МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра металургії чорних металів та ливарного виробництва

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

з дисципліни

«ВОГНЕТРИВИ МЕТАЛУРГІЙНОГО ТА ЛИВАРНОГО ВИРОБНИЦТВА»

Для студентів спеціальностей:

6.090401 “Металургія чорних металів”

6.090400 “Ливарне виробництво чорних і кольорових металів”

Кривий Ріг

2009

Конспект лекцій складено у відповідності з освітньо-професійною програмою за напрямом «Металургія».

Конспект лекцій складено к.т.н., доцентом Савєльєвим С.Г. та асистентом Саітгареєвим Л.Н.

Конспект лекцій затверджено на засіданні кафедри МЧМ ЛВ

Протокол №_____ від “____”__ _______2009 р.

Зав. кафедрою Г.В. Губін

Схвалено вченою радою (методичною комісією) металургійного факультету

Протокол №_____ від “____”___ _____2009 р.

Голова В.В.Ткач

Зміст

Тема 1. Вступ 4

1.1. Загальні питання 4

1.2. Коротка історична довідка 6

Тема 2. Класифікація вогнетривів 6

2.1. Класифікація по вогнетривкості 7

2.2. Класифікація вогнетривів по хіміко-мінералогічній сполуці 7

2.3. Класифікація вогнетривів за хімічним складом й технологією виробництва 8

2.4. Класифікація не формованих вогнетривких матеріалів по призначенню 9

2.5. Класифікація вогнетривів по пористості 11

2.6. Класифікація по області застосування 11

Тема 3. Властивості вогнетривів 12

3.1. Шлакостійкість вогнетривів 12

3.2. Вогнетривкість вогнетривів 13

3.3. Термічна стійкість вогнетривів 14

3.4. Теплоємність вогнетривів 15

3.5. Теплопровідність вогнетривів 15

3.6. Температуропровідність 16

3.7. Електропровідність вогнетривів 16

3.8. Пористість вогнетривів 16

Тема 4. Взаємодія вогнетривів зі шлаками, металами, газами 19

4.1. Хімічна стійкість 19

4.2. Коротка характеристика металургійних шлаків 20

4.3. Взаємодія вогнетривів з вуглецем 21

4.4. Взаємодія вогнетривів з металами 22

4.5. Руйнування вогнетривів газами 22

4.6. Руйнування вогнетривів цинком 23

4.7. Взаємодія вогнетривів різного хімічного складу між собою 23

Тема 5. Фізико-хімічні основи виробництва вогнетривів 24

5.1. Кварцити й піщаники 24

5.2. Вогнетривкі глини 25

5.3. Каоліни 28

5.3. Високоглиноземиста сировина 29

5.4. Сировина для основних вогнетривів 29

5.5. Вуглеводовмістна сировина 30

Тема 6. Виробництво вогнетривів 31

6.1. Фізико-хімічні основи технології виробництва динасу 33

6.2. Алюмосилікатні вогнетриви 34

6.3. Високоглиноземисті вогнетривкі вироби 38

6.4. Властивості ї області використання високоглиноземистих вогнетривів 39

Тема 7. Вогнетриви з основними властивостями 40

7.1. Магнезіальні вогнетриви 41

7.2. Магнезіальні хромовмісткі вогнетриви 47

Тема 1. Вступ

1.1. Загальні питання

Вогнетриви - це будівельні матеріали для теплових агрегатів, які необхідні для продовження терміну служби теплового агрегату. Вогнетриви повинні мати спеціальні хімічні, теплофізичні та механічні властивості

Робочий простір теплових агрегатів має високу температуру, а середовище, що нагрівається, - певний хімічний склад і фізичні властивості. З цього виходить, що середовище, що нагрівається, вступає у взаємодію з вогнетривами, які його оточують. Саме це і визначає вогнетривкість матеріалів, яка згідно прийнятому Держстандарту повинна бути не нижчою за 1580 °С.

Тому вогнетривами можуть бути неметалічні матеріали, здатні зберігати без істотних порушень свої функціональні властивості в різноманітних умовах при високих температурах.

Без вогнетривів немає іншого практично прийнятного способу обмежити розповсюдження тепла в навколишнє середовище і підтримувати тривалий час високі температури у великих об'ємах різних печей. Вогнетриви в цьому випадку використовуються як високотемпературні теплоізолятори. У інших випадках, навпаки, вогнетриви повинні володіти високою теплопровідністю. Вогнетриви можуть застосовуватися при високих температурах і як провідники електричного струму, і як електроізолятори.

Для отримання вогнетривів початковими речовинами (сировиною) можуть бути тільки ті, які мають вогнетривкість вище 1580 °С або такі, які в результаті переробки дають нові речовини з вогнетривкістю не нижче вказаної.

Критерієм при виборі тих або інших початкових речовин для виробництва вогнетривів, окрім їх температури плавлення, є техніко-економічна характеристика і, перш за все, поширеність їх в природі.

Найбільш поширеними хімічними елементами періодичної системи Д.І. Менделєєва в земній корі, є:

Елемент	O2	Si	А1	Fe	Са	Na	К	Mg	S	Ti
Масова частка %	49	26	7.45	4.20	3.24	2.40	2.35	2.35	1.00	0.61

У земній корі (літосфері) міститься 86,5 % силікатів і алюмосилікатів.

Оцінюючи температуру плавлення хімічних елементів, слід зазначити, що температуру плавлення

• нижче 1000 °С мають приблизно половина елементів;

• 1000 ... 2000 °С близько 30 %;

• вище 2000 °С - близько 10% елементів таблиці Д.І. Менделєєва.

Найбільшу температуру плавлення мають елементи: вуглець - 5000°С; вольфрам - 3370 °С; реній - 3000 °С; тантал - 2650 °С; осмій - 2700 °С; молібден - 2620 °С. Всі інші елементи, що володіють температурою плавлення, більш 2000°С, відносяться до рідкісних.

З хімічних сполук найбільшу температуру плавлення мають карбіди і деякі оксиди (табл. 1.1)

Таблиця 1.1

Температура плавлення оксидів, карбідів і нітриду.

Елемент	Оксиди		Карбіди		Нітрид
	Формула	Тпл.	Формула	Тпл.	Формула	Тпл.
Берилій	ВeО	2750	Be2C	2100	Be3N2	2473
Магній	MgO	2800	-	-	-	-
Алюміній	А12O3	2050	A14C3	2200	A1N	2150
Кремній	SiO2	1713	SiC (карборунд)	2500	Si3N	2200
Кальцій	СaО	2570	CaC2	2300	-	-
Титан	ТiO2	1640	TіC	3140	TiN	3220
Хром	Сг2O3	1990	-	-	—	-
Марганець	МnО	1650	-	-	—	-
Залізо	Fe2O3	1538	Fe3C (цементит)	1837	—	-
Цинк	ZnO	1800	-	-	—	1000
Цирконій	ZrO2	2700	ZrC	3800	ZrN	3260
Гафній	НfO2	2812	HfC	4160	HfN	3580
Вольфрам	WO2	1500... 1600	WC	2857	-	-

Найменші температури плавлення мають кислі оксиди (SiO₂, TiO₂ та інші); найбільші - основні оксиди (MgO, СaО та інші); амфотерні оксиди (А1₂O₃, Сг₂O₃) - займають проміжне положення. Вищою температурою плавлення володіють оксиди: Zr₂O₂ - 2700°С; ThO₂ - 3000°С; карбіди: ZrС -3800°C; TaC - 3900°С .

Зіставляючи температури плавлення речовин та їх поширеність в природі, можна зробити висновок, що найбільше практичне значення для виробництва вогнетривів мають: SiO₂, Аl₂О₃ MgO, а також Cr₂O₃, CrO, ZrO₂; особливе положення займає вуглець. Ці елементи входять до складу силікатів, алюмосилікатів, карбонатів, які утворюють різноманітні мінерали що входять до складу гірських порід.

Масовим споживачем вогнетривів є чорна металургія (табл.1.2).

Таблиця 1.2

Розподіл вогнетривів по галузях промисловості, від загального споживання %.

Чорна металургія	60
Кольорова металургія	4
Машинобудування	10
Будівництво	8
Хімія	5
Інші	13

Потреба промисловості в окремих видах вогнетривів представлена в табл.1.3

Таблиця 1.3

Випуск окремих видів вогнетривів

Вид вогнетривких виробів	%
Шамотні та напівкислі	69,7
Теплоізоляційні	1,4
Високоглиноземисті	1,6
Динасові	7,2
Основні	19,6
- Зокрема: На смоляній зв'язці Спеціальні	1,2 0,5