Тема 5. Фізико-хімічні основи виробництва вогнетривів
5.1. Кварцити й піщаники
Основною сировиною для виробництва динасу служать кварцити, кварцові піщаники і як добавка - кварцові піски
Хімічний склад більшості кварцитів і піщаників відносно постійний, %:
Компоненти |
SiО2 |
А12О3 |
Fe2О3 |
Ca |
Mg |
Луги |
Інші |
Сполука, % |
92. ..98 |
0,5. ..2,5 |
0,2. ..3,0 |
0,2. ..1,5 |
0,1. ..0,5 |
0,2. ..0,5 |
0,2. ..1,0 |
Найважливішим критерієм придатності кварцової сировини для виробництва динасових виробів є високий зміст у ньому кремнезему (не менш 97%) і досить обмежена кількість шкідливих домішок, яким є глинозем, окис кальцію й лугу. Досить істотне значення для оцінки якості динасової сировини має поводження його при випалі, тобто швидкість переродження, або переходу однієї модифікації кремнезему в іншу, що обумовлюється поліморфними перетвореннями кварцу при нагріванні.
5.2. Вогнетривкі глини
Вогнетривкі глини застосовуються в основному для виробництва шамотних і напівкислих вогнетривких виробів.
Вогнетривкі глини втрачають при випалі хімічно зв'язану воду й при подальшому підвищенні температури здобувають механічну міцність, властиву каменю.
По стандартах вогнетривкими вважаються глинисті породи, що мають температуру плавлення не нижче 1580 °С, тугоплавкими - від 1350 до 1580 °С і легкоплавкими - менш 1350 °С.
По мінералогічній сполуці глини є полімінеральними породами, у яких найбільш істотну роль відіграє каолініт у якості глиновиникаючого мінералу, а також кварц і ін. - як мінерали - домішок.
Основними компонентами хімічного складу є SiО2 і Аl2О3. По змісту Аl2О3 глини підрозділяються: основні - більше 30%, Напівкислі - 15...30%.
У невеликих кількостях у глинах утримується Fe2O3, Ti2, Ca, Mg і інші елементи.
Вогнетриви металургії
1. Хімічний склад (основні складові) |
|||||||||
Хімічний склад
|
Кремнекислі Динас
|
II. Алюмосилікатні |
III. Основні |
||||||
А. Напівкислі |
Б. Нейтральні |
А. Магнезіальні |
Б. Хро-міто-ві |
||||||
1. Кварцово-глинисті |
1.Шамотні
|
2.Каолінові
|
3.Высокоглино-земистые |
4.Корундові
|
1. магнезитові |
б.Хромо- магнезитові
|
|
||
2.Шамотно-Напівкислі |
2.Форстеритовые |
||||||||
З.Шпинельные |
|||||||||
3. Кварцово-шамотні |
4. Доломітові |
||||||||
5. Талькові |
|||||||||
SiО2 |
95 |
<70 |
65. ..50 |
<50 |
- |
- |
- |
||
Аl2О3 |
|
<30 |
25...40 |
<40 |
>45 |
>75 |
- |
- |
- |
Mg |
|
|
|
|
|
|
90. ..30 |
55. ..65 |
16 |
Сг2O3 |
|
|
|
|
|
|
|
15. ..20 |
>30 |
Fe |
|
|
|
|
|
|
|
<15 |
= 18 |
2. Сирі матеріали (основні складові) |
|||||||||
|
Кварцити Кварцові піщаники Si2 = 92.. .98 |
Вогнетривкі глини АlО3>30% - основні Аl2О3=15...30%-Напівкислі Аl2О3 < 15% - кислі |
- |
1.Силиманітисиллиманіт андалузит кіаніт Аl2O3 -Si2 |
Корунд Аl2O3 = 95...98% |
Доломіт Магнезит Олмівини: Форстерит Монтичелліт Файаліт Гідросилікати Мд: Серпентиніт Тальк Дуніти |
Хроміти |
|
|
|
|
Каоліни Аl2O С2Si2-2Н2ПРО |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Гідрати: діаспор боксит |
|
|
|
|
|
Сирі матеріали для вогнетривів
Вогнетриви |
Мінерали |
Хімічна формула |
Хімічний склад, % |
I. Кремнекислі |
Кварцити, кварцові піщаники |
Si2 |
92. ..98 |
III.Алюмосилікатні
|
Вогнетривкі глини |
|
A12O3>30 -основні, 15...30 –напівкислі, <15 - кислі |
Каоліни (каолініт) |
Al2O С2Si2-2H2O + домішка кварцового піску. |
|
|
Корунд |
Аl2O3 |
95. ..98 |
|
Гpyпa силіманіта: |
|||
Силіманіт |
Al2O3-Si2 |
А12О3 <63; Si2<37 |
|
Андалузіт |
Al2O3-Si2 |
|
|
Кіаніт |
Al2O3-Si2 |
|
|
Група гідратів: |
|||
Діаспор |
А12O 3-Н2O |
А12O3=85; Н2О=15 |
|
Боксит |
А12ПРО 3-ЗН2O |
Аl2O3=30...80; Fe2O3=30 |
|
III. Основні
|
Доломіт |
CaCO 2MgCO3 (Сас3>54%, Mg>46%) |
СаО=30 Mg = 22 З2=48 |
Магнезит |
МgСО3 |
МgО <48: С2<52 |
|
Група олівінів: |
|||
Олівініти |
Mg-Fe-Si2 |
Mg=45...50; Fe=8...20; Si2=43 |
|
Форстеріт |
2MgO-Si2 |
Mg<37; Si2<43 |
|
Монтичелліт |
Ca Mg Si2 |
|
|
Фаяліт |
2Fe Si2 |
|
|
Гідросилікати М: |
|||
Серпентиніт |
3Mg 2Si2-2H2O |
Mg=43;Si2=44; H2O=13 |
|
Тальк |
Mg-4Si2-H2O |
Mg=32; Si2<64 H2O<5 |
|
Хроміти |
|
С2O3=40...50;А12О3=4...25 Fe=7...24;Mg=10...32 Si2 до 27 |
|
IV.Вуглеводовмісні. |
Графіт |
С |
C=60...80 Летучі -0,7...7 Зольність 2. ..25 |
Найважливіше значення для якості глин має гранулометрична сполука. Пластичні різновиди їх мають високий вміст часток 0,001мм (60...80%), у худих глинах кількість зазначених часток знижується в результаті збільшення кількості "середніх" (0,01...0,001 мм) або "грубих" фракцій (> 0,01мм).
Найважливішим фізико-керамічними властивостями вогнетривких глин є: пластичність і зв’язаність, повітряна й вогнева усадка, спікаємість і вогнетривкість.
Під пластичністю розуміють здатність глини у вологому стані під впливом зовнішніх факторів змінювати свою форму без розриву сплошності й зберігати додану форму тоді, коли цей вплив усунутий.
Пластичність є властивістю глин при нагріванні їх до 110...150°С; підвищення температури нагрівання поступово погіршує цю властивість, а після завершення процесу дегідратації глини (450 ... 600°С) пластичність зникає.
Зв’язаність глини - це здатність після висушування на повітрі зберігати надану їй форму.
Сполучна здатність - це здатність зв'язувати частки іншої речовини - отощителя, у загальну досить міцну при висиханні масу.
Вода в глинах утримується в 4 видах:
гігроскопічна
поглинається глиною з атмосфери повітря (1...3%);
вода зачинена або заділова - варто розуміти ту кількість води, якиу необхідно додати в глину, щоб вона придбала нормальний пластичний (робочий) стан, тобто стан оптимальної рухливості й формованості. Її кількість залежить від сполуки й властивостей глини й становить 20...35%;
гідратна (конструкційна) або хімічно зв'язана вода входить у молекулу глинистої речовини - мінералу.
При нагріванні вода видаляється при 450...650°С. Нагрівання викликає глибокі зміни в структурі глинистої речовини, які спочатку обумовлюються виділенням води, а потім його перекристалізацією, що відбувається у твердій фазі.
Після видалення води при висушуванні глини на повітрі глинисті частки зближаються між собою, відбувається зменшення об'єму глини, що називається повітряною усадкою.
При випалах глин на різних температурах одночасно з фізико-хімічними перетвореннями змінюється їхній об'єм, тобто відбувається вогнева усадка. У сумі з повітряною вогнева усадка характеризує величину повної усадки глини при данній температурі.
Максимум повної усадки відповідає спіканню глини, тобто такому її стану, при якому відбувається найбільше ущільнення черепка в результаті реакцій, що відбулися, у твердій фазі. Спікання - найважливіша властивість глин, що залежить головним чином від їхньої мінералогічної сполуки й певним чином від ступеня дисперсності. Вогнетривкі глини чисто каолинітові сполуки без домішок - плавнів мають високу температуру спікання, вище 1350 - 1400°С; їх прийнято називати важко- або високоспеченними. Низькоспеченні глини мають температуру спікання 1150...1250°С.
Домішки у вигляді залізистих, лужних і лугоземельных мінералів при їхній значній кількості помітно знижують температуру спікання, одночасно знижується й вогнетривкість глин.
Вогнетривкі властивості глин залежать, насамперед, від їхньої мінеральної сполуки. Найвищі показники по вогнетривалості мають чисті каолінові глини (1750 - 1770°С).
Україна володіє потужною, добре розвіданою сировинною базою вогнетривких глин. Загальні запаси по категоріях А, У и С, (промислові) становлять до 1 млрд. тонн.
Високосортні глини добувають у Годин-Ярскому родовищі (Донбас). Джерела глини є також у Дніпропетровській, Кіровоградській, Запорізькій, Черкаській областях (рис. 5.2).
