Производство полукислых огнеупоров

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

 

 

Задание №2

на выполнение курсового проекта по дисциплине

«Технология теплоизоляционных материалов»

Студенту____Губкиной А.Е.________________________________________

Группы ______ПСМ-476____________________________________________

Тема проекта _«Производство полукислых огнеупоров»_________________

 

Содержание проекта:

- Пояснительная записка  объемом 20-25 страниц

- Графическая часть

 

Содержание пояснительной  записки:

Введение

1 Характеристика сырьевых материалов

2 Технология производства

   2.1 Технологическая схема  производства

   2.2 Описание технологической схемы производства

3 Требования, предъявляемые к готовой продукции

Заключение

Список используемой литературы

 

Дата выдачи задания: 10 марта 2011г.

Срок защиты: 4 мая 2011 г.

Руководитель: канд.техн.наук, доц. Чмшкян Н. Д.________________________

Задание принял к исполнению_______________________________________

 

 

 

Содержание

Введение……………………………………………………………………………	3
1 Характеристика сырьевых  материалов………………………………………...	5
2 Технология производства……………………………………………………….	14
2.1 Технологическая схема производства………………………………………	14
2.2 Описание технологической  схемы производства………………………….	14
3 Требования, предъявляемые к готовой продукции …………………………..	28
Заключение………………………………………………………………………….	32
Список используемой литературы………………………………………………..	33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Огнеупорами называются неметаллические материалы, предназначенные для использования в условиях высоких температур в различных тепловых агрегатах и имеющие огнеупорность не ниже 1580 °С.

Огнеупорностью называют способность материалов сохранять без существенных нарушений свои функциональные свойства (прочность, теплопроводность и др.) в разнообразных условиях при высоких температурах.

Еще на заре человечества с получением огня появилась необходимость в огнеупорных материалах. В результате тысячелетий развития человеческого общества и его культуры огнеупорные материалы стали основой грандиозных сооружений - современных доменных, сталеплавильных, медеплавильных, цементно-обжигательных, стекловаренных и других печей, без продукции которых немыслима жизнь цивилизованного общества. Без огнеупоров нет другого практически приемлемого способа ограничить распространение тепла в окружающую среду и поддерживать длительное время высокие температуры в больших объемах различных печей. Огнеупоры в этом случае используются как высокотемпературные теплоизоляторы. В других случаях, наоборот, огнеупоры должны обладать высокой теплопроводностью. Огнеупоры могут применяться при высоких температурах и как проводники электрического тока, и как электроизоляторы.

Многообразие условий  службы обусловило необходимость организации промышленности по производству различных огнеупорных материалов, создание большого и непрерывно увеличивающегося ассортимента огнеупоров.

 

 

 

 

 

 

 

1 Характеристика сырьевых материалов

Полукислыми, или низкомуллитовыми, называют огнеупорные изделия с содержанием менее 28% А1₂О₃ и более 65% SiО₂, изготовленные путем обжига сырца, сформованного из огнеупорных глин или каолинов, отощенных обычно шамотом из полукислых глин и первичных каолинов, а также кварцевым песком, молотым кварцитом и кварцевым перлитом.

Полукислые изделия в зависимости от исходного сырья делят на кварцекаолиновые, изготовляемые из первичных, естественно отощенных примесью кварца, каолинов с добавкой или без добавки огнеупорной глины в качестве связки, и на кварцеглинистые, получаемые из полукислых или основных огнеупорных глин с добавкой или без добавки шамота, кварцевого песка, молотого кварцита и т. п.

По количеству шамота в массе различают бесшамотные и малошамотные изделия, когда количество шамота в массе не превышает 20—30%; шамотные—с содержанием шамота 40—65% и многошамотные—с содержанием его более 80%.

Огнеупорной основой полукислых огнеупоров являются муллит 3 Al₂О₃∙2 SiО₂ и кристобалит SiО₂ (частично корунд А1₂О₃). Полукислые и каолиновые огнеупоры входят в группу алюмосиликатных, или глиноземокремнеземистых, огнеупоров системы А1₂О₃—SiО₂.

Огнеупоры алюмосиликатной группы являются самыми распространенными: они у нас составляют ~72%, в США 75% и в Японии 68% от всех огнеупорных изделий.

1. Огнеупорные глины и каолины

Огнеупорными глинами называют землистые обломочные горные породы осадочного происхождения, которые состоят в основном из высокодисперсных гидроалюмосиликатов, дают с водой пластичное тесто, сохраняющее при высыхании форму, и приобретают после обжига прочность камня. Кроме пластичных огнеупорных глин, в природе встречаются камневидные или сухарные глины, не образующие с водой пластичного теста. Такие глины называют сухарями, кремневками, флинтами и т. п.

Главнейшие первичные породы, из которых образовались огнеупорные глины и каолины, - граниты и гнейсы. При выветривании сначала происходит их распад на составляющие минералы — кварц, слюду и полевые шпаты, затем под действием водных растворов углекислоты более глубокое разложение двух последних материалов. Полевой шпат, например, разлагается по следующей вероятной схеме:

K₂О∙Al₂О₃∙6SiО₂ + 2Н₂О + СО₂ →

       ^{полевой шпат}

→Al₂О₃∙2SiО₂∙2H₂О + К₂СО₃ + 4SiО₂

               ^{каолинит}

К₂СО₃ как растворимое соединение вымывается; остальные продукты реакции образуют горную породу, называемую каолином.

Основным слагающим каолин минералом является каолинит Al₂О₃∙2SiО₂∙2H₂О. Кроме каолинита, при выветривании полевых шпатов и слюд образуются и другие гидроалюмосиликаты: галлуазит Al₂О₃∙2SiО₂∙4H₂О, пирофиллит Al₂О₃∙4SiО₂∙H₂О, монтмориллонит Al₂О₃∙4SiО₂∙nH₂О, монотермит 0,2Me₂О∙Al₂О₃∙3SiО₂∙1,5H₂О+aq.

Из этих минералов только монотермит, подобно каолиниту, является минералом, образующим большие месторождения огнеупорных глин; монтмориллонит слагает бентониты, не относящиеся к огнеупорным материалам; пирофиллит,   хотя и встречается в больших скоплениях, имеет пока значение только для тонкокерамической промышленности; галлуазит и аллофан — редкие примеси в глинах и каолинах.

Каолины, оставшиеся на месте разрушения первичных горных пород, называют первичными в отличие от вторичных, перенесенных водными или воздушными потоками и переотложенных на более или менее далеком расстоянии от места образования. Месторождений таких каолинов сравнительно мало.

Огнеупорные глины отличаются от вторичных каолинов большей загрязненностью и более высокой дисперсностью. Так, например, содержание соединений железа во многих каолинах не превышает десятых долей процента, а в огнеупорных глинах оно доходит до 3—5%; содержание К₂О, Na₂О, CaO, MgO и др. в каолинах в общей сложности редко достигает 1 —1,5%, в огнеупорных же глинах оно часто составляет 3—4%.

В каолинах обычно встречаются остатки горных пород, из которых образовался каолинит (кварцевый песок, гравий, полевые шпаты, слюды). Эти примеси не содержатся или содержатся в существенно меньшем количестве в огнеупорных глинах. В каолинах большая часть примесей легко удаляется путем обогащения, так что содержание каолинита в них может быть доведено до 95—98%; глины же трудно поддаются обогащению.

Механические примеси  песка, пирита и другие примеси целесообразно отделять от глины при добыче гидроспособом. По этому способу глину на карьере размывают водой под большим давлением. Из получающейся суспензии с влажностью 65—70% примеси выпадают, а отстоявшуюся глину экскаватором берут в производство.

Различия в образовании  глин настолько велики, что, несмотря на большое их количество, трудно найти глины разных месторождений с одинаковыми во всех отношениях составом и свойствами [1].

1.2 Зерновой,   химический   и   минеральный составы огнеупорных  глин и каолинов

Глины и каолины относят  к полидисперсным материалам. Они  не однородны по составу и свойствам. Фракция глин 0,01-0,005 мм имеет обломочный характер; минеральный (и химический) состав этой фракции определяется составом пород, при выветривании которых образовались данные глины. В их состав входят кварц, полевые шпаты, слюды и тяжелые минералы: гранат, магнетит, пирит, марказит, циркон и др. Фракция 0,005-0,001 мм является промежуточной, в ней содержатся обломочный материал и продукты химического разложения первичных горных пород. В материалах фракции мельче 0,001 мм первичные продукты механического выветривания горных пород обычно не содержатся. Фракция мельче 0,001 мм состоит из продуктов химического выветривания - каолинита, монотермита и других алюмосиликатов, ее называют глинистой субстанцией. По содержанию глинистой субстанции определяют пластичность глин. Чем больше фракции мельче 0,001 мкм содержится в глине, тем она пластичнее, обладает большим водозатворением, связанностью и лучше спекается.

Зерновой состав. Частицы каолина имеют форму пластинок, листочков или чешуек толщиной около 0,72 нм. Эти листочки и чешуйки плотно соединяются друг с другом своими широкими плоскостями, образуя призмы и червеобразные сростки, или находятся раздельно, имея размеры, одинаковые с коллоидными частицами. Этим и объясняется, что собственно глинистое вещество обладает свойствами коллоидов.

В соответствии с ГОСТ 9169 [2] глины по содержанию тонкодисперсных фракций делят на четыре основные группы, в которых основным классификационным признаком является содержание фракций мельче 10 мкм и мельче 1 мкм. Глины, содержащие более 85 % фракции мельче 10 мкм, в том числе более 60 % фракции мельче 1 мкм, считаются высокодисперсными. Соответственно, глины, содержащие эти фракции в количествах менее 30 и 15%, относятся к грубодисперсным. Зерновой состав глин (одного и того же типа) характеризуется большими отклонениями. Глины с содержанием 50-60 % фракции мельче 0,001 мм относят к тонкодисперсным.

Химический состав. В природе никогда не встречаются каолины и огнеупорные глины с составом, точно отвечающим формуле каолинита Al₂О₃∙2SiО₂∙2H₂О.

Основные примеси в каолинах и огнеупорных глинах: свободные кремнезем и глинозем, коллоидный кремнезем, оксиды щелочных и щелочноземельных элементов, соединения железа, титана и других металлов, органические примеси в виде углистых включений, гумусовых кислот и др. Содержание SiО₂ в огнеупорных глинах и каолинах достигает до 70 % и более. Кремнезем как примесь в глинах находится обычно в виде кварцевого песка, снижающего пластичность и огнеупорность глин, повышающего температуру их спекания, обусловливающего в некоторых случаях разрыхление глин при обжиге в условиях высоких температур.

По содержанию глинозема Al₂О₃ (в прокаленном состоянии) глины подразделяют на высокоосновные (>40 %), основные (28-40 %), полукислые (15-28 %) и кислые (<15 %). При увеличении содержания глинозема в огнеупорных глинах повышается их огнеупорность. Глинозем в глинах содержится связанным в каолините, в других гидроалюмосиликатах, а иногда в виде гидратов глинозема. Неорганические примеси снижают огнеупорность глин и каолинов, и поэтому их называют плавнями. Количество примесей в огнеупорных глинах обычно не превышает 7%. Плавнями могут быть соединения железа, кальция, магния, калия, натрия, титана и др. Железо в глине содержится в виде минералов, пирита FeS₂, сферосидерита и гидроксидов. Особенно вредными, подлежащими удалению примесями являются пирит и марказит, когда они находятся в виде образований размерами до 3-5 см и выше. Мелкие зерна пирита (< до 2 мм) образуют на изделиях при обжиге выплавки и мушки. Другие примеси железа, как правило, тонкодисперсны, распределены более равномерно и поэтому менее вредны, чем пирит и марказит. Содержание железа в пересчете на Fe₂О₃ в огнеупорных глинах составляет 0,5-3,5 %, в каолинах оно не превышает 1,5 %.

Щелочи встречаются в глинах чаще всего в виде слюды K₂О∙3Al₂О₃∙6SiО₂∙2H₂О, реже в виде полевых шпатов Na₂О∙Al₂О₃∙6SiО₂ и K₂О∙Al₂О₃∙6SiО₂, а в глинах некоторых месторождений входят в состав основного минерала, например монотермита 0,2Me₂О∙Al₂О₃∙3SiО₂∙1,5H₂О+aq. Щелочи в глинах содержатся в количестве 0,5-3,5 %.

Довольно распространенной примесью в огнеупорных глинах является ТiО₂, чаще всего присутствующая в виде минерала рутила. Содержание ТiО₂ составляет 0,5-2,0%. Обычными примесями в глинах служат СаО и MgO. Их суммарное содержание составляет 0,1-1,50 %. Из органических примесей в глинах присутствуют каменный уголь, торф и др.; при содержании их в количестве 10-15 % глины называют углистыми.