Производство огнеупоров

Огнеупорными материалами (огнеупорами) называют неметаллические материалы, характеризующиеся повышенной огнеупорностью, т.е. способностью противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Огнеупоры применяются в промышленном строительстве для кладки металлургических печей, футеровки аппаратуры, работающей при высоких температурах, при изготовлении термостойких изделий и деталей.

К материалам, используемым в качестве огнеупоров, предъявляются следующие общие требования:

– термическая стойкость, т.е. свойство сохранять механические характеристики и структуру при одно- и многократном термическом воздействии;

– малый коэффициент термического расширения;

– высокая механическая прочность при температуре эксплуатации;

– устойчивость к действию расплавленных сред.

Ассортимент огнеупоров весьма широк. В зависимости от состава они делятся на несколько групп.

Алюмосиликатные огнеупоры относятся к числу наиболее распространенных. В их основе лежит система « Аl₂О₃ – SiО₂» с различным соотношением оксидов алюминия и кремния, от чего в значительной степени зависят их свойства.

Динасовые огнеупоры состоят н/м чем на 95% из оксида кремния в модификации тридимита и кристабалита с примесью оксида кальция. Они стойки к кислым шлакам, огнеупорны до 1730⁰С и применяются для кладки коксовых и стекловаренных печей. Получаются из кварцита и оксида кальция обжигом при Т-1500⁰С.

Полукислые огнеупоры содержат до 70-80% оксида кремния и 15-25% оксида алюминия. Они относительно стойки к кислым шлакам и силикатным расплавам и используются в металлургических печах и теплоэнергетических установках.

Высокоглинистые огнеупоры содержат более 45% оксида алюминия. Они обладают повышенной механической прочностью при высоких температурах и огнеупорны до 1950⁰С. Применяются для кладки сводов металлургических печей, в электрических, стекловаренных и туннельных печах обжига.

Магнезитовые огнеупоры содержат в качестве основы оксид магния. Все виды магнезитовых огнеупоров устойчивы к действию основных шлаков, огнеупорны до 2500⁰С, однако термическая стойкость их невелика. Применяются для облицовки сталеплавильных конвертеров, в индукционных электрических и мартеновских печах. Получаются обжигом природных минералов.

 

Классификация огнеупоров по их составу.

 

 

 

УГЛЕРОДИСТЫЕ

КОКСОВЫЕ

ГРАФИТОВЫЕ

МАГНЕЗИТОВЫЕ

ЦИРКОНИЕВЫЕ И ТОРИЕВЫЕ

МАГНЕЗИТОВЫЕ

ДОЛОМИТОВЫЕ

ХРОМОМАГНЕЗИТОВЫЕ

ОГНЕУПОРЫ

 

 

Шамотные огнеупоры содержат до 50-70% оксида кремния и до 46% оксида алюминия. Они стойки к действию как кислых, так и основных шлаков, огнеупорны до 1750⁰С и термически устойчивы. Получаются по схеме:

обжиг

глина шамотный

(каолин) порошок обжиг при 1400⁰С

огнеупор (муллит)

 

вода

.

Корундовые огнеупоры состоят из оксида алюминия в модификации корунда. Они огнеупорны до 2050⁰С и применяются для нагрева и плавления тугоплавких материалов в радиотехнике и квантовой электронике.

Карборундовые огнеупоры состоят из карбида кремния SiС. Они устойчивы к действию кислых шлаков, обладают высокой механической прочностью и термостойкостью. Применяются для футеровки металлургических печей, изготовления литейных форм.

Циркониевые и ториевые огнеупоры состоят, соответственно, из оксидов циркония и тория, и отличаются высокой огнеупорностью (до 2500⁰С). Применяются для изготовления тиглей в цветной металлургии, футеровки соляных ванн для закалки стальных изделий.

Углеродистые огнеупоры содержат от 30 до 92% углерода и изготавливаются:

– обжигом смеси графита, глины и шамота;

– обжигом смеси кокса, каменноугольного пека, антраценовой фракции каменноугольной смолы и битума.

Углеродистые огнеупоры применяют для выкладки горнов доменных печей, печей цветной металлургии.

 

 

13.8. Электрохимические производства

Электрохимическими называют производства, в которых химические процессы протекают под действием постоянного электрического тока.

В промышленности широкое распространение получил электролиз водных растворов и расплавов.

Электрохимические методы производства в ряде случаев имеют преимущества перед химическими: более полно используется сырье и энергия, одновременно может производиться несколько ценных продуктов, продукты получаются высокой степени чистоты, недостижимой при химических способах производства. Благодаря указанным достоинствам электрохимические методы охватывают многочисленные и разнообразные производства, важнейшими из которых является получение хлора, щелочей, водорода, кислорода, неорганических окислителей (перманганатов, персульфатов, перекиси водорода и т.д.), получение и рафинирование металлов, декоративные и защитные покрытия металлов.

К недостатком электрохимических производств относится высокий расход энергии; в себестоимости продуктов расходы на энергию составляют значительную долю.

Критериями рационального использования электрической энергии при электролизе является выход по току и коэффициент использования энергии.

Выход по току – отношение количества вещества G_ф, полученного практически при электролизе в результате затрат определенного количества электричества, к количеству вещества G_т, которое должно было бы выделиться в соответствии в соответствии с законами Фарадея. Выход по току выражается обычно в процентах:

ή = G _ф/G_т (1)

Теоретическое количество полученного вещества G _т (кг) определяется по формуле

G_т = I τT/1000 (2)

Ι-сила тока, а; τ – продолжительность электролиза, ч; Е – электрохимический эквивалент – количество вещества, выделяющегося на электроде при прохождении 1 а*ч (для хлора 1.323, едкого натрия 1.492, водорода 0.0376). Чем выше сила тока, тем большее количество продукта можно получить при эксплуатации электролизера данного типа.

При промышленном электролизе выход по току всегда меньше 100%, что вызывается протеканием побочных процессов. Для увеличения выхода по току необходимо предусмотреть меры, способствующие уменьшению роли этих процессов.

Коэффициент использования энергии μ выражается отношением теоретически необходимого для выделения единицы продукта количества энергии W_τ, к действительно затраченной W_пр. В процентах он равен

μ= (W_τ /W_пр) *100 (3)

Теоретический расход энергии квт*ч на единицу получаемой продукции определяется по уравнению:

Wτ = v_τ Iτ /G_т (4)

Практический расход энергии зависит от напряжения, приложенного к электролизеру v_пр

Wпр =(v_пр I τ / G_ф) 100, (5)

таким образом, исходя из 3, 4 и 5-го уравнений, получим

μ = (v_т/v_пр)ή % (6)

Из уравнения (6) следует, что коэффициент использования энергии будет тем больше, чем выше выход по току и чем ниже напряжение на ванне. Теоретически электролиз должен начаться тогда, когда приложенное к ванне напряжение превысит хотя бы на бесконечно малую величину теоретическое напряжение разложения.

В промышленных электролизерах, несмотря на принимаемые меры, величина действительного напряжения значительно выше теоретического.

Технический электролиз водных растворов может осуществляться без выделения металлов или с их выделением на катоде.

Среди электрохимических процессов разложения водных растворов без выделения металлов наибольшее распространение получил электролиз водных растворов хлористого натрия.