6. Кремнеземистые огнеупоры. Виды огнеупоров и их основные свойства.

Виды:

Динасовые (из кварцитов)

На основе кварцевого стекла (из кварцита, с содержанием 95 и более SiO₂)

β-кварц – исходная модификация, ρ=2,65 г/см³ (тридимит – 2,30-2,31 г/см³; кристобалит – 2,31-2,33 г/см³)

При t=1450°С:

Быстро перерождающиеся кварциты: ρ<2,4 г/см³

Средне перерождающиеся: ρ=2,4-2,45 г/см³

Сравнительно медленно перерождающиеся: ρ=2,45-2,50 г/см³

Медленно перерождающиеся: ρ>2,50 г/см³ (используется в производстве)

Динас – тридимитовый (т.к. изменение объёма – минимально)

α-кристобалит → α-тридимит (при t>1300°С)

Модификаторы:

• CaO (в виде Ca(OH)₂+H₂O – изветковое молоко, t_обж=1450°С)

• Высокодисперсный FeO (Fe₂O₃+FeO)

Используются твёрдые (7) кварциты (10=алмаз), добываемые взрывным методом. Подвергают мойке, дроблению (до 3-4 мм), измельчают (менее 0,5 мм), добавляют 2,0-2,5% модификаторов – соотношение FeO/CaO = 2 или 4. Давление прессования 30-40 МПа. Добавляют временную технологическую связку, влажность 5-6%, сушка до 0,5%, отправляют в печь на спекание.

CaO+SiO₂ → волостонит, укрепляющий структуру

FeO+ CaSiO₂ → твёрдый р-р, t_распл=870°С, расплав становится вязким и не даёт «разваливаться»

Изначально время обжига динасовых огнеупоров было 36 суток (нагрев до 1400°С, выдержка при данной температуре 6-8 часов; быстрое охлаждение до 900°С; медленное охлаждение)

Сейчас время обжига 7-8 суток (нагрев до 600°С – переход β-SiO₂ в α; 1000°С – кристаллизация кристобалита; 1200°С – образование кристобалита). t_{нач.деформ}=1650°С.

Фазовый состав: 90% тридимита, 10% кристобалита. Высоко термически стоек (практически не изменяется при 600-1600°С)

Огнеупор применяется для свода стекловаренных печей (несколько лет), в качестве футеровки коксовых батарей.

Для кварцевой керамики используется плазмотрон открытого типа, и на выходе получают «болванку» диаметром 300 мм, высотой 3 м. Её дробят, измельчают (Высоко Концентрированная Водная Суспензия – 15-17% воды; нагревающаяся мельница, 1/3 шаров).

7.Диаграмма SiO2-Al2o3

Алюмосиликатные огнеупоры — полукислые, шамотные, каолиновые и высокоглиноземистые — характеризуются последовательным изменением соотношения окислов Al₂O₃ и Si0₂, которые являются основными в составе огнеупоров этого типа. Содержание Al₂O₃ в алюмосиликатных изделиях из- меняется в широком диапазоне: от 10-15 в полукислых до 99—100% в высоко -глиноземистых — корундовых огнеупорах. Изменению химии- ческого состава алюмосиликат- ных изделий соответствует изменение их фазового состава, который в конечном результате предопределяет огнеупорные свойства изделий. Диаграмма состояния равновесия двухкомпонентной системы А1₂0з— Si0₂ дает представление об этом изменении фазового состава огнеупорных изделий и их свойств. Согласно диаграмме муллит плавится конгруэнтно при 1910±20° С и дает две эвтектики.

Муллит в области составов 71,8—78% А1₂0₃ дает с корундом твердые растворы. Диаграмма показывает, что для составов, содержащих от 5,5 до 72% А1₂0з, единственной твердой фазой, устойчивой при достаточно высоких температурах (до 1910°С), является муллит 3Al₂0₃∙2Si0₂. Количество муллита зависит от того, насколько содержание А1₂0₃ в огнеупоре приближается к 72.

Можно считать, что количество твердой фазы в алюмосиликатных огнеупорах зависит от содержания А1₂0₃. В жидкую фазу входит избыточный кремнезем, остающийся после кристаллизации прокаленного каолинита в муллит, и остальные окислы — плавни. В случае отсутствия плавней расплав возникает при температуре около 1585° С. Эвтектика содержит 5,5% А1₂0₃ и 94,5% Si0₂. Таким образом, Si0₂ по отношению к муллиту при температурах выше 1585°С становится плавнем, образующим жидкость и этим снижающим огнеупорные свойства изделия. Присутствие того или иного количества плавней соответственно снижает температуру возникновения расплава и его вязкость. Важным фактором является вязкость расплава, так как огнеупорные свойства изделия зависят не только от температуры образования расплава и его количества, но также и от его вязкости при данной температуре.

Рассмотрение диаграммы состояния равновесия системы A1₂О₃ — Si0₂ приводит к заключению, что по мере повышения содержания A1₂О₃ в алюмосиликатных огнеупорах их огнеупорность и температура размягчения будут возрастать.