Федеральное агентство по образованию

Российский  химико-технологический университет  им. Д.И. Менделеева

Кафедра Общей технологии силикатов 
 
 
 
 

Научный реферат по дисциплине

«Основы технологии тугоплавких  неметаллических  и силикатных материалов»

Тема: Огнеупоры для цветной металлургии 
 
 
 

Выполнила: студентка гр. С-31

Баишева Эвелина

Проверил: преподаватель

Захаров А.И. 
 
 

Москва 2011

Содержание 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и  их сплавов называю цветной металлургией.  Цветные металлы условно делят  на тяжелые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и легкие (алюминий, титан, магний). На территории России сформировано несколько основных баз цветной металлургии. Различия их в специализации объясняются несхожестью географии лёгких металлов (алюминиевая, титано-магниевая промышленность) и тяжёлых металлов (медная, свинцово-цинковая, оловянная, никель-кобальтовая промышленности). Изделия на основе минерального сырья, отличающиеся способностью сохранять свои свойства в условиях эксплуатации при высоких температурах и служащие в качестве конструкционных материалов и защитных покрытий называют огнеупорными материалами. Для изготовления огнеупоров используют разнообразные технологии и процессы. Преобладающей является технология, включающая предварительную, тепловую обработку и измельчение компонентов, приготовление шихт с добавлением пластифицированных составляющих, формование из них изделий прессованием на механических и гидравлических прессах или экструзией с последующей допрессовкой или литьем, обжиг в туннельных, реже в периодических и газокамерных печах для получения заданных свойств материала. Основное свойство огнеупорных изделий – огнеупорность, т.е. способность изделия противостоять, не расплавляясь, действию высоких температур. 
 
 
 

Цветная металлургия 

     Цветная металлургия – отрасль тяжелой  индустрии, производящая конструкционные материалы. Она включает в себя добычу, обогащение металлов, передел цветных, производство сплавов, проката, переработку вторичного сырья, а также добычу алмазов. Развитие НТП требует увеличение производства прочных, пластичных, стойких против коррозии, легких конструкционных материалов (сплавы на основе алюминия и титана). Они широко используются в авиационной, ракетной промышленности, в космических технологиях, в судостроении, в производстве оборудования для химической промышленности. Медь широко используется в машиностроении и электрометаллургии, как в чистом виде, так и в виде сплавов – с оловом (бронза), с алюминием (дюралюминий), с цинком (латунь), с никелем (мельхиор). Свинец используется в производстве аккумуляторов, кабелей, в атомной промышленности. Цинк и никель используются в черной металлургии. Олово используется при производстве белой жести и подшипников. Благородные металлы обладают высокой пластичностью, а платина – тугоплавкостью. Поэтому они широко применяются при изготовлении ювелирных изделий и техники. Без солей серебра невозможно изготовить кино- и фотопленку.

     Классификация цветных металлов: Основные тяжелые  – медь, свинец, цинк, олово, никель легкие – алюминий, титан, магний малые  – мышьяк, ртуть, сурьма, кобальт; Легирующие – молибден, ванадий, вольфрам, кремний; Благородные – золото, серебро, платина; Редкие и рассеянные – галлий, селен, теллур, уран, цирконий, германий.

     Цветные металлы обладают прекрасными физическими  свойствами: электропроводимостью, ковкостью, плавкостью, способностью образовывать сплавы, теплоемкостью. 

Огнеупоры 

     Огнеупорные материалы (огнеупоры) — это материалы, изготовляемые на основе минерального сырья и отличающиеся способностью сохранять без существенных нарушений свои функциональные свойства в разнообразных условиях службы при высоких температурах. Применяются для проведения металлургических процессов (плавка, отжиг, обжиг, испарение и дистилляция),  конструирования печей, высокотемпературных агрегатов (реакторы, двигатели, конструкционные элементы и др.).

     Огнеупорные материалы отличаются повышенной прочностью при высоких температурах, химической инертностью. По составу огнеупорные  материалы это керамические смеси  тугоплавких оксидов, силикатов, карбидов, нитридов, боридов. В качестве огнеупорного материала применяется углерод (кокс, графит). В основном это неметаллические материалы, обладающие огнеупорностью не ниже 1580°C, применяются практически везде, где требуется ведение какого-либо процесса при высоких температурах.

     Классификация

     Огнеупорные материалы бывают штучными изделиями (блоками) и неформованными. К последним  относят наварочные материалы, мертели, засыпки и другие специальные  набивные и формуемые массы, в  том числе применяемые для  производства огнеупорных бетонов  и торкретирования.

     Огнеупоры разделяют по следующим признакам:

• формы и размеры
• способу формования
• огнеупорность
• пористость
• химико-минеральный состав
• область применения

 

     Классификация по формам и размерам

• прямые и клиновые нормальных размеров, малого и большого форматов;
• фасонные простые, сложные, особо сложные, крупноблочные, массой выше 60 кг
• специальные: промышленного и лабораторного назначения (тигли, трубки и т.д.)

     Классификация по способу формования

• пиленые из естественных горных пород или из предварительно изготовленных блоков;
• литые, изготовленные способом литья из жидкого шликера, пеношликера и т.д.;
• пластичного формования, изготовленные из масс в пластичном состоянии машинной формовкой, с последующей допрессовкой;
• полусухого формования из порошков;
• плавленные литые из расплава, получаемого путём электроплавки;
• термопластичнопрессованные;
• горячепресованные;

     Классификация по огнеупорности

• огнеупорные (огнеупорность от 1580 до 1770 °C)
• высокоогнеупорные (от 1770 до 2000 °C)
• высшей огнеупорности (более 2000 °C)

     Классификация по пористости

• особоплотные (открытая пористость до 3 %)
• высокоплотные (открытая пористость от 3 до 10 %)
• плотные (открытая пористость от 10 до 16 %)
• уплотненные (открытая пористость от 16 до 20 %)
• среднеплотные (открытая пористость от 20 до 30 %)
• низкоплотные (пористость от 30 % до 45 %)
• высокопористые (общая пористость от 45 до 75 %)
• ультрапористые (общая пористость более 75 %)

     Классификация по химико-минеральному составу

     Следует различать кислые, нейтральные и  основные огнеупоры. Более детальная  классификация производится по их химическому  составу:

• Кремнеземистые
• Алюмосиликатные
• Глиноземистые
• Глиноземоизвестковые
• Высокомагнезиальные
• Магнезиально-известковые
• Известковые
• Магнезиально-шпинелидные
• Магнезиально-силикатные
• Хромистые
• Цирконистые
• Оксидные
• Углеродистые
• Оксидоуглеродистые
• Карбидкремниевые
• Бескислородные

     Область применения

     Огнеупоры имеют очень много областей применения, но всех их можно разбить на две  основные группы, это огнеупоры (огнеупорные  изделия, например, кирпич) общего назначения, и огнеупоры, спроектированные специально для какого-либо теплового агрегата. Огнеупорные материалы применяются в металлургической, стекольной, сахарной, машиностроительной, химической промышленности, а также во всех других отраслях, где проходит работа с применением доменных, шахтных и вращающихся печей. 
 

Огнеупорные материалы в алюминиевой  промышленности 

     Производство  алюминия распадается на два цикла: получение глинозема (окись алюминия). Одновременно получают соду, цемент, т. е. происходит комбинирование химической промышленностью с производством стройматериалов. Производство глинозема, будучи материалоемким производством, тяготеет к сырью. получение алюминия. Производство металлического алюминия, будучи энергоемким производством, тяготеет к источникам дешевой электроэнергии. Для производства 1 тонны алюминия используется 2 тонны глинозема. Сырьем для производства алюминия служат: бокситы нефелины и алуниты. Характерной чертой алюминиевой промышленности России является ее зависимость от толлинга (производство первичного алюминия из зарубежного сырья).

     Механизм  разрушения огнеупорных футеровок  в алюминиевых печах

• Рост корунда
• Механическое повреждения
• Проникновение металла
• Термический шок
• Эрозия
• Химическое воздействие

     Изделия из изоляционного волокна (Superwool, Cerablanket, Kaowool, Pyrobloc)

     Доступные формы и достоинства

1. защитные  покрытия (особенности: великолепная термостойкость, мягкое волокнистое покрытие, отсутствует  дегазация во время обжига, гибкое легко поддается нарезке и  приданию любых форм)
2. модули
3. объемное волокно (особенности: длинное рыхлое волокно, поставляется со смазкой и без, средство для уплотнения и герметизации, не содержит связующих или вызывающих коррозию веществ)
4. бумага (особенности: сделана из волокна с низким процентом органического связующего, устойчива к разрывам, очень эластична, исключительные свойства для легкости в обращении)
5. формованные в вакууме
6. изоляционные волокна с низкой биоустойчивостью (биологическая устойчивость означает способность волокон сопротивляться удалению из легких с помощью естественных механизмов, растворением и разрушением)
7. панели Superwool ( жесткая панель огнеупорного наполнителя и связующего, легкая по весу, великолепная устойчивость к температурному шоку, равномерная толщина)

      
 
 
 
 
Рис. 1 Изоляционные волокна.   
 

     Изоляционный  огнеупорный кирпич

     Преимущества

• максимальная пористость, чтобы создать крошечные замкнутые воздушные полости для обеспечения изоляции
• замкнутые воздушные полости-наилучшая изоляция
• более мелкие замкнутые воздушные полости создают более извилистый путь к потоку тепла
• высокое сопротивление потоку тепла
• обладает малым весом и аккумулирует гораздо меньше количества тепла
• структурно самоподдерживающиеся при повышенных температурах
• самый высокий коэффициент отношения прочности к плотности из всех огнеупорных материалов
• изоляционные огнеупорные кирпичи могут легко резаться при строительных работах