Свойства футеровочных материалов

Категория:
Вагранка


Свойства футеровочных материалов

Принимая во внимание различные требования, предъявляемые к огнеупору в различных (зонах вагранки, и те свойства, которыми он должен обладать для удовлетворения этих требований, мы можем сказать, что этот вопрос разрешается путем изучения химических и физических характеристик рыночных огнеупоров, имеющихся в распоряжении литейщика,

Если мы рассмотрим применяемые огнеупорные материалы с химической точки -зрения, то мы можем разделить их на две группы: основные материалы и кислые материалы. Кним должен1 быть добавлен еще класс нейтральных в той или иной степени материалов. Магнезит, доломит и известняк — основные материалы, кремнеземы — кислый материал. Глинозем является то основным, то кислым материалам, в зависимости от состава шлака. Если шлак очень кислый, то глинозем вступает в реакцию с основными соединениями, играя роль кислоты; «ели же шлак высоко-основной, то реакция глинозема обратная — она носит характер основания. Такие материалы носят название амфотерных.

Упомянутые материалы все способны образовывать ряд химических соединений. Шлаки состоят из таких же химических соединений, окислов, как и все огнеупоры.

ОснОвные материалы для футеровки вагранки не применяются, несмотря на их высокую огнеупорность, так как они не выдерживают резких колебаний температуры и слабо сопротивляются механическим воздействиям. Кислый материал вполне удовлетворяет требованиям, предъявляемым к нему при плавке в вагранке.

До недавнего времени кислый кирпич изготовлялся главным образом из сырой огнеупорной глины и подвергался обжигу. Сырая глина, идущая на изготовление огнеупора, различается по физическим качествам к составу с учетом особенностей службы в вагранке. Разнообразие этих факторов обусловливает несовпадение результатов наблюдений за службой огнеупора. По этой причине за последние несколько лет замечается общая тенденция применять для ремонта вагранок высококачественный шамотный кирпич.

Ввиду того что до настоящего времени в состав футеровки для вагранок входили преимущественно глиноземистые материалы, кратко остановимся на их характеристике. Теоретический состав глины следующий: А1203 • Si02 • 2Н20 (каолин). В качестве примесей глина всегда содержит некоторое количество песчанистых материалов и различный процент полевого шпата — породы, плавящейся при сравнительно низких температурах. По одному химическому составу глины нельзя судить о пластических или огнеупорных свойствах ее. Посторонние примеси в глине уменьшают ее пластичность (глина отощается); свободный кремнезем снижает усадку, а полевой шпат понижает точку плавления. Кроме этих факторов на степень усадки глины влияет содержание в ней связанной воды, твердость и ряд других качеств технологического порядка. В некоторых глинах приходится иметь дело с углеродистыми веществами, содержащимися в них в виде включений. Последние при обжиге глины выгорают и оставляют в ней пустоты — слабое место в отношении сопротивления разъедающему действию шлаков. Весьма важную роль играет и величина зерна.

Методы изготовления и формовки кирпича предопределяют пригодность последнего. По общепринятой практике производства кирпича глина сначала обжигается и подвергается дроблению до требуемых размеров зерна. Такой материал, называемый порошком, смешивается с пластичной глиной для получения массы, идущей на формовку кирпичей (блоков). Плотность кирпича зависит не только от способа подготовки материала перед обжигом, но и от величны зерна порошка и влажности материала. Плотность кирпича также зависит от метода прессовки (ручная или механическая). Предпочитают кирпич механической прессовки, лучший в отношении однородности и плотности.

Таблица 17
Сесгав глаз, применяемых для футеровки вагранки (до обжига)

Недостаток его — крупнокристаллическая структура. Такой кирпич был бы| хрупок, в него легко проникли, бы кислые и основные шлаки. Наконец, он слабо сопротивлялся бы сжатию

Другой крайний состав — чистый кремнезем, отформованный в кирпич, имел бы точку плавления только 1710°; такой кирпич будет обладать плотной структурой и малым коэфициентом расширения, но способность вступать в реакции с основными шлаками делает его негодным для употребления в качестве) футеровки.

Огнеупор с 94% кремнезема имеет точку плавления только 1540°, без промежуточной фазы размягчения, но с высоким коэфициентом расширения и большой способностью к откалыванию.

Время и температура обжига кирпича сильно влияют на качество изделия. Чем выше температура, тем устойчивее кирпич при последующих повторных нагревах и тем больше он сопротивляется размягчению. Точно так же, чем продолжительнее период Обжига, тем лучше, режим кирпича В условиях службы при высокой температуре. Вообще говоря, получить хороший кирпич чрезвычайно трудно, вот почему производство его заслуживает особого внимания.

На диаграмме Боузне и Грейга (Bowem a. Greig) представлены отношения между различными окислами, входящими в состав массы, идущей для изготовления кирпича, и температура плавления. Диаграмма эта составлена для идеальной смеси, которая не содержит примесей, понижающих точку плавления смеси. Для простоты рассуждений на приведенной диаграмме принято, что смесь состоит из кремнезема и глинозема. На оси абсцисс отложен состав, а на оси ординат температуры плавления.

Температура плавления чистого глинозема 2050°, а чистого кремнезема 1710°. Из всех возможных смесей наиболее низкой температурой плавления обладает состав с 94% кремнезема, точка плавления его 1543° (отвечает на диаграмме точке D). Кривая

Рис. 27. Диаграмма плавкости Si02 — А1303 (Bowen и Greig).

ABDE представляет собой геометрическое место точек плавления всех возможных соединений глинозема с кремнеземом. Выше этой температурной кривой смесь любого состава находйтся в расплавленном состоянии, а ниже (ее смесь находится или в твердом, или же в пластичном состоянии, при котором она еще оказывает1 известное сопротивление изменению формы под действием давления и температуры.

Для лучшего уяснения поведения огнеупора надо несколько отступить от теоретической диграммы и принять, что составляющие огнеупора являются не чистыми химическими соединениями (глинозем и кремнезем), а в той или иной пропорции представляют собой сложные соединения в твердой и полутвердой фазах. Таким образом каждая составная часть при изменении температуры подвергается медленным внутренним химическим изменениям в результате химических реакций между этими составными частями, со стремлением образовать эвтектику — муллит — и выделить свободную составляющую в массе эвтектики.

Так, если кирпич из плавленого муллита, расплавляется при температурах выше его точки плавления и отливается, а затем охлаждается так, чтобы получилась грубая структура, он обнаруживает многие; из тех качеств, которых он него ожидают. Другие типы огнеупЬров не плавятся при обжиге, они просто образуют аггломерат и остекловываются (спекаются) с комплесными свойствами, являющимися в результате частичной внузуенией перекристаллизации, которая продолжает происходить внутри обожженного кирпича в условиях его службы.

Критическая температура перехода в муллит в обожженном изделии равна 1100°, и хотя все огнеупорные материалы находятся при этой температуре в твердом состоянии, несомненно, что это есть истинная критическая температура преобразования для всех огнепуорных смесей; тенденция переходить в муллит с выделением избытка одной из составляющих против теоретического состава муллита наблюдается во всех глииоземисто-кремневши-стых составах.

Рыночные огнеупоры обжигаются при температурах, лишь немного превышающих температуру образования муллита. Таким образом переход в эту модификацию осуществляется лишь в усло>-виях высокой температуры.

Когда кирпич подвергается действию высоких температур, на рабочей поверхности его начинается образование муллита. Этот процесс происходит прогрессивно. Одновременно происходит процесс образования и плавления целого ряда шлаковых соединений, вязкость и точка плавления которых постепенно понижаются по мере удаления от рабочей поверхности кирпича.

Из изложенного можно сделать следующие выводы.

1. В зоне плавления вагранку рекомендуется облицовывать высокосортным кирпичом (или блоками). Эти материалы требуют опытных рук при их укладке, так как условия службы их в значительной мере зависят от качества и количества глины, приме-н, помой при этой операции. Часто, например при ремонте/, берут слишком много глины при недостаточном количестве порошка, чтобы уменьшить неизбежную усадку глины.

2. В горне можно применять только сильно обожженные глиняные блоки для того, чтобы уменьшить все неблагоприятные влияния на металл и увеличить сопротивление его резким термическим колебаниям.

При анализе кирпича, идущего на кладку в вагранке, исключительно важно иметь в виду, чтобы он содержал возможно меньшее количество основных окислов и был свободен от окислов железа, насколько это достижимо в условиях производства. Эти именно окислы и являются причиной разрушения кирпича при соприкосновении его с газами и шлаком.

Точка плавления SK 30—31. Стандартное испытание на нагрузку 180 г/мм2 при 1350°. Стандартное! испытание на повторный нагрев — в течение 5 часов при 1400°. Коэфициент расширения 1,05%. j

Испытание на раскалывание путем охлаждения в холодной воде с 1350° -— 8 % потерь после 10 погружений.

Испытание на продольное сжатие (в холодном состоянии) 165 г/мм2. Модуль разрушения 775 г/мм2. Пористость 22,7%. Удельный вес 2,58.

Кирпич вышеуказанного состава сопротивляется разъеданию, а также быстрому охлаждению при откидывании днища и заливании остатков водой. Набойка (обмазка) для такой облицовки должна быть приготовлена из 50% огнеупорной глины и 50% дробленого кирпича. При кладке кирпича в ва1раике нужно употреблять раствор цемента, причем кирпичи следует погружать в раствор, а не накладывать цемент лопаткой. Иначе говоря, швы между кирпичами должны быть возможно тоньше для устранения излишнего вредного действия шлака в этом месте.

Если приведенный состав огнеупорной массы сравнить с приведенной диаграммой (рис. 27), то при средней температуре плавления состава из V3 глинозема и 2/3 кремнезема мы найдем, что полученная температура плавления будет сходна с температурой плавления данного кирпича. Поэтому можио ожидать, что поведение этого кирпича при образовании муллита будет в соответствии с данными диаграммы.

Интересно сравнить сопротивляемость различных типов кирпича проникновению шлака. На рис. 28 показана зависимость точки плавления от состава огнеупора в отношении его способности сопротивляться проникновению в него шлака и металла.

В первом случае наиболее удовлетворительные результаты дает муллит или эвтектический состав, а во втором каолин. В приведенном примере речь идет о разъедании основным шлаком. В случае кислого шлака действие было бы нейтральным, и результаты не имели бы никакого значения.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум