Ceramiczne materiały ogniotrwałe

Cecha charakterystyczna odporność na działanie wysokich

temperatur; miarą tej odporności jest ogniotrwałość zwykła (przybliżona

temperatura topienia – temperatura, w której stożek o określonych normą rozmiarach, wykonany z badanego

materiału dotyka swoim wierzchołkiem podstawki)

Ceramiczne materiały ogniotrwałe

Przeznaczenieodizolowanie przestrzeni w której

panuje wysoka temperatura od otoczenia (wszystkie procesy

wysokotemperaturowe)Odbiorcy materiałów ogniotrwałych

hutnictwo żelaza i stali, hutnictwo metali nieżelaznych, przemysł

cementowy, przemysł szklarski i inn.

Właściwości materiałów ogniotrwałych

Ogniotrwałość zwykła wyższa lub równa 150 SP

Stałość kształtu i wymiarówDostateczna odporność na działanie

naprężeń mechanicznych oraz odporność na ścieranie i pełzanie

Dostateczna odporność chemicznaOdporność na nagłe zmiany

temperatury i działanie gradientu temperatury

Podział materiałów ogniotrwałychWyroby ogniotrwałe charakteryzujące

się określonym kształtem geometrycznym nadanym im podczas formowania

Materiały ogniotrwałe nieformowane – zaprawy, masy i betony ogniotrwałe

Klasyfikacja wg Polskiej Normy (kryteria):Skład chemiczno-mineralnyOgniotrwałość zwykłaPorowatość otwartaTechnologia produkcjiSposób obróbki cieplnej

Podział materiałów ogniotrwałych wg składu chemiczno - mineralnego

Typ wyrobów Grupa; główne składnikiKrzemionkowe SiO2 co najmniej 93 %

Glinokrzemianowe

kwarcowo-szamotowe Al2O3 poniżej 30%; SiO2 65-85%szamotowe Al2O3 20-45%

wysoko-glinowe Al2O3 powyżej 45-72%korundowe Al2O3 powyżej 90%

Podział materiałów ogniotrwałych wg składu chemiczno - mineralnego

Typ wyrobów

Grupa; główne składniki

Magnezytowo – wapniowe

magnezytowo-dolomitowe MgO≥50%; CaO≥10%dolomitowe MgO 35-50%, CaO 45-60%dolomitowo-wapniowe CaO≥60-85

wapniowe CaO ≥ 85%

Spinelowe MgO, Cr2O3

Magnezytowo - krzemianowe

MgO, SiO2, Cr2O3

Materiały ogniotrwałe specjalne

• Węglowe C powyżej 85-98 %• Grafitowe• Z węglika krzemu SiC powyżej 85%• Cyrkonowe

- Baddeleitowe ZrO2>85%- Baddeleitowo-korundowe

ZrO2>85%, Al2O3<60%- Cyrkonowe z dodatkami ZrO2>35%

• Tlenkowe RxOy>98%(SiO2, ZrO2, ThO2, Al2O3, BaO, MgO…)

• Ze związków beztlenowych(azotki, borki, węgliki, krzemki i inn)

Podział materiałów ogniotrwałych

Na podstawie ogniotrwałości zwykłej• Ogniotrwałe 150-177 SP

• Wysokoogniotrwałe 177-200 SP

• O najwyższej ogniotrwałości powyżej 200 SP

Podział materiałów ogniotrwałych

Na podstawie porowatości otwartej (%)

• Szczelnie zwarte < 3% • Wysoko zwarte 3-10 %• Zwarte 10-16 %• Średnio zwarte 16-20 %• Normalnie zwarte 20-30 %• O obniżonej zwartości 30-45 %• O niskiej zwartości 45-85 %

Technologia wytwarzania materiałów ogniotrwałych

• Formowanie z mas plastycznych• Formowanie z mas sypkich• Formowanie z mas lejnych• Formowanie z mas termoplastycznych• Formowanie na gorąco• Topienie i odlewanie do form• Wycinanie z naturalnych skał

Technologia wytwarzania materiałów ogniotrwałych

Sposób obróbki cieplnej• Nie wypalane• Wygrzewane w temp. 150-7500C• Wypalane w wysokich temperaturach

(spiekane)• Topione

Wyroby ogniotrwałe krzemionkowe - zastosowanie

Hutnictwo stali elementy konstrukcyjne pieców martenowskich

Baterie pieców koksowniczychNagrzewnice wielkopiecowePiece szklarskiePiece tunelowe w przemyśle ceramicznym

Ze względu na kwaśny charakter wyrobów krzemionkowych powinno się

zachować ostrożność przy ich stosowaniu w procesach o charakterze zasadowym

Wyroby ogniotrwałe krzemionkowe

Surowce:SiO2 (96-100%): kwarcyty, kwarc żyłowy, piaskiOperacje technologiczne:

Mieszanie z dodatkami: mineralizatory+dodatki klejące;

Mineralizatory: mleko wapienne (około 2 % CaO), tlenki żelaza, manganu, tytanu,

chromuDodatki klejące: ług posiarczynowy

Rozdrabnianie

Prasowanie w formach

Suszenie (40-1500C)

Wypalanie ( max. temp. 14600C)Przemiany polimorficzne:

kwarc kwarc krystobalit(d≈2,65 g/cm3) (d≈2,30

g/cm3)

573oC 1470o

C

Wyroby ogniotrwałe glinokrzemianowe

70 % wszystkich materiałów ogniotrwałych!!!

W grupie materiałów glinokrzemianowych materiały

szamotowe stanowią około 90 %

Wyroby ogniotrwałe glinokrzemianowe

Produkcja materiałów ogniotrwałych szamotowych

Surowce wyjściowe: gliny ogniotrwałe + szamot (materiał

schudzający)

Gliny ogniotrwałe:• Kryterium podziału – ogniotrwałość zwykła,

zawartość Al2O3 + TiO2;• Gatunki glin – G1, G2, G3, G4, G5

(G1≥175SP;(Al2O3 + TiO2) ≥38%)

Rozdrabnianie surowców wyjściowych

Odważanie porcji wg receptury i mieszanie (dodatek wody, elektrolitów, dodatków

klejących)

Formowanie półfabrykatów

Suszenie (osiągnięcie wilgotności masy poniżej 1%)

Wypalanie (1300-1450 0C; 5-10 dni)

Sortowanie i kontrola jakości

Ogniotrwałe wyroby zasadowe

Typy:• Magnezytowe• Magnezytowo - wapniowe• Spinelowe• Magnezytowo - krzemianowe

Cecha charakterystyczna:Dominująca zawartość dwóch tlenków

zasadowych: MgO i CaO

Ogniotrwałe wyroby zasadowe

Surowce wyjściowe:• Magnezyty MgCO3

• Dolomity MgCO3, CaCO3

• wapienie CaCO3

Procesy zachodzące podczas wypalania• Rozkład węglanów 700-10000C –

powstawanie tlenków• Spiekanie tlenków w temperaturach

powyżej 10000C

Ogniotrwałe materiały i wyroby topione

Cecha charakterystyczna:Całkowicie zwarta tekstura odznaczająca

się brakiem porów otwartychCykl produkcyjny:

Odważanie surowców wyjściowych

Mieszanie surowców

Odlewanie do form

Chłodzenie

Obróbka mechaniczna

kontrola jakości

Topienie w piecu elektrycznym

Przykłady materiałów topionych

• Corhart Standardskład fazowy: mulit, korund, faza szklista

• Corhart ZACskład fazowy: baddeleit (ZrO2), korund, faza szklista

Właściwości:• Ogniotrwałość pod obciążeniem ≥ 17000C• Brak porowatości otwartej• Wysoka wytrzymałość na ściskanie• Niska rozszerzalność liniowa

Ceramiczne materiały ogniotrwałeFragment wyłożenia

wielkiego piecaFragment wyłożenia

trzonu pieca martenowskiego

1 – zasypka dolomitowa,2 – cegły magnezytowe,3 – przekładki dylatacyjne,4 – warstwa wyrobów szamotowych,5 – cegły magnezytowe,6 – podstawa stalowa,7 – zasypka magnezytowa,8 – tektura azbestowa 8 mm.

Ceramiczne materiały ogniotrwałe

Sklepienie podwieszone

Ceramiczne materiały ogniotrwałe

Kratownica regeneratora według

Cowpera

Kratownica regeneratora według

Siemensa

Nieformowane materiały ogniotrwałe (tworzywa monolityczne)

Rodzaje:• masy do natapiania• masy do ubijania• masy do natryskiwania• betony ogniotrwałe i żaroodporne• prefabrykaty

Nieformowane materiały ogniotrwałe (tworzywa monolityczne)

Betony ogniotrwałe i żaroodpornemateriały wyjściowe:• cement wysokoglinowy (ok. 40-70%

Al2O3);• kruszywa ognioodporne (złomy

szamotowe, prazone łupki ogniotrwałe, gliny palone);

• złomy z cegły budowlanej, złomy krzemionkowe, piasek;