glinozem_umk_kz_2011

4.Керамикалық кірпіш өндірісі .

5.Жабынқыш өндірісі.

11-дəріс. Отқа төзімді қалыпталынған материалдар технологиясы жəне химиясы. Отқа төзімді материалдарды жіктеу

Отқа төзімді деп жылу агрегаттарын, металдарды балқыту жəне алу үшін пештерін құру үшін, машина жасау жəне металлургия өндірістерінде жартылай дайындалған өнімдерді қыздыруға, кокс алуға, цементті күйдіруге, жоғары температуралық химиялық процестер қондырғыларына, энергетикалық жəне т.б. қондырғыларға арналған материалдары атайды. Негізгі мақсаты – қондырғының отқа төзімсіз элементерін, сондай-ақ жоғары температураларын, балқымаларын, ыстық газдарын жəне т..бəсерінен сыртқы ортаны қорғау. Оларды үлкен бөлімін (60% шамасын) қара жəне түсті металлургия тұтынады. 1 т балқытып шығарылған болатқа шаққанда отқа төзімді материалдарды жалпы тұтыну əр елдерде25-30 кг 65-100 кг дейін өзгереді. Барлық отқа төзімді материалдар қасиеттеріне байланысты жіктеледі:

1) отқа төзімділік дəрежесі бойынша– отқа төзімді (15800-нен 17700С дейін), жоғары отқа төзімді(1770-тен 20000С дейін), ең жоғары отқа төзімді (20000С-нан жоғары);

2)жасап шығару тəсілі бойынша– иілгіш қалыпқа құюмен(престеу), жартылай құрғақ престеумен, шликерден жəне балқымадан құюмен, тау жыныстарынан жəне балқытылған блоктардан кесумен алынған бұйымдарға;

3)термиялық өңдеу түрлері бойынша– күйдірілмейтін, күйдірілген, балқымадан құйылған;

4)олардың кеуектілігінің сипаты бойынша – ерекше тығыз, кеуектілігі 3%- дан аз; кеуектілігі 3-10% тығыздығы жоғары; кеуектілігі 10-20% тығыз жəне кеуектілігі 20-30% кəдімгі, біріккен; жеңіл салмақты, кеуектілігі 45-85% жылылықты оқшайлайтын (термоизоляциялық).

МЕСТ 4385-68 бойынша отқа төзімді материалдар бастапқы шикізаттың физика-химиялық табиғатына байланысты 8 топқа бөлінеді:

1)кремний тасты (кремнеземді): А – династық, Б – кварцтық;

2)алюмосиликатты: В – жартылай қышқыл, Г – шамоттық, Д – жоғары саз балшықты;

3)магнезиалды:Е – магнезиттік, Ж – доломиттік, З – форстериттік, И – шпинелдік;

4)хромитті: К – хромиттік, Л – хроммагнезиттік, М – магнезит-хромиттік;

5)цирконийлі: Н – цирконийлік, О – циркондық;

6)көміртекті: П – кокстік, Р – графиттік;

7)тотықты: С – таза тотықтардан;

8)оттексіз: Т – карборундты жəне т.б.

Бұйымдардың басым бөлімін(95%-дан аса) алюмосиликаттық, магнезиалдық жəне кремний тасты əртүрлі түрлерінен тұрады.

Отқа төзімді материалдар химиялық құрамы мен отқа төзімділігінен басқа бірқатар арнайы қасиеттерге ие болуы :кереккеуектілікке, құрылыстық

41

беріктікке, ыстыққа төзімділікке, шлак тұрақтылығына, жылуөткізгіштікке. Құрылыстық беріктігі үлгіні 0,2 МПа қысым астында қыздырғанда, деформация басталу температурасымен (ДБТ) бағаланады.

Отқа төзімді материалдардың түрлері: 1) қалыпталынған отқа төзімді материалдар, олар бұйымдар түрінде жасалынады(кірпіштер, фасондық жəне ірі блокты бұйымдар), 2) қалыпталмаған отқа төзімді материалдар.

Қалыпталынған отқа төзімді материалдар – əртүрлі форматтағы дəстүрлі алюмосиликаттық, кремнеземді жəне жоғары глиноземдік бұйымдар.

Алюмосиликаттық отқа төзімді бұйымдар негізінен глиноземнан (Al2O3)

жəне кремнеземнан (SiO2) тұрады да, бастапқы материалдардың отқа төзімді материалдарға түзілуін қамтамасыз ететін1250-14500С температурада (глинозём көп мөлшерде болған кезде - 17500С дейін) күйдіру арқылы алынады.

Жартылай қышқыл (28% Al2O3, 65-85% SiO2 дейін), шамоттық (28-45% Al2O3)

муллиттіке (62-72% Al2O3), муллиткорундтыққа (72-90% Al2O3) жəне корундтыққа ( 90%-дан артық Al2O3) бөлінеді. Жартылай қышқыл отқа төзімді материалдарды құрамында кремнеземдық қосындылар(кварц, əдетте құм түрінде) бар саздар мен каолиндерден дайындайды. Бұйымдарды 1250-13500С- да күйдіреді, отқа төзімділігі 16700С, ал ДБТ – 13500С. Каолин негізіндегі шамоттықтар каолиндіктер, ал 70%-дан аса шамот бар– көп шамоттық деп аталады. Жоғары күйдірілген (1250-13500) жəне төмен күйдірілген(600-9000) шамот деп бөлінеді.

Алюмосиликатты отқа төзімді бұйымдарды жартылай құрғақ (6-9%-ға дейін ылғалдалған) ұнтақ тəрізді массаларды механикалық немесе гидравликалық

42

бұйымдар жалпы жасап шығарылатын бұйымдар санының70% шамасын құрайды.

Кремнеземді отқа төзімді материалдарДинас (Ұлыбритания, Уэльстегі

Craig-y-Dinas, Динас жартысының аты бойынша), құрамында 93%-дан SiO2 кем емес отқа төзімді материал. Кремнеземді жыныстардан, негізінде кварциттерден, 2-2,5% əқ қосумен дайындалады. Шикі жынысты ұнтап, əктік сүтпен араластырады, бұйымдарды престерде қалыптап, кептіреді жəне 140014600С күйдіреді. Династың отқа төзімділігі1680-17300С, ДБТ 200 кн/м2 (2 кгс/см2) қысымда – 1630-16700С. Кокс, шыны пісіру, мартен жəне т.б. пештерді құрғанда қолданылады. Оның арнайы түрлері құрамында жоғары кремнезем болуымен жəне тығыздығымен ерекшеленеді. Сондай-ақ жеңіл салмақты тығыздығы 1,1-1,3 г/см3 динас отқа төзімді материалдары жасап шығарылады.

кгс/см2) қысым астында престейді. Бұйымдарды туннелді пештерде1650 – 17500С температурада күйдіреді.

Қасиеттері: сырттан көрінген (байқалатын) тығыздығы 3000 - 3300 кг/м3, ашық кеуектілігі 14 - 20%, сығу кезінде беріктік шегі40-60 Мн/м2 (400-600 кгс/см2), 200 кн/м2 (2 кгс/см2) күш астында ДБТ– 1500 - 16300С, ыстыққа төзімділігі – 6-10 циклден аса (13000С - су), негізді жəне темірлі балқымаларға қарсы тұрақтылығы жақсы. Көбінесе мартен жəне электродоғалы пештердің, сондай-ақ цемент күйдіретін, мыс балқытатын жəне басқа да пештерде қолданылады.

Форстериттік отқа төзімді бұйымдарқұрамында форстерит(2 MgO .

43

əрқандай кірпіштер түрінде шикізатты күйдіру, ұнтақтау, жиі күйдіріп біріккен магнезит қосымшасын араластыру, престерде қалыпқа келтіру жəне күйдіру

қатар, карборунд SiC жоғары температураларда пайдалану барысында тотығуға ұшырайды, оның үстіне тек оттегі əсерінен ғана емес, тіпті көмір қышқылы мен су буы əсерінен де:

SiC + 2O2 = SiO2+CO2 SiC + 3CO2 = SiO2 + 4CO SiC + CO2 = SiO2 + 2C

SiC + 3H2O = SiO2 + 3H2 + CO

Тотыққанда карборунд дəндерінің бетіндеSiO2 бөлініп шығады, ол əрі қарай тотығуға, бірақ температурада, кедергі жасайды.

Əдеб.: 3 нег. [137-283], 3 нег. [209-218].

Бақылау сұрақтары:

1.Отқа төзімді материалдардың сипаты.

2.Отқа төзімді бұйымдарды жіктеу.

3.Қалыптасқан отқа төзімді материалдар.

4.Олардың қасиеттері.

12-дəріс. Калыпталмаған отқа төзімді материалдар

44

Қалыпталмаған отқа төзімді материалдаралдын-ала дайындықсыз қолданылады. Олардың қатарына: 1) мертелдер мен кірпіштерді байлыныстыру жəне отқа төзімді қалаудің жіктерін толтыру үшін ерітінділер; 2) массалар – толтырғыш, пісірілген жəне күйғыш бетондар; 3) қажалудан сақтау үшін отқа төзімді футеровкаға жағылатын жабқыштар. Жабқыштарды торкретирлік əдіспен немесе сылақ түрінде жағылады. Қалыптасылмаған отқа төзімді материалдар қалыптасылған бұйымдарға тəн қасиеттерден басқа түйіршектілік дəрежесімен де (дəнділік құрамымен) сипатталады. Отқа төзімді бетондар деп

(анда-санда басқа сұйықтарымен) əдетте қалау жүретін орында дайындайды; кейбір арнайы мертелдерді, оның ішінде отқа төзімді цементтерді, кейде ерітілген түрде тасиды.

Жылуды сақтайтын (жеңіл салмақты, теплоизоляциялық) отқа төзімді материалдар Жеңіл салмақты отқа төзімді материалдар үлкен кеуектілігінің арқасында жақсы жылу сақтағыш қасиеттермен сипатталады. Ауамен толтырылған кеуектер жылуды өткізбейді. Оларды өндірістік пештерде қолданғанда, отын шығыны 20-70%-ға кемиді. Олар кірпіштер жəне тұтас оқшаулау түрінде (ұнтақтармен, жеңіл салмақты отқа төзімді бетондармен толтыру) қолданылады. Отқа төзімділігіне жəне химиялық құрамына сəйкес олар топтарға бөлінеді: шамотты жəне жартылай қышқыл (1580-17300С, ШЛА,

45

Əдеб.: 3 нег. [137-283], 3 нег. [209-218].

Бақылау сұрақтары:

1.Отқа төзімді материалдардың сипаты.

2.Отқа төзімді бұйымдарды жіктеу.

3.Қалыптасқан отқа төзімді материалдар, оларды орны.

4.Қалыптасылмаған отқа төзімді материалдар, оларды орны.

5.Отқа төзімді бетондардың сипаты.

13-дəріс. Ситалдар жəне шлакоситалдар өндірісі

Ситалдар – ең жаңа материалдардың бірі. Ситалдар – сəйкесті химиялық құрамды шыныларды бағыттап кристалдаумен алынған жəне шынымен салыстырғанда жоғарырақ физика-техникалық қасиеттерге ие жасанды поликристалды материалдар. Шынының ситалға түрлену процесі екі сатымен өтеді. Алдымен шыныда кристалдану орталықтары түзіледі– түйнек түзілу

бойынша түйнектер пайда болғанда суытылған сұйықта флуктациялар деп

бойынша кристалдану процесінде түйнек болып, жүйеге сырттан енген, бөтен бөлшек табылады. Бұл жағдайда жаңа бет пайда болудың шартты болып, бөтен бөлшектің балқымамен сулануы табылады. Бұл кезде кристалдардың химиялық құрамы кристалдану орталықтар құрамымен айрықша болады.

Кристалдар өсуі – таза диффузиялық процесс, соның арқасында құрылымның қайта құрылуы жүреді. Ситалдар алу үшін сəйкес шыны құрамын

46

таңдау қажет, оны қайнатып жəне арнайы термиялық өңдеу жүргізу керек.

·кристалды шынымен суландыруды қамтамасыз ету үшін төмен беттік энергиясы;

·катализатордың кристалдық торы мен бөлініп шығатын кристалдық фазасының көрсеткіштерінің жақындығы (айырмашылығы 10-15%-дан аспауы керек).

Кристалдану катализаторлары ретінде металдар(Ag, Au, Pb, Cu); оксидтер

(TiO2, Cr2O3, FeO+Fe2O3, ZnO, MnO, P2O5); сульфидтер (FeS, MnS, ZnS); фтор қосылыстар (CaF2, Na3AlF6, Na2SiF6) жəне олардың комбинацияларын пайдаланады.

температуралар аймағында қосымша термиялық өңдеу шыныда шектеулі

47

жоғары жылдамдығын қамтамасыз ететін температуралық шарттары бірдей болмауы мүмкін. Осыған сəкес термоөңдеуді де бір немесе екі сатыда (мысалы, 740-7500 жəне 950-10000С температураларда) жүргізеді. Əрбірсатыда ұстау мерзімі 1-2 сағат.

Ситалдарды өндіру үшін біраз өзгертілген шыны өндірісінің технологиясын қолданады, ол мынадай негізгі кезеңдерден тұрады: шикізат материалдарын дайындау, шихтаны құрыстыру, шыныны қайнату, бұйымдарды қалыптау,

жүргізуге болады. Қайнату температурасы шынының құрамына тəуелді жəне 1300-ден 17000С дейін өзгеруі мүмкін. Шыныларды ұшқыш катализаторлармен (фторидтер, сульфидтер, кейбір оксидтер) қайнату біркелкі жоғары температураларда (ұшқыш құрамдастар шығындарын азайту үшін) жүргізілуі керек. Қалыптау əдісін таңдау шынының«ұзындығымен» анықталады. Ситалданатын шынылардың көпшілігі қысқалар. Қалыптаудың ең кең таралған əдісі – құю, претеу, илемдеу. Бұйымдарды құю мен престеу жоғары температуралар аймағында іске асырылады, бұл қалыптау жəне кристалдану процестерін əр мезгілде өткізуге мүмкіндік береді. Қажетті фазалық құрамға, кристалдар өлшемдеріне жəне басқа көрсеткіштерге сəйкес жылумен өңдеу тəртібін таңдалады. Кейбір жағдайларда ситалдар алу үшін керамикалық технологияны («ұнтақты əдіс») қолданады. Сұлбаның сатылары: шикізат материалдарды дайындау, шихтаны алу, шыныны қайнату, түйіршіктеу, шыныны ұнтаққа ұсақтау, созылымды композиция (шликерді) алу (шыны + байланыстырғыш), бұйымдарды қалыптау, күйдіру жəне кристалдану. Мұндай

техникалық ситалдар жəне өндірістік қалдықтар мен тау жыныстар негізіндегі ситалдар. Техникалық ситалдарға əртүрлі қосылыстар қоспалары негізінде

ретінде 4-6% мөлшерде TiO2 пайдаланады. Кристалданудағы жылумен өңдеу екі сатылы: бірінші саты 700-9000С температурада 2 сағат ішінде, ал екінші – 1000-15000С температурада 2-4 сағат ұсталады. Сподумендік ситалдардан кварц тəрізді қатты ерітінділер түрдегі кристалдық қосылыстар, сподумен (Li2O. Al2O3. 4SiO2), эвкриптит (Li2O. Al2O3. 2SiO2), рутил (TiO2) бөлініп шыға алады. Осы

фазалардың қатынастарына байланысты біреулері сызықты ұзарудың теріс температуралық коэффициентіне (эвкриптит), басқалары – оң (сподумен, қатты ерітінділер) ие болғандықтан, ситал төмен оң, нөлді жəне тіпті теріс ТСҰК-мен

48

түзіледі. Мұндай ситалдар жылу соққысын сезбейді, оларды кез келген жылдамдықпен қыздыруға жəне суытуға болады. Бұл түрлі ситалдар сирек жылу қасиеттерінің арқасында жоғары беріктілік жəне жылу соққысын мүлдем сезбеушілік, конструкциялық элементтердің жылуда формасымен өзгертпейтін қасиеттер қажет техниканың барлық салаларында(жылуға тұрақты құбырлар, астрооптика, ракета техникасы жəне б.) қолдану тапқан.

Кордиеритті ситалдар құрамы бойынша MgO-Al2O3-SiO2 жүйеге жатады. Кристалдану катализаторы болып 9-11% мөлшердегі TiO2 қосындысы қызмет етеді. Термоөңдеу тəртіб бірсатылы: 1250-13000С температурада 1-16 сағат ұсталады. Құрамы мен термоөңдеу тəртібіне байланысты кристалдық фазалар бөлунуі мүмкін: кордиерит 2MgO. 2Al2O3. 5SiO2, сапфирин 4MgO. 5Al2O3. 2SiO2, муллит 3Al2O3. 2SiO2, рутил, магний алюмотитанаттары, β-кварц негізіндегі қатты ерітінділер. ТСҰК-дің төмен мəндеріне байланысты олар

инфрақызыл бөлімдерінде мөлдір ситалдар болып2 түрге бөлінеді. Спектрдің көрінетін бөліміндегі мөлдір ситалдар аз немесе теріс ТСҰК-ке ие болады, сондықтан жылу соққыларын сезбейді, кварц шыныларын алмастырғыш ролін

коллоидты бөлшектерін түзеді.

Өндірістік қалдықтар жəне тау жыныстары негізіндегі топ жалп шлакоситалдардан жəне петроситалдардан тұрады. Шлакоситалдар дүние жүзінде алғашқы ССРО-да 1954 ж Д.И. Менделеев атындағы МХТИ-дың шынылар жəне ситалдар кафедрасында алынған. Олардың ерекше орны өндіріс көлемі мен материалдардың арзандығымен анықталады. Шлакты ситалдарды

49

1.Ситалдарды алу.

2.Кристалдар түзілу механизмі.

3.Шлакоситалдар, оларды қолдану.

14-дəріс. Байланыстырғыш заттар технологиясының негіздері

Қысқаша тарихы. Ең бірінші байлаушы зат ретінде адамтабиғи күйдірілмеген балшықты қолданды. Біздің жыл санауымызбан 2500 – 3000 жыл бұрын байлаушы заттардың алғашқы алу жолдары ашылған. Бұл кейбір табиғи тау жыныстарды (гипстік тас пен ə) ккүйдіру жəне одан кейін алынған өнімдерін ұсақтау қарапайым əдістерінен тұрған. 1824 ж ағылшын Д. Аспдин «Жасанды тас өнімдерінің жетілдірілгентəсіліəі» патентін алған. Осы байлаушы зат Портленд қаласы қасындағы өндіретін таста ұқсастығынан портландцемент деп аталған. ХІХ ғасырдың екінші жартысынан бастап құрылыстық іс жүзінде портландцемент көп пайдаланылатын материал болып

50