Aktualne wydanie

2019 05 okladka

 5/2019

wydanie dwujezyczne (pol-ang)

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

gpd2019 480x100  

 LiSEC SS Konfig 480x120

PlotComplex baner

 

 

Nowoczesne, glinokrzemianowe materiały ogniotrwałe
Data dodania: 08.07.09

W przemyśle szklarskim, obok drogich, topionych materiałów ogniotrwałych, dużym zainteresowaniem cieszą się wypalane materiały glinokrzemianowe. Ze względu na ich skład chemiczny oraz właściwości, znajdują one szerokie zastosowanie przy konstrukcji wanien szklarskich (sklepienia, ściany) a także regeneratorów.

Obecność mulitu w tych materiałach dodatkowo poprawia szereg własności tych wyrobów. W opracowaniu przedstawiono współcześnie produkowane materiały glinokrzemianowe, technologię ich otrzymywania, przykłady aplikacji oraz kontrolę jakości.

W przemyśle szklarskim, obok drogich, topionych materiałów ogniotrwałych, dużym zainteresowaniem cieszą się wypalane materiały glinokrzemianowe. Ze względu na ich skład chemiczny oraz właściwości, znajdują one szerokie zastosowanie przy konstrukcji wanien szklarskich (sklepienia, ściany) a także regeneratorów. 

Obecność mulitu w tych materiałach dodatkowo poprawia szereg własności tych wyrobów. W opracowaniu przedstawiono współcześnie produkowane materiały glinokrzemianowe, technologię ich otrzymywania, przykłady aplikacji oraz kontrolę jakości. 

 

Wprowadzenie
     Materiały ogniotrwałe są to najczęściej wielofazowe tworzywa ceramiczne, które charakteryzuje duża odporność na działanie wysokich temperatur. Ich podstawowa cecha, ogniotrwałość zwykła, która w uproszczeniu odpowiada ich temperaturze początku topienia, wynosi co najmniej 1500oC [1].


     Ze względu na zastosowanie materiałów ogniotrwałych przy konstrukcji pieców i urządzeń cieplnych, obok odpowiednio wysokiej ogniotrwałości zwykłej, muszą one spełniać szereg innych, rygorystycznych wymagań. Ważna jest ich wysoka wytrzymałość mechaniczna, niezmienność wymiarów i kształtu wraz ze wzrostem temperatury. Istotny jest również skład chemiczny oraz fazowy. Współczesne materiały ogniotrwałe dobierane są bowiem do określonych warunków eksploatacyjnych, ich właściwości muszą być dostosowane do ściśle określonego przeznaczenia [1].

 

 

Dobór materiałów ogniotrwałych
     W przemyśle szklarskim wykorzystywane są różne materiały do budowy pieców, w zależności od ich konstrukcji, strefy a także składu topionego materiału. Przykładowo, w strefie topienia i miejscach szczególnie narażonych na korozję i agresywne działanie różnych czynników stosowane są najczęściej materiały topione, o najwyższej trwałości i odporności. Są to materiały najdroższe, najczęściej sprowadzane z zagranicy, mulitowe, cyrkonowe, z kwarcu topionego i inne. W pozostałych strefach wanien szklarskich, takich jak sklepienia basenu topliwnego, ściany, bloki i płyty przestrzeni ogniowej a także w konstrukcji regeneratorów (rekuperatorów) są wykorzystywane materiały wypalane.

 

Często są to wysokiej jakości wyroby andaluzytowe bądź mulitowe, czyli glinokrzemianowe materiały pochodzące z układu SiO2-Al2O3. Zaletą materiałów ogniotrwałych z tego układu tlenkowego jest ich niewielka rozszerzalność cieplna (poniżej 1%), dobra odporność na nagłe zmiany temperatury, niska przewodność cieplna a także dobre własności termomechaniczne [1]. Dodatkowo, obecność mulitu, jedynego związku w tym układzie, o wzorze tlenkowym 3Al2O3 . 2SiO2 w znacznym stopniu poprawia własności użytkowe wyrobów. Im wyższa jest jego zawartość tym mniejsza jest podatność materiału na deformacje w wysokich temperaturach, mniejsza skurczliwość wtórna, większa odporność korozyjna [1].
     Na rysunku 1 przedstawiono przykładowy schemat materiałów ogniotrwałych stosowanych w konstrukcji nowoczesnej wanny szklarskiej.



     Rysunek 2 przedstawia fotografię wybranych glinokrzemianowych materiałów ogniotrwałych wyprodukowanych przez firmę VESUVIUS SKAWINA, mających zastosowanie m in. w przemyśle szklarskim.

 

    

Materiały z układu SiO2-Al2O3 znajdują również zastosowanie przy konstrukcji regeneratorów. Schemat budowy regeneratora, zbudowanego przy wykorzystaniu wysokiej jakości andaluzytowych (Sillmax) oraz mulitowych materiałów ogniotrwałych firmy VESUVIUS SKAWINA oraz fotografie wykorzystywanych materiałów przedstawiono na rys. 3-5.

 

  

 

Wytwarzanie materiałów ogniotrwałych
     Ze względu na postać, w jakiej produkowane są materiały ogniotrwałe, możemy podzielić je na dwie grupy:
- formowane, o określonych wymiarach i kształcie, stosowane do murowania wyłożeń (rys. 2, 5),
- nieformowane – masy konstrukcyjne i naprawcze, betony, stosowane do wykonywania wyłożeń monolitycznych lub ich napraw, a także zaprawy służące do wiązania kształtek w wyłożeniach murowanych [1].



     Proces wytwarzania materiałów ogniotrwałych zaczyna się od odpowiedniego wyboru oraz przygotowania surowców. W przypadku wysokiej jakości materiałów glinokrzemianowych mogą być to np. mulity spiekane, topione, andaluzyt, kerfalit. Surowce te, o odpowiedniej frakcji, poniżej 2,8 mm, mieszane są z różnymi dodatkami spajającymi. W przypadku materiałów formowanych, z tak przygotowanej masy formuje się kształtki, które następnie są suszone i wypalane w temperaturze około 1600oC (rys. 6). Inną grupę stanowią tzw materiały chemicznie wiązane. W ich przypadku pomija się proces wypalania a tworzywa te swoje końcowe parametry uzyskują po zamontowaniu w docelowym urządzeniu cieplnym i ogrzaniu do temperatury, w której wytworzone zostają wiązania chemiczne.

 

   

  Materiały nieformowane (zaprawy, betony) gotowe są już na etapie wymieszania składników, kształt i ich wypalanie przesunięte są na okres po wykonaniu wyłożenia.


     Schemat wytwarzania materiałów ogniotrwałych formowanych oraz nieformowanych przedstawiono na rys. 7. Należy zaznaczyć iż zupełnie inaczej przebiega proces wytwarzania materiałów topionych oraz włóknistych, nawiązujący bardziej do metod hutniczych i odlewniczych [1].

 

 

Kontrola jakości
     Współcześnie stosowane materiały ogniotrwałe podlegają wielu badaniom pod kątem weryfikacji ich jakości. Sprawdzana jest ich gęstość, porowatość, wytrzymałość mechaniczna oraz ogniotrwałość.


     Wiele informacji o wewnętrznej budowie tworzywa ogniotrwałego i, pośrednio, o jego parametrach użytkowych można uzyskać poprzez badania jego mikrostruktury. Analiza wykonywana przy użyciu wysokiej klasy mikroskopu, pozwala przykładowo stwierdzić obecność różnych minerałów w tworzywie a także proporcje ilościowe faz zarówno krystalicznych, jak i amorficznych (rys. 8).

 

   

  W przypadku tworzyw glinokrzemianowych, zawierających mulit, istotna jest jego postać w formie drobnych igiełek o bezładnej orientacji. Przestrzenie pomiędzy nimi są wypełnione przez masę szklistą, której zawartość może osiągać nawet 50%. Jeżeli wyrób jest niewłaściwie ogrzewany podczas procesu produkcji (np. nadmierny wzrost temperatury podczas wypalania), kryształy mulitu ulegają wzrostowi a ich kształt staje się bardziej izometryczny. [4] Powoduje to pogorszenie wielu własności produktu, takich jak wytrzymałość mechaniczna w wysokiej temperaturze, ogniotrwałość, odporność na wstrząsy cieplne [4, 5].


     W badaniach mikrostruktury a także spiekania, korozji czy topienia obserwujemy ciągły postęp. Stosowane są różne typy mikroskopów grzewczych a w przypadku badań surowców – mikroskop elektronowy. Interesującym urządzeniem stosowanym w badaniach materiałów ogniotrwałych jest również spektrometr rentgenowsko-fluorescencyjny. Analiza próbki następuje poprzez poddawane jej w postaci stopionej oddziaływaniu promieniowania rentgenowskiego (rys. 9). Badanie pozwala określić skład chemiczny próbki z dużą dokładnością.

 

 

Podsumowanie
     Wraz z postępem technologicznym, systematycznie rosną wymagania, które muszą spełniać materiały ogniotrwałe, poprawia się równocześnie ich jakość. Obok drogich materiałów topionych, często stosowane w przemyśle szklarskim są wypalane wyroby glinokrzemianowe, oparte o takie surowce, jak mulit spiekany, topiony bądź andaluzyt.


     Właściwy dobór materiału, stosownie do miejsca jego zastosowania i związanych z nim warunków pracy (gazy, temperatura, obciążenie itd.) pozwala na jego wieloletnie użytkowanie bez konieczności wykonywania częstych i kosztownych napraw. Istotnym czynnikiem, pozwalającym na długą i bezawaryjną pracę odpowiednio dobranego wyłożenia jest jakość zastosowanych materiałów. Wiąże się ona z całym procesem technologicznym ich otrzymywania, odpowiednio dobranymi i przygotowanymi surowcami oraz właściwą temperaturą wypalania.

 

dr inż. Rafał Sindut, mgr inż. Bożena Kubala
VESUVIUS SKAWINA
Materiały Ogniotrwałe Sp. z o.o.
dr inż. Katarzyna Cholewa-Kowalska
Katedra Technologii Szkła i Powłok Amorficznych AGH


Literatura:
1. Piech J.: Wyłożenia ogniotrwałe pieców i urządzeń cieplnych, AGH Kraków, 1999
2. Piech J.: Piece ceramiczne i szklarskie, AGH Kraków, 2001
3. Nadachowski F.: Zarys technologii materiałów ogniotrwałych, SWT Katowice 1995
4. Refractories – A Global Strategic Business Report, Global Industry Analysts Inc, 2007
5. Konopicky K.: Sprechsaal 98, 1965
6. Schuller K.H. in Trans. Brit. Ceram. Soc. 63, 1964
7. A. Rezaie, W. L. Headrick, W. G. Fahrenholtz, R. E. Moore, M. Velez, W. A. Davis, Refractories Applications and News Vol 9 No 5, 2004

 

patrz też:

- Powłoki żelowe na szkle. Część 2,  Maria Łączka, Agnieszka Terczyńska, Katarzyna Cholewa-Kowalska, Świat Szkła 11/2008 

- Powłoki żelowe na szkle. Część 1,  Maria Łączka, Agnieszka Terczyńska, Katarzyna Cholewa-Kowalska, Świat Szkła 9/2008

- Niekonwencjonalne metody wytwarzania szkieł , Rafał Sindut, Świat Szkła 6/2008

 

więcej i nfoirmacji: Świat Szkła 6/2009

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne


 

 

 

 

01 chik
01 chik