Τούβλα πυριτίουείναι πυρίμαχα υλικά με βάση το οξύ- που αποτελούνται κυρίως από τριδυμίτη, κριστοβαλίτη και μικρές ποσότητες υπολειμματικού χαλαζία και γυαλιού. Προσφέρουν ισχυρή αντίσταση στη σκωρία με βάση το οξύ, αλλά είναι ευαίσθητα στη διάβρωση από την αλκαλική σκωρία και είναι ευάλωτα στη διάβρωση από οξείδια όπως Al2O3, K2O και Na2O. Η ανθεκτικότητά τους υπό φορτίο είναι υψηλή και κυμαίνεται από 1640 μοίρες έως 1680 μοίρες, κοντά στα σημεία τήξης του τριδυμίτη και του κριστοβαλίτη (1670 μοίρες και 1713 μοίρες, αντίστοιχα). Το μεγαλύτερο μειονέκτημά τους είναι η χαμηλή αντοχή σε θερμικό σοκ, αλλά η ανθεκτικότητά τους είναι παρόμοια με την ανθεκτικότητά τους υπό φορτίο. Αντέχουν για μακροχρόνια χρήση σε υψηλές θερμοκρασίες χωρίς παραμόρφωση, συμβάλλοντας στη διασφάλιση της δομικής αντοχής των δομών τοιχοποιίας κατά τη λειτουργία.
Τα πυριτικά τούβλα χρησιμοποιούνται κυρίως σε διαχωριστικά τοιχώματα των θαλάμων ενανθράκωσης και καύσης φούρνων οπτάνθρακα, καθώς και σε στέγες ή θησαυροφυλάκια λάκκων εμποτισμού, θερμών υψικάμινων, κλιβάνων ανοιχτής{0}}όξινης εστίας και γυάλινων κλιβάνων. Στην τεχνολογία σιδηρουργίας, νέες τεχνολογίες όπως η άμεση αναγωγή και η αναγωγή τήγματος μετατρέπονται σταδιακά σε παραγωγικές δυνάμεις. Στη βιομηχανία οπτάνθρακα έχει αναπτυχθεί ένας «σχηματισμένος οπτάνθρακας» που παράγεται χωρίς τη χρήση φούρνου οπτάνθρακα, ο οποίος μπορεί να αντικαταστήσει εν μέρει το παραδοσιακό κοκ.
Τα πυρίμαχα τούβλα από πυρίτιο, όπως και τα περισσότερα πυρίμαχα τούβλα, παράγονται με ημί-ξηρή διαδικασία και ψήνονται σε κλιβάνους σήραγγας. Οι ρωγμές που εμφανίζονται κατά τη διαδικασία παραγωγής είναι ένας από τους κύριους λόγους για το υψηλό ποσοστό σκραπ.
Τύποι ρωγμών σε πυριτικά τούβλα
Οι ρωγμές σε τούβλα πυριτίου μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ως επιφανειακές ρωγμές και εσωτερικές ρωγμές, οι τελευταίες γνωστές και ως ρωγμές στρώματος. Οι επιφανειακές ρωγμές κατηγοριοποιούνται περαιτέρω σε εγκάρσιες ρωγμές, διαμήκεις ρωγμές και ρωγμές δικτύου. Τα πυριτικά τούβλα παράγονται χρησιμοποιώντας μια μέθοδο διαμόρφωσης ημι-ξηρής πίεσης-για τη δημιουργία πυκνών πράσινων σωμάτων. Οι ρωγμές που εμφανίζονται κατά την κατεύθυνση της πίεσης που ασκείται στο πράσινο σώμα είναι εγκάρσιες ρωγμές, ενώ οι ρωγμές που εμφανίζονται κάθετα προς την κατεύθυνση της πίεσης είναι κάθετες ρωγμές. Οι ρωγμές δικτύου αποτελούνται από πολλές ρωγμές που κατανέμονται σε ένα μοτίβο ιστού αράχνης στην επιφάνεια ενός τούβλου πυριτίου.
Συνήθως, για ένα τυπικό τούβλο πυριτίου, το πράσινο σώμα πιέζεται μέσω του πάχους του. Η διαδικασία σχηματισμού πυρότουβλων πυριτίου είναι ουσιαστικά μια διαδικασία συμπίεσης των σωματιδίων μέσα στο ακατέργαστο τεμάχιο και αφαίρεσης αέρα, σχηματίζοντας έτσι ένα πυκνό τεμάχιο. Αφού συμπιεστούν με μηχανή-, τα τούβλα παρουσιάζουν πλεονεκτήματα όπως υψηλή πυκνότητα, αντοχή, ελάχιστη συρρίκνωση στεγνώματος και ψησίματος και εύκολα ελεγχόμενες διαστάσεις του προϊόντος. Ωστόσο, εάν η διαδικασία συμπίεσης της μηχανής-δεν ελέγχεται σωστά, μπορεί να δημιουργηθούν ελασματοειδείς ρωγμές κάθετες προς την κατεύθυνση της πίεσης στο τυφλό κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συμπίεσης. Ως εκ τούτου, οι ελασματώδεις ρωγμές, ή απλά οι ελασματοποιήσεις, μέσα στα πυρίμαχα τούβλα είναι επίσης διαμήκεις ρωγμές.
Τα μεγάλα ελάσματα μπορούν να ανιχνευθούν αμέσως μετά το σχηματισμό ή την ξήρανση των τούβλων. Ωστόσο, οι μικρές ελασματοποιήσεις μέσα στα τούβλα γίνονται αισθητές μόνο μετά το ψήσιμο, καθώς συνεχίζουν να διαστέλλονται λόγω θερμικών καταπονήσεων κατά την ψήσιμο. Τούβλα που περιέχουν ρωγμές, ειδικά ελάσματα, είναι επιρρεπή σε θραύση, καθιστώντας τα άχρηστα και μειώνοντας την απόδοση των προϊόντων από τούβλα πυριτίου.
Βασικά μέτρα για το σχηματισμό και την πρόληψη ρωγμών σε πυριτικά τούβλα
1. Πρεσάρισμα μηχανής
Οι ελασματοποιήσεις σε πυριτικά τούβλα προκαλούνται κυρίως από ακατάλληλο έλεγχο της διαδικασίας συμπίεσης του μηχανήματος και μερικές φορές αναφέρονται ως ρωγμές με μηχανή-πρεσαρίσματος. Οι πρώτες ύλες και τα κενά των πυρίμαχων τούβλων από πυρίτιο αποτελούνται από τρεις φάσεις ύλης: στερεό, νερό ή άλλα συνδετικά και αέρας. Κατά τη διάρκεια ολόκληρης της διαδικασίας μηχανικής συμπίεσης ή συμπίεσης, η ποσότητα στερεών και υγρών φάσεων δεν αλλάζει, ενώ η ποσότητα αέρα στο ακατέργαστο τεμάχιο συμπιέζεται και μειώνεται λόγω της δράσης της πίεσης και ο όγκος του συμπιεσμένου τεμαχίου μειώνεται επίσης ανάλογα. Η διαδικασία συμπίεσης καλουπιού μπορεί χονδρικά να χωριστεί στα ακόλουθα τρία στάδια: (1) Στο πρώτο στάδιο, υπό την επίδραση της πίεσης, τα σωματίδια στο τυφλό αρχίζουν να κινούνται και να επαναδιαμορφώνονται σε μια πιο πυκνή στοίβα. Το χαρακτηριστικό αυτής της διαδικασίας είναι η εμφανής συμπίεση. Όταν η πίεση αυξάνεται σε μια ορισμένη τιμή, εισέρχεται στο δεύτερο στάδιο. (2) Στο δεύτερο στάδιο, τα σωματίδια υφίστανται εύθραυστη και ελαστική παραμόρφωση. Μετά τη συμπίεση του τυφλού σε κάποιο βαθμό, παρεμποδίζεται η περαιτέρω συμπίεση. Όταν η πίεση αυξάνεται και φτάσει στην εξωτερική δύναμη που προκαλεί τα σωματίδια να παραμορφωθούν ξανά, το τυφλό τεμάχιο συμπιέζεται ξανά και η πυκνότητα του τυφλού αυξάνεται ανάλογα. Αυτό το στάδιο είναι ένα στάδιο όπου η συμπίεση και η συμπίεση γίνονται σύντομη και συχνή. (3) Στο τρίτο στάδιο, κάτω από την οριακή πίεση, η σχετική πυκνότητα του τυφλού είναι βασικά σταθερή και δύσκολο να αυξηθεί. Η συμπίεση μήτρας του τεμαχίου τούβλου έχει ολοκληρωθεί. Κατά τη διαδικασία χύτευσης με συμπίεση, η καθυστερημένη διαστολή του πράσινου σώματος λόγω ελαστικών επιπτώσεων πρέπει να ελέγχεται σε λιγότερο από 2%. Εάν δεν το κάνετε αυτό, συχνά θα έχει ως αποτέλεσμα την απόρριψη του προϊόντος κατά τη διαδικασία συμπίεσης. Εάν το πράσινο σώμα σχηματίζει "στρωματική πυκνότητα" κατά την κατεύθυνση της πίεσης που εφαρμόζεται, με διαφορά πυκνότητας που υπερβαίνει το 2%, είναι πιθανό να εμφανιστεί ρωγμή σε στρώματα μέσα στο πράσινο σώμα. Αυτό οδηγεί σε ανομοιόμορφη θερμική διαστολή κατά την πυροδότηση, με αποτέλεσμα σημαντική θερμική καταπόνηση και σχηματισμό διαμήκων ρωγμών παράλληλα με τα στρώματα πυκνότητας, με αποτέλεσμα την απόρριψη του προϊόντος.
Κατά τη χύτευση με συμπίεση, η πίεση χρησιμοποιείται για να ξεπεραστεί η εσωτερική τριβή μεταξύ των σωματιδίων, η εξωτερική τριβή μεταξύ των σωματιδίων και το τοίχωμα του καλουπιού και η παραμόρφωση του συμπιεσμένου πράσινου σώματος. Καθώς αυξάνεται η απόσταση από την κεφαλή πίεσης, η εσωτερική πίεση του πράσινου σώματος μειώνεται.
Επομένως, όταν πιέζετε πυριτικά τούβλα, είναι καλύτερο να χρησιμοποιείτε κοντά καλούπια με μικρή αναλογία όψεων, αντί για ψηλά καλούπια με μεγάλη αναλογία διαστάσεων, για να διασφαλιστεί η ομοιόμορφη κατανομή της πίεσης μέσα στο πράσινο σώμα. Ταυτόχρονα, ορισμένοι πλαστικοποιητές και τασιενεργά εισάγονται στο τυφλό για να μειώσουν την εσωτερική τριβή και τις απώλειες μετάδοσης πίεσης. Τα φινιρίσματα του καλουπιού βελτιώνονται ή λιπαίνονται για τη μείωση της εξωτερικής τριβής. Το πάτημα διπλής-όψης χρησιμοποιείται για τη μείωση του λόγου L/D του τυφλού. και πολλαπλές συμπιέσεις, ξεκινώντας από ελαφριά και μετά βαριά, χρησιμοποιούνται για να αποτραπεί η υπερβολική συσσώρευση πίεσης μέσα στο ακατέργαστο και να εξαλειφθούν οι ελαστικές επιπτώσεις. Αυτά τα μέτρα βελτιώνουν την ομοιομορφία της πίεσης και της πυκνότητας εντός του τυφλού. Αυτό αποτρέπει την υψηλή πυκνότητα κοντά στην επιφάνεια πίεσης και τη χαμηλή πυκνότητα μακριά από την επιφάνεια πίεσης εντός του ακατέργαστου τούβλου πυριτίου, μειώνοντας έτσι τον σχηματισμό πυκνότητας στρώματος και ρωγμών.
Επιπλέον, τα ακατέργαστα τούβλα πυριτίας παρασκευάζονται με ανάμειξη αδρανών, κλίνκερ, σκόνης μύλου με σφαιρίδια, μεταλλοποιητή, υγρού αποβλήτων θειώδους πολτού και πλαστικοποιητή. Η βελτίωση της διαδικασίας ζύμωσης του τυφλού μπορεί επίσης να βοηθήσει στην αύξηση της πυκνότητας του τυφλού. Όσον αφορά την τεχνολογία φυσικής ανάμιξης, η κίνηση των υλικών στην ίδια φάση ονομάζεται ανάμειξη, η κίνηση των υλικών σε διαφορετικές φάσεις ονομάζεται ανάδευση και η ανάμειξη υγρών και στερεών υψηλού ιξώδους ονομάζεται ζύμωμα (ζύμωμα και ανάμειξη). Μέσω του κατάλληλου ζυμώματος, η λεπτή σκόνη μπορεί να επικαλυφθεί γύρω από μεγαλύτερα σωματίδια, αφαιρώντας αποτελεσματικά τα αέρια και αυξάνοντας την πυκνότητα του τούβλου, μειώνοντας έτσι το πορώδες του τούβλου.
2. Διαδικασία πυροδότησης
Η πυροσυσσωμάτωση τούβλων πυριτίου είναι ουσιαστικά ένας πολυκρυσταλλικός μετασχηματισμός του SiO2. Κάτω από τη δράση ορυκτοποιητών, η πρώτη ύλη του πυριτίου συντήκεται αργά, μετατρέποντας ουσιαστικά σε τριδυμίτη και κριστοβαλίτη, με μικρή μόνο ποσότητα υπολειμματικού χαλαζία. Κατά τη χρήση, τα πυρίμαχα τούβλα παρουσιάζουν συνολική διαστολή όγκου από 1,5% έως 2,2% όταν θερμαίνονται στους 1450 βαθμούς. Αυτή η υπολειπόμενη διαστολή σφραγίζει τους αρμούς κονιάματος, εξασφαλίζοντας καλή στεγανότητα και δομική αντοχή στην τοιχοποιία από τούβλα πυριτίου. Επιπλέον, αυτός ο πολυκρυσταλλικός μετασχηματισμός του SiO2 υπαγορεύει ότι τα πυρίμαχα τούβλα είναι το επίκεντρο της παρακολούθησης πυρίμαχων υλικών κατά την αρχική φάση ψησίματος σε φούρνο, με ένα αργό και ομοιόμορφο ρυθμό θέρμανσης να είναι το χαρακτηριστικό. Επειδή ο κρυσταλλικός μετασχηματισμός του - και του -κριστοβαλίτη σε πυρότουβλα πυριτίου συνοδεύεται από σημαντική επίδραση όγκου εντός του εύρους θερμοκρασιών 150-300 βαθμών, θα πρέπει να λαμβάνεται ιδιαίτερη προσοχή για την αργή αύξηση της θερμοκρασίας εντός αυτού του εύρους κατά την ψήσιμο σε φούρνο.
Οι φυσικές και χημικές αλλαγές που συμβαίνουν κατά το ψήσιμο των πυριτικών τούβλων μπορούν να συνοψιστούν ως εξής:
① Η υπολειπόμενη υγρασία στα τούβλα αφαιρείται κάτω από 150 βαθμούς.
② Το Ca(OH)2 αρχίζει να αποσυντίθεται μεταξύ 450-550 μοιρών και ολοκληρώνεται κατά 550 μοίρες. Σε αυτό το σημείο, οι δεσμοί μεταξύ των σωματιδίων τούβλου πυριτίου σπάνε από τη δράση του CaO και άλλων ουσιών, με αποτέλεσμα τη μείωση της αντοχής και ένα εύθραυστο τούβλο.
③ Στις 550-650 μοίρες, τα τούβλα χαλαζία μετατρέπονται σε μονοχαλαζία, προκαλώντας διεύρυνση του όγκου.
④ Στους 600-700 βαθμούς , λαμβάνει χώρα μια αντίδραση στερεάς φάσης μεταξύ CaO και SiO2, αυξάνοντας την αντοχή του τούβλου.
⑤ Στους 800-1100 βαθμούς , λαμβάνει χώρα μια αντίδραση υγρής- φάσης στα τούβλα, αυξάνοντας γρήγορα την αντοχή του τούβλου. Ξεκινώντας από τις 1100 μοίρες, ο ρυθμός μετατροπής χαλαζία αυξάνεται σημαντικά και σχηματίζεται χαλαζίας χαμηλής πυκνότητας, προκαλώντας σημαντική επέκταση όγκου.
⑥ Στους 1300-1350 βαθμούς, λόγω της αύξησης της ποσότητας του τριδυμίτη και του κριστοβαλίτη, το πραγματικό ειδικό βάρος του πράσινου σώματος μειώνεται και η επέκταση του όγκου αυξάνεται, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε ρωγμές.
⑦ Στους 1350-1470 βαθμούς, ο βαθμός μετατροπής χαλαζία και η προκύπτουσα διαστολή είναι πολύ μεγάλοι. Μόνο ο μονοχαλαζίας, ο μετασταθερός κριστοβαλίτης, οι ορυκτοποιητές και οι ακαθαρσίες αλληλεπιδρούν για να σχηματίσουν μια υγρή φάση και εισβάλλουν στα σωματίδια χαλαζία για να σχηματίσουν ρωγμές όταν σχηματίζεται μετασταθερός κριστοβαλίτης, ο οποίος προάγει τη συνεχή διάλυση του μονοχαλαζία και του μετασταθερού κριστοβαλίτη στη σχηματιζόμενη υγρή φάση, καθιστώντας τον μια συνεχή και στη συνέχεια υπερσαθρική φάση. κρυσταλλώνεται από το τήγμα με τη μορφή σταθερού τριδυμίτη. Αυτή τη στιγμή, όσο μεγαλύτερο είναι το ιξώδες της υγρής φάσης, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα μετατροπής του τούβλου πυριτίου και τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα ρωγμών στο πράσινο σώμα από τούβλα. Ως εκ τούτου, για να αποφευχθεί το ενδεχόμενο αλλαγών κρυσταλλικής μορφής στο πυριτικό τούβλο κατά τη διαδικασία ψησίματος, συνοδευόμενες από μεγάλες αλλαγές όγκου που οδηγούν στο σχηματισμό ρωγμών, πρέπει να ληφθούν τα ακόλουθα μέτρα διεργασίας:
(1) Έλεγχος του ρυθμού θέρμανσης διαφορετικών περιοχών θερμοκρασίας πυροδότησης. Ο ρυθμός θέρμανσης πρέπει να επιβραδύνεται όταν η θερμοκρασία είναι μικρότερη από 600 βαθμούς. Ο ρυθμός θέρμανσης μπορεί να επιταχυνθεί όταν η θερμοκρασία είναι μεταξύ 600 και 1000 βαθμών. Ο ρυθμός θέρμανσης πρέπει να είναι αργός όταν η θερμοκρασία είναι μεταξύ 1100 και 1300 μοιρών. Όταν η θερμοκρασία είναι μεταξύ 1300 μοιρών και θερμοκρασίας ψησίματος (1430 μοίρες έως 1450 μοίρες), ο ρυθμός θέρμανσης θα πρέπει να είναι ο χαμηλότερος κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πυροδότησης. Όταν τα πυριτικά τούβλα ψύχονται κάτω από τους 600 βαθμούς, ειδικά στους 300 βαθμούς, θα πρέπει να ψύχονται αργά. Αυτό μπορεί να ρυθμίσει αποτελεσματικά την αλλαγή όγκου του κρυσταλλικού μετασχηματισμού, καθιστώντας την περιεκτικότητα σε τριδυμίτη και κριστοβαλίτη υψηλότερη και αποφεύγοντας το σχηματισμό ρωγμών.
(2) Θα πρέπει να χρησιμοποιείται αναγωγική ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια του σταδίου ψησίματος υψηλής-θερμοκρασίας, η οποία ευνοεί την ανοργανοποίηση του οξειδίου του σιδήρου χαμηλού-σθένους και προωθεί τη μεγάλη-παραγωγή τριδυμίτη. Διαφορετικά, σε μια οξειδωτική ατμόσφαιρα, ειδικά όταν ο μεταλλοποιητής είναι ανεπαρκής, το μεγαλύτερο μέρος του -χαλαζία μετατρέπεται σε -κριστοβαλίτη. Αυτή η μετατροπή ονομάζεται "ξηρή μετατροπή". Κατά τη διάρκεια της ξηρής μετατροπής, λόγω της ανομοιόμορφης διαστολής όγκου του σώματος από τούβλα και της έλλειψης ρυθμιστικής τάσης υγρής φάσης, η δομή του προϊόντος θα χαλαρώσει και θα ραγίσει. Ταυτόχρονα, η κατάλληλη μόνωση θα πρέπει να πραγματοποιείται σε διαφορετικά στάδια θερμοκρασίας της όπτησης τούβλων πυριτίου για να διασφαλιστεί ότι τα τούβλα πυριτίου έχουν μια λογική σύνθεση φάσης και πληρούν τις απαιτήσεις χρήσης.
(3) Βελτιώστε το σύστημα φόρτωσης ημιτελικού προϊόντος για να μειώσετε την πιθανότητα ρωγμών. Οι εγκάρσιες ρωγμές σε πυρίμαχα τούβλα από πυρίτιο, δηλαδή ρωγμές παράλληλες προς την κατεύθυνση πίεσης του προϊόντος, προκαλούνται συνήθως από ανομοιόμορφη θέρμανση των διαφόρων τμημάτων του προϊόντος κατά την ψήσιμο. Εμφανίζονται κυρίως στην εκτεθειμένη στη φωτιά-επιφάνεια έξω από τη στοίβα από τούβλα, ειδικά στην επιφάνεια του κορυφαίου προϊόντος. Οι ρωγμές πλέγματος στην επιφάνεια των πυρότουβλων πυριτίου, εκτός από τη μικροσκοπική ανομοιομορφία του ίδιου του πράσινου σώματος λόγω ανομοιόμορφης ζύμωσης ή αλλαγών στις πρώτες ύλες, προκαλούνται συνήθως από τη θέρμανση του προϊόντος σε πολύ υψηλή θερμοκρασία με μεγάλες διακυμάνσεις. Κατά τη φόρτωση, πρέπει να τοποθετηθούν ειδικά τούβλα πυριτίου μέσα στο θάλαμο του κλιβάνου και τα τυπικά συνηθισμένα τούβλα πρέπει να τοποθετηθούν έξω από το θάλαμο του κλιβάνου. Τα προεξέχοντα μέρη των τούβλων με ειδικό σχήμα- ή μέρη που είναι επιρρεπή σε ρωγμές πρέπει να τοποθετούνται προς τα μέσα. Το πάνω μέρος του θαλάμου του κλιβάνου θα πρέπει να καλύπτεται με μερικά λεπτά τούβλα για να αποφευχθεί η άμεση πρόσκρουση από τη φλόγα κ.λπ. Διαφορετικά, θα προκύψουν περισσότερες ρωγμές.
Οι ρωγμές είναι ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση και την απόδοση των τούβλων πυριτίου. Η γνώση των διαδικασιών χύτευσης με πρέσα και ψησίματος είναι το κλειδί για την αποφυγή ρωγμών σε πυριτικά τούβλα. Οι θεωρητικές και οι πραγματικές μετατροπές πρώτων υλών πυριτίου ποικίλλουν και το πρόγραμμα ψησίματος πρέπει να προσαρμόζεται σε πραγματικό χρόνο με βάση τις αλλαγές στις πρώτες ύλες, τον τύπο του τούβλου και άλλους παράγοντες. Η προετοιμασία και η ποιότητα των ακατέργαστων τούβλων πυριτίου είναι σημαντικοί, ακόμη και κρίσιμοι παράγοντες. Μόνο με τον αυστηρό έλεγχο κάθε σταδίου της διαδικασίας μπορούν να παραχθούν αποτελεσματικά και με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας-τουβλάκια πυριτίου υψηλής απόδοσης.
