Piidioksidi tiiletovat happo{0}}pohjaisia tulenkestäviä materiaaleja, jotka koostuvat pääasiassa tridymiitistä, kristobaliitista ja pienistä määristä jäännöskvartsia ja lasia. Ne kestävät vahvasti happo-pohjaista kuonaa, mutta ovat herkkiä emäksisen kuonan aiheuttamalle korroosiolle ja ovat herkkiä oksidien, kuten Al2O3, K2O ja Na2O, korroosiolle. Niiden tulenkestävyys kuormituksen alaisena on korkea, vaihdellen 1640 astetta 1680 asteeseen, lähellä tridymiitin ja kristobaliitin sulamispisteitä (1670 astetta ja 1713 astetta, vastaavasti). Niiden suurin haittapuoli on alhainen lämpöiskunkestävyys, mutta niiden tulenkestävyys on samanlainen kuin niiden tulenkestävyys kuormitettuna. Ne kestävät{10}}pitkäaikaista käyttöä korkeissa lämpötiloissa ilman muodonmuutoksia, mikä auttaa varmistamaan muurattujen rakenteiden lujuuden käytön aikana.
Piiditiiliä käytetään ensisijaisesti koksiuunien hiiltymis- ja polttokammioiden väliseinissä sekä liotuskaivojen katoissa tai holveissa, kuumamasuunien, avo{0}}hapon tulisijauuneissa ja lasiuuneissa. Raudanvalmistusteknologiassa uudet tekniikat, kuten suorapelkistys ja sulapelkistys, muuttuvat vähitellen tuotantovoimiksi. Koksausteollisuudessa on kehitetty ilman koksiuunia valmistettua "muovattua koksia", joka voi osittain korvata perinteisen koksin.
Tulenkestävät piidioksiditiilet, kuten useimmat sintratut tulenkestävät tiilet, valmistetaan puolikuivalla{0}}prosessilla ja poltetaan tunneliuuneissa. Tuotantoprosessin aikana syntyvät halkeamat ovat yksi tärkeimmistä syistä korkeaan romumäärään.
Piiditiilien halkeamien tyypit
Piitiilien halkeamat voidaan luokitella pinta- ja sisähalkeamiin, jälkimmäiset tunnetaan myös kerroshalkeamia. Pintahalkeamat luokitellaan edelleen poikittaishalkeamiin, pitkittäishalkeamiin ja verkkohalkeamiin. Piidioksiditiilet valmistetaan käyttämällä puolikuivapuristin-muovausmenetelmää tiheiden viherkappaleiden luomiseksi. Viherkappaleeseen kohdistuvan paineen suunnassa syntyneet halkeamat ovat poikittaisia halkeamia, kun taas paineen suuntaa kohtisuorassa olevat halkeamat ovat pystysuoria halkeamia. Verkkohalkeamat koostuvat useista halkeamista, jotka ovat jakautuneet hämähäkinverkkokuvioon piitiilen pinnalle.
Tyypillisesti tavallisessa piidioksiditiilessä vihreä runko puristetaan paksuuden läpi. Piidioksidipalotiilien muodostusprosessi on olennaisesti prosessi, jossa aihion sisällä olevat hiukkaset tiivistetään ja ilma poistetaan, jolloin muodostuu tiheä aihio. Konepuristuksen jälkeen tiileillä on etuja, kuten suuri tiheys, lujuus, minimaalinen kuivumis- ja polttokutistuminen sekä helposti säädettävät tuotteen mitat. Jos koneen -puristusprosessia ohjataan kuitenkin väärin, aihioon voi muodostua paineen suuntaan nähden kohtisuorassa olevia lamellihalkeamia paineistusprosessin aikana. Siksi lamellihalkeamat tai yksinkertaisesti laminaatit piidioksidipalotiilissä ovat myös pitkittäisiä halkeamia.
Suuret laminaatit voidaan havaita heti tiilien muodostamisen tai kuivumisen jälkeen. Pienet laminaatit tiilissä näkyvät kuitenkin vasta polton jälkeen, koska ne jatkavat laajenemista polton aikana aiheutuvien lämpöjännitysten vuoksi. Halkeamia sisältävät tiilet, erityisesti laminaatit, ovat alttiita rikkoutumaan, mikä tekee niistä käyttökelvottomia ja pienentää silikatiilituotteiden saantoa.
Keskeiset toimenpiteet halkeamien muodostumista ja ehkäisyä varten piitiilissä
1. Konepuristus
Silikatiilien laminoinnit johtuvat ensisijaisesti koneen{0}}puristusprosessin virheellisestä ohjauksesta, ja niitä kutsutaan joskus kone-puristetuiksi halkeamiksi. Tulenkestävän piidioksidin raaka-aineet ja aihiot koostuvat kolmesta ainefaasista: kiinteästä aineesta, vedestä tai muista sideaineista ja ilmasta. Mekaanisen puristusmuovauksen tai muottipuristuksen koko prosessin aikana kiinteän ja nestemäisen faasin määrä ei muutu, kun taas aihiossa olevan ilman määrä puristuu ja pienenee paineen vaikutuksesta, ja myös puristetun aihion tilavuus pienenee vastaavasti. Muottipuristusprosessi voidaan karkeasti jakaa kolmeen seuraavaan vaiheeseen: (1) Ensimmäisessä vaiheessa aihiossa olevat hiukkaset alkavat liikkua paineen vaikutuksesta ja muotoutua uudelleen tiheämmäksi pinoksi. Tämän prosessin ominaisuus on ilmeinen pakkaus. Kun paine nousee tiettyyn arvoon, se siirtyy toiseen vaiheeseen. (2) Toisessa vaiheessa hiukkaset käyvät läpi hauraita ja elastisia muodonmuutoksia. Kun aihio on puristettu tietyssä määrin, puristus estyy edelleen. Kun paine kasvaa ja saavuttaa ulkoisen voiman, joka aiheuttaa hiukkasten uudelleen muodonmuutoksen, aihio puristetaan uudelleen{12}}ja aihion tiheys kasvaa vastaavasti. Tämä vaihe on vaihe, jossa puristamisesta ja paineistamisesta tulee lyhyt ja tiheä. (3) Kolmannessa vaiheessa, rajapaineen alaisena, aihion suhteellinen tiheys on periaatteessa vakaa ja sitä on vaikea lisätä. Tiiliaihion meistipuristus on valmis. Puristusmuovauksen aikana kimmoisista jälkivaikutuksista johtuva viivästynyt viherkappaleen laajeneminen on säädettävä alle 2 %:iin. Jos näin ei tehdä, seurauksena on usein tuotteen hylkääminen puristusprosessin aikana. Jos raakakappale muodostaa "kerroksisen tiheyden" kohdistetun paineen suunnassa, jolloin tiheysero ylittää 2 %, kerroshalkeilua tapahtuu todennäköisesti raakakappaleen sisällä. Tämä johtaa epätasaiseen lämpölaajenemiseen polton aikana, mikä johtaa merkittävään lämpörasitukseen ja pitkittäisten halkeamien muodostumiseen, jotka ovat samansuuntaisia tiheyskerrosten kanssa, mikä johtaa tuotteen hylkäämiseen.
Puristusmuovauksen aikana painetta käytetään voittamaan hiukkasten välinen sisäinen kitka, hiukkasten ja muotin seinämän välinen ulkoinen kitka sekä puristetun raakakappaleen muodonmuutos. Kun etäisyys puristuspäästä kasvaa, viherkappaleen sisäinen paine pienenee.
Siksi silikatiiliä puristettaessa on parasta käyttää lyhyitä muotteja, joissa on pieni kuvasuhde, eikä korkeita muotteja, joilla on suuri kuvasuhde, jotta varmistetaan tasainen paineen jakautuminen vihreässä kappaleessa. Samaan aikaan aihioon lisätään tiettyjä pehmittimiä ja pinta-aktiivisia aineita vähentämään sisäistä kitkaa ja paineensiirtohäviöitä; muotin viimeistelyjä on parannettu tai voideltu ulkoisen kitkan vähentämiseksi; kaksipuolista -puristusta käytetään aihion L/D-suhteen vähentämiseen; ja useita paineistuksia, alkaen kevyestä ja sitten raskaasta, käytetään estämään liiallinen paineen kerääntyminen aihioon ja eliminoimaan elastiset jälkivaikutukset. Nämä toimenpiteet parantavat paineen ja tiheyden tasaisuutta aihion sisällä. Tämä estää suuren tiheyden lähellä painepintaa ja alhaisen tiheyden kaukana painepinnasta piitiiliaihiossa, mikä vähentää kerrosten tiheyden ja halkeamien muodostumista.
Lisäksi silikatiiliaihiot valmistetaan sekoittamalla kiviainesta, klinkkeriä, kuulamyllyjauhetta, mineralisoijaa, sulfiittimassajätelipeää ja pehmitintä. Aihion vaivausprosessin parantaminen voi myös auttaa lisäämään aihion tiheyttä. Fysikaalisessa sekoitustekniikassa materiaalien liikkumista samassa vaiheessa kutsutaan sekoittamiseksi, materiaalien liikkumista eri vaiheissa sekoittamiseksi ja korkean -viskositeettisten nesteiden ja kiinteiden aineiden sekoittamista kutsutaan vaivaamiseksi (vaivaaminen ja sekoittaminen). Oikealla vaivaamisella hienojakoista jauhetta voidaan päällystää suurempien hiukkasten ympärille, mikä poistaa tehokkaasti kaasut ja lisää tiilen tiivistymistä, mikä vähentää tiilen huokoisuutta.
2. Polttoprosessi
Silikatiilien sintraus on olennaisesti SiO2:n monikiteinen muunnos. Mineralisoivien aineiden vaikutuksesta piidioksidiraaka-aine sintrautuu hitaasti ja muuttuu olennaisesti tridymiitiksi ja kristobaliitiksi, ja jäljelle jää vain pieni määrä kvartsia. Käytön aikana piidioksidipalotiilet kokevat tilavuuden kokonaislaajenemisen 1,5–2,2 %, kun ne kuumennetaan 1450 asteeseen. Tämä jäännöslaajeneminen tiivistää laastin liitokset ja varmistaa piitiilimuurauksen hyvän tiiviyden ja rakenteellisen lujuuden. Lisäksi tämä SiO2:n monikiteinen muunnos sanelee, että piidioksidipalotiilet ovat tulenkestävän materiaalin valvonnan painopiste uunin alkupolttovaiheen aikana, ja hidas ja tasainen kuumennusnopeus on ominaista. Koska -- ja -kristobaliitin kidemuutos silika-palotiilissä aiheuttaa merkittävän tilavuusvaikutuksen lämpötila-alueella 150-300 astetta, on erityisen huolellista nostaa lämpötilaa hitaasti tällä alueella uunipolton aikana.
Piiditiilien polton aikana tapahtuvat fysikaaliset ja kemialliset muutokset voidaan tiivistää seuraavasti:
① Tiilien jäännöskosteus poistetaan alle 150 asteen lämpötilassa.
② Ca(OH)2 alkaa hajota välillä 450-550 astetta ja on valmis 550 astetta. Tässä vaiheessa sidokset piitiilihiukkasten välillä katkeavat CaO:n ja muiden aineiden vaikutuksesta, mikä johtaa lujuuden heikkenemiseen ja hauraan tiilen muodostumiseen.
③ 550-650 asteessa -kvartsitiilet muuttuvat monokvartsiksi aiheuttaen tilavuuden laajenemista.
④ 600{1}}700 asteessa tapahtuu kiinteän faasin reaktio CaO:n ja SiO2:n välillä, mikä lisää tiilen lujuutta.
⑤ 800{1}}1100 asteen lämpötilassa tiilissä tapahtuu nestefaasireaktio, joka lisää tiilen lujuutta nopeasti. Alkaen 1100 astetta, kvartsin konversionopeus kasvaa merkittävästi ja muodostuu matalatiheyksistä kvartsia, mikä aiheuttaa merkittävää tilavuuden laajenemista.
⑥ 1300-1350 asteessa tridymiitin ja kristobaliitin määrän lisääntymisen vuoksi viherkappaleen todellinen ominaispaino pienenee ja tilavuuden laajeneminen kasvaa, mikä voi johtaa halkeiluihin.
⑦ 1350-1470 asteessa kvartsin muuntumisaste ja siitä johtuva laajeneminen ovat erittäin suuria. Vain monokvartsi, metastabiili kristobaliitti, mineralisoijat ja epäpuhtaudet muodostavat vuorovaikutuksessa nestefaasin ja tunkeutuvat kvartsihiukkasiin muodostaen halkeamia, kun muodostuu metastabiilia kristobaliittia, mikä edistää monokvartsin ja metastabiilin kristobaliitin jatkuvaa liukenemista muodostuneessa nestefaasissa, mikä tekee siitä ylikyllästyneen kidemuodon jatkuvassa happisulassa ja silikon sulassa ja silittää sitten jatkuvassa happisulassa. stabiilista tridymiitistä. Tällä hetkellä mitä suurempi nestefaasin viskositeetti on, sitä nopeampi on piidioksiditiilen konversionopeus ja sitä suurempi on halkeamien mahdollisuus tiilen vihreässä kappaleessa. Siksi seuraavat prosessitoimenpiteet on toteutettava, jotta piidioksiditiilen kidemuoto muuttuu polttoprosessin aikana, johon liittyy suuria tilavuuden muutoksia, jotka johtavat halkeamien muodostumiseen:
(1) Säädä eri polttolämpötila-alueiden lämmitysnopeutta. Lämmitysnopeutta tulee hidastaa, kun lämpötila on alle 600 astetta. Lämmitysnopeutta voidaan nopeuttaa, kun lämpötila on 600 - 1000 astetta. Lämmitysnopeuden tulee olla hidas, kun lämpötila on 1100 - 1300 astetta. Kun lämpötila on 1300 asteen ja polttolämpötilan (1430 - 1450 astetta) välillä, kuumennusnopeuden tulee olla hitain polttoprosessin aikana. Kun poltetut silikatiilet jäähtyvät alle 600 asteeseen, erityisesti 300 asteeseen, ne tulee jäähdyttää hitaasti. Tämä voi tehokkaasti puskuroida kiteen muutoksen tilavuuden muutosta, mikä lisää tridymiitin ja kristobaliitin pitoisuutta ja välttää halkeamien muodostumista.
(2) Korkean lämpötilan -polttovaiheessa tulisi käyttää pelkistävää ilmakehää, joka edistää alhaisen-arvoisen rautaoksidin mineralisaatiota ja edistää tridymiitin laajamittaista-tuotantoa. Muuten hapettavassa ilmakehässä, varsinkin kun mineralisaattoria ei ole riittävästi, suurin osa -kvartsista muuttuu -kristobaliitiksi. Tätä muuntamista kutsutaan "kuivaksi muunnokseksi". Kuivakonversion aikana tiilirungon epätasaisesta tilavuuden laajenemisesta ja nestefaasin puskurointijännityksen puutteesta johtuen tuotteen rakenne löystyy ja halkeilee. Samanaikaisesti silikatiilipolton eri lämpötilavaiheissa tulee tehdä asianmukainen eristys, jotta piitiilien faasikoostumus on kohtuullinen ja ne täyttävät käyttövaatimukset.
(3) Paranna puolivalmiiden tuotteiden latausjärjestelmää halkeamien todennäköisyyden vähentämiseksi. Tulenkestävän piidioksidin poikittaishalkeamat eli tuotteen painesuunnan suuntaiset halkeamat johtuvat yleensä tuotteen eri osien epätasaisesta kuumenemisesta polton aikana. Ne näkyvät enimmäkseen tulelle-paljastuneella pinnalla tiilipinon ulkopuolella, erityisesti päällystuotteen pinnalla. Piidioksidipalotiilen pinnalla olevat verkkohalkeamat, sekä itse viherkappaleen mikroskooppiset epätasaisuudet, jotka johtuvat epätasaisesta vaivaamisesta tai raaka-aineiden muutoksista, johtuvat yleensä tuotteen kuumennuksesta liian korkeassa lämpötilassa suurilla vaihteluilla. Ladattaessa erityiset piitiilet on asetettava uunikorin sisään ja tavalliset tavalliset tiilet uunikorin ulkopuolelle; erikoismuotoisten tiilien ulkonevat osat tai halkeamia alttiit osat tulee sijoittaa sisäänpäin; uunikorin yläosa tulee peittää ohuilla tiileillä, jotta vältytään suoralta liekiltä jne. Muuten syntyy lisää halkeamia.
Halkeamat ovat suuri piitiilen saantoon ja suorituskykyyn vaikuttava tekijä. Puristusmuovaus- ja polttoprosessien hallitseminen on avainasemassa silikatiilien halkeamien estämisessä. Piidioksidiraaka-aineiden teoreettiset ja todelliset konversiot vaihtelevat, ja polttoaikataulua on mukautettava reaaliajassa raaka-aineiden, tiilityypin ja muiden tekijöiden muutosten perusteella. Silikatiiliaihioiden valmistus ja laatu ovat tärkeitä, jopa kriittisiä tekijöitä. Vain valvomalla tarkasti jokaista prosessivaihetta voidaan valmistaa tehokkaita-piidioksiditiiliä tehokkaasti ja pienellä energiankulutuksella.
