Silika ciglesu vatrostalni materijali na bazi kiselina- koji se prvenstveno sastoje od tridimita, kristobalita i malih količina zaostalog kvarca i stakla. Pružaju jaku otpornost na šljaku na bazi kiselina-, ali su podložni koroziji alkalnom šljakom i osjetljivi su na koroziju oksidima kao što su Al₂O₃, K₂O i Na₂O. Njihova vatrostalnost pod opterećenjem je visoka, u rasponu od 1640 stepeni do 1680 stepeni, blizu tačaka topljenja tridimita i kristobalita (1670 stepeni i 1713 stepeni, respektivno). Njihova najveća mana je niska otpornost na termički udar, ali je njihova vatrostalnost slična vatrostalnosti pod opterećenjem. Podnose dugotrajnu-upotrebu na visokim temperaturama bez deformacija, pomažući da se osigura strukturna čvrstoća zidanih konstrukcija tokom rada.
Silikatne opeke se prvenstveno koriste u pregradnim zidovima karbonizacijskih i ložionih komora koksnih peći, kao i na krovovima ili svodovima jama za namakanje, toplih visokih peći, peći sa otvorenim{0}}ognjištem na kiselo ognjište i peći za staklo. U tehnologiji proizvodnje željeza, nove tehnologije kao što su direktna redukcija i redukcija rastaljene postepeno se pretvaraju u proizvodne snage. U industriji koksanja razvijen je "formirani koks" proizveden bez upotrebe koksne peći, koji može djelomično zamijeniti tradicionalni koks.
Silikatna vatrostalna opeka, kao i većina sinterovanih vatrostalnih opeka, proizvodi se polu-postupkom i peče se u tunelskim pećima. Pukotine koje nastaju tokom procesa proizvodnje jedan su od glavnih razloga za visoku stopu otpada.
Vrste pukotina u silicijumskim opekama
Pukotine u silikonskim ciglama mogu se kategorizirati kao površinske i unutrašnje pukotine, potonje također poznate kao slojne pukotine. Površinske pukotine se dalje kategoriziraju kao poprečne, uzdužne i mrežne pukotine. Silicijumske cigle se proizvode korištenjem polu-suhe presovanja-metoda oblikovanja za stvaranje gustih zelenih tijela. Pukotine koje se javljaju duž smjera pritiska primijenjenog na zeleno tijelo su poprečne, dok su pukotine koje se javljaju okomito na smjer pritiska vertikalne pukotine. Mrežne pukotine se sastoje od nekoliko pukotina raspoređenih u obliku paukove mreže na površini silicijumske cigle.
Tipično, za standardnu silicijumsku ciglu, zeleno tijelo je pritisnuto kroz njenu debljinu. Proces formiranja silicijumskih vatrostalnih opeka je u suštini proces zbijanja čestica unutar blanka i uklanjanja vazduha, čime se formira gusta zarada. Nakon mašinskog-prešanja, cigle pokazuju prednosti kao što su visoka gustina, čvrstoća, minimalno skupljanje pri sušenju i pečenju i lako kontrolisane dimenzije proizvoda. Međutim, ako je mašinski{4}}proces presovanja nepropisno kontrolisan, mogu se formirati lamelarne pukotine okomite na smjer pritiska u zatvoru tokom procesa pritiska. Stoga su lamelarne pukotine, ili jednostavno laminacije, unutar silikatnih šamotnih opeka također uzdužne pukotine.
Veliki slojevi se mogu otkriti odmah nakon što se cigle formiraju ili osuše. Međutim, manje slojeve unutar cigle postaju uočljive tek nakon pečenja, jer nastavljaju da se šire zbog termičkih naprezanja tokom pečenja. Opeke koje sadrže pukotine, posebno laminacije, sklone su lomljenju, što ih čini neupotrebljivim i smanjuje prinos proizvoda od silicijumske opeke.
Ključne mjere za stvaranje i prevenciju pukotina u silicijumskim opekama
1. Mašinsko presovanje
Laminacije u silicijum cigli su prvenstveno uzrokovane nepravilnom kontrolom mašinskog-procesa presovanja i ponekad se nazivaju mašinski{1}}presanim pukotinama. Sirovine i tvorbe silikatnih vatrostalnih opeka sastoje se od tri faze materije: čvrste materije, vode ili drugih veziva i vazduha. Tokom čitavog procesa mehaničkog presovanja ili presovanja u kalupu, količina čvrste i tečne faze se ne menja, dok se količina vazduha u zatvoru komprimuje i smanjuje dejstvom pritiska, a u skladu s tim se smanjuje i zapremina komprimovanog zalogaja. Proces presovanja u kalupu može se grubo podijeliti u sljedeća tri stupnja: (1) U prvoj fazi, pod djelovanjem pritiska, čestice u blanku počinju da se pomiču i rekonfiguriraju u gušći snop. Karakteristika ovog procesa je očigledna kompresija. Kada se pritisak poveća na određenu vrijednost, ulazi u drugu fazu. (2) U drugoj fazi, čestice prolaze kroz krtu i elastičnu deformaciju. Nakon što je blank do određene mjere komprimiran, daljnja kompresija je otežana. Kada se pritisak poveća i dostigne vanjsku silu koja uzrokuje da se čestice ponovo deformiraju, blank se ponovo-komprimuje, a gustina blanka se povećava u skladu s tim. Ova faza je faza u kojoj kompresija i pritisak postaju kratki i česti. (3) U trećoj fazi, pod graničnim pritiskom, relativna gustina blanka je u osnovi stabilna i teško se povećava. Završeno je presovanje gotove cigle. Tokom procesa kompresijskog oblikovanja, odloženo širenje zelenog tijela zbog elastičnih naknadnih efekata mora se kontrolisati na manje od 2%. Ako to ne učinite, često će doći do odbijanja proizvoda tokom procesa presovanja. Ako zeleno tijelo formira "slojevitu gustinu" duž smjera primijenjenog pritiska, s razlikom gustine većom od 2%, vjerovatno će doći do slojevitog pucanja unutar zelenog tijela. To dovodi do neravnomjernog toplinskog širenja tijekom pečenja, što rezultira značajnim toplinskim naprezanjem i stvaranjem uzdužnih pukotina paralelnih sa slojevima gustine, što rezultira odbacivanjem proizvoda.
Tokom kompresijskog oblikovanja, pritisak se koristi za prevazilaženje unutrašnjeg trenja između čestica, vanjskog trenja između čestica i stijenke kalupa i deformacije presovanog zelenog tijela. Kako se rastojanje od glave za prešanje povećava, unutrašnji pritisak zelenog tijela se smanjuje.
Stoga, kada se presuju silika cigle, najbolje je koristiti kratke kalupe sa malim odnosom širine i visine, a ne visoke kalupe sa velikim odnosom širine i visine, kako bi se osigurala ujednačena distribucija pritiska unutar zelenog tela. Istovremeno, određeni plastifikatori i surfaktanti se unose u blanko kako bi se smanjilo unutrašnje trenje i gubici pri prenosu pritiska; završne obrade kalupa su poboljšane ili podmazane kako bi se smanjilo vanjsko trenje; Dvostrano{1}}pritisak se koristi za smanjenje L/D omjera blanka; i višestruka pritiska, počevši od laganog, a zatim od teškog, koriste se kako bi se spriječilo prekomjerno nagomilavanje pritiska unutar blanka i eliminisali elastični naknadni efekti. Ove mjere poboljšavaju ujednačenost pritiska i gustine unutar blanka. Ovo sprečava visoku gustinu blizu površine pritiska i nisku gustinu daleko od površine pritiska unutar silicijumske cigle, čime se smanjuje stvaranje gustine sloja i pukotina.
Osim toga, gotovi blokovi od silicijumske opeke se pripremaju miješanjem agregata, klinkera, praha za kuglični mlin, mineralizatora, otpadne tekućine sulfitne pulpe i plastifikatora. Poboljšanje procesa gnječenja blanka takođe može pomoći u povećanju gustine blanka. U smislu tehnologije fizičkog miješanja, kretanje materijala u istoj fazi naziva se miješanje, kretanje materijala u različitim fazama naziva se miješanje, a miješanje tečnosti i čvrstih tvari visokog viskoziteta naziva se gnječenje (gnječenje i miješanje). Pravilnim gnječenjem fini prah se može obložiti oko većih čestica, efikasno uklanjajući plinove i povećavajući gustoću cigle, čime se smanjuje poroznost cigle.
2. Proces pečenja
Sinterovanje silicijumskih opeka je u suštini polikristalna transformacija SiO2. Pod dejstvom mineralizatora, sirovina silicijum dioksida se polako sinteruje, u suštini transformišući u tridimit i kristobalit, sa samo malom količinom zaostalog kvarca. Tokom upotrebe, silicijumske šamotne opeke doživljavaju ukupnu zapreminsku ekspanziju od 1,5% do 2,2% kada se zagreju na 1450 stepeni. Ova rezidualna ekspanzija zaptiva spojeve maltera, osiguravajući dobru nepropusnost i strukturnu čvrstoću u zidovima od silicijumske cigle. Nadalje, ova polikristalna transformacija SiO2 diktira da vatrostalne opeke od silicijum-dioksida budu u fokusu praćenja vatrostalnog materijala tokom početne faze pečenja u peći, pri čemu je karakteristika spora i ujednačena brzina zagrijavanja. Budući da je kristalna transformacija - i -kristobalita u silicijumskim šamotnim opekama praćena značajnim volumnim efektom u temperaturnom opsegu od 150-300 stepeni, treba obratiti posebnu pažnju na polagano povećanje temperature unutar ovog raspona tokom pečenja u peći.
Fizičke i hemijske promene koje se dešavaju tokom pečenja silicijumskih opeka mogu se sažeti na sledeći način:
① Preostala vlaga u cigli se uklanja ispod 150 stepeni.
② Ca(OH)2 počinje da se razgrađuje između 450-550 stepeni i završava se za 550 stepeni. U ovom trenutku, veze između čestica silika cigle se razbijaju djelovanjem CaO i drugih tvari, što rezultira smanjenjem čvrstoće i krhkom opekom.
③ Na 550-650 stepeni, -kvarcne cigle se pretvaraju u monokvarc, uzrokujući proširenje zapremine.
④ Na 600-700 stepeni, javlja se reakcija čvrste faze između CaO i SiO2, povećavajući čvrstoću cigle.
⑤ Na 800-1100 stepeni, reakcija u tečnoj{4}}fazi se javlja u ciglama, brzo povećavajući čvrstoću cigle. Počevši od 1100 stepeni, stopa konverzije kvarca se značajno povećava i formira se kvarc male gustine, uzrokujući značajno proširenje zapremine.
⑥ Na 1300-1350 stepeni, zbog povećanja količine tridimita i kristobalita, prava specifična težina zelenog tijela se smanjuje, a zapreminsko širenje se povećava, što može dovesti do pucanja.
⑦ Na 1350-1470 stepeni, stepen konverzije kvarca i rezultujuća ekspanzija su veoma veliki. Samo monokvarc, metastabilni kristobalit, mineralizatori i nečistoće u interakciji formiraju tekuću fazu i prodiru u čestice kvarca i formiraju pukotine kada se formira metastabilni kristobalit, što pospješuje kontinuirano otapanje monokvarca i metastabilnog kristobalita u formiranoj tekućoj fazi, što ga čini prezasićenim kristalom i kontinuiranim topljenjem kisika. oblik stabilnog tridimita. U ovom trenutku, što je veća viskoznost tečne faze, veća je brzina konverzije silicijumske opeke i veća je mogućnost pukotina u telu zelene cigle. Stoga, kako bi se spriječilo da silikatna cigla prođe kroz promjene kristalnog oblika tokom procesa pečenja, praćene velikim promjenama zapremine koje dovode do stvaranja pukotina, moraju se poduzeti sljedeće procesne mjere:
(1) Kontrolirajte brzinu zagrijavanja različitih temperaturnih raspona pečenja. Brzinu zagrevanja treba usporiti kada je temperatura manja od 600 stepeni. Brzina zagrevanja se može ubrzati kada je temperatura između 600 stepeni i 1000 stepeni. Brzina zagrevanja treba da bude spora kada je temperatura između 1100 stepeni i 1300 stepeni. Kada je temperatura između 1300 stepeni i temperature pečenja (1430 stepeni do 1450 stepeni), brzina zagrevanja bi trebalo da bude najsporija tokom procesa pečenja. Kada se pečene silicijumske cigle ohlade ispod 600 stepeni, posebno na 300 stepeni, treba ih polako hladiti. Ovo može efikasno ublažiti promjenu volumena transformacije kristala, čineći sadržaj tridimita i kristobalita višim i izbjegavajući stvaranje pukotina.
(2) Treba koristiti redukcijsku atmosferu tokom faze pečenja na visokoj{1}temperaturi, koja pogoduje mineralizaciji nisko-valentnog željeznog oksida i promovira -proizvodnju tridimita velikih razmjera. Inače, u oksidirajućoj atmosferi, posebno kada je mineralizator nedovoljan, većina -kvarca se pretvara u -kristobalit. Ova konverzija se naziva "suha konverzija". Tokom suhe konverzije, zbog neravnomjernog širenja volumena tijela opeke i nedostatka puferskog naprezanja tečne faze, struktura proizvoda će postati labava i napuknuta. Istovremeno, treba izvršiti odgovarajuću izolaciju u različitim temperaturnim fazama pečenja silicijum cigle kako bi se osiguralo da silicijumske cigle imaju razuman fazni sastav i ispunjavaju zahtjeve upotrebe.
(3) Poboljšati-sistem punjenja poluproizvoda kako bi se smanjila vjerovatnoća nastanka pukotina. Poprečne pukotine u silikatnim vatrostalnim opekama, odnosno pukotine paralelne sa smerom pritiska proizvoda, obično su uzrokovane neravnomernim zagrevanjem različitih delova proizvoda tokom pečenja. Uglavnom se pojavljuju na površini-izloženoj vatri izvan naslaga opeke, posebno na površini gornjeg proizvoda. Mrežne pukotine na površini silikatnih vatrostalnih opeka, osim mikroskopskih neravnina samog zelenog tijela zbog neravnomjernog gnječenja ili promjene sirovina, obično su uzrokovane zagrijavanjem proizvoda na previsokoj temperaturi sa velikim fluktuacijama. Prilikom utovara, specijalne silikonske cigle treba postaviti unutar vagona peći, a standardne obične cigle treba postaviti izvan vagona peći; izbočene dijelove cigle specijalnog-oblika ili dijelove sklone pucanju treba postaviti prema unutra; vrh vagona peći treba pokriti tankim ciglama kako bi se izbjegao direktan udar plamena itd. U suprotnom će se pojaviti još pukotina.
Pukotine su glavni faktor koji utiče na prinos i performanse silikonske cigle. Ovladavanje procesima presovanja i pečenja ključno je za sprečavanje pukotina u silicijum cigli. Teoretske i stvarne konverzije silicijumskih sirovina variraju, a raspored pečenja se mora prilagoditi u realnom vremenu na osnovu promjena u sirovinama, vrsti cigle i drugim faktorima. Priprema i kvalitet otvora od silicijumske cigle su važni, čak i kritični faktori. Samo striktnom kontrolom svakog koraka procesa moguće je efikasno-proizvođenje silicijumskih opeka sa niskom potrošnjom energije.
