Materiały ogniotrwałe w metalurgii i przetwórstwie cynku – materiały pomocnicze

SLAJD 4

Cynk na skalę przemysłową otrzymuje się metodą pirometalurgiczną bądź hydrometalurgiczną. Proces pirometalurgiczny polega zazwyczaj na prażeniu spiekającym koncentratów zawierających siarczek cynku, a następnie redukcji otrzymanego w wyniku prażenia tlenku cynku w piecach szybowych specjalnej konstrukcji, wyposażonych w kondensator do szybkiego skraplania powstających par cynku. Dawniej proces ten prowadzono najczęściej w tzw. muflach poziomych. W procesie hydrometalurgicznym koncentrat poddaje się ługowaniu roztworem kwasu siarkowego, otrzymany roztwór siarczanu cynku oczyszcza się, i wydziela się z niego metaliczny cynk drogą elektrolizy. Następnie okresowo zdziera się cynk z katod, przetapia i odlewa w tzw. gąski.

SLAJD 6

• Blenda cynkowa = siarczek cynku (ZnS), źródło cynku (67% Zn).

• Termalit – wyroby termalitowe produkowane z ziemi okrzemkowej, należą do ceramiki ogniotrwałej. Najczęściej były formowane w kształtki o wymiarach cegły i używane do wykonywania izolacji pieców i kotłów.

SLAJD 7

Karborund = Węglik krzemu (karborund) - materiał ceramiczny z grupy węglików o ogólnym wzorze SiC. Występuje w naturze jako niezwykle rzadki minerał moissanit. Istnieją jego dwie odmiany krystaliczne α i β.

Fibrothal - jest to próżniowo formowana ceramika włóknista, która zawiera w sobie elementy grzejne.

Jak wynika z powyższego zestawienia najwyższe temperatury panują w piecach: do tlenku cynku ,szybowym oraz do rektyfikacji cynku. Panuje w nich temperatura między 1200 ,a 1500 ℃. Najczęściej używanym zaś materiałem ogniotrwałym metalurgii cynku są różnego rodzaju wyroby szamotowe i rzadziej beton żaroodporny. Wyroby szamotowe nie są zwilżalne przez ciekły cynk i nie ulegają w nim rozpuszczeniu. Nie wchodzą również w reakcje chemiczne z tymże.

SLAJD 8

W zależności od składu chemicznego i parametrów technicznych wyroby te dzieli się na trzy gatunki:

formowane z mas plastycznych, gatunki: E, A, B, C,

formowane z mas półsuchych i półplastycznych, gatunki: Es, As, Bs, Cs,

formowane z mas wieloszamotowych, gatunki: Ew, Aw, Bw.

SLAJD 9

Wsadem do pieców przewalowych jest mieszanka surowców cynkonośnych i koksu.

Wsad o charakterze zasadowym (wsp. Zasadowości = 2,5), trudno topliwy, powoduje szybki zrastanie pieców. Narosty są usuwane szybko

Wsad o charakterze kwaśnym (wsp. Zasadowości < 1), łatwotopliwy, tworzenie narostów jest powolne ,ale usuwanie ich trudne.

Wsad zasadowy zawiera 12-22% wilgoci, kaśny 20-25% wilgoci. Zawartość koksu = 15-20%

SLAJD 10

Warunki pracy obmurzy w piecach przewałowych – czynniki niszczące wyłożenia

• Strefa suszenia – para wodna

• Kacynacji – wstrząsy termiczne ,działanie par cynku i ołowiu

Strefa dopalania – podobnie jak wcześniej ,a także działanie żuzla

SLAJD 11

Pierwszy stopień – mieszanina tlenków i siarczków cynku, ołowiu, kadmu

Zadaniem drugiego stopnia jest wydzielenie lotnych związków Pb, Cd, Tl czy As i zaglomerowanie nielotnego tlenku cynku

Czynniki niszczące wyłożenia wszystkich stref pieca spiekalniczego: chemiczne działanie wsadu i żużla, cynku, ołowiu czy wstrząsy termiczne.

Zalecane gatunki wyrobów ogniotrwałych dla pieców przewałowych to przede wszystkim formowane z mas plastycznych B i A oraz formowane z mas półsuchych i półplastycznych Aw

SLAJD 12

BLENDA FLOTACYJNA (flotation blend) – koncentrat cynku blenda flotacyjna. Otrzymywany jest podczas procesu flotacyjnego wzbogacania rud cynkowo-ołowiowych. Uzyskany materiał ten ma kolor popielaty, uziarnienie zawarte w granicach 0-0.2 mm. Ciężar właściwy blendy filtrowanej wynosi 3.9-4.0 g/cm3. Zawartość Zn: 52-57%.

W składzie chemicznym wsadu dominuje przede wszystkim Zn (53%) oraz siarka (27-31%). Inne substancje to Pb, Fe, MgO i CaO

Proces zachodzi w komorze pieca w wyniku reakcji egzotermicznej. Gazy poprocesowe w których głownie skład wchodzi SO2 odprowadzane są wylotami w sklepieniu pieca.

SLAJD 13

W wyłożeniu wszystkich elementów pieca stosuje się wyroby ogniotrwałe formowane z mas plastycznych C oraz

formowane z mas półsuchych i półplastycznych Cs.

Czynniki niszczące wyłożenie ogniotrwałe – korodujące działanie składników gazów odlotowych oraz mechaniczne i chemiczne działanie wsadu

Wymagania wyrobów to m. in. Odporność na niszczące działanie gazów zawierających SO2, SO3 czy H2SO4, niska porowatość.

SLAJD 15

Czynniki niszczące wyłożenia pieca to przede wszystkim wysoka temperatura oraz chemiczne działanie żużli

Wymagania własności wyrobów : odporność na działanie temperatury i wstrząsy termiczne, odporność na korozję przez żużle czy wysoka ogniotrwałość pod obciążeniem

SLAJD 16

Znal – stop cynku z aluminium lub z aluminium i miedzią.

Jako dodatki stosuje się również mangan, magnez i tytan. Przeznaczony jest do wykonywania precyzyjnych odlewów i do obróbki plastycznej.

SLAJD 17

Czynniki niszczące wyłożenia ogniotrwałe to działanie chemiczne płynnych Zn, Pb, Cd, Fe oraz tych metali jak również zmiany temperatury

Wymagania własności wyrobów:

SZAMOTOWE – odporność na działanie płynnych Zn,Pb, Cd czy Fe, niska porowatość

Z SiC – wysoka przewodność cieplna czy wytrzymałość mechaniczna

SLAJD 19

Czynniki niszczące wyłożenie ogniotrwałe to działanie chemiczne płynnego Pb ,Zn i par, działanie temperatury topionego popiołu węgla

Wymagane własności ogniotrwałych odporność na działanie płynnego Pb, Zn , niska porowatość, odporność na wysoką temperaturę

SLAJD 20

Zgar – strata metalu w czasie procesów metalurgicznych głównie wytapiania, jest wynikiem reakcji chemicznej, najczęściej utleniania metalu i pierwiastków w nim zawartych. Produktem takiej reakcji są głównie tlenki występujące w stanie stałym i przechodzą do żużla. Niekiedy zgary występują w formie gazowej (np. CO) . Zgary są źródłem strat otrzymywanego pierwiastka.

gaz czadnicowy - gaz generatorowy

SLAJD 21

Czynniki niszczące wyłożenie ogniotrwałe – ścieranie przez wsad, działanie metalicznego Zn i Pb

Wymagane własności wyrobów – stała objętość, wysokie przewodnictwo cieplne, wytrzymałość mechaniczna, odporność na działanie metalicznego Zn i Pb, stałość wymiarów czy szorstkośc powierzchni

Zalecane gatunki wyrobów – A i As

SLAJD 22

Wyłożenie ogniotrwałe wanny pieca ulega powierzchniowej korozji w wyniku działania związków chloru wprowadzonych wraz z salmiakiem (Chlorek amonu NH4Cl)

Do wyłożenia pieców indukcyjnych zaleca się następujące gatunki wyrobów i mas:

• Sklepienie pieca – C lub Cs

• Ściany pieca – B lub Bs

• Trzon pieca – B lub Cs

• Wanna pieca – masa glinokrzemianowa wiązana H3PO4

SLAJD 23

Tlenek cynku (ZnO, biel cynkowa, biel chińska, łac. oxidium zinci, nihil album) – związek chemiczny, tlenek, połączenie tlenu, stosowany głównie jako pigment do farb.

SLAJD 25

Czynniki niszczące wyłożenie ogniotrwałe – wysoka temperatura, działanie chemiczne żużli, wstrząsy termiczne

Własności wyrobów – odporność na temperaturę i par cynku, odporność na chemiczne działanie żużli , wysokie przewodnictwo cieplne, niska porowatość

SLAJD 26

Mufla ceramiczna jest to kształtka wykonana z masy wysokoglinowej służąca do wykonywania zamkniętych komór pieców laboratoryjnych, doświadczalnych i niewielkich urządzeń warsztatowych. Maksymalna temperatura pracy wynosi 1200°C. Niewielka grubość ścianki powoduje, że ciepło ze spirali grzejnej jest łatwo odprowadzane do wnętrzna komory. Spiralę z drutu oporowego owija się wokół czterech ścianek mufli dzięki czemu możliwe jest uzyskanie dużej jednolitości temperaturowej wewnątrz komory. Jednocześnie, spirala grzejna odizolowana jest od atmosfery panującej w piecu co zwiększa żywotność drutu np. podczas przeprowadzania procesów spopielania i innych.

Czynniki niszczące wyłożenie ogniotrwałe – mechaniczne niszczenie, duże wahania temperatury, atmosfera lekko redukująca

Własności wyrobów ogniotrwałych – wytrzymałość mechaniczna, bardzo duża odporność na wahania temperatury, odporność na atmosferę lekko redukującą

SLAJD 27

Jest to częsty przypadek w metalurgii. W piecu obecne są 2 niemieszające się ciecze :Roztwór ciekły ołowiu w cynku L1 i roztwór ciekły cynku w ołowiu L2. Rozwarstwiona zawartość pieca w warunkach turbulencji kąpieli prowadzi do znacznego jej utleniania z porównywalnym ilościowo wytworzeniem tlenków cynku oraz ołowiu. Całość tlenków może stanowić pokaźną warstwę kąpieli , dobrze zwilżoną przez ciekłe metale i powodującą duże utrudnienia w prawidłowym przebiegu niektórych procesów metalurgicznych

SLAJD 28

W tych samych warunkach dochodzi do relatywnie łatwej reakcji między PbO ,a krzemionką SiO2, pochodzącą z wyrobów szamotowych a przede wszystkim ze spoin. Dochodzi do tworzenia względnie łatwo topliwych związków o temperaturze topnienia w zakresie od 725 do 764 ℃. Efektem tych procesów jest przyśpieszone rozpuszczanie wyłożenia pieca ceramicznego a szczególnie spoin łączących zastosowane kształtki szamotowe.

Opisany przebieg uniemożliwia kontynuowanie zamierzonego procesu metalurgicznego przyczyniając się jednocześnie do istotnego skrócenia trwałości eksploatacyjnej danego urządzenia ,a co za tym idzie nadzwyczajnych strat.

SLAJD 29

Najczęściej stosowanym materiałem w metalurgii cynku są różnego rodzaju wyroby szamotowe

Najczęściej występujące czynniki niszczące wyłożenia ogniotrwałe to: chemiczne działanie wsadów i żużli, wysoka temperatura i jej gwałtowne zmiany, działanie chemiczne płynnych Zn, Pb, Cd, Fe oraz tych metali czy niszczenie przez korozję

Wymagane własności wyrobów to m.in. :odporność na wysoką temperaturę i wahania tejże, wysokie przewodnictwo cieplne, odporność na działanie chemiczne żużli i metali, niska porowatość czy odporność na działanie płynnych Zn, Pb, Cd i Fe.