Ciri-ciri Utama Bahan Refraktori: Memahami Kekonduksian Terma, Kekuatan Mampatan Dan Porosity
Penting untuk identiti bahan refraktori itu sendiri adalah bagaimana ia melakukan dalam suhu tinggi - tetapi ini bukan satu-satunya kawasan di mana refraktori perlu cemerlang. Aplikasi tertentu memerlukan tahap kekuatan mampatan yang tinggi dan profil porosity tertentu. Reka bentuk proses penubuhan kontemporari banyak bersandar pada pemahaman faktor-faktor ini untuk memastikan sistem yang teguh dan produktif.
Pengenalan
Bahan refraktori (refractories) adalah bahan-bahan yang, oleh komposisi kimia mereka, sangat tahan terhadap suhu tinggi, menjadikannya alat penting dalam pengeluaran logam ferrous dan bukan ferrous, casting ketepatan tinggi dan pelbagai aplikasi smelting. Jatuh ke dalam tiga kategori umum oleh alam kimia - berasid, asas dan neutral - dan selanjutnya dikelaskan mengikut saiz dan bentuk, pilihan bahan refraktori yang luas bermakna mereka mendapati aplikasi yang paling luas di seluruh dunia. Pengeluaran refraktori umumnya mengikuti urutan 'pemprosesan bahan mentah, membentuk dan kemudian menembak' dengan pelbagai jenis pembentukan yang ada.
Gambaran umum beberapa bahan refraktori biasa dan suhu perkhidmatan biasa mereka dan maklumat kekuatan mampatan ditunjukkan di bawah(5L,M,N)
| Bahan | Suhu perkhidmatan (°C) | Kekuatan mampatan (MPa) |
| Batu bata fireclay (padat) | 1,400 max. | 15 - 60 |
| Batu bata fireclay (60% berliang) | 1,400 - 1,600 | 10 - 20 |
| Magnesia-chromite 60/40 (13 - 22 % porosity) | 1,600 | 30 - 80 |
| Silika (pasir, 23% porosity) | 1,630 | 10 |
| Magnesite | 1,600 - 1,800 | 35 - 60 |
| Kromite (14-21% berliang) | 1,650 | 25 - 95 |
| Magnesia-chromite 35/65 (25 -60 % porosity) | 1,650 | 25 - 60 |
| Tanah liat karbohidrat silikon | 1,700 | 80 |
| Forsterite (20% porosity) | 1,730 | 22 |
| Alumina tinggi (18% porosity) | 1,800 + | 55 |
Kekonduksian terma
Mungkin 'angka tajuk utama' apabila ia datang kepada bahan refraktori adalah berapa tinggi suhu yang mereka dapat bertahan dan berapa banyak haba yang mereka boleh menyerap supaya tidak merosakkan alat lain (contohnya dalam kes lapisan tundish untuk peleburan aluminium)(5C).
Kekonduksian haba dipengaruhi oleh beberapa faktor, tetapi memimpin di antara mereka adalah titik lebur (yang ditentukan oleh komposisi kimia refraktori itu sendiri) dan porosity (lebih di bawah). Chromite dan zirconia adalah contoh biasa bahan refraktori yang digunakan secara meluas dan mempunyai titik lebur masing-masing 1,700 hingga 2,000 °C dan juga melebihi 2,000 °C. Kekuatan mekanikal atau mampatan jarang menyumbang kepada ketahanan haba.
Klasifikasi selanjutnya bahan refraktori adalah oleh suhu perkhidmatan, yang dimaklumkan oleh porosity, dalam utama:
Tahan haba sehingga atau sama dengan 1,100 °C
Menahan semula sehingga atau sama dengan 1,400 °C
Menahan semula tinggi sehingga atau sama dengan 1,700 °C
Ultra tinggi refraktori Lebih daripada 1,700 °C
Kon pyrometric setara (PCEs) adalah ukuran berapa banyak seramik akan melembutkan pada suhu tetapi tidak di bawah beban. Refraktori boleh dikumpulkan oleh nilai PCE, dari tugas super melalui duti tinggi dan pertengahan kepada duti rendah, bersamaan dengan nilai masing-masing 33-38, 30-33, 28-30 dan 19-28. Nilai PCE yang rendah bermakna bahawa refraktori mempunyai suhu yang lebih rendah di mana ia boleh beroperasi sebelum cacat dan risiko retak. Perbincangan terperinci mengenai nilai PCE adalah di luar skop artikel ini.
Kekuatan Mampatan
Seperti mana-mana proses perindustrian, berapa banyak penyelenggaraan yang diperlukan sistem adalah pertimbangan penting bersama panjang umur. Ia bermaksud bahawa apa-apa bahan yang secara fizikalnya lebih kuat (dari segi kekuatan mampatan atau sebaliknya) akan bertahan lebih lama tanpa melanggar, oleh itu mengurangkan keperluan penyelenggaraan dan meningkatkan hayat sistem (5B). Dengan beberapa bahan refraktori yang agak mahal, perlu menghentikan seketika operasi pemutus logam, sebagai contoh, untuk penyelenggaraan adalah tugas yang menambah masa, kos dan kerumitan.
Kekuatan mampatan berbeza-beza dengan suhu, oleh itu ini adalah salah satu prinsip panduan dalam pemilihan refraktori. Ujian 'Creep' telah lama dilakukan ke atas bahan refraktori, dengan ujian yang menggunakan tekanan pada suhu tinggi pada bahan refraktori. 'Creep' dalam pengertian ini merujuk kepada tanggapan pengembangan atau penguncupan (dan dengan itu keanjalan, tetapi kekuatan flexural adalah di luar skop artikel ini) dengan lebih banyak pergerakan yang sebahagian besarnya menunjukkan melemahkan pada mana-mana suhu atau tekanan tertentu. Keputusan daripada ujian menunjukkan bahawa bata silika ketulenan yang tinggi disingkirkan oleh beberapa jenis batu bata api yang diperbuat daripada tanah liat api dalam ujian suhu sederhana sehingga 1,000 °C(5A).
Seperti yang dapat dilihat dalam contoh-contoh dalam jadual di atas, kekuatan mampatan tidak banyak mempengaruhi refraktori.
Melihat contoh-contoh di mana
refraktori termasuk habuk arang batu
- seperti banyak bata api, telah dinyatakan bahawa kekonduksasi haba berkurangan dengan peningkatan kekuatan mampatan dan saiz liang (iaitu lebih berliang)(5H). Apabila mempertimbangkan halangan refraktori (iaitu, bahan-bahan yang memegang bersama bahan refraktori sebelum menembak), penggunaan anthracite seperti pengikat sedemikian jauh lebih tinggi dari segi menambah kekuatan mampatan daripada bahan organik yang resinous atau fibrous (5K).
Kekuatan mampatan juga penting dalam pembuatan refraktori, bukan hanya apabila refraktori dikerahkan. Pertimbangan perlu dibuat berkenaan dengan kekuatan mampatan jika kaedah menekan membentuk bata refraktori digunakan. Tidak ada risiko masalah semasa proses menekan jika bahan refraktori itu sendiri tahan terhadap tekanan tertinggi.
Kegilaan
Porosity adalah ukuran bagaimana berliang bahan, iaitu berapa banyak saluran kecil yang hadir di seluruh sebahagian besar bahan yang boleh membenarkan cecair atau gas untuk melalui. Bahan-bahan yang sangat berliang di banyak kawasan perindustrian, tidak kurang dalam pemangkin di mana zeolites yang sangat berliang dianggap sebagai beberapa pemangkin yang paling produktif di sekeliling, tetapi juga porosity mempunyai bahagian yang berharga untuk bermain dalam mereka bentuk dan melaksanakan bahan refraktori.
Sebagai peraturan umum ibu jari, semakin besar tahap porosity dalam bahan, semakin sedikit padat dan semakin miskin konduktor haba itu. Kedua-dua fenomena ini dijelaskan oleh lubang-lubang dalam bahan pukal yang dipenuhi dengan udara (atau gas lain - gas adalah konduktor haba yang buruk). Ia berdiri untuk alasan, kemudian, bahawa lebih banyak lubang bermakna lebih banyak udara, yang bermaksud ketahanan haba yang lebih rendah (5I). Ini apabila digabungkan dengan bahan yang telah mempunyai toleransi yang sangat tinggi untuk suhu membuat bahan refraktori yang sangat baik. Satu lagi kelebihan bahan berliang adalah bahawa kos pengangkutan dikurangkan, kerana berat badan mereka yang lebih rendah bagi setiap jumlah unit yang diberikan.
Lapisan tundish adalah contoh utama di mana porosity adalah penting, di mana struktur yang sering tinggi perlu tidak begitu berat kerana ia mungkin runtuh di bawah beban. Refraktor chrome
magnesia biasa digunakan di sini atas sebab ini, antara sebab lain (5D). Struktur berliang mereka membantu dalam pembersihan logam molten, mencegah pengoksidaan dan menyerap kekotoran bukan logam sebagai logam molten melalui (5F). Porosity adalah faktor penting untuk plaster refraktori, juga, yang tidak boleh berat atau sangat padat atau yang lain ia hanya tidak akan berfungsi dengan baik sebagai 'gam' untuk mengikat bersama-sama bata refraktori, atau patch refractories retak (5E).
Tambahan pula, dalam kes pemutus pasir hijau, keporosity
bahan refraktori berasaskan chrome
adalah penting dalam membolehkan gas binaan untuk melarikan diri (5G) - kegagalan untuk mencapai ini boleh membawa kepada kecacatan permukaan atau basah. Porosity, seperti yang disebutkan, menyumbang kepada penebat haba, kerana udara adalah konduktor suhu yang buruk. Di samping itu, secara meluas diakui bahawa porosity secara langsung berkaitan dengan kebolehlaksanaan. Kebolehlaksanaan adalah salah satu faktor utama dalam panjang umur bahan refraktori (5J).
Untuk merumuskan, rangkaian liang-liang seragam, kecil dan diagihkan secara rata adalah berfaedah dan menawarkan ketahanan haba yang paling rendah.
Refraktori Yang Ideal
Menggabungkan pengetahuan di atas, kesimpulan boleh dibuat tentang apa bahan refraktori yang ideal. Sudah tentu, bahan itu perlu terdiri daripada bahan titik lebur yang tinggi; menjadi sangat baik dalam menentang berat badan yang berat dan tekanan yang kuat diletakkan di atasnya tanpa melanggar; dan menjadi agak berliang, supaya untuk membongkar haba dengan berkesan.
Perlu diingatkan, pilihan refraktori berdasarkan identiti kimia, kekuatan mampatan dan keporosity perlu dibuat bersama sifat refraktori (berasid, asas, neutral) dan sama ada bentuk refraktori sesuai untuk proses secara keseluruhan. Syukurlah, teknik pengeluaran moden membolehkan kepelbagaian bahan dalam hampir apa-apa bentuk dan saiz, supaya sesuai dengan tugas industri tertentu pada suhu tinggi.
Ringkasan
- Pilihan bahan refraktori bergantung kepada banyak faktor termasuk - tetapi tidak terhad kepada - rintangan haba, kekuatan mampatan dan porosity
- Faktor-faktor ini sering saling berhubungan dan perlu dipertimbangkan secara keseluruhan apabila memilih bahan refraktori, atau bahan refraktori kompaun
- Bahan tahan haba yang sangat haba adalah pilihan pertama yang jelas untuk bahan refraktori, kerana ia adalah persekitaran suhu yang tinggi di mana hampir semua refraktor beroperasi
- Bahan-bahan dengan nilai kekuatan mampatan yang tinggi berguna kerana ia boleh digunakan untuk hampir apa-apa proses (terutamanya dalam pemutus logam) di mana kuasa berat yang besar diletakkan pada refraktori - kapasiti yang dipertingkatkan untuk beban yang melampau bermakna bahawa bahan tidak akan pecah dari masa ke masa, menyediakan panjang umur
- Bahan-bahan yang sangat berliang dihargai kerana berat badan mereka yang rendah kepada nisbah kelantangan, dan tambahan menjadi berliang itu sendiri bermakna bahawa bahan itu adalah konduktor yang lebih miskin (iaitu penebat haba yang lebih baik)
Rujukan
1 M. H. Van de Voorde dan G. W. Meetham, Refractories dan Bahan Penebat, dalam: Bahan untuk Aplikasi Kejuruteraan Suhu Tinggi, Springer, Heidelberg, 2000
2 Bahan refraktori dan penebat, dalam: Penggunaan Tenaga yang Cekap (2nd Ed.), I. G.C. Dryden (ed), Butterworth, London, 1982
3 Bahan-bahan Yang Tidak Dapat Diraksikan; Manual Poket: Reka Bentuk, Hartanah, Pengujian, G. Routschka (ed), Vulkan-Verlag, Essen, 2008
4 R. R. Miller et al., J. Chem. Eng. Data, 1962, 7, 251
5 A. I. Natsenko et al., Refractroes, 1983, 24, 215
6 L. E. Mong, Kelakuan elastik dan Creep Bata Refractory Di Bawah Beban Tegangan dan Mampatan, Jabatan Perdagangan AS, Washington DC, 1946
7 M. H. Rahman et al., Procedia Eng., 2015, 105, 121
8 Y. Li et al., Eksperimen Prestasi Mekanikal Bahan Relau Patah Patah dan Mortar Refraktori Bata Karbon dalam Persidangan Antarabangsa ke-2 mengenai Kejuruteraan Bahan dan Aplikasi, Shanghai, 2015
9 K. Kasoya et al., J. Phys. Chem. REF. Data 1985, 14, 947
10 R. Cromarty et Al., J. S. Afr. Inst. Minimum. Metall., 2014, 114, 4
11 S. Aminorroya et al., Penilaian Serbuk Tundish Asas untuk Pemutus Berterusan Keluli Bersih, dalam AIS Tech - Persidangan Teknologi Besi &Keluli dan Pameran, Cleveland, 2006
12 M. Kalantar et Al., J. Eng. Tebukan., 2010, 19, 237
13 S. Dalquist dan T. Gutowski, Analisis kitaran hayat teknik pembuatan konvensional: Sand casting pada tahun 2004 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, 2004, Anaheim, Amerika Syarikat
14 G. R Eusner dan J. T. Shapland, Permeability dari Blast-Furnace Refractories dalam Mesyuarat Keenam Belas Persatuan Seramik Amerika, Pittsburgh, 1958
You must be logged in to post a comment.