Základy technológie výroby ŽM D I N A S

Prezentace na téma: "Základy technológie výroby ŽM D I N A S"— Transkript prezentace:

1 Základy technológie výroby ŽM D I N A S
Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Základy technológie výroby ŽM D I N A S doc. Ing. Gabriel Sučik, PhD. spracované podľa: J. Staroň a F. Tomšů: Žiaruvzdorné materiály – výroba, vlastnosti a použitie Hanykýř, V., Kutzendörfer, J.: Technologie keramiky

2 Technická univerzita v Košiciach
H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece DINAS je žiaruvzdorný materiál obsahujúci najmenej 93% SiO2 najmä vo forme tridymitu a kristobalitu. Podľa normy sa označuje SL93 Oxid kremičitý – SiO2 je spolu s oxidom hlinitým najrozšírenejším oxidom zemskej kôry (Si-Al). Charakteristickou vlastnosťou oxidu kremičitého je jeho polymorfia spočívajúca v displacívnych a rekonštrukčných teplotných premenách. Kremenné sklo prepúšťa UV žiarenie. monokryštál kremenné sklo

3 Polymorfné premeny oxidu kremičitého
Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Polymorfné premeny oxidu kremičitého premeny nízkoteplotných modifikácií na vysokoteplotné sú displacívne a vratné premeny vysokoteplotných foriem sú rekonštrukčné a nevratné rekonštrukčné premeny sú energeticky náročnejšie ako displacívne b-kremeň a-kremeň a-tridymit a-kristobalit kremenné sklo 870°C 1470°C 1728°C b-tridymit g-tridymit b-kristobalit 200 – 270°C 1025°C 573°C 117°C 163°C displacívne rekonštrukčné 1660°C

4 Polymorfné premeny oxidu kremičitého
Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Polymorfné premeny oxidu kremičitého teplota topenia kremeňa je 1660°C teplota topenia kristobalitu je 1726°C Odsklenenie kremenného skla je proces, pri ktorom vplyvom dlhodobého ohrevu pri teplotách v oblasti stability tridymitu dochádza k rekryštalizácii sklenej fázy najprv na kristobalit, potom na tridymit. Spúšťačom je vznik zárodkov kristobalitu, ktorý môže byť zapríčinený koróziou vonkajšieho prostredia. Polymorf Kryštálová sústava Hustota [g.cm-3] n b-kremeň trigonálna 2.65 1.544 a-kremeň hexagonálna 2.53 g-tridymit rombická 2.26 1.473 b-tridymit 2.29 a-tridymit 2.22 b-kristobalit tetragonálna 2.33 1.487 a-kristobalit kubická 2.21 kremenné sklo sklo 2.203 1.460

5 Polymorfné premeny oxidu kremičitého
Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Polymorfné premeny oxidu kremičitého Rozmerové zmeny pri ohreve zmena objemu a dĺžky – vplyv na prevádzkové parametre vymuroviek Premena modifikácie V [%] b-kremeň  a-kremeň 0.86–1.0 a-tridymit 14.4–16.0 a-kristobalit 15.4–17.4 g-tridymit 0.4–0.5 b-kristobalit 2.7–3.0 kremenné sklo -0.9

6 Hydrotermicky z amorfného SiO2
Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Polymorfné premeny oxidu kremičitého Polymorf Syntéza Podmienky prípravy Hustota [g.cm-3] Keatit Hydrotermicky z amorfného SiO2 400–500°C, 80–130MPa 2.50 Coesit Žíhaním SiO2 600°C, 3GPa 2.93 Stišovit Žíhaním n.H2SiO3 1200–1400°C, 1.6GPa 4.35 Vláknitý Z SiO(g) 1200–1400°C 1.98 Suprapiezosklovitý Z kremenného skla 3.5GPa 2.61

7 SUROVINY Technická univerzita v Košiciach
H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece SUROVINY kryštalické kremence – polydisperzné a monodisperzné, tmelové kremence – najkvalitnejšia surovina z kryštálov 0.04 – 0.6 mm spojených tmelovou kremičitou hmotou s kryštálmi 0.3 – 2 m. Podiel tmelu je 30 – 80 %. buližníky (silicit) a piesky – obmedzené použitie vzhľadom na vyšší obsah prímesí dinasové zlomky pomocné suroviny – CaO, sulfitový výluh, melasa mineralizátory – (FeO, MnO a CaO) ovplyvňujú premenu kremeňa na tridymit Chalcedonický kremenec je jemnokryštalická odroda SiO2 Kryštalický Tmelový SiO2 [%] 96 – 98 97 – 98 96 Al2O3 [%] 0.2 – 0.5 0.2 – 0.6 1.8 TiO2 [%] 0.5 – 1.8 1.1 Veľkosť kryštálov [m] 5 –100 100 – 300 40 – 600 t [g.cm-3] 2.67 2.64 po 1450°C 2.48 2.38 2.35 a [%] 3 2 1.2 6 – 10 16 Buližník (silicit) je tvrdá sedimentárna kremičitá hornina pochádzajúca z telesných schránok mikroorganizmov, môže obsahovať grafit

8 s veľmi pomalou premenou
Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece SUROVINY – kritériá hodnotenia surovín Kremence chemické zloženie; SiO2 95 – 99 %, minimum Al2O3 a alkálií spôsob premeny – sleduje sa zmena hustoty s teplotou žíhania žiaduca je rovnomerná a pomalá premena v širokom teplotnom intervale Nárast objemu v úzkom teplotnom intervale spôsobuje počas teplotného spracovania mechanické napätia v materiály, preto sa hrubokryštalické a chalcedonické suroviny miešajú s kvalitnejšími so širším rozsahom teplôt premeny. Cieľom termickej úpravy kremičitých surovín je ich premena na tridymit a kristobalit, čo je u väčšiny surovín spojené s poklesom hustoty na štandardnú hodnotu 2.3 g.cm-3, nárastom objemu o 14 – 17% a pórovitosťou < 5%. Kremence (1450°C/4hod.) Hustota [g.cm-3] s rýchlou premenou < 2.40 so strednou premenou 2.40 – 2.45 s pomalou premenou 2.45 – 2.50 s veľmi pomalou premenou >2.50

9 Výroba tvarovaných stavív – DINAS Banská Belá
Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Výroba tvarovaných stavív – DINAS Banská Belá Závod Dinas Banská Belá bol vybudovaný v rokoch za účelom využitia surovinovej základne pre výrobu dinasových stavív na lome Šobov. Závod bol spustený do trvalej prevádzky Počas 55-ročnej prevádzky závod rozšíril uplatnenie vyrábaných dinasových stavív nielen v Siemens-Martinských peciach a koksárenských batériách ale aj sklárskom priemysle, ohrievačoch vzduchu vysokých pecí a pre veká elektrických oblúkových pecí. Za posledných 25 rokov závod využíva svoje lisovacie a vypaľovacie kapacity aj pre výrobu magnezitových a feolitových stavív, ktoré našli svoje uplatnenie nielen v hutníctve, ale aj ako tepelnoakumulačná výplň elektrických akumulačných pecí.

10 Výroba tvarovaných stavív
Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Výroba tvarovaných stavív Ťažba rúbaniny Odstraňovanie nečistôt z ťažby, íly, zemina, organické nečistoty Čistenie a pranie Mletie na zrnitosť pre q = 0.5 – 0.8, pre tvarovacie zmesi sa používa q < 0.4 Mletie a úprava zrnitosti Sulfitový výluh sa pridáva ako spojivo pre studenú pevnosť a CaO pre dosiahnutie mechanickej pevnosti po výpale. Dodáva sa vo forme vápenného mlieka alebo práškového Ca(OH)2. Obsah CaO v stavivách sa pohybuje od 1.5 do 3% + CaO a sulfitový výluh Protiprúdny, uzavretý miešač s vážiacim zariadením pre dávkovanie jednotlivých frakcií Miešanie lisovacej zmesi Zmesi s vlhkosťou 4 – 5 % sa tvarujú tlakmi 30 – 50 MPa. V porovnaní s bázickými materiálmi je pomer a/b v Berežného rovnici pre kremenné materiály 6 – 7. Lisovanie Sušenie prebieha v komorových alebo priebežných sušiarňach vyhrievaných odpadovým teplom z chladiaceho pásma TP Sušenie Teplotný režim výpalu je nastavovaný podľa typu použitej suroviny na základe laboratórnych a prevádzkových skúšok. Celkový lineárny nárast je zvyčajne 2 – 3.5 % a konečná hustota 2.31 – 2.4 g.cm-3 Výpal Chladí sa postupným znižovaním príkonu pece až na teplotu 350°C Chladenie

11 Výroba tvarovaných stavív – technologická schéma
Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Výroba tvarovaných stavív – technologická schéma Sklad kremenca Vápno Drvenie Drvenie Zásobník drviny 0–60 mm Zásobník CaO 0–50 mm Hasenie CaO Mletie drviny 0–60 mm Zásobník Ca(OH)2 Zásobník sulfitového výluhu Mletie múčky < 90 m Zásobník jemnej drviny Zásobník vápenného mlieka Zriedený sulfitový výluh Zásobník mletých zlomkov Miešanie Lisovanie Sušenie Výpal Sklad výrobkov

12 Výroba tvarovaných stavív – výpal
Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Výroba tvarovaných stavív – výpal výpal prebieha v priebežných tunelových peciach, predtým vo vozokomorových peciach dĺžka pecí je okolo 200 m doba výpalu sa pohybuje medzi 160 až 330 hodín teplota výpalu v rozsahu 1430 – 1470°C pomalé chladenie na teplotu 350°C Úloha matrixu obsahuje všetky pomocné suroviny (CaO, mineralizátory a kvapalné spojivo) vytvára mechanickú väzbu medzi zrnami hrubej frakcie má hlavný podiel na kontrakcii tvarovky je zdrojom komponentov pre tvorbu taveninovej fázy má kľúčový vplyv na premenu kremeňa na tridymit a kristobalit

13 Vlastnosti dinasu Technická univerzita v Košiciach Fázové zloženie
H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Vlastnosti dinasu Fázové zloženie SiO2–CaO–Al2O3 SiO2 je hlavnou zložkou CaO je spojivom Al2O3 je nečistotou zvyšujúco podiel taveniny; Na2O+K2O+Al2O3 max. 0.5%

14 Obsah taveniny pri 1650°C v [%]
Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Vlastnosti dinasu % taveniny SiO2 [%] Al2O3 CaO TiO2 12.8 97.5 0.8 1.7 - 9.0 97.7 0.3 2.0 9.9 95.9 1.8 Fázové zloženie SiO2–TiO2 TiO2 má podobné účinky ako Al2O3. V dinase sa vyskytuje ako minerál titanit CaO.TiO2.SiO2. Fe2O3 S rastúcim podielom FeO:Fe2O3 klesá podiel kvapalnej fázy Cr2O3 Jeho prítomnosť zvyšuje odolnosť dinasu proti železitým troskám FeO+Fe2O3 [%] Obsah taveniny pri 1650°C v [%] Cr2O3 0% 5% 10% 10 14.6 20 28.8 30 43.3 25

15 Vlastnosti dinasu Technická univerzita v Košiciach
H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Vlastnosti dinasu odolnosť voči náhlym zmenám teplôt odolnosť voči kyslým ale aj amfoterným troskám vysoká odolnosť voči oteru vysoká únosnosť v žiare a odolnosť proti tečeniu Druh SiO2 [%] Al2O3 CaO t t [g.cm-3] L D ex 0.4 – 0.8 2 - 3 <23 1.2 DV <0.6 2 – 2.5 <24 <2.34 1.3 DH 500 <1.5 <18 <2.38

16 Technická univerzita v Košiciach
H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece koksárenské batérie ohrievače vetra (Cowperove a Kaluginove regenerátory) sklárske pece

17 Kremenné sklo SiO2–kremeň SiO2 – sklo Technická univerzita v Košiciach
H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Kremenné sklo SiO2–kremeň SiO2 – sklo Hustota Teplotná rozťažnosť Tepelná vodivosť Modul pružnosti 2,2 g.cm-3 0, K-1 1,38 W.m-1.K-1 73 GPa