Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 43
Текст из файла (страница 43)
В связи с этим кварцевая керамика успешно может применяться и в тех случаях, где температура и продолжительность ее эксплуатации приводит к существенной или полной кристобалитизации материала при однократной службе. Кварцевая керамика в ряде случаев может быть успешно применена вместо других огнеупорных материалов. Применение ее является эффективным в качестве теплоизоляции печей и тепловых агрегатов, для термостойких деталей. В качестве огнеупоров применяют кварцевую керамику нескольких видов: теплоизоляциоиную с высокой пористостью — кварцевая пенокерамика, со средней пористостью, высокоплотную и керамику на основе зернистых масс.
Каждый из этих видов керамики может иметь различные области применения. С точки зрения применения кварцевой керамики для крупных монолитных огнеупорных изделий ее выгодно отличают исключительно низкая усадка в процессе сушки и обжига (до 1 — 2$) и низкий КТР, позволяющий использовать детали при повышенных температурах без швов для компенсации расширения и без коробления. Это в сочетании с низкой теплопроводиостью материала представляет большие удобства при проектировании и сооружении печей и позволяет уменьшить размеры и значительно ускорить строительство тепловых агрегатов. Наибольшее применение для изготовления крупногабаритных изделий находит кварцевая керамика на основе литейных масс с зернистым наполнителем !16). Обычно чем больше размер отливки, тем более крупным должен быть размер зерен наполочителя. Универсальным соотношением по массе суспензии и зернистого наполнителя является 1: 1, рекомендуется перед смешением смачивать 100 частей наполнителя 2 частями воды.
11о этой технологии были получены монолитные плиты толщиной !52 мм для подовой футеровки печей. Максимальный размер изделий по длине составлял до 7,6 м. Сушка таких плит осуществляется в течение 8 ч. Начало применению кварцевой керамики в качестве огнеупоров было положено в 1955 г. в США, когда технологический институт шт. Джорджия по договору с фирмой «Гласрок нродакте» начал разработку технологии изготовления постоянных, литейных форм для металлургии !16). Основными требованиями .к материалу для таких форм были: хорошая технологичность, низкая стоимость, высокая термостойкость.
В качестве исходного материала для предварительного изучения был принят плавленый кварц, который после сухого измельчения подвергался смешиванию с суспензией коллоидно-дисперсного кремнезема для получения литейной массы. Однако при применении такой массы создавались большие трудности как при извлечении готового изделия из формы, так и при сушке вследствие исключительной склонности к гелеобразованию. Вследствие этого были предприняты успешные попытки изготовления форм методом шликериого литья из водных суспензий кварцевого стекла как тоикозернистых, так и с зернистым наполмителем. В работе !!6) отмечают успешное использование кварцевой .керамики для изготовления форм многократного использования для литья.
Для выявления устойчивости к кристаллизации расплав чугуна заливали в форму и выдерживали до полного затвердевания. После периодически повторявшихся 12 таких циклов в материале формы не было обнаружено следов кристаллизации. В работе !227) проводились сравнительные исследования материала формы на точность и чистоту поверхности отливок. В качестве исходных огнеупорных мате- т. ' риалов для форм использовали белый электрокорунд, материал силиманитового состава, кварцевое стекло, кристаллический кремнезем. Наиболее прецизионные отливки при этом оказались прн использовании форм из кварцевой керамики.
В зависимости от материала моделей, по которым изготовлялись формы, представилось возможным получить отливки по классу точности 4 — 6 и классу чистоты поверхности 4 — 5. Преимуществом форм на основе кварцевой керамики по сравнению с другими является и меньшая их подверженность образованию трещин и лучшие механические свойства. В работе [16] приводится ряд примеров применения кварцевой керамики в качестве огнеупора общего назначения. На основе керамики из зернистых масс была изготовлена монолитная футеровка котла, успешно эксплуатнрующаяся свыше двух лет. Для футеровки обжигательной керамической печи на основе кварцевой керамики из зернистых масс применили необожженные панели размером 122К152К15 см.
Кварцевая пенокерамнка была использована для футеровки тигельной печи при плавке алюминия, причем по сравнению с футеровкой из обычных огнеупоров экономия топлива достигала 50 — 60%. Кварцевая керамика успешно была использована в качестве труб для подачи расплавленного алюминии во время литья под низким давлением [16, 55!. Главными преимуществами применения керамики для этой цели является хорошая термическая стойкость и низкая теплопроводность. Применение для этой цели чугунных труб связано с необходимостью их наружного обогрева для устранения охлаждения расплавленного алюминия, что устраняется применением труб из кварцевой керамики. Кроме того, при этом в несколько раз увеличивается продолжительность их службы.
Отмечено, что частичная пропитка труб алюминием не влияла на их эксплуатацию. Производство изделий из кварцевой керамики в США осуществляется, в основном, фирмой «Гласрок» [55)». * Этой все фирмой разработан эффективный промышленный метод получения болыпих количеств непрозрачного кварцевого стекла из песка с последующей переработкой в крупку, различной гракуляцин. Такая крупка применяется в качестве исходного материала для огнеупоров из завари«вой керамики. 246 Отмечаются следующие области .применения огнеупорных изделий, выпускаемых этой, фирмой: 1) в стекольной промышленности — оборудование для формовки или закалки зеркального стекла; 2) в установках для непрерывной разливки аммиака в виде деталей: разливочных стаканов, поплавков, футеровки желобов, распределительных бачков, трубопроводов; 3) при формовке металла — для изготовления форм с высокой стойкостью к термическим ударам, для микроплавки жароупорных сталей; 4) для решения проблемы формовки металлических листов из титана или бериллия; 5) для футеровок дверей коксовых печей, что ликвидировало проблему обязательного ремонта ввиду быстрого их разрушения из-за термических ударов.
В результате применения огнеупоров фирмы «Гласрок» в сталелитейной промышленности для трубопроводов фурменных рукавов (стояков, колец и сопел) и рубашек для футеровки самих фурм улучшились показатели работы доменных печей. Эти огнеупоры нашли также применение в области непрерывной разливки стали для изготовления разливочных стаканов. О больших преимуществах применения кварцевой керамики для непрерывной разливки стали свидетельствует тот факт, что фирма «Гласрок» в настоящее время обеспечивает необходимым припасом многие предприятия Северо-Американского континента и Японии, а фрунцузская фирма «СЕС» (СагЬоп)заВоп Еп!герНзе е! Сегагп)с!пе) — предприятия ряда европейских стран. Высокоплотная кварцевая керамика, изготовленная по технологии, приведенной в работе [51, опробована в качестве вставок-доваторов при непрерывной разливке стали [681. К указанным деталям предъявляются жесткие требования в отношении постоянства сечения их канала, потому что как зарастание, так и размывание канала дозирующего устройства приводит к аварийному прекращению процесса.
Испытания вставок-доваторов проводились на установке для непрерывйой разливки стали, При этом разливались стали У12А, У!ЗА, У79ХС, раскисленные А! и 5!С. Доваторы предварительно разогревались до 900 —- 930'С, температура стали при разливке находилась в пределах 1500 — !540'С. В зависимости от марки стали 247 при продолжительности разливки 45 — 55 мин увеличение диаметра канала составило 0 — 0,6 мм, что значительно меньше по сравнению с параллельно испытываемыми глиноземографитовыми доваторами.
Кварцевая керамика на основе синтетического кремнезема представляет интерес для оптического стекловарения, так как, применяя ее в виде сосудов для варки, можно получать изделия высокой чистоты и термостойкости [12, 13!. Стекловаренные изделия, применяемые для указанной цели, используются при температурах 1100 — 1600'С. В связи с тем что из всех модификаций кремнезема кристобалит является наиболее огнеупорным и химически стойким, было признано наиболее эффективным применять термообработку, обеспечивающую не только спекание, но и полную кристаллизацию кварцевой керамики перед действием стекломассы. При этом с целью достижения высоких показателей плотности, огнеупорности, химической стойкости без снижения термостойкости процесс термообработки рекомендовано осуществлять в следующей последовательности; предварительное спекание изделия в печи обжига при температурах, далеких от кристаллизации (1000'С), а процессы основного уплотнения н последующей кристаллизации— непосредственно перед засыпкой шихты в стекловаренной печи.
Испытание изделий на стеклоустойчивость было проведено на сосудах емкостью 1 л, обжигавшихся предварительно при 1000'С, затем помещавшихся в нарочную печь, где перед засыпкой шихты подвергались вторичной термообработке (1150 — 1250'С), при которой происходила их объемная кристаллизация. При дальнейшей выводке печи (1250 — 1300'С) в ннх была засыпана шихта и при 1440'С сварено стекло марки ТФ!. Все испытанные сосуды (10 штук) выдержали варку без каких-либо деформаций и растрескиваний.
Материал сосудов после варки был плотным (пористость 5%), по фазовому составу представлен в основном кристобадитом. Испытанные изделия обладали высокой химической устойчивостью, в то время как сосуды из плавленого кварца до перехода в кристобалит при указанных условиях разъе- дались. ~Кварцевая керамика была применена [~16! в установках для горячего формования авиационных заготовок из нержавеющей стали. В указанных установках фор- 248 мование заготовки и ее термообработка осуществляются одновременно. Кварцевая керамика имеет существенное значение и в процессах твердой пайки сотовых авиационных конструкций из нержавеющей стали [16!.
При нагревании до температуры твердой пайки собранную сотовую конст. рукцию устанавливают на специальной опорной подставке с целью сохранения ее формы. К материалу подставки предъявляются жесткие требования в отношении точности размеров в большом интервале температур и теплоизоляционных свойств. Указанным требованиям наиболее полно отвечает кварцевая керамика. ,Сообщается [206! о изготовлении и испытании труб из кварцевой керамики длиной 500 — 600 мм в установках непрерывной разливки стали. Последние были получены полусухим прессованием с применением кремнийорганического связующего. Через трубы разливали 150 т металла, износ канала при этом составил около 0,2 мм на 1 т стали. Для аналогичных установок применяли и стаканы длиной 600 — 650 мм для подвода стали в кристаллизатор [210!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
