Žárovzdorný materiál hutní keramika

Transkript

1 Žárovzdorný materiál hutní keramika Teploty tavení kysličníků tvořících základ žáruvzdorného materiálu (ŽVM) Chemický vzorec t C SiO Al 2 O Cr 2 O CaO ZrO MgO hranice žárovzdornosti ŽVM: C C > 2000 C Chemická povaha ŽVM: Kyselé SiO 2, Al 2 O 3, Al 2 O 3.SiO 2 dinas, kyselý šamot Zásadité CaO, MgO magnezit, periklas, dolomit, chrommagnezit Neutrální Cr 2 O 3, C šamot, korund, mullit, uhlík Minerály a horniny pro výrobu žárovzdorného materiálu Název Zástupný chemický vzorec Krystalová soustava Tvrdost* Hustota g/cm 3 Křemen SiO 2 < 573 C trigonální 7 2,65 > 573 C hexagonální Tridymit SiO 2 rhombická (pseudohexagonální) 2,25 > 130 C hexagonální Cristobalit SiO 2 tetraedrická (pseudokubická) 2,73 Zirkon ZrSiO 4 tetraedrická 7,5 3,98 4,86 ZrO 2.SiO 2 Šamot SiO 2 + Al 2 O 3 směs lupků (sedimenty organických látek), živcových jílů (silikáty Al) a zlomků Sillimanit Al 2 SiO 3 trigonální 6-7 3,24 Al 2 O 3.SiO 2 Andaluzit Al 2 SiO 5 rhombická 7,5 3,16 3,2 Kyanit Al 2 SiO 5 trigonální 4-7 3,56 3,67 Forsterit Mg 2 SiO 4 rhombická 3,2 2MgO.SiO 2 Mullit 3Al 2 O 3.2SiO 2 trigonální. trigonální (rhombická, čtverečná) Korund Al 2 O 3 trigonální 9 4,1 Uhlík C hexagonální 1 2,2 tetraedrická 10 3,5 3,6

2 Chromit FeCr 2 O 4 kubická 5,5 4,5 4,8 FeO.Cr 2 O 3 Magnezit MgCO 3 trigonální 4 4,5 2,96 3,12 Periklas MgO kubická 6 3,7 Dolomit CaMg(CO 3 ) 2 trigonální 3,5-4 2,8 2,9 Vápenec CaCO 3 trigonální 3 2,.6 2,8 Křemelina fytogenní sediment * Stupeň tvrdosti podle Mohsovy stupnice Složky ŽVM: ostřivo + pojivo + voda Teplotní přeměna minerálů na bázi SiO 2 Schéma přeměn při provozování ŽVM (střídavé zahřívání a ochlazování), vratné změny, alotropní modifikace minerálů α, β, γ, kdy pro vysoké teploty platí modifikace α a pro snížené nebo normální teploty platí modifikace β a γ. β křemen β cristobalit γ tridymit ρ = 2,65 g.cm 3 ρ = 2,73 g.cm 3 ρ = 2,25 2,28 g.cm C C 117 C α křemen α cristobalit β tridymit ρ = 2,60 g.cm 3 ρ = 2,2-2,35 g.cm 3 ρ = 2,24 g.cm C α tridymit ρ = 2,23 g.cm 3 Schéma přeměn při výpalu (výrobě) ŽVM, nevratné změny doprovázené překrystalizací, příp. ztrátou krystalizace. Při výpalu probíhá transformace vysokoteplotních modifikací α. β křemen 573 C α křemen t>1000 C α cristobalit t<1450 C ρ = 2,65 g.cm 3 ρ = 2,60 g.cm 3 ρ = 2,2-2,35 g.cm 3 α tridymit t>1470 C α cristobalit t>1750 C sklo ρ = 2,23 g.cm 3 ρ = 2,2-2,35 g.cm 3 (ρ = 2,2-2,38 g/cm 3 ) V případě dlouhodobého působení vysoké teploty, a to C, a současně působením mineralizátorů (CaO) dochází ve výše uvedeném schématu pro výpal k transformaci α křemene přímo na α tridymit. Při dlouhodobé vysokoteplotní expozici α tridymitu nad 1470 C dochází ke zpětné překrystalizaci na α crystobalit. Cílem výpalu je dosáhnout ve struktuře ŽVM co největší podíl α tridymitu. Při chlazení vyrobených tvarovek z ŽVM dochází p přeměně α modifikací na

3 Důsledkem teplotních přeměn báze SiO 2 jsou změny měrných hmotností ρ jednotlivých modifikací báze SiO 2. V důsledku toho dochází k objemovým změnám majícím za následek pnutí. Z výše uvedeného schématu teplotních přeměn při transformaci modifikací SiO 2 je patrné, že při vypalování a ochlazování ŽVM, kdy dochází ke změně měrné hustoty, tedy i objemu, stejně jako při provozování, je nutno dodržovat pomalé teplotní změny, aby nedocházelo k praskání zdiva. Při výpalu (výrobě) je nutno co největší podíl ŽVM převést do modifikace tridymitu. Přeměna křemen tridymit: objemová změna V = 16.7 %, lineární nárůst 5.6 % Přeměna křemen cristobalit: objemová změna V = 13.7 %, lineární nárůst 4.6 % Dinas odolává vysoké teplotě a méně odolává teplotním změnám. Šamot lépe odolává teplotním změnám a má nižší žárovzdornost. Seřazení ŽVM podle žárovzdornosti ŽVM Max. t C Materiálová skupina Korundový ŽVM Hlinité materiály Forsteritový ŽVM Magnezitové a chromitové materiály Chrommagnezit Magnezit-chromit Chromit Magnezit Mullit Hlinito-křemičité materiály Šamot s vyšším Al 2 O Šamot obyčejný a tvrdý Dinas Křemičité materiály Lehčený šamot Lehčené materiály Kyselý šamot 1600 Hlinito-křemičité materiály Lehčené a izolační žárobetony Lehčené materiály Použití ŽVM v hutních provozech Koksovny Dinasové tvárnice, 95 % SiO 2 : žárovzdornost 1400 C, horší odolnost proti teplotním změnám topné stěny koksových komor Šamotové tvárnice: žárovzdornost 1200 C, lepší odolnost proti teplotním změnám regenerátory, dveře koksovacích komor, stěny koksovacích komor v okolí dveří, plnicí otvory u baterií se sypným provozem (místa, kde je větší fluktuace teplot)

4 Výměníky tepla: Regenerátory: horní část dinas, dolní část (2/3) šamot; žárovzdorné zdivo je postaveno tak, aby vytvořilo propustné kanálky; prostorem regenerátoru proudí spaliny odevzdávající teplo keramice, pak po změně provozního cyklu proudí ohřívané médium odebírající teplo; cyklický provoz Rekuperátory: trubkový ocelový nebo keramický výměník tepla v trubkách proudí ohřívané médium, vně trubek proudí spaliny rekuperátory protiproudé, souproudé, příčné spojitý provoz Malty: křemičité pro dinasové cihly šamotové pro šamotové cihly Žárobeton: dveře, spalinové odtahy výroba z portlantského cementu a ŽVM namísto písku nebo štěrku max C Vysprávkové hmoty: za tepla a za studena, stříkání, torkretování Teplotní profil VP Vysoké pece Dno nístěje: Tloušťka až 5,5 m, např. VP 2400 m 3 v Košicích 4.15 m Namáhání ŽVM: ferostatický tlak, vysoká teplota, chemické působení tavby a eroze Vyzdívka: C-hmota = drcený koks + bezvodý dehet Dusání po pásech tloušťky 10 mm, v kolmých vrstvách, při teplotě 70 C Chlazení dna: Rošty s proudícím vzduchem nebo vodou (ČR voda)

5 Stěny nístěje: Tloušťka dole 1500 mm, nahoře 350 mm Vyzdívka: C-výduska, mimo výfučny (protože C-výduska neodolává oxidaci) Odpichové otvory a výfučny: Vyzdívka: Kombinace C a vysoce hlinitého šamotu V otvoru: Ucpávková hmota Sedlo: Tloušťka mm Vyzdívka: Tvárnice z vysoce hlinitého šamotu (45 60 % Al 2 O 3 ), někdy C-tvárnice Rozpor a šachta: Největší erozní opotřebení, proto 2-3 x oprava za 1 kampaň Tlustostěnná vyzdívka do 1050 mm Polotlustostěnná vyzdívka mm nejčastější Tenkostěnná vyzdívka mm Vyzdívka: šamot Chladnice: vyměnitelné klíny, voda C nebo odparné chlazení 100 C. Chlazení se nepoužívá v horní třetině šachty a na sazebně. Vyústění vody z chladnic přes plášť VP do externího vodního systému se zásobníkem, chlazením, čerpadlem a úpravou (demineralizací). Ohřívače větru Ohřívače větru s vnitřní a vnější spalovací šachticí. U jedné VP bývají postaveny 3 4 ohřívače větru. 2 ohřívače vyhřívají zdivo, 1 2 ohřívače ohřívají vzduch. Vyzdívka: šachta vysoce hlinitý šamot kupole dinas (1600 C) Mísiče Klasifikace mísičů: akumulační statické předzkujňovací aplikace rudy, vápna) pojízdné Funkce mísičů: kumulace taveb dle kapacity ocelárny, přeprava surového železa do ocelárny, teplotní a chemická homogenizace taveb, někdy předzkujňování Obsah t Životnost vyzdívky 0,5 2 roky Vyzdívka: ve styku s ocelí a struskou (80 % výšky) magnezit horní část šamot vylévací otvor C-výduska

6 Bessemerův konvertor Stěna: % SiO 2 křemen nebo pískovec + žárovzdorná hlína (pojivo) Vyzdívka pěchovaná nebo vyzděná tvárnicemi Životnost vyzdívky 1000 taveb Dno: pěchované nebo vyzděné tvárnicemi Životnost kyselého dna taveb (menší životnost na okrajích u stěn) Výfučny ve dně: Ø mm, kusů chromit nebo vysoce hlinitý šamot Thomasův konvertor Stěna: Dolomit nebo magnezit + dehet (pojivo) Vyzdívka pěchovaná nebo vyzděná tvárnicemi Životnost vyzdívky taveb Dno: pěchované Životnost dna taveb Kyslíkové konvertory Stěna: ochranná vrstva mm, magnezitové cihly mezivrstva mm, dehtodolomitová nebo dehtodolomitomagnezitová výduska pracovní vrstva mm... 1 vrstva > 400 mm... 2 vrstvy Dno: spodní vrstva, dehtodolomitová výduska šamotové cihly pracovní vrstva, magnezitové cihly, několik vrstev, mm Životnost taveb Spotřeba ŽVM 10 kg/t oceli, při recyklaci ŽVM 5 kg/t oceli Elektrické obloukové pece (EOP) Dno: tloušťka mm 1. vrstva: Izolační cihly na plocho, pěnový šamot 2. vrstva: Šamotové cihly 3. vrstva: Magnezitové cihly, střídavé vrstvy naplocho, kolmo, spára <1 mm, magnezitový zásyp, na sucho 4. vrstva: pracovní, mm, pěchovaná, dolomit nebo magnezit (zrnitost 0,2 10 mm), bezvodý dehet (pojivo) Životnost nístěje taveb pro EOP 5 10 t 300 taveb pro EOP 40 t Životnost se zvýší, jestliže se EOP orientuje na výrobu stejných značek ocelí. Také tavby z Cr oceli zlepšují životnost ŽVM. Stěny: do tloušťky 500 mm 50 % magnezit + 50 % dolomit + bezvodý dehet, zrnitost do 10 mm Cihly: životnost 300 taveb, ale doba vyzdívání 2 3 dny

7 Výduska a pěchované bloky: životnost 100 taveb, ale doba vyzdívání 6 10 hod. Víko: Značné teplotní změny při sázení Speciální tvarovky z dinasu nebo chrommagnezitu. Dinas je hutnější a lehčí, ale má nižší bod tání než zásadité ŽVM. Nesmí dojít k natavování a stékání do strusky, protože by se snížila zásaditost tavby. Životnost dinasu 90 taveb. Životnost chrommagnezitu taveb. Střední část víka je více teplotně namáhána než okraje kombinovaná vyzdívka, ale při vyzdívání nutno pamatovat na různou tepelnou roztažnost materiálů. Musí se kombinovat materiály, jejichž roztažnost se vykompenzuje smršťováním nebo minimální roztažností jiných materiálů, příp. se musí vyzdívat s dilatačními spárami. Licí pánve Stěny a dno: Výlevky ve dně: Zátková tyč: 1. vrstva: Izolační, pórovitý cement 2. a 3. vrstva: Pracovní, šamotové cihly, někdy kyselá výduska Životnost 8 15 taveb Sušení C Ø mm, zabudování do dna shora nebo zdola šamot nebo magnezit po každém lití se vyměňují šamotové trubky vlastní zátka: šamot, šamotografit nebo Zr0 2 Ohřívací pece (Typologie) Pece komorové: Pece průběžné: Pece hlubinné: Pece poklopové: s vodorovnou nístějí s nakloněnou nístějí štěrbinové vozové (s výjezdnou nístějí) konvejerové strkací (nárazové) pokulovací krokové karuselové (s otočnou nístějí) regenerátorové rekuperátorové pro tepelné zpracování Autoři doporučované literatury k prostudování (Cvrček, K.), Červený, E., Franek, T., Hašek, P., Kollerová, M., Kremer, R., Pejčoch, O., Procháska, Sommer, B., Vlček, J.

8