Rongsheng refractory

1 Структурные свойства

Высокоглиноземистый шамот содержит большое количество фосфатов связывания. α-Al2O3 при 0℃ ~ 120℃, Al2O3 начал смешиваться с фосфорной кислотой, в диапазоне 124℃ ~ 427℃ образуются фосфат алюминия и пирофосфат, в диапазоне 510℃ образуется фосфат алюминия, являющийся заполнителем высокоглиноземистых кирпичей, AlPO4 имеет пространственную структуру SiO2, [PO4] [AlO4] являются тетраэдрической структуры. Согласно «закону Томсона» 1947 года высокотемпературное образование алюминия в фосфатах стремится к квадратичной комбинации. Алюминий в силикатах, образующихся при низкой температуре или высоком давлении, стремится к гексагональной форме. Таким образом, в этом случае алюминий фосфат при 1500℃ имеет химическую стабильность, износостойкость, термическую стабильность, высокотемпературную прочность и другие характеристики, при 1500℃ имеет стабильную структуру.

 

2 Термодинамические свойства

Содержание Al2O3 в фосфате в высокоглиноземистых кирпичах обычно превышает 80%. Поэтому Al2O3 играет доминирующую роль в химических термодинамических свойствах. Сродство CaO к кислороду больше, чем Al, Si меньше, чем Al, но из анализа фазовой диаграммы CaO ~ Al2O3 ~ P2O5, эвтектика может быть сформирована только в пределах 1440℃, что обеспечивает теоретическую основу для использования фосфата в сочетании с высокоглиноземистым кирпичом, который применяется в зоне подогрева, зоне разложения, разложенных и зоне охлаждения.

 

3 Химическая стабильность

Из-за постепенного разложения AlPO4 выше 1500℃, фосфат в сочетании с высокоглиноземистым кирпичом, основным минеральным составом которого является квадратный кварц типа AlPO4, является стабильным до разложения на AI2O3, но при более высоких температурах его механическая прочность немного снижается.

Основное различие между нейтральными, кислотными и щелочными футеровочными смесями для индукционных печей заключается в их химическом составе и физических свойствах.

Нейтральные футеровочные смеси обычно основными по химическому составу обозначает оксиды или карбиды, не включая кислотные или щелочные составы. Нейтральные футеровочные материалы имеют высокую температуру плавления и хорошую электропроводность и подходят для использования в высокотемпературных процессах плавления в индукционных печах. К распространенным нейтральным футеровочным смесям относятся оксид алюминия, карбид кремния и оксид циркония.

Кислотные футеровочные смеси обычно относятся к огнеупорным материалам с сильными кислотными свойствами, таким как диоксид кремния, триоксид железа и т. д. Кислотные футеровочные смеси склонны к образованию кислотных оксидов при высоких температурах, которые реагируют со щелочными оксидами в печи, образуя расплавленный стеклообразный материал, способствующий адсорбции и иммобилизации оксидов металлов, что позволяет достичь цели плавки и рафинирования.

Щелочные футеровочные смеси. Основные компоненты щелочной набивной массы — основные оксиды. В настоящее время широко используются магнезиальные материалы, которые обладают отличной стойкостью к коррозии, высокой температурой плавления, высокой температурой размягчения под нагрузкой, а также не вступают в реакцию с основными шлаками или щелочными расплавами. Они подходят только для индукционных печей малой емкости.

При эксплуатации индукционных печей нейтральные футеровочные смеси в основном используются для высокотемпературной плавки и защиты поверхности расплава, в то время как кислотные футеровочные смеси используются для снижения щелочности шлака и улучшения рафинирования металла.

Основная функция двухступенчатой камеры сгорания заключается в проведении вторичной обработки дымовых газов. Горючие компоненты, частицы летучей золы и диоксины сжигаются и разлагаются, при этом одновременно происходят физические и химические реакции, сопровождающиеся бурными реакциями. Огнеупоры двухступенчатой камеры сгорания обычно включают огнеупорные материалы, теплоизоляционные материалы и адиабатические материалы. Огнеупорные материалы – это тяжелые бетонные смеси, пластичные массы или огнеупорный кирпич для рабочего слоя, изоляционные материалы – это бетон и кирпич, а адиабатические материалы – это плиты из силиката кальция, плиты из керамического волокна и наноплиты. В настоящее время футеровка внутри двухступенчатой камеры сгорания в основном включает три варианта:

(1) Вариант 1: включает огнеупорные материалы, теплоизоляционные материалы и адиабатические материалы; эта трехслойная структурная конструкция, с общей толщиной 450 мм, например, температура внешней стены составляет 80 ~ 90 ℃.

(2) Вариант 2: Включая огнеупорные и теплоизоляционные материалы. Температура наружной стены этой конструкции выше и достигает 150~180°C при общей толщине, например, 305 мм.

(3) Вариант 3: Включая огнеупорные и теплоизоляционные материалы. Этот вариант находится между первыми и двумя вариантами, и температура внешней стенки составляет около 110~140°C при общей толщине, например, 270 мм.

В общем, температура двухступенчатой камеры сгорания около 1100 ~ 1200 ℃, местная температура горелки даже достигает 1300 ℃ или более, поэтому для рабочего слоя выбрать корундо-муллитовые огнеупоры может удовлетворить использование требований, для рабочего слоя и горелки рекомендуется использовать корундовые огнеупоры или хромокорундовые огнеупоры. Сравнительно говоря, трехслойная структура варианта 1 предназначена для стабильности, и благодаря этому нелегко остановить печь для обслуживания из-за утечки газа, что приводит к высокотемпературной коррозии цилиндра или деформации при перегреве.

Огнеупорное волокно – это новый тип огнеупорного материала в виде волокна, который обладает характеристиками мягкости и прочности общего волокна, и может быть переработан в различные ремни, нити, канаты, одеяла, войлок, доски, маты, бумагу, ткани и другие продукты более 50 видов, а также обладает устойчивостью к высоким температурам и коррозии, которые обычные волокна не имеют, и большинство волокон являются устойчивыми к окислению.

Благодаря тому, что волокнистый изоляционный материал обладает многими преимуществами, такими как малый вес, малая теплопроводность, малая теплоемкость, хорошая устойчивость к тепловым ударам, а также простота конструкции, его применение в промышленных печах и тепловом оборудовании становится все более и более распространенным, а энергосберегающий эффект – значительным.

 

 

Важными факторами в процессе производства волокнистых изделий являются тип связующего вещества и способ его введения в волокно. В зависимости от условий использования применяются следующие методы:

Диспергирование и распыление вещества связующего в растворе, эмульсии, суспензии и тонком порошке при формовании волокна; напыление тонких слоев связующего на волокно; пропитка каркаса волокна; заливка волокна связующим в жидком состоянии; механическое перемешивание.

При производстве связующих для волокнистых изделий должны выполняться следующие условия: гарантия высокой адгезии к волокнам; достаточная когезия после отверждения; способность легко диспергироваться и покрывать волокна тонкой пленкой; предотвращение образования муллита в волокнах; предотвращение усадки, при этом волокнистый материал не должен в значительной степени увеличивать теплопроводность и насыпную плотность. Использование в качестве связующих веществ поливинилацетата (смолы), диспергированного кремнезема, водного стекла, алюминиево-хромо-фосфатного связующего, огнеупорной глины, бентонита и т.д.

Формующая система (волокно + связующее) представляет собой пластичную вязкую пасту или суспензию текучей жидкости. Основные способы формования изделий – вибропрессование, вакуумное прессование кирпича (исключение значительной части дисперсионной среды), литье суспензий. Тканевые изделия получают в соответствии с технологией ткацкого производства.

Устойчивость к тепловому удару имеет сложную взаимосвязь с пористостью или теорией фрагментации, лежащей в основе структуры. Пористость сама по себе, согласно этой теории, способствует повышению стойкости к тепловому удару, и она участвует в формировании так называемой фрагментарной структуры изделия.
Если материал состоит из единой объемно-фрагментарной структуры, с отдельными пустотами, то такой материал обладает теоретически высокой стойкостью к тепловому удару, если существует некоторая возможность относительной миграции при тепловой нагрузке. Действительно фрагментно-структурированные изделия, как правило, обладают высокой стойкостью к тепловому удару.
Большинство термоударных огнеупоров (магниево-хромовый кровельный кирпич, магнезит-шпинелевые огнеупоры и т.д.) создаются с использованием высококачественных принципов фрагментарной теории сопротивления термоудару. Существуют различные технологические приемы получения фрагментарной структуры. Огнеупоры изготавливаются из нескольких компонентов, существенно отличающихся по своим свойствам, таким как усадка при спекании, коэффициент линейного расширения, состав крупных и мелких частиц. Основой для фрагментов служит формование изделий. Использование отдельных нетермостабильных хромовых руд и магниевых песков для получения изделий с высокой стойкостью к термоударам связано с образованием фрагментарных структур в магниево-хромовых изделиях. Огнеупорные материалы, вызывающие образование микротрещиноватой структуры.

Структура фрагмента характеризуется концентрацией микротрещин. Микротрещины препятствуют развитию трещин повреждения, и в большинстве случаев их концентрация увеличивается, а стойкость к термоударам повышается.
Особенно высокой стойкостью к тепловому удару должны обладать лопатки турбин. Такие лопатки изготавливаются, например, из оксида алюминия и оксида циркония. После спекания лопатки быстро остывают из-за появления очень мелких трещин диаметром в миллионы сантиметров. В дальнейшем, благодаря разрушению напряжений при ударных нагрузках, эти микротрещины предотвращают появление крупных трещин в керамике. 

 

Корундо-цирконовые огнеупоры обладают высокой устойчивостью к термическому шоку. На стойкость к тепловому удару влияет не только концентрация микротрещин, но и их длина, форма и т. д. Установлено, что материал с трещинами, образовавшимися в результате развития сферических пор, более устойчив к расширению линейных трещин и более стоек к тепловому удару, чем материал, трещины которого имеют острые концы. Однако следует отметить, что создание фрагментированной структуры в материале не является универсальным способом повышения его стойкости к тепловому удару. Например, кварцевые кирпичи имеют очень хорошую сегментную организацию, но не являются термоударными в широком диапазоне температур.

Это устойчивость огнеупорных материалов к тепловому удару. Нагрев или охлаждение огнеупорных материалов, колебания температуры не разрушают сопротивление называется стойкостью к тепловому удару. Поскольку стойкость огнеупорного материала к тепловому удару недостаточна, по разрушению проводят 1/3 оценку. Дальнейшее развитие высокотемпературных технологий не улучшает стойкость материала к тепловому удару невероятно. Однако сопротивление тепловому удару – это не природа материала, а определение природы материала, как бы говоря «тепловой нагрузки» условий, то есть скорости изменения температуры объекта и величины (интенсивности теплового потока). Изучение закономерности термического разрушения является важным фундаментальным теоретическим вопросом в процессе производства и использования огнеупорных материалов.
В основе явления термического повреждения лежит процесс накопления напряжений, происходящий в материале. Часто возникают две формы напряжений: напряжения типа I или термически индуцированные напряжения температурного градиента и напряжения типа II, анизотропные коэффициенты линейного расширения, локализованные химические реакции и напряжения, вызванные неоднородными изменениями объема при поликристаллических явлениях. Такие напряжения возникают при фиксированной температуре, и на них также влияют «химические взаимодействия» или микроструктуры. Два типа напряжений, возникающих в материале (или его части) по той или иной причине, не могут вызвать свободного изменения самого объема. Сопротивление тепловому удару наиболее подробно изучается в случае напряжений класса I.
Сопротивление тепловому удару обычно выражается с помощью стандартной формы, впервые использованной в 1894 году: R = прочность материала/напряжение, где R – стандартный знак сопротивления тепловому удару ❶. В настоящее время существует более 22 стандартов на стойкость огнеупорных материалов к тепловому удару для различных условий эксплуатации. Это означает, что выбор или создание материалов с требуемой стойкостью к тепловому удару для таких условий эксплуатации затруднен.
❶R – первая буква слова Resistance в английском языке.
 

 
Существуют различные точки зрения, описывающие сопротивление тепловому удару огнеупорных материалов при напряжениях класса I: теория сопротивления тепловому удару, в которой хрупкие объекты развиваются до максимального напряжения или так называемая «теория максимального напряжения»; двухступенчатая теория; структурная теория или теория фрагментов; статистическая теория или теория слабых связей и так далее.