Bahan Refraktori Dikelaskan

Bahan refraktori adalah istilah yang luas untuk apa-apa bahan yang secara meluas bertolak ansur dengan suhu tinggi dan tahan terhadap serangan kimia pada suhu tinggi tersebut.

Terdapat banyak kelas bahan refraktori, dan pelbagai bahan yang jatuh ke dalam kategori tersebut. Di sini, pelbagai bahan tersebut akan dibincangkan dan dikategorikan dari segi komposisi kimia mereka. Terdapat banyak cara lain untuk mengkategorikan bahan refraktori, seperti bagaimana ia dibuat dan bentuk fizikal yang mereka ambil, contohnya monolitik atau berbentuk.

Ramai - tetapi tidak semua - bahan refraktori berkongsi laluan pengeluaran yang sama dengan proses berjujukan: pemprosesan bahan mentah, membentuk dan kemudian menembak. Tidak semua bahan refraktori digunakan dalam erti kata konvensional, ada yang dimasukkan ke dalam bahan-bahan lain, menjadi refraktori atau sebaliknya. Lebih daripada 70% daripada semua refraktori yang dihasilkan digunakan dalam industri pengeluaran logam (1).

Klasifikasi di sini tidak termasuk semua bahan refraktori, demi kebesaran. Perlu diingat juga, bahawa penggunaan beberapa bahan refraktori untuk aplikasi di luar kategori mereka berlaku di bawah kelayakan dan sebab tertentu. Sebab utama klasifikasi oleh komposisi kimia adalah bahawa dalam setiap kategori, banyak refraktori akan berkelakuan sebahagian besarnya sama untuk projek-projek yang paling biasa, kerana bagaimana mereka melakukan atau tidak bertindak balas dengan suasana dalam proses atau papak yang dihasilkan. Beberapa contoh dari setiap kelas akan diperincikan.

Tiga kelas terlebar bahan refraktori - oleh komposisi kimia - berasid, asas dan neutral.

shutterstock_1479913295 Square
proses menggunakan tunpinggan

Berasid

Refraktori berasid adalah refraktori yang sedia bertindak balas dengan asas pada suhu yang tinggi. Contoh-contoh yang paling biasa refraktori berasid adalah tanah liat api dan slica. Contoh lain termasuk aluminosilicat dan zirconia. Refraktori berasid paling sesuai di mana papak / suasana berasid itu sendiri, kerana ini bermakna tidak akan ada serangan atau keaktifan, memastikan kehidupan refraktori yang panjang(2).

Siklika

Slica adalah bahan refraktori yang paling biasa. Mempunyai titik lebur 2,230 °C, penggunaannya meluas (3). Berharga untuk panjang umur dan rintangan mereka kepada beberapa suhu tertinggi, bata api adalah contoh bahan refraktori slica yang kebanyakannya. Kegunaan lain di luar bata telah ditunjukkan, seperti lapisan tundish dan seramik dan cements.

Tanah Liat Kebakaran

Popular untuk pembentukan crucibles dan pelbagai alat kerja logam, tanah liat api adalah tanah liat yang terdiri terutamanya hidrous sate aluminium, sering kali dengan slica hadir juga.

Kaca Tanah

Kaca tanah, walaupun bukan refraktori sejati dengan haknya sendiri, menawarkan hartanah yang dipertingkatkan kepada bahan refraktori yang lebih luas. Serupa dengan slika, komponen utamanya, kaca tanah berkelakuan seperti refraktori berasid. Satu ciri yang sangat berguna apabila menggunakan kaca tanah sebagai sebahagian daripada refraktori lapisan tundish atau Relau adalah bahawa ia dapat mengeluarkan oksida besi dari besi lebur dan keluli (4). Telah dilaporkan bahawa apabila digunakan sebagai komponen dalam lapisan refraktori, kaca tanah boleh bertindak sebagai selesema. Ini membantu dalam membersihkan logam pelembut (5). Faedah hiliran seperti kebolehpercayaan yang lebih baik boleh diperhatikan juga.

Kaca tanah juga telah digunakan sebagai komponen dalam refraktori jenis berasid lain seperti bata api sicela, di mana batu bata tersebut terdapat dalam relau buatan keluli dan kaca(6).

refraktori diperbuat daripada bata
Koridor Archway diperbuat daripada bata refraktori

Asas

Percuma kepada idea refraktori berasid adalah refraktori asas. Ini sering bertindak balas dengan asid pada suhu tinggi. Magnesite, zirconia dan dolomite digunakan secara meluas contoh. Oleh itu, refraktori asas paling sesuai untuk apabila papak / suasana yang dihasilkan juga asas. Kes-kes penggunaan biasa untuk refraktori asas adalah untuk operasi bukan ferus metalurgi. Refraktori asas sering refraktori suhu tertinggi - tetapi ini bermakna peningkatan kos (7).

Zirconia

Zirconia adalah refraktori asas yang stabil secara terma sehingga 15,000 °C, sering digunakan untuk Relau kaca dan Relau lain di mana suhu tertinggi diperlukan. Menariknya, ia tidak bertindak balas dengan logam cecair dan itu adalah bahan yang digunakan secara meluas.

Magnesite

Magnesite, MgCO3, adalah refraktori yang digunakan terutamanya untuk contoh-contoh dengan papak kaya yang sangat asas atau besi, yang mana ia tidak bertindak balas, bagaimanapun refraktori mereka bukanlah yang tertinggi. Magnesite-chrome dan chrome-magnesite (dinamakan sesuai dengan kandungan bahan utama) adalah refraktori campuran. Biasanya digunakan untuk aliran keluar suhu relau dan lapisan Relau yang tinggi. Magnesite dan refraktori campuran krom menawarkan rintangan yang sangat baik untuk spalling (8).

merah panas refraktory simen bata

Refraktori Neutral

Ramai ahli kelas 'neutral' refraktori jatuh ke dalam dua subkatorgories, oksida dan karbon. Oksida neutral berharga kerana kekurangan kebaktifan mereka dengan asid dan asas, dan sering dianggap sebagai refraktori unggul untuk utiliti dan prestasi mereka yang luas ke atas sebilangan besar aplikasi.

Refraktori neutral digunakan di banyak aplikasi, kerana ia bertolak ansur dengan suasana berasid dan asas dan papak. Refraktori jenis karbon sering digunakan dalam mengurangkan persekitaran (9).

Antrasit

Secara counterintuitively, anthracite telah lama digunakan sebagai refraktori. Sebagai contoh bahan refraktori neutral, kemasukannya bermakna bahawa tidak ada reaktiviti dengan athasfera berasid atau asas atau papak. Anthracite calcined (CA) adalah versi anthracite yang dirawat dengan haba yang lebih kuat dan jauh lebih berlubang daripada anthracite yang tidak dirawat.

Semasa pengiraan - yang mungkin melalui proses pemanasan elektrik, menghasilkan anthracite berkalika elektrik, ECA - anthracite mula menjalani grafik pada kira-kira 2,200 °C(10). Kesannya, disebabkan oleh grafik, graphite sintetik terbentuk melalui ECA(11). Graphite sendiri adalah bahan refraktori.

Untuk refraktori yang dibuang, CA mempunyai liang-liang bersaiz kecil dan konsisten. Utiliti tertentu untuk pengeluaran logam ferus, anthracite calcined mendapati penggunaan yang meluas dalam refraktori grafik kabel monolitik (12).

Dalam aplikasi peleburan, CA/ECA mempunyai profil rintangan elektrik yang menarik (13), manakala anthracite adalah konduktor miskin, CA / ECA adalah yang baik. Elektrod yang dihasilkan CA/ECA untuk aplikasi peleburan mempunyai kadar pengoksidaan yang perlahan, kekuatan mekanikal yang tinggi dan kekonduksian haba yang rendah. Elektrod terbentuk daripada monolithS ECA, separa monolith atau proses mampatan yang melibatkan resin berprestasi tinggi yang melekatkan bersama bahagian monolith yang lebih kecil (14).

CA dan ECA adalah pilihan refraktori yang popular kerana sifatnya yang murah, tahap kesucian yang baik yang timbul daripada anthracite berkualiti tinggi, dan kebolehgunaan yang luas.

Debu arang batu

Sebagai tambahan dalam pengeluaran bata refraktori,
habuk arang batu
telah lama digunakan (15). Telah ditunjukkan bahawa kebanyakan bata api berasaskan tanah liat yang telah ditipu dengan pelbagai jumlah habuk arang batu, merentasi saiz pengisar yang berbeza, didapati sangat berkesan sebagai penebat haba (16), menaikkan tanah liat konvensional kepada status bahan refraktori.

logam lebur yang dicurahkan ke dalam acuan dengan Pasir pengisi

Chromite

Kromite adalah bising kromium yang berlaku secara semulajadi. Ia mempunyai titik lebur 2,040°C dan "hampir kimia lengai"(17). Dalam bentuk bata refraktori, kromite adalah stabil secara terma melebihi 1,900°C, sambil mengekalkan kekuatan mekanikal (18). Salah satu kelebihan untuk kromite refraktori adalah rintangan mereka terhadap ubah bentuk, iaitu mereka mengekalkan kelantangan yang berterusan pada suhu tinggi.


Tepung Chrome
adalah serbuk halus kromit besi dan digunakan secara meluas bersama-sama dengan magnesit refraktori asas untuk membentuk magnesit-krom
dan bata refraktori krom-magnesit
(19,20), digunakan secara meluas dalam pembinaan Relau dan kilns. Selanjutnya, bata refraktori juga boleh dihasilkan menggunakan kromite(21) atau dengan alumina refraktori neutral, yang boleh ditambah dalam bentuk bauksit yang tidak terhad, meningkatkan dengan ketara kekuatan mekanikal (22).

logam lebur telah dicurahkan ke dalam kulat dengan Pasir pengisi

Kaedah Lain Klasifikasi Refraktori (23)

Selain daripada komposisi kimia, terdapat tiga kaedah klasifikasi utama lain untuk refraktori. Perihalan dalam setiap kategori membawa kepada bagaimana refraktori siap akan digunakan. Sebagai contoh, refraktori (kaedah) yang tidak dibungkus boleh digunakan dalam aplikasi pelucutan aluminium.

Borang

Seperti yang dinyatakan, kedua-dua klasifikasi luas bahan refraktori 'berbentuk' dan 'tidak tercetus'. 'Berbentuk' refraktori lebih dikenali sebagai batu bata refraktori, sedangkan refraktori 'tidak terkecuil' lebih dikenali sebagai monoliths.

Kaedah Pembuatan

Refraktori boleh dibuat dengan beberapa kaedah, yang kebanyakannya cenderung bersetuju dengan "pemprosesanbahan, membentuk dan kemudian menembak". Contoh kaedah pengeluaran refraktori termasuk menekan kering, pemutus fius dan acuan tangan. Jisim ramming, gunning, proses penyemburan dan kabel cenderung dikaitkan dengan bentuk yang tidak tercetus.

refraktori-coaldebu

Suhu fusion

Suhu gabungan merujuk kepada julat suhu yang dinilai oleh refraktori. 'Normal' refraktori yang dilakukan dalam julat ca. 1,500 hingga 1,800 °C; 'tinggi' refraktori dari ca. 1,800 hingga 2,000 °C; dan refraktori super melebihi 2,000 °C. Contoh biasa adalah tanah liat / bata api, kromite / chromite-magnesite dan zirconia masing-masing.

Ringkasan

  • Oleh komposisi kimia, bahan refraktori dikumpulkan ke dalam kelas berasid, asas dan neutral
  • Refraktori berasid adalah mereka yang tahan terhadap papak asid / persekitaran, contohnya termasuk slica dan kaca tanah
  • Sebaliknya, refraktori asas adalah mereka yang bertolak ansur dengan sanga asas / persekitaran, seperti zirconia dan magnesite
  • Refraktori neutral tidak bertindak balas dengan papak asas atau berasid, dan oleh itu mereka mempunyai skop penggunaan yang lebih luas, bagaimanapun dalam beberapa kes refraktori mereka mungkin tidak setinggi. Contohnya termasuk kromit dan anthracite/calcined anthracite
  • Terdapat kaedah lain untuk mengkategorikan refraktori, termasuk melalui bentuk, kaedah pembuatan dan suhu gabungan
Pasir Chrome
Chromite tepung dalam periuk
coal_dust
glass_powder

Rujukan

1 A.M. Garbers-Craig, J. S. Afr. Inst. Min. Metallurg., 2008, 108, 1

2 J. A. Bonar et al., Am. Ceram. SoC. Bull., 1980, 59, 4

3 A. Muan dan S. Somiya, J. am. Ceram. SoC., 1959, 42, 603

4 E. T. Turkdogan, Ironmaking dan Steelmaking, 2004, 31, 131

5 E. T. Turkdogan, Ironmaking dan Steelmaking, 2004, 31, 131

6 US paten US3360387A, 1967, tamat tempoh

7 M. L. Van Dreser dan W. H. Boyer, J. am. Ceram. SoC., 1963, 46, 257

8 C. G. Aneziris et al., Interceram., 2003, 6, 22

9 E.M.M. Ewais, J. Ceram. SoC. Jepun, 2004, 112, 517

10 A.B. Garcia et Al., proses bahan api. Tech., 2002, 79, 245

11 C. E. Burgess-Clifford et al., Proses bahan api. Tech., 2009, 90, 1515

12 P. Jelínek dan J. Beňo, Arch. Faundri. Eng., 2000, 8, 67

13 Saya.M Kashlev dan V.M. Strakhov, Coke dan Kimia, 2008, 61, 136

14 B. Chatterjee, Permohonan Elektrod dalam Relau Aloi Ferro, dalam: Kursus Refresher ke-4 pada Aloi Ferro, Jamedpur, India, 1994

15 H.B. Simpson, J. am. Ceram. SoC., 1932, 15, 520

16 M. H. Rahman et al., Procedia Eng., 2015, 105, 121

17 J. O. Nriagu dan E. Nieboer (eds.), Chromium dalam Persekitaran Semula Jadi dan Manusia, Wiley-Interscience, New York, 1988

18 E. Ruh dan J. S. McDowell, J. Am. Ceram. Soc., 1962, 45, 189

19 Paten AS US4366256A, 1982, tamat tempoh

20 W. E. Lee dan W.M. Rainforth, Microstructures Seramik - Kawalan Harta dengan Pemprosesan,Chapman dan Dewan, London, 1994

21 K. Matusmoto, Chem. Abst., 1963, 59, 3626

22 m. R. Lyman dan W. J. Rees, Trans. Ceram. SoC., 1937, 36, 110

23 C. Schacht, Buku Panduan Refraktori, CRC Press, Boca Raton, Amerika Syarikat, 2004 (untuk keseluruhan bahagian)