Огнеупорные материалы
Первоначально для литья по выплавляемым моделям применяли при изготовлении форм тот же материал, что и для разъемных песчано-глинистых форм в простых литейных цехах стали и серого чугуна. Это — двуокись кремния (кремнезем) в виде тонко-размолотой кварцевой муки (Р-кварц).
При увеличении требований к качеству и свойствам правильных отливок применение кремнезема стали ограничивать и используют на данный момент в том месте, где не предъявляются особенные требования к габаритным размерам отливок, качеству их поверхности, размерным допускам. Но употребляется кремнезем еще и в том месте, где он есть единственным отечественным недорогим сырьем, и до тех пор пока нет возможности купить второй, более подходящий огнеупорный материал.
Применение кремнезема нежелательно и с позиций гигиены труда. Пылевидный кремнезем, вдыхаемый человеком, вызывает у трудящихся в литейных цехах страшную опытную заболевание — силокоз. Формовочные смеси для литья по выплавляемым моделям содержат кроме этого сильные неорганические кислоты, каковые повышают активность небольшой части пылевидного кварца.
Развитие литья по выплавляемым моделям направлено на производство правильных отливок из материалов с большой температурой плавления, частенько из новейших жаростойких сплавов, каковые плавятся и заливаются в вакууме. Применение таких вакуумной технологии и сплавов предполагает использование таких формовочных смесей, из которых возможно изготовлять керамические формы стойкости и высокой прочности при больших температурах.
Форма не должна взаимодействовать с заливаемыми сплавами, изменяться в количестве на протяжении изготовления, и должна быть достаточно газопроницаемой. Лишь формы с этими особенностями смогут обеспечивать, что отливки громадной габаритных размеров и массы будут качественными.
формы с стойкостью и низкой прочностью при больших температурах смогут быть использованы для производства только небольших и легких отливок. При громадном количестве литого металла керамическая форма прогревается теплотой металла до больших температур, размягчается и деформируется, в следствии чего деформируется и отливка.
Помимо этого, при громадной массе отливки, которая в какой-то степени определяет металлостатический напор, металл попадает в поры керамической формы и отливка будет дефектной из-за нехорошего качества поверхности. Керамические формы низкой прочности легко размываются заливаемым металлом, и продукты эрозии (частицы керамики) смогут быть обстоятельством засоров в отливках. В случае если материал керамической формы реагирует с заливаемым металлом и с его окислами, то образующиеся продукты реакций кроме этого являются обстоятельством некачественной поверхности отливки (химический пригар).
Керамическая форма, изготовленная из материалов, существенно изменяющих собственный количество при нагревании, не разрешает приобретать отливки с узкими размерными допусками; такие керамические формы направляться прокаливать крайне осторожно, в противном случае они потрескаются от появляющихся керамических напряжений, а а время от времени смогут и просто разрушиться.
При литье в керамические формы с малой газопроницаемостью при обычном атмосферном давлении находящийся в форме газы и воздух, выделяющиеся из расплавленного металла, не смогут уйти через стены формы. В этом случае жидкий металл не заполняет всецело отливка литейной и полость формы получается с недоливом, с неудовлетворительным качеством поверхности .
Фундаментальные особенности керамических форм, такие, как огнеупорность, инертность и тепловое расширение к заливаемому металлу, зависят в первую очередь от используемого огнеупорного материала (в суспензии) и в меньшей мере от типа жидкого связующего. Исходя из этого как раз выбор соответствующего огнеупорного материала определяет такие свойства, как термостойкость, тепловое расширение при нагреве и химическую инертность по отношению к заливаемому металлу. В качестве огнеупорных материалов для изготовления керамических форм применяют окислы, силикаты, глиноземы, силициды, карбиды, бориды, интерметаллические соединения и нитриды.
Существует еще ряд условий к огнеупорному материалу (не считая вышеперечисленных): его количество должно быть достаточным для потребностей литья по выплавляемым моделям, он Должен иметь требуемый фракционный состав, и цена его Должна быть приемлемой для производства. Исходя из этого из всего многообразия материалов в промышленном производстве используют
только ограниченную группу огнеупоров, по большей части окислов. Приведенные в таблице чёрта окислов заимствованы из литературных источников. Кроме окислов в литье по выплавляемым моделям используют карбид кремния, что имеет высокую (1980 °С) точку плавления, довольно малую (3,2 кг/дм3) плотность, низкий коэффициент теплового расширения.
Карбид кремния производится в достаточном количестве, приемлемой стоимости и необходимой зернистости. Его используют в качестве обсыпочного материала для увеличения теплопроводности керамических форм, т. е. ускорения затвердевания отливок. Применять карбид кремния в качестве наполнителя в суспензии запрещено, поскольку он взаимодействует со сталью.
Он имеет низкую огнеупорность, исходя из этого кварцевые формы используют при температуре 1540 °С, и большой коэффициент теплового расширения. Помимо этого кристаллический кварц при нагревании претерпевает пара кристаллографических превращений, которые связаны с резкими трансформациями количества. Первое превращение кристаллического кварца происходит при 575 °С, в то время, когда p-кварц переходит в а-кварц. До 570 °С расширение у кварца плавное.
После этого наступает резкое повышение количества примерно на 2%. Подобные превращения происходят и при 870 °С (тридимит) и 1470 °С (кристобалит). Приведенные кристаллографические модификации отличаются друг от друга коэффициентом линейного расширения, что возрастает в такой последовательности: тридимит, кварц, кристобалит.
Аморфная форма двуокиси кремния (плавленый кварц, кварцевое стекло) не смотря на то, что и имеет небольшой коэффициент расширения в пределах температур от 0 до 1000 °С (0,48 – КГ6), владеет низкой огнеупорностью (размягчается при 1550 °С). На человеческий организм аморфная форма кремнезема если сравнивать с кристаллическим кварцем действует более деятельно.
Плотность материала не воздействует на фундаментальные особенности керамической формы, а проявляется лишь только в утяжелении литейной формы. Но плотность отражается на технологических особенностях суспензии — ее седиментационной устойчивости. Огнеупорный материал в жидкой Фазе суспензии оседает, и тем стремительнее, чем больше его плотность при том же фракционном составе.
Стремительная седиментация суспензии формирует затруднения в производстве, исходя из этого для изготовление самый пригодны огнеупорные материалы с низкой плотностью.
Окись бериллия нельзя вводить в суспензии из-за высокой токсичности, поскольку все соединения бериллия приводят к бериллиозам — заболевания более тяжелые, чем силикоз. Для работы с соединениями бериллия имеются особые предписания как для работы с радиоизотопами. С окисью бериллия (ввиду ее токсичности) проводили опыты лишь в лабораторных условиях.
К примеру, кальцинированный гидроксид бериллия применяли в производстве форм для его сплавов и литья бериллия и как присадку к корундовой керамике. Окись циркония возможно химически связана с другими окислами для стабилизации теплового расширения.
—
Огнеупорными материалами именуются стройматериалы, служащие для сооружения тепловых агрегатов и талантливые противостоять влиянию больших температур, и действию физических и физико-химических процессов, происходящих в этих агрегатах. Наиболее значимые требования, предъявляемые к огнеупорным материалам, следующие: достаточная строительная прочность при больших температурах (высокая температура размягчения), хорошая постоянство объёма и термическая стойкость при трансформациях температуры, химическая стойкость по отношению к соприкасающимся с ними шлакам, металлам и газам.
Огнеупорные материалы изготовляются на базе минерального сырья и используются в виде кирпичей, фасонных изделий и порошков. фасонные изделия и Кирпичи употребляют для выкладки стен, пода, других частей и свода разных печей (доменных, нагревательных, вагранок, газогенераторов и т. д.), и для футеровки разных ковшей, регенераторов, дымовых труб и т. д. Порошки применяют для наварки, ремонта и набивки отдельных частей печей, к примеру, откосов и подин сталеплавильных печей.
По химическим особенностям огнеупорные материалы дробят на три группы: кислые, главные и нейтральные. Кислые огнеупоры состоят в основном из кислотных окислов (в большинстве случаев окиси кремния Si02); они вступают в химическое сотрудничество с шлаками и основными огнеупорами, но не взаимодействуют с кислыми шлаками. Главные огнеупоры состоят в основном из главных окислов (в большинстве случаев окиси магния MgO и окиси кальция СаО); они ведут себя противоположно кислым огнеупорам.
Нейтральные огнеупоры фактически не взаимодействуют ни с главными, ни с шлаками и кислотными огнеупорами.
Кислые огнеупоры. Динас (динасовый кирпич) содержит 93— 96% Si02, 2—3% СаО (связка), имеет огнеупорность (температуру размягчения под влиянием собственного веса) 1690—1730°; используется для футеровки (кладки) сталеплавильных печей, и печей другого назначения. Его главным преимуществом есть свойство не размягчаться при наличии давления вышележащих слоев кладки до температуры 1620—1650°.
Кварцевый песок (93—97% Si02) используют для ремонта и наварки отдельных частей металлургических печей с кислой футеровкой.
Полукислые огнеупоры содержат не меньше 65% Si02 и не более 30% А1203. К ним относятся кварцеглинистые пески и изготовляемые из них кирпичи. Эти огнеупоры недороги, но имеют нехорошие особенности, чем кварцевый песок и динасовые кирпичи, исходя из этого они’при-; изменяются для футеровки низкотемпературных печей.
Главные огнеупоры. Магнезит (магнезитовый кирпич и металлургический магнезитовый порошок) складывается из 91—94% MgO, 1—2% СаО, 2—3%, Fe203, около 2% Si02, около 1% А1203. Огнеупорность магнезита выше 2000°, но он размягчается под нагрузкой при меньшей температуре (1500°), чем динас.
Магнезит используют для футеровки подов и стен главных мартеновских и электрических сталеплавильных печей, и печей цветной металлургии. Магнезитовый порошок используют для наварки, ремонта и набивки отдельных частей металлургических печей с главной футеровкой. ,
Хромомагнезит и магнезитохромит содержат 30—70% MgO и 10—30% Сг203. Они имеют приблизительно такие же свойства, как и магнезит, но отличаются от него лучшей термической стойкостью (свойством не растрескиваться при резких трансформациях температуры). Магнезитохромит с повышенной термической стойкостью именуется термостойким.
Он используется для кладки частей металлургических печей, трудящихся в условиях резких трансформаций температуры, к примеру, для сводов мартеновских и электрических сталеплавильных печей с главной футеровкой.
Доломит в отличие от магнезита используется в большинстве случаев в виде порошка сырого (необожженного) материала, состоящего в основном из СаС03 и MgC03. Таковой сырой доломит обжигается в ходе работы печи. Наровне с этим доломит используется кроме этого и в обожженном состоянии, в котором он состоит в основном из СаО и MgO.
Кирпичи из доломита изготовляются относительно редко, поскольку входящая в состав доломита окись кальция (СаО) легко соединяется с влагой воздуха, что ведет к резкому понижению прочности доломитовых кирпичей.
Свойства доломита немного хуже, чем магнезита, но он очень распространен и благодаря легкости его добычи имеет значительно меньшую цена, чем магнезит. Огнеупорность доломита 1800—1900°.
Глиноземистые огнеупоры. Эти огнеупоры делятся на шамотные (менее 65% Si02 и, 30—45% А1203 ) и высокоглиноземистые (А1203 более 45%). Шамотные огнеупоры в виде фасонных изделий и кирпичей являются самыми распространенными огнеупорными материалами, поскольку они владеют хорошими особенностями—высокой термической стойкостью, малым трансформацией количества, устойчивостью против действия кислых и главных 1250— 13501) шлаков—и имеют низкую стеимость.
Их недочёт — относительно низкая температура размягчения под нагрузкой (1250—1400°). Шамотные кирпичи используются для футеровки шахты доменных печей, нагревательных печей, разных ковшей, газогенераторов, вагранок и т. д. Высокоглиноземистые огнеупоры существенно дороже шамотных; их свойства высоки и исходя из этого они используются для кладки важных частей металлургических печей, к примеру, насадок регенераторов мартеновских печей.
Нейтральные огнеупоры. К нейтральным относятся хромитовые и углеродистые огнеупоры. Хромитовые огнеупоры (порошок хромистого железняка и хромитовые кирпичи) содержат не меньше 25% Сг203, и их огнеупорность около 1800°. Они в большинстве случаев используются для разделения слоев кислых и главных огнеупоров с целью не допустить химическое сотрудничество между ними.
Углеродистые огнеупоры содержат до 90% углерода и делятся на графитовые и угольные. Из графитовых огнеупоров в большинстве случаев изготовляют тигли для плавки разных металлов, а из угольных — отдельные части металлургических печей, к примеру, стенки и лещадь горна доменных печей. Углеродистые огнеупоры владеют высокой огнеупорностью (выше 2000°), мало взаимодействуют со шлаками и сохраняют собственный количество при работе.
Использовать их в сталеплавильных печах запрещено, поскольку они взаимодействуют с жидкой сталью.
Теплоизоляционные материалы. С целью уменьшения тепловых утрат печей через их кладку используют теплоизоляционные материалы — пористые и достаточно теплостойкие вещества с низкой теплопроводностью. В качестве теплоизоляционных материалов используют кирпич из диатомита и трепела (80—90% Si02 и 8—10% А1203), асбестит, кизельгур (инфузорная почва — до 96% Si02).
