Воронов Г.В., Старцев, В.А. Огнеупорные материалы и изделия в промышленных печах и объектах вспомогательного назначения

Подождите немного. Документ загружается.

Представляет интерес применение углеродистой нити в качестве под-

ложки вместо вольфрамовой, что позволяет получить карбидные нити B

C. В

этом случае оптимальной температурой считается 1250-1275 °С.

Основой получения углеродистых волокон служат органические волок-

на из вискозы и поливинила. Волокна подвергают термообработке. При темпе-

ратурах 1000-1500°С образуются карбонизированные волокна, состоящие на

80-95 % из элементарного углерода, затем при 1500-3000 °С получается ко-

нечный продукт - графитированные углеродистые волокна, состоящие на 99 %

из углерода, закристаллизовавшегося в систему, близкую к графиту.

Непрерывные волокна из бора и углерода считают перспективными

для создания ' армированных материалов в авиа - и ракетостроении, по-

скольку они имеют низкую плотность (углеродистые - 1,43-1,83 г/см

; бора -

2,7 г/см

); высокую прочность (до 3500 Н/мм

); ' высокий модуль упругости (до

4*10

Н/мм

Известны технологические разработки по получению волокон из пеков,

смол и других органических соединений.

Высококремнистое волокно (ВКВ) получают из плавленого кремне-

зема с содержанием SiO

более 99 % путем вытягивания непрерывной нити из

кварцевых стержней. Типичный состав кварцевых волокон следующий, %:

SiO

= 99,97; Аl

=0,15; СаО = 0,0032; Na

O = 0,022.

В технике известны методы получения высококремнеземистых мате-

риалов путем химической переработки природных (асбест) и промышленных

(стеклянных) волокон.

Поликристаллические волокна А1

получают через волокнообразую-

щие водные растворы. Волокнообразующие растворы получают путем раство-

рения металлического алюминия в растворе НСl. При содержании А1

~45%

раствор считается пригодным для получения волокон. Для получения непре-

рывных нитей вязкость раствора должна быть в пределах от 10 до 100 Па • с,

которую регулируют введением полимеров-загустителей: поливинилового

спирта, оксида полиэтилена и т.д.

Некоторые свойства корундовых волокон, полученных в разных

странах-производителях, представлены в табл. 4.6.

Таблица 4.6

Свойства оксидных поликристаллических волоком

Показатели Ма

ка волоко

Великобритания США Россия

Saffil Saffil Fider- Zircar ГВ-8 ГВ-8

Массовая доля. %:

Аl

SiO

ZrO

95 - 72 - 92 95

5 - 25 - 8 5

- 92 - 92 - -

- 8 - 8 - -

Истинная плотность, г/см

2,8-3,5 5,5 3,0 5,6-

3,56 3,56

Температура службы,

С 1400 1600 1650 1600 1400 1500

Прочность на разрыв, Н/мм

103,4 10,3 - - - -

Средний размер волокон,

мкм

3 3 2-3,5 4-6 8 -

Удельная поверхность, м

/г 1,5 2,5 - 1.0 - -

Теплопроводность, Вт/ (м К)

при температуре, °С:

800

0,210

0,150

0,11

0,22

0,21

В сравнении с другими оксидами волокна из ZrO

обладает наимень-

шей теплоопроводностью, которая мало зависит от температуры.

4.1. Свойства изделий из волокнистых материалов

Волокнистые изделия подразделяют на мягкие, полужесткие и жесткие.

Особое свойство - гибкость - в большей степени присуще мягким материалам.

Будущее, как утверждают специалисты, принадлежит ковровым материалам.

Переход на жесткие материалы из волокна считается нецелесообразным. Свой-

ства каолинового волокна и изделий на его основе регламентируются требова-

ниями ГОСТ 23619-79.

В зависимости от группы и температуры применения теплоизоляцион-

ные стекловолокнистые материалы делятся на марки (табл. 4.7)

Таблица 4.7

Свойства теплоизоляционных муллитокремнеземистых

волокнистых материалов и изделий

Показатель

МКРВ

МКРР-130

МКРРХ-150

МКРВ-200

МКРВХ-250

МКРП-300

МКРП-500

МКРПХ-

МКРВ-

МКРИ-

МКРВ/Б-

Массовая доля, %:

не менее

+SiO

не ме-

нее

Потери массы при

прокаливании, %,

не более

0,25 0,4 2 2 6 10 10 10 10 10 10

Плотность кажу-

щаяся, кг/м

, не

более

- 130 15

450 340 350 50

Теплопроводность

при температуре

600°С, Вт/(м К),

не более

- - - - - 0,2

0,28 0,23 - - 0,1

Средний диаметр

волокна, мкм, не

более

4 4 4 - - - - - - - - -

Предел прочности

на разрыв, МПа,

не менее

- - - - - - - - - - 0,5 0,5

Температура при-

менения, °С, не

выше

150

130

160

Марка Изделия

МКРВ Вата

МКРР-130 Рулонный материал

МКРРХ-150 Хромосодержащий рулонный материал

МКРВ-200 Войлок

МКРВХ-250 Хромосодержащий войлок

МКРП-340 Плиты на органическом связующем

МКРПХ-450 Хромосодержащие плиты

МКРВ-340 Вставки на органической связке

МКРИ-350 Изделия сложной конфигурации на органической связке

МКРИ-500 Изделия сложной конфигурации на неорганической связке

МКРБ-500 Бумага

МКРК-500 Картон

Исходными материалами при производстве картона и бумаги служат

каолиновая вата (85-92%), волокнистый асбест (5-10 %), крахмал или ПВАД

(3-5 %). Вместо асбеста используют другие волокнистые материалы - целлю-

лозная масса, бумажная макулатура и т.п. Все материалы смешивают гидро-

способом. Обезвоживание волокнистой гидромассы, формование и вакууми-

рование листов картона и бумаги производится на листоформовочной машине

по способу, принятому в бумагоделательной промышленности.

Характерные показатели бумаги:

содержание глинозема, % не менее 45

объемная плотность, кг/м

700-1000

потери при прокаливании при 1000°С, % не более 12

влажность, % не более 3

предел прочности при растяжении во взаимно

перпендикулярных направлениях, кгс/см

в одном направлении не менее 20

в другом направлении не менее 10

коэффициент теплопроводности, Вт/(м К):

при 800 °С 0,150

при 1000°С 0,270

толщина бумаги, мм менее 2

Изделия из волокна и их свойства, таких как картон, фетр, войлок, ру-

лонный материал и плиты производства ОАО СОЗ представлены в приложении

Рулонный материал получают из пухового волокна путем уплотнения в

непрерывном потоке. Рулоны имеют плотность 50-250 кг/м

и толщину от 6 до

50 мм.

Гибкий, мягкий неуплотненный ковер ваты сверху и снизу покрывают

бумагой или полотном тонкого материала (стеклотканью), прошивают кварце-

выми нитками или приклеивают. В этом случае получают, так называемые,

прошивные маты. Маты при нагревании дают усадку, величина которой зависит

как от температуры термообработки (с увеличением температуры усадка воз-

растает), так и от содержания Аl

в волокнах (с увеличением Аl

усадка

уменьшается).

Свойства теплоизоляционных изделий, полученных по сухому способу

из алюмосиликатного волокна, приведены в табл.4.8

Таблица 4.8

Свойства изделий, полученных методом термической обработки из

алюмосиликатных волокон с содержанием 51 – 53 % Аl

Изделие ρ

каж

, кг/м

∆m

прк

, % σ

разр

, МПа

Полужесткий войлок 52-79 0.15-0,70 0,02-0,03

Картон толщиной 8 мм 231-238 0.30-0,42 0.08

Фетр толщиной 8мм 123 1,33 0,04

Бумага массой 1м

=0.452 156 1,75 0.01

Труба d

нар

=300мм, 430 0.09 -

Жесткая конструкция- 480 0,05 0.36

На основе поликристаллических корундовых волокон изготовляют жест-

кие изделия на минеральной связке (по ТУ 14-202-36-89), свойства которых при-

ведены в табл.4.9

Таблица 4.9

Свойства изделий из поликристаллических корундовых волокон различных ма-

рок

Показатели МКП

-300 МКП

-100 МЛП

-300

Массовая доля, %

А1

SiO

Потери массы при прокаливании

не более, %

1 1 1

Плотность кажущаяся. кг/м

300 400 300

Предел прочности при изгибе,

Н/м

0,4 0.5 0.4

Теплопроводность при средней

температуре 800°С. Вт/(м К),

не более

0.20 0,18 0.20

Дополнительная линейная

усадка, % при 1500 °С

при 1600 °С

Температура службы, °С 1600 1600 1500

Композиционный материал – это новый класс гетерогенных струк-

туру состоящих из волокон, определенным образом распределенных в матрице,

комбинация волокон с металлами, керамикой, стеклом и полимерами позволяет

получить материалы с уникальными свойствами

Преимущество волокнистого армированного материала состоит в высо-

кой его прочности и возможности создания упрочнения только в одном направ-

лении, что обеспечивает максимальное использование ценных свойств воло-

кон. При этом необходимо, чтобы между матрицей и волокном существовала

достаточно прочная связь.

Наряду с правильно подобранной комбинацией матрицы и волокна

большое значение имеет геометрия волокон и их ориентация в матрице. Распо-

ложение волокон может быть беспорядочным и ориентированным, что и опре-

деляет прочность композиции.

Композиционные материалы классифицируют по следующим при-

знакам:

• в зависимости от материала матрицы все композиционные материалы

делят на три группы: материалы с металлической, полимерной и кера-

мической матрицей;

• по ориентации и типу арматуры: изотропные и анизотропные;

• по способу получения: литейные, прессованные, намоточные, деформи

руемые;

• по назначению: конструкционные, жаростойкие, термостойкие, фрик-

ционные и антифрикционные, ударопрочные, теплозащитные со специ-

альными свойствами.

Несмотря на перспективность композитов, промышленное производ-

ство их развито крайне недостаточно

Способ порошковой металлургии (технология кераметов) наиболее рас-

пространенный. Он сравнительно прост, а количество изделий, полученных ме-

таллокерамическим методом, самое большое из общего объема производства

композитов.

Физико-химические свойства композитов начинают формироваться в

процессе формования и завершаются при спекании. Высокотемпературная об-

работка предназначена для повышения плотности и получения требуемых

свойств композитов. Операция включает нагрев до температур спекания матри-

цы и выдержку при этой температуре. В процессе спекания происходит взаим-

ное растворение компонентов. Для композитов важно ограничить этот процесс

до минимально допустимых пределов, при которых достигается сцепление ме-

жду матрицей и волокном. Это осуществляется ограничением температуры и

длительности процесса спекания.

Совмещение процессов формования и спекания достигается при горячем

прессовании. В его основе лежат процессы пластической деформации и диффу-

зии. Достоинством метода горячего прессования является возможность сохра-

нить хрупкие волокна в процессе уплотнения, так как для достижения необхо-

димой плотности требуется меньшее давление, чем при обычном прессовании.

Диффузионные процессы при горячем прессовании сведены до минимума.

Одним из методов изготовления армированных материалов является спо-

соб высокотемпературной заливки волокон расплавленным металлом. Залив-

кой исходных волокон, уложенных в определенном порядке, можно получить

практически беспористый материал нужной формы и структуры. Необходимым

условием для получения хорошего композита по этому методу является смачи-

вание волокон расплавленной матрицей. Для лучшего смачивания в расплавлен-

ный металл вводят поверхностно-активные добавки, снижающие поверхностное

натяжение расплава.

ГЛАВА 5. Огнеупорные бетоны

Огнеупорными бетонами называют безобжиговый композиционный ма-

териал с огнеупорностью выше 1580 °С, состоящий из заполнителя, связки (вя-

жущего) и необходимых добавок, приобретающий заданные свойства при твер-

дении и обладающий ограниченной усадкой при высоких температурах.

Огнеупорный бетон – новый вид технических материалов, которые по

физико-химическим свойствам являются огнеупорами, а

по методам изготовле-

ния и способам применения могут быть отнесены к бетонам.

Огнеупорные бетоны представляют собой безобжиговые огнеупоры из-

готавливаемые в виде сухих бетонных смесей, бетонных масс, крупных блоков

и панелей. По сравнению с обожженными штучными изделиями огнеупорные

бетоны позволяют:

• Сократить расход топлива в 1,5 – 2 раза за счет исключения опера-

ции

обжига;

• Понизить тепловые потери благодаря улучшению теплоизоляцион-

ных свойств и газоплотности футеровок;

• Повысить производительность труда благодаря высокой механиза-

ции и автоматизации производства бетонов;

• Сократить продолжительность кладки футеровок более чем в 5 раз;

• Сократить трудовые затраты более чем в три раза во время ремонта

футеровок при наличии малой механизации;

• Повысить стойкость футеровок в ряде случаев более чем на 30%

вследствие уменьшения термических напряжений и отсутствия

швов в футеровке;

• Сократить транспортные потери огнеупорных материалов;

• Уменьшить удельный расход огнеупоров на единицу выпускаемой

продукции

в результате повышения стойкости футеровок.

В соответствии с ГОСТ 19038-73 огнеупорные бетоны классифицируют

по общим и специальным признакам. К общим классификационным признакам

относят: химико-минералогический состав, огнеупорность, пористость, макси-

мальную температуру применения. К специальным классификационным при-

знакам относят: тип вяжущего, способ формования и др.

В зависимости от химико-минералогического состава заполнителя

огне-

упорные бетоны подразделяют на кремнеземистые, алюмосиликатные, корун-

досодержащие и т.д. (табл. 5.1).

В зависимости от огнеупорности бетоны по аналогии с огнеупорными

изделиями и материалами подразделяют на: огнеупорные, высокоогнеупорные

и высшей огнеупорности.

В зависимости от открытой пористости бетоны подразделяют на: по-

вышенной плотности (до 16%); плотные (от 16 до 20%); обычной плотности

(от 20 до 30%); пониженной плотности (от 30 до 45%) и низкой плотности (от

45 до 85%).

За максимальную температуру применения огнеупорных бетонов при-

нимают ту, при которой в течение 5 ч без нагрузки линейная усадка не превы-

шает 1%.

Таблица 5.1

Классификация огнеупорных бетонов по химико-минералогическому

составу заполнителя

Тип Группа Массовая доля опреде-

ляющих химических

компонентов (на про-

каленное вещество) в

заполнителе, %

Кремнеземистые Кварцевые SiO

Не менее 99

Кварцитовые SiO

Не менее 99

Динасокварцитовые SiO

Не менее 90

Динасовые SiO

Не менее 80

Алюмосиликатные Полукислые Al

SiO

Не менее 28

65 – 85

Шамотные Al

24 – 85

Муллитокремнеземистые Al

45 – 62

Муллитовые Al

62 – 72

Муллитокорундовые Al

72 – 90

Корундовые Al

>90

Корундсодержащие Хромоглиноземистые Al

Сr

Не менее 72

8 – 13

Титаноглигоземистые Al

TiO

Не менее 68

14 – 22

Магнезиальные Магнезитовые (перикла-

зовые)

MgO Не менее 80

Магнезиальноизвестко-

вые

Магнезиальнодоломито-

вые

(периклазоизвестковые)

MgO

CaO

Не менее 50

Не менее 10

Доломитовые (известко-

вопериклазовые)

MgO

CaO

35 – 50

45 – 65

Доломитовые стабилизи-

рованные (периклазали-

товые)

MgO

SiO

CaO

CaO:

SiO

35 – 65

6 – 15

15 – 40

2,7 – 2,9

Магнезиальношпине-

лидные

Магнезиальнохромито-

вые (периклазохромито-

вые)

MgO

Сr

Не менее 60

5 – 18

Хромомагнезитовые

(Хромитопериклазовые)

MgO

Сr

40 – 60

15 – 30

Хромитовые MgO

Сr

До 40

Не менее 25