Изделия из Стекла Тольятти

Продажа товаров и услуг на Adverno Тольятти. Частные объявления и

Рязанов С. А., Хлыстов А. И. Классификация и области применения алюмотермитных СВС-огнеупоров. В сб.: Прогрессивные технологические и инвестиционные процессы в строительстве. Выпуск 4. Часть 2/ Издательство Российской инженерной академии. – М., 2003. С. 94-102.

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

АЛЮМОТЕРМИТНЫХ СВС-ОГНЕУПОРОВ

Современные технологические процессы осуществляемые с использованием различных тепловых агрегатов предъявляют все более высокие требования к футеровке их рабочего пространства. В связи с этим весьма перспективны технологические процессы получения оксидных огнеупоров с помощью экзотермических алюмотермитных реакций, осуществляющихся в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Исходная алюмотермитная (далее АТ) смесь разогревается в печи до 850-950ºС , после чего происходит локальное самовозгорание смеси. Из очага возгорания по всему объему АТ-смеси последовательно проходит волна горения, сопровождающаяся синтезом конечного АТ-огнеупора. Основное преимущество алюмотермитных СВС-огнеупоров по сравнению со спеченными огнеупорами зернистой структуры – высокая коррозионная стойкость в металлических расплавах, шлаках , расплавах стекол и других агрессивных средах.

Выделяют следующие основные группы АТ-огнеупоров:
- плавлено-литые огнеупоры,
- кладочно-сварочные растворы,
- обмазки,
- бетоны,
- набивные массы.
Плавлено-литые АТ-огнеупоры получают литьем в формы оксидного расплава, полученного в результате прохождения АТ-реакции. В данном случае вся исходная смесь плавится.
Вся исходная смесь кладочно-сварочного раствора также переходит в расплав при горении. Образующийся оксидный расплав сваривает поверхности фасонных огнеупоров, из которых выполняется футеровка теплового агрегата. Полученная монолитная футеровка обладает повышенной стойкостью, поскольку исключено выпадение кирпичей из арок, сводов, стен при ударных нагрузках. Структура кладочно-сварочных растворов отличается от структуры плавлено-литых АТ-огнеупоров. Литые АТ-огнеупоры имеют незначительную пористость. Структура кладочно-сварочных растворов напротив, крупнопористая, напоминающая керамическую пену.
Обмазки применяют для нанесения защитных покрытий на поверхность обычных огнеупоров. При горении обмазки в расплав переходит 65-80% исходной смеси. Слой обмазки должен быть достаточно прочно сварен с футеровкой. Т.е. при горении должно образоваться достаточное количество расплава. И в то же время обмазка при горении не должна стекать с поверхности футеровки. Это обеспечивается введением в исходную смесь армирующего наполнителя определенного фракционного состава.
Бетоны используются для изготовления изделий, для заполнения полостей в футеровке печей и для изготовления крупногабаритных элементов футеровки непосредственно на месте их установки. При горении в расплав переходит 65-50% исходной смеси. При горении бетона исходная форма изделий должна полностью сохраняться. В случае изготовления фасонных огнеупорных изделий необходимо предотвратить приваривание изделия к футеровке обжиговой печи во время горения. Это обеспечивается введением в исходную смесь армирующего наполнителя определенного фракционного состава.
Бетоны и обмазки после горения представляют собой композиционные материалы с пористой керамической матрицей и керамической армирующей фазой. Такие огнеупоры называются алюмотермитные композиционные материалы (АТКМ). Цели использования бетонов и обмазок различны, но их конечные структуры близки.
При горении набивных масс плавится менее 50% исходной смеси. Структура набивных масс после горения ближе к структуре спеченных материалов. Это следствие небольшого количества оксидного расплава, образующегося при горении. Набивные массы используются для футеровки индукционных тигельных печей.
Исходные смеси для получения АТ-огнеупоров содержат следующие основные функциональные составляющие: термитная составляющая, балласт и армирующий наполнитель. В состав большинства смесей также входит связующее. Наличие функциональных составляющих в различных видах АТ-огнеупоров представлено ниже:
Плавлено-литые АТ-огнеупоры: термитная составляющая и балласт.
Кладочно-сварочные растворы: термитная составляющая , балласт и связующее.
Обмазки, бетоны и набивные массы: термитная составляющая , балласт , армирующий наполнитель и связующее .
Термитной составляющей является стехиометрическая смесь алюминия, оксидов и солей кислородсодержащих кислот, непосредственно участвующих в АТ-реакции. Наиболее часто в состав термитной составляющей входят алюминий, оксиды железа и хрома, а также карбонаты кальция и магния. Тепло, выделяющееся во время АТ-реакции , расходуется на образование оксидного расплава и на образование поверхности раздела между расплавом и армирующим наполнителем или свариваемыми поверхностями огнеупорных изделий. Количество термитной составляющей должно быть достаточным для обеспечения необходимого теплового баланса.
Тепловой эффект реакции востановления оксидов железа выше чем у оксида хрома. Однако, использование только оксидов железа нежелательно в большинстве случаев т.к. оксиды железа образуют с алюмосиликатами легкоплавкие эвтектики и комплексные соединения, которые значительно снижают огнеупорность АТ-огнеупора. Источником оксида кремния могут быть как балласт, так и армирующая фаза. Если оксид кремния содержит армирующая фаза, то легкоплавкие фазы образуются в первую очередь по границам раздела.
Балласт это мелкодисперсная смесь инертных оксидов, полностью переходящих в расплав. Термитная составляющая и балласт формируют матрицу АТКМ. В состав балласта входят инертные оксиды и другие соединения, содержащиеся в железных и хромитовых рудах помимо оксидов железа и хрома. Если термитная составляющая содержит только чистые оксиды железа и хрома балласт может формироваться искусственно, например из алюмосиликатов или карбонатов. В любом случае температура плавления и фракционный состав балласта должны обеспечивать полное растворение частиц в расплаве матрицы.
 Наличие в смеси балласта обусловлено следующим. Поскольку основной вклад в себестоимость АТ-огнеупора вносит термитная составляющая ее содержание в смеси должно быть минимальным. Однако в этом случае масса оксидного расплава будет недостаточна для формирования полноценного сварного шва или матрицы АТКМ. Поэтому дефицит массы восполняется за счет балласта.
С помощью балласта можно регулировать поверхностное натяжение, химический состав и, соответственно, температурный интервал кристаллизации образующегося оксидного расплава.
Армирующий наполнитель это крупные частицы инертных тугоплавких соединений не переходящие в расплав матрицы АТКМ. Армирующий наполнитель обеспечивает необходимый уровень служебных свойств АТКМ. Кроме того, армирующий наполнитель необходим для сохранения формы изделий при прохождении фронта горения. При нанесении обмазок на вертикальные поверхности футеровки тепловых агрегатов введение определенной доли армирующего наполнителя в состав АТ-смеси позволяет предотвратить стекание оксидного расплава при горении.
Армирующий наполнитель формирует сетку капилляров, которые удерживают жидкий оксидный расплав, образующийся во время АТ-реакции. С уменьшением удельной поверхности частиц армирующего наполнителя образующийся оксидный расплав не удерживается в пространстве между частицами. На поверхности изделий образуются потеки и раковины.
С увеличением удельной поверхности частиц армирующего наполнителя увеличивается доля наполнителя переходящего в расплав, вплоть до его полного растворения. Естественно, необходимо учитывать температуру плавления армирующего наполнителя. Критический размер частиц армирующего наполнителя при котором происходит полное растворение частиц для более тугоплавких материалов будет значительно меньше, чем для легкоплавких.
Поскольку образование адгезионных связей оксидного расплава с поверхностью дисперсных частиц армирующего наполнителя требует повышенного расхода тепла, движение фронта горения затрудняется при увеличении доли мелкодисперсных частиц. Если армирующий наполнитель достаточно тугоплавкий, то при определенной дисперсности частиц горение смеси станет невозможным. Поэтому фракционный состав армирующего наполнителя должен строго контролироваться.
В качестве армирующего наполнителя могут использоваться самые разные огнеупоры: бой огнеупорного кирпича, отработанные катализаторы и осушители, природные тугоплавкие материалы. Все они имеют различную плотность. Поэтому, при расчете состава АТ-смеси количество вводимого армирующего наполнителя должно быть поставлено в зависимость от массовой удельной поверхности частиц используемого конкретного материала.
Связующие используют как компонент кладочно-сварочных растворов, обмазок, бетонов и набивных масс. Как правило, это сульфаты, жидкое стекло и фосфатные связующие. Связующее необходимо для нанесения обмазки на футеровку печи, для обеспечения вяжущих свойств кладочных растворов и для формования изделий.
Обычно, связующее участвует в АТ-реакции или входит в состав балласта. При прохождении АТ-реакции связующее разлагается. Продукты разложения связующих это газы и конденсированные оксиды. Выделяющиеся газы участвуют в образовании открытой пористости. Конденсированные оксиды переходят в образующийся оксидный расплав.
Для снижения температуры воспламенения АТ-смеси используются следующие соединения. Это могут быть оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, галогениды и соли аммония. Возможность использование таких соединений необходимо рассматривать особо для каждого конкретного случая.
Основное преимущество АТ-огнеупоров высокая коррозионная стойкость. Так например, Менделеевский химический завод им. Карпова (г. Менделеевск) использовал АТ-обмазки и кладочно-сварочный раствор при футеровке вращающихся тамбурных печей-реакторов для получения хлористого бария. Шамотная футеровка печей выкладовалась на кладочно-сварочном растворе, после чего на поверхность наносилась АТ-обмазка.
В производстве хлористого бария используется процесс обменного разложения барита (BaSO4) коксом и хлористым кальцием при температуре 1200ºС. Процесс получения расплава хлористого бария сопровождается выделением SO2, H2S, CO, CO2. Кроме воздействия агрессивной среды, футеровка подвергается истирающему воздействию. Срок службы штатной футеровки не более 1 года. Использование АТ-огнеупоров повысило срок службы футеровки до 2, 5 лет.
Новокуйбышевская нефтехимическая компания применила АТ-обмазку при футеровке реактора сжигания жидких отходов производства. Отходы сжигались в пламени трех радиально расположенных газовых горелок при температуре 1100-1200ºС. Срок эксплуатации штатной футеровки в таких условиях не более 1 года. Применение защитной АТ-обмазки увеличило срок службы футеровки до трех лет.
Завод «Полимерпромсинтез» (г. Чапаевск) в течение нескольких лет использует АТ-обмазку при футеровке печей для сжигания токсичных отходов. Отходы образуются при производстве нитробензола и представляют собой водный раствор ( рН =9, 6 ) солей аммония и органических соединений. Раствор распыляется форсунками и сжигается в пламени газовых горелок при температуре 700-900ºС. Срок службы штатной футеровки 1-1, 5 года. Срок службы футеровки с применением АТ-обмазки более 3 лет.
Огнеупорные изделия из алюмотермитных композиционных материалов (АТКМ) отличаются высокой термостойкостью. Предприятие ТоАЗ-керамика (г. Тольятти) использует канализованные блоки из АТКМ для футеровки вагонеток обжига кирпича. Срок службы блоков в условиях постоянных термоциклических нагрузок составил более 3 лет. Аналогичные шамотные блоки имеют срок службы не превышающий 1 год.
Завод «Металлист» (г. Самара) в течение нескольких лет использует алюмотермитную набивную массу для футеровки тигельных индукционных печей, используемых для выплавки нержавеющей стали. Увеличение срока службы футеровки составило 35-40 плавок против 15-20 для штатной футеровки.
Выводы: Разработаны и используются алюмотермитные огнеупорные материалы (неформованные и в виде огнеупорных изделий), получаемые с помощью СВС-технологии. Представлена классификация, структура АТ-смесей и области применения АТ-огнеупоров. Срок службы футеровки тепловых агрегатов, выполненной с применением алюмотермитных СВС-огнеупоров, возрастает в 2-3 раза и более.

Возможно, вам понравится:

Шкафы на заказ, заказать мебель в …
Шкафы на заказ, заказать мебель в …
Вазы ручной работы из стекла
Вазы ручной работы из стекла
СК ЗАКАЗ-ДОМ заказать дом из ...
СК ЗАКАЗ-ДОМ заказать дом из ...

Дайджест газеты "Известия" от 29 октября 2013 года (часть II)  — AK&M
Сенатор от заксобрания Санкт-Петербурга Вадим Тюльпанов направил обращение на имя генпрокурора Юрия Чайки с просьбой отпустить из под стражи фотографа-стрингера Дениса Синякова, задержанного и арестованного вместе с активистами Greenpeace во время акции экоактивистов на платформе "Приразломная ..


Похожие страницы: