11.2.1 Сырьё
В качестве сырья для производства силикатных керамических материалов используют вещества, обладающие свойством спекаемости.
Спекаемость – свойство свободно насыпанного или уплотнённого (сформованного в изделие) порошкообразного материала образовывать при нагревании до определенной температуры поликристаллическое тело – черепок.
Таким сырьём являются:
- пластичные материалы (глины);
- непластичные и отощающие добавки (кварцевый песок);
- плавни и минерализаторы (карбонаты кальция и магния).
Наиболее важными и крупнотоннажными керамическими материалами являются: строительный кирпич и огнеупоры.
11.2.2 Производство строительного кирпича
Сырьё. Сырьём для производства строительного кирпича служат легкоплавкие глины состава Al2O3∙nSiO2∙mH2O, песок и оксиды железа (III).
!!! Добавка кварцевого песка исключает появление трещин, вследствие усадки материала, при сушке и обжиге и позволяет получить более качественную продукцию.
Технологический процесс производства кирпича может осуществляться в двух вариантах:
- пластическим методом, при котором смесь подготовленных компонентов сырья превращается в пластическую массу, содержащую до 25% воды;
- полусухим методом, при котором компоненты сырья увлажняются паром (до 10%), что обеспечивает необходимую пластичность массы.
Фактически, оба метода отличаются по количеству воды и методом подачи воды.
Технологическая схема производства строительного кирпича
1) Подготовленная тем или иным методом шихта, содержащая 40 – 45% глины, до 50% песка и до 5% оксида железа, поступает на прессование в ленточный пресс при пластичном методе, или и механический пресс, работающий под давлением 10-25 МПа при полусухом методе. На рис. 11.3 приведена принципиальная схема производства строительного кирпича полусухим способом.
Рис. 11.3. Ленточный пресс: 1 - загрузочная воронка; 2 – вальцы; 3 – шнек; 4- мундштук пресса; 5 – увлажнитель; 6 – глинистая масса в виде ленты; 7 – опорные ролики.
2) Сформованный кирпич отправляется на сушку в туннельную сушилку непрерывного действия и затем на обжиг при температуре 900 - 1100 ºС. Для ускорения сушки в глину добавляют электролит.
11.2.3. Производство огнеупоров
Огнеупорными материалами (огнеупорами) называют неметаллические материалы, характеризующиеся повышенной огнеупорностью, то есть способностью противостоять, не расплываясь, воздействию высоких температур.
Область применения.
Огнеупоры применяются:
- в промышленном строительстве для кладки металлургических печей, футеровки аппаратуры, работающей при высоких температурах;
- изготовления термостойких изделий и деталей (тигли, стержни поглотителей нейтронов в атомных реакторах, обтекатели ракет).
К материалам, используемым в качестве огнеупоров, предъявляются следующие требования:
- термическая стойкость, то есть свойство сохранять механические характеристики и структуру при одно- и многократных термических воздействиях;
- малый коэффициент термического расширения;
- высокая механическая прочность при температурной эксплуатации;
- устойчивость к действию расплавленных сред (металлов, шлака).
Ассортимент огнеупоров весьма широк. В зависимости от состава они делятся на несколько групп.
На рис. 11.4 представлена классификация огнеупорных материалов по их составу:
Рис. 11.4. Классификация огнеупоров по составу
1. Алюмосиликатные огнеупоры – относятся к числу наиболее распространенных огнеупоров.
В их основе лежит система «Al2O3-SiO2» с различным соотношением оксидов алюминия и кремния, от чего в значительной степени зависят их свойства, в частности, стойкость к расплавам различной кислотности.
2. Динасовые огнеупоры содержат 95 % оксида кремния с примесью оксида кальция. Они стойки к кислым шлакам, огнеупорны до 1730 ºС.
Применяются для коксовых и стекловаренных печей. Получаются из кварцита и оксида кальция обжигом при 1500 ºС.
3. Полукислые огнеупоры содержат до 70-80 % оксида кремния и 15-20 % оксида алюминия. Они относительно стойкие к кислым шлакам и силикатным расплавам и используются в металлургических печах и теплоэнергетических установках.
4. Шамотные огнеупоры содержат 50-70 % оксида кремния и до 45 % оксида алюминия. Они стойки к действию как основных так и кислых шлаков, огнеупорны до 1750 ºС и термически устойчивы. Получаются по схеме (рис. 11.5):
Рис. 11.5. Получение шамотных огнеупоров.
При обжиге каолина протекают реакции:
Al2O3∙2SiO2∙2H2O = Al2O3∙2 SiO2 + 2H2O
3(Al2O3∙2SiO2) = 3Al2O3∙2SiO2 + 4SiO2∙
5. Магнезитовые огнеупоры содержат в качестве основы оксид магния. Например, доломитовые огнеупоры состоят из 30% оксида магния, 45% оксида кальция и 15% оксидов кремния.
Все виды магнезитовых огнеупоров устойчивы к действию основных шлаков, огнеупорны до 2500 ºС, однако термическая стойкость их невелика.
Применяются для облицовки сталеплавильных конвертеров, в электрических индукционных и мартеновских печах.
Получаются обжигом природных минералов, например, доломита:
CaCO3∙MgCO3 = MgO + CaO + CO2; (MgO + CaO – огнеупор).
6. Корундовые огнеупоры состоят в основном из оксида алюминия. Они огнеупорны до 2050 ºС и применяются в устройствах для нагрева и плавления тугоплавких материалов в радиотехнике и квантовой электронике.
7. Карборундовые огнеупоры состоят из карбида кремния (карборунда) SiC. Они устойчивы к действию кислых шлаков, обладают высокой механической прочностью и термостойкостью.
Применяются для футеровки металлургических печей, изготовления литейных форм, чехлов термопар.
8. Углеродистые огнеупоры содержат от 30 до 92 % углерода и изготавливаются:
- обжигом смеси графита, глины и шамота (графитовые огнеупорные материалы);
- обжигом смеси кокса, каменноугольного пёка, антраценовой фракции каменноугольной смолы и битума (коксовые огнеупоры).
Углеродистые огнеупоры применяются для облицовки горнов доменных печей, печей цветной металлургии, электролизёров, аппаратуры в производстве коррозионно-активных веществ.