5.5. Вуглеводовмістна сировина
У вогнетривкій промисловості графіт застосовують як один з видів вуглеводовмістної сировини у виготовленні виробів, призначених для виплавки й виливка металів (тиглі, пробки, склянки, стопорні трубки і т.д.).
Графіт належить до групи мінералів вуглецю, будучи однією з його поліморфних модифікацій.
Другий представник цієї групи - алмаз, по фізичних властивостях і структурі різко відрізняється від графіту.
Хімічний склад графіту наведений в табл.
Графіт має велику теплопровідність і електропровідність завдяки дуже щільному упакуванню атомів у кристалах. По теплопровідності він близький до металів, а електропровідність його подібна теплопровідності провідників першого роду.
Ці важливі властивості, однак, різко зменшуються зі збільшенням зольності графіту. Вищої вогнетривкістью володіють графіти з найменшою зольністю; чисті кристали його мають температуру плавлення 3800°С.
Основним недоліком графіту є його здатність до окислювання киснем повітря при температурі близько 700°С.
Інтенсивність згоряння залежить від ступеня здрібнювання, часу й температури. Для вповільнення цього процесу при виробництві вогнетривких виробів із графіту до нього додають вогнетривкі глини або каолін, які створюють особливий захист і охороняють його від вигорання; здійснюють також випали графитоглинистых виробів у відбудовному середовищі.
У хімічному відношенні графіт відрізняється високою інертністю до кислот і лугів, досить стійкий також до дії розплавлених шлаків і металів.
Найбагатше родовище графіту знаходиться у Кіровоградській області (50% колишніх союзних запасів).
Тема 6. Виробництво вогнетривів
Кремнекислі вогнетриви
До цієї групи вогнетривів ставляться:
Динасові на вапняному зв'язуванні СаО = 5%; Si2= 92...95%;
Динасові на глинистому зв'язуванні А12О3= 5%; Si2= 95%.
Динас - це вогнетривка цегла, виготовлена способом формування й випалу здрібнених - кварцу, кварцитів або піщаників.
У якості сполучника застосовується вапняне молоко або глинисте зв'язування.
Кварцити являють собою мінеральні утворення з дисперсних зерен кварцу, зв'язаних аморфним кремнеземом. Їхній хімічний склад:
Si2 |
А12O3 |
СаО |
Fe2O3 |
Mg |
92...96% |
< 2.5% |
<1.5% |
< 3.0% |
= 0.5% |
При виготовленні динасу велике значення має гранулометрична сполука вогнетривкої маси, що в решті решт, визначає щільність, механічну міцність, якість пресування, тридимітизацию (переходи SiО2 в іншу модификацію) при випалі і його термостійкість.
Тому гранулометрична сполука динасу повинна бути наступною:
Величина зерен, мм |
5...3 |
3...0.54 |
0,54. ..0,088 |
0,088.. .0 |
Вміст, % |
<2 |
8. ..14 |
40. ..55 |
>35 |
Технологія випалу значною мірою визначає основні властивості динасових вогнетривів. Головною фізико-хімічною основою процесів при випалі динасу є модифіковані перетворення кварцу.
Модифікація |
Зона температур стійкого стану, °C |
t°C |
α-кварц |
575. ..870 |
1610 |
β-кварц |
575 |
|
α-тридиміт |
163. ..1470 |
1675 |
β-тридиміт |
117. ..163 |
|
γ-тридиміт |
117 |
|
α-кристобаліт |
180. ..270 |
1728 |
β-кристобаліт |
180 |
|
Під впливом температури в кремнеземі відбуваються два види структурних перетворень.
Перший вид змін структури Si2 відбувається усередині головних форм - кварцу; тридиміту й кристобалита. Ці перетворення протікають із великою швидкістю по наступних схемах:
Схема 1. β-кварц ↔α-kварц 0...5750C; 575...870 °С;
Схема 2. ; γ - тридиміт ↔ β-трилимит ↔ α-тридиміт ; 0…....117° С 117 C-163°С 163°C.-14700С;
Схема 3. β-кристобалит ↔ α-кристобалит 0...180°С 180...270 °С и вище.
Другий вид структурних перетворень кремнезему пов'язаний з переходом від однієї головної форми до іншої і протікає дуже повільно по схемах:
Схема 4. α-кварц ↔ α-тридиміт 1000... 1420 °С;
Схема 5. α-кварц ↔ α-кристобаліт 1420... 1470 °С;
Схема 6. α- тридиміт ↔ α-кристобаліт 1470...1600 °С.
Звичайно перетворення починаються усередині головних форм. Зазначені температурні межі відповідають стійкому існуванню даних кристалічних форм.
У табл.6.1 показані температури, при яких кремнезем переходить із однієї кристалічної форми в іншу, і пов'язані із цим зміни об'єму кристалічних модифікацій.
Таблиця 6.1
Об'ємні зміни кремнезему при перетвореннях
Перетворення кристалічних форм кремнезему й пов'язані із цим зміни об'єму вогнетриву, приводять до порушень межкристаллических зв'язків. Тому при різких коливаннях температур у динасових виробах з'являються тріщини й відколи шматків вогнетриву, тобто термостійкість динасових виробів дуже мала.
Однак, при поганій термостійкості, динасові вироби володіють іншими - позитивними якостями: досить високою вогнетривкістю (близько 1710...1720 °С) і більш високою температурою початку деформації - вище на 150...160 °С, чим у хромомагнезиту й на 215...350 °С, чим у шамоту.