezytowo - wapniowe

• Spinelowe

• Magnezytowo - krzemianowe Cecha charakterystyczna:

Dominująca zawartość dwóch tlenków zasadowych: MgO i CaO

Ogniotrwałe wyroby zasadowe

Surowce wyjściowe:

• Magnezyty MgCO3

• Dolomity MgCO3, CaCO₃

• wapienie CaCO3

Procesy zachodzące podczas wypalania

• Rozkład węglanów 700-1000⁰C – powstawanie tlenków

• Spiekanie tlenków w temperaturach powyżej 1000⁰C

Ogniotrwałe materiały i wyroby topione

Cecha charakterystyczna:

Całkowicie zwarta tekstura odznaczająca się brakiem porów otwartych

Cykl produkcyjny:

Odważanie surowców wyjściowych

Mieszanie surowców

Odlewanie do form

Chłodzenie

Obróbka mechaniczna

kontrola jakości

Topienie w piecu elektrycznym

Przykłady materiałów topionych

• Corhart Standard

skład fazowy: mulit, korund, faza szklista

• Corhart ZAC

skład fazowy: baddeleit (ZrO₂), korund, faza szklista

Właściwości:

• Ogniotrwałość pod obciążeniem ≥ 1700⁰C

• Brak porowatości otwartej

• Wysoka wytrzymałość na ściskanie

• Niska rozszerzalność liniowa

Ceramiczne materiały ogniotrwałe

Fragment wyłożenia

wielkiego pieca Fragment wyłożenia trzonu pieca martenowskiego

1 – zasypka dolomitowa, 2 – cegły magnezytowe, 3 – przekładki dylatacyjne,

4 – warstwa wyrobów szamotowych, 5 – cegły magnezytowe,

6 – podstawa stalowa,

Ceramiczne materiały ogniotrwałe

Sklepienie podwieszone

Ceramiczne materiały ogniotrwałe

Kratownica

regeneratora według Cowpera

Kratownica

regeneratora według Siemensa

Nieformowane materiały ogniotrwałe (tworzywa monolityczne)

Rodzaje:

• masy do natapiania

• masy do ubijania

• masy do natryskiwania

• betony ogniotrwałe i żaroodporne

• prefabrykaty

Nieformowane materiały ogniotrwałe (tworzywa monolityczne)

Betony ogniotrwałe i żaroodporne

materiały wyjściowe:

• cement wysokoglinowy (ok. 40-70% Al2O₃);

• kruszywa ognioodporne (złomy szamotowe, prazone łupki ogniotrwałe, gliny palone);

• złomy z cegły budowlanej, złomy krzemionkowe, piasek;