1.Wiadomości ogólne

Materiały ogniotrwałe stanowią podstawę rozwoju wielu dziedzin techniki, a zwłaszcza metalurgii, gdzie większość procesów technologicznych odbywa się w wysokich temperaturach, dotyczy to:

-metalurgii żelaza i stali

-metali nieżelaznych

-koksownictwa

-odlewnictwa

2. Zastosowanie w odlewnictwie

Materiały ogniotrwałe znajdują zastosowanie w odlewnictwie żeliwa, staliwa i metali nieżelaznych np.:

-przy wykonywaniu wyłożeń ogniotrwałych w indukcyjnych piecach tyglowych lub kanałowych

-w kadziach zabiegowych, czy transportowych

Szacuje się, że globalne zużycie materiałów ogniotrwałych wynosi ok. 70%

3. W procesach metalurgicznych panują temp. robocze:

-600°C w metalurgii ołowiu i cynku,

-1300°C w metalurgii miedzi

-1800-1900 °C w metalurgii stali

- w szczególnych przypadkach mogą być też również wyższe temperatury (np. procesach wytapiania i przetapiania wysokotopliwych metali lub ich stopów: -Mo 2622°C

-W 3370 °C

4. Ogólna charakterystyka surowców na materiały ogniotrwałe.

Materiały ogniotrwałe są prawie zawsze użytkowane w atmosferze tlenu. Muszą być, więc odporne na działanie wysokiej temperatury. Dlatego też do produkcji wyrobów ogniotrwałych wybiera się przede wszystkim tlenki lub substancje utlenione o dostatecznie wysokiej temperaturze topnienia (SiO₂ -1720°C, Al₂O₃ -2015°C, Cr₂O₃ - 2265°C, ZrO₂ -2677°C, ThO₂ - 3300°C) Surowcem do wyrobów ogniotrwałych jest także SiC. Węglik krzemu nie topi się, ale w skutek (SiO₂ + CO₂) może być stosowany jedynie w tych częściach pieców, gdzie nie ma tlenu.

a) Ze względu na pochodzenie, surowce do wyrobów ogniotrwałych dzieli się na:

-surowce mineralne (naturalne),

+ilaste

+krzemionkowe
+skaleniowe

+węglanowe

+inne pochodzenia mineralnego

-surowce chemiczne (syntetyczne)]

b) ze względu na charakter fizyczny surowce można podzielić na

- materiały plastyczne (po zarobieniu z wodą tworzą masy plastyczne - gliny, kaoliny)

-materiały nieelastyczne (stanowią materiału schudzające, zmniejszające plastyczność masy, a w konsekwencji skurczliwość w czasie suszenia oraz wypalania- łupek ogniotrwały, kwarc)

-topniki (poniżej 1500°C) służą do zmniejszania porowatości i jednoczesnego zwiększania odporności chemicznej wyrobów ogniotrwałych- skalenie. Topiąc się podczas wypalania, zmniejszają porowatość oraz pełnią rolę materiałów schudzających.

5.Definicja i klasyfikacja materiałów ogniotrwałych.

Wg PN-69/H-12000 wyroby ogniotrwałe są to wyroby ceramiczne, których ogniotrwałość zwykła jest, co najmniej równa lub wyższa od 1500°C (150sP). Materiały ogniotrwałe są to ceramiczne materiały budowlane i pomocnicze, które oprócz ogniotrwałości zwykłej równej lub wyższej od 1500°C charakteryzują się odpowiednią odpornością na długotrwałe działanie wysokich temperatur , czynników mechanicznych, oraz chemicznych, a także na nagłe zmiany temperatury.

Podstawę klasyfikacji wyrobów ogniotrwałych wg PN-69/H-12000 stanowi:

-skład chemiczny i mineralny

-ogniotrwałość zwykła,

-porowatość

-technologia produkcji

-obróbka cieplna

6. Kryterium podziału materiałów ze względu na ogniotrwałość zwykłą

------------------------------------	Ogniotrwałość zwykła
Ogniotrwałe	1500-1700°C (150-170sP)
Wysoko ogniotrwałe	1700-2000°C (170-200sP)
O najwyższej ogniotrwałości	Powyżej 2000°C (>200sP)

7.Kryterium podziału ze względu na porowatość

	Porowatość
Szczególnie zwarte	Porowatość otwarta do 3%
Wysoko zwarte	3 - 10 %
Zwarte	10 - 16 %
Średnio zwarte	16 - 20 %
Normalnie zwarte	20 - 30 %
O obniżonej zwartości	30 - 45 %
O niskiej zwartości	45 - 85 % - lekkie
	>85 % - ultralekkie

8. Kryterium ze względu na technologię produkcji

-z mas plastycznych

-z mas sypkich

-z mas lejnych

-z mas termoplastycznych

-prasowane na gorąco z ogrzanych do stanu termoplastycznych mas ogniotrwałych

-topiono - odlewane

-wycinane z naturalnych skał lub bloków topionych

9. Kryterium ze względu na obróbkę cieplną

-niewypalane (poddane suszeniu)

-obrabiane cieplnie (w temp 150-750°C)

-wypalane

-topiono - odlewane, odprężane

10.Kryterium ze względu na charakter chemiczny

-kwaśne

-zasadowe

-obojętne

11. I Kryterium w oparciu o charakter chemiczny materiału = kryterium jakościowe

-kwaśna krzemionka SiO₂. Do kwaśnych wyrobów należą wyroby: krzemionkowe, szamotowe, kwarcowo-szamotowe.

-zasadowe tlenki (MgO, CaO). Do wyrobów zasadowych należą wyroby magnezytowe, magnezytowo-wapniowe, magnezytowo-krzemionkowe.

-Do wyrobów obojętnych należą wyroby węglowe (z koksu lub antracytu), grafitowe SiC, cyrkonowe

12. II kryterium ze względu na charakter chemiczny - kryterium J.Konarzewskiego i M.Raczyńskiego

Kryterium mówi, że jeżeli dany materiał w temperaturze ok. 1670°C :

-reaguje, z CaO, a nie reaguje z SiO₂ - ma on charakter chemicznie kwaśny

-reaguje, z SiO₂, a nie reaguje z CaO - ma on charakter chemicznie zasadowy

-nie reaguje ani z SiO₂, ani z CaO - należy go uważać za obojętny

13. Cechy techniczno - eksploatacyjne materiałów ogniotrwałych

Materiały ogniotrwałe ulegają zniszczeniu pod wpływem czynników chemicznych, termicznych i mechanicznych. W celu oceny przydatności materiałów ogniotrwałych przeprowadza się badania ich właściwości. Badania te zmierzają w kierunku opracowania metod, które najbardziej odpowiadałyby warunkom eksploatacji wyrobów. Najczęściej materiał ogniotrwały narażony jest na równoczesne działanie szkodliwych czynników, dlatego też dobiera się taki, który spełnia wymagania z punktu widzenia trwałości urządzenia.

14. Ogniotrwałość zwykła- to odporności materiału ceramicznego na działanie wysokiej temperatury określona temperaturą, przy której stożek pirometryczny wykonany z badanego materiału ugina się pod własnym ciężarem, dotykając wierzchołkiem podstawy

15. Ogniotrwałość pod obciążeniem t₂₀,t₄₀ - to odporność materiału ceramicznego na działanie wysokiej temperatury, określana temperaturą, przy której materiał odkształca się pod wpływem obciążenia ściskającego 0,2MPa.

-t_m(t_0,Ϭ)- temperatura początkowa mięknięcia, w której próbka zostaje zgnieciona o 0,6% (0,3mm) początkowej wysokości;

-t_z(t₄)-temperatura, w której próbka zostaje zgnieciona o 4% (2mm) początkowej wysokości

-t₂₀ - temperatura, w której próbka zostaje zgnieciona o 20% (10mm) początkowej wysokości

-t₄₀ - temperatura, w której próbka zostaje zgnieciona o 40% (20mm) początkowej wysokośći.

---