Ugunsizturīgajiem materiāliem ir būtiska nozīme nozarēs, kurās procesi norisinās ārkārtīgi augstā temperatūrā, piemēram, tērauda, cementa un stikla ražošanā. Ugunsizturīgos materiālus klasificē pēc vairākiem faktoriem, un viens no galvenajiem ir to ķīmiskais sastāvs. Šī klasifikācija ietekmē ugunsizturīgo materiālu īpašības un nosaka to piemērotību konkrētiem lietojumiem. Vitcas kā vadošais ugunsizturīgo risinājumu ražotājs piedāvā plašu izstrādājumu klāstu, kas pielāgots skābu, neitrālu un bāzisku ugunsizturīgo materiālu lietojumu īpašajām prasībām.
Skābie ugunsizturīgie materiāli
Skābie ugunsizturīgie materiāli galvenokārt sastāv no skābām izejvielām, piemēram, alumīnija oksīda (Al₂O₃), silīcija dioksīda (SiO₂) un cirkona. Izplatītākie skābie ugunsizturīgie materiāli ir:
- silīcija dioksīda ugunsizturīgie materiāli
- alumīnija silikāta ugunsizturīgie materiāli
- šamota ķieģeļi
- cirkona ugunsizturīgie materiāli
Vitcas piedāvā vairākus skābos ugunsizturīgos izstrādājumus:
- Vitcas Silcas A un Silcas M: lietošanai gatavas smalkgraudainas ugunsizturīgās javas, kas ir ideāli piemērotas šamota ķieģeļu mūrēšanai un šuvošanai rūpnieciskajās krāsnīs, apdedzināšanas krāsnīs un citos skābos augsttemperatūras lietojumos. Tās iztur temperatūru līdz 1400 °C un ir droša izvēle alumīnija silikātu videi.
- Vitcas Premium ugunsizturīgā mastika: smalkgraudaina ugunsizturīga blīvēšanas masa, kas paredzēta lietošanai skābā vidē. Tā ir ideāli piemērota plaisu blīvēšanai un remontam rūpnieciskajās krāsnīs, apkures krāsnīs un kamīnos un iztur temperatūru līdz 1250 °C.
- Vitcas cirkona izstrādājumu klāsts: cirkona materiālu klāstā ietilpst gan ugunsizturīgais cirkona pārklājums, gan cirkona lejamais pārklājuma maisījums.
- Šamota ķieģeļi: Vitcas šamota ķieģeļi ir ugunsizturīgi ķieģeļi ar augstu alumīnija oksīda saturu, kas paredzēti apdedzināšanas krāsnīm, rūpnieciskajām krāsnīm un kamīniem. Tie nodrošina izcilu termisko stabilitāti un ilgu kalpošanas laiku skābā augsttemperatūras vidē.
Skābie ugunsizturīgie materiāli ir piemēroti lielākajai daļai skābu vides apstākļu, un tos parasti izmanto vietās, kur iespējams novērst saskari ar bāziskiem materiāliem, jo augstā temperatūrā tie parasti savstarpēji reaģē.
Nozīmīgākās skābās vielas, kas var iedarboties uz alumīnija oksīdu un silīcija dioksīdu vai ietekmēt tos, ir:
- fluorūdeņražskābe
- fosforskābe
- fluoru saturošas gāzes (piemēram, HF, F2)
Nozīmīgākās sārmainās jeb bāziskās vielas, kas var bojāt skābos ugunsizturīgos materiālus, ir:
- Kaļķis (kalcija oksīds — CaO): kaļķis ir izteikti bāzisks oksīds, kas viegli reaģē ar skābiem materiāliem, piemēram, silīcija dioksīdu (SiO₂). Paaugstinātā temperatūrā CaO veido zemas kušanas temperatūras kalcija silikātus, kas var apdraudēt silīcija dioksīda ugunsizturīgo materiālu strukturālo integritāti. Tāpēc kaļķis ir ļoti reaģētspējīgs un nav piemērots saskarei ar skābiem oderējumiem.
- Parastais portlandcements (OPC): tā bāziskumu rada hidratācijas process, kurā veidojas kalcija hidroksīds (Ca(OH)₂). Šis augstais bāziskums aizsargā iestrādāto tērauda stiegrojumu pret koroziju, taču var izraisīt arī reakcijas ar skābām vielām, kas izteikti skābā vidē izraisa materiāla noārdīšanos.
- Magnēzija (magnija oksīds — MgO): magnēzija ir vēl viens izteikti bāzisks oksīds, ko izmanto ugunsizturīgo materiālu lietojumos, jo īpaši metalurģijas krāsnīs. Tā reaģē ar skābiem oksīdiem, piemēram, silīcija dioksīdu (SiO₂), veidojot magnija silikātus, piemēram, MgSiO₃, kas zemas kušanas temperatūras vai strukturāli vāju fāžu veidošanās dēļ var pasliktināt ugunsizturīgā materiāla īpašības. Tāpēc magnēzijas ugunsizturīgos materiālus nav ieteicams izmantot kopā ar skābiem materiāliem, ja vien starp tiem nav uzstādīts starpslānis vai neitrāls oderējums.
Piezīme. Tīriem materiāliem parasti ir augstāka kušanas temperatūra, savukārt savienojumi un maisījumi parasti kūst zemākā temperatūrā. Tas ir tāpēc, ka tīras vielas veido vienveidīgi izkārtotas vienādas daļiņas — atomi, joni vai molekulas —, kas rada precīzi noteiktus kristālrežģus. Šo stipro un sakārtoto saišu izjaukšanai ir vajadzīga ievērojama siltumenerģija, tādēļ kušanas temperatūra ir augstāka.
Savukārt savienojumi un maisījumi, jo īpaši tie, kuros ir vairāki oksīdi vai piemaisījumi, izjauc regulāro kristālisko struktūru. Tas vājina saites un veido eitektiskas sistēmas, kas kūst zemākā temperatūrā nekā jebkura no atsevišķajām sastāvdaļām. Piemēram, kušņu, piemēram, sārmu oksīdu (Na₂O, K₂O) vai dzelzs oksīdu (Fe₂O₃), klātbūtne ugunsizturīgajos materiālos var ievērojami pazemināt kušanas temperatūru un pasliktināt termisko stabilitāti.
Skābo ugunsizturīgo materiālu lietojums
Tā kā lielākajā daļā skābo ugunsizturīgo materiālu ir augsts silīcija dioksīda (SiO₂) vai alumīnija oksīda (Al₂O₃) saturs un tie ir noturīgi pret skābiem izdedžiem, šos materiālus izmanto šādās nozarēs:
Stikla ražošana: silīcija dioksīda ķieģeļi stikla kausēšanas krāšņu reģeneratoru kamerās.
Koksēšanas krāsnis: silīcija dioksīda ķieģeļi oderējumiem, pateicoties to izturībai pret skābiem blakusproduktiem.
Keramikas apdedzināšanas krāsnis: šamota ķieģeļi krāšņu oderējumiem un balstiem.
Dūmeņi un dūmvadu oderējumi: skābju izturīgi ķieģeļi konstrukcijās, kas pakļautas skābu gāzu iedarbībai.
Neitrālie ugunsizturīgie materiāli
Neitrālie ugunsizturīgie materiāli ir stabili gan skābā, gan bāziskā vidē, tāpēc tie ir daudzpusīgi un piemēroti plašam lietojumu klāstam. Galvenās izejvielas lielākoties, bet ne tikai, pieder R2O3 grupai. Pateicoties ķīmiskajai stabilitātei, tie ir ideāli piemēroti videi, kurā izdedžu vai atmosfēras īpašības mainās no skābām uz bāziskām.
Šie ugunsizturīgie materiāli parasti sastāv no tādām vielām kā:
- alumīnija oksīds (Al₂O₃)
- hroma(III) oksīds (Cr₂O₃)
- dzelzs(III) oksīds (Fe₂O₃)
- ogleklis
Lietojumiem, kuros nepieciešami neitrāli ugunsizturīgie materiāli, Vitcas piedāvā:
- Vitset 45 un Vitset 90: ugunsizturīgas javas ar augstu alumīnija oksīda saturu, kas nodrošina izcilu noturību gan skābā, gan bāziskā atmosfērā. Šīs javas iztur temperatūru līdz 1700 °C un ir ideāli piemērotas blīvo un izolējošo ugunsizturīgo ķieģeļu mūrēšanai.
- Vitcas CFA keramikas šķiedras līme: ideāli piemērota keramikas šķiedras segu un plākšņu līmēšanai vidē, kur nepieciešama ķīmiskā neitralitāte.
- Lejamie ugunsizturīgie maisījumi: lejamie maisījumi uz alumīnija oksīda bāzes nodrošina izcilu noturību pret termisko šoku un nodilumu, tāpēc tie ir ideāli piemēroti krāšņu, atkritumu sadedzināšanas iekārtu un tādu vietu oderēšanai, kuras ir pakļautas straujām temperatūras izmaiņām vai mehāniskam nodilumam.
Neitrālo ugunsizturīgo materiālu lietojums
Neitrālie ugunsizturīgie materiāli, ko galvenokārt ražo no alumīnija oksīda (Al₂O₃), hromīta (FeCr₂O₄) un oglekļa, ir noturīgi gan pret skābiem, gan bāziskiem izdedžiem. Tie ir vispiemērotākie šādiem lietojumiem:
Tērauda rūpniecība: alumīnija oksīda ķieģeļi ir piemēroti elektrisko loka krāšņu velvēm un tērauda liešanas kausiem. Savukārt hromīta ķieģeļi ir piemēroti izmantošanai rotācijas krāsnīs un krāsaino metālu kausēšanā.
Cementa apdedzināšanas krāsnis: ugunsizturīgie materiāli ar augstu alumīnija oksīda saturu zonām, kas pakļautas gan bāziskām, gan skābām reakcijām.
Ķīmiskā rūpniecība: grafīta tīģeļi darbam ar kausētiem metāliem un kodīgām ķimikālijām.
Bāziskie ugunsizturīgie materiāli
Bāziskajiem ugunsizturīgajiem materiāliem raksturīgs liels tādu oksīdu kā MgO un saistīto savienojumu saturs. Šos materiālus to ķīmiskās uzvedības dēļ sauc par bāziskiem; tie reaģē ar ūdeni, veidojot hidroksīdus, kas pieder pie bāzēm. Lai gan šie ugunsizturīgie materiāli parasti ir sārmaini, dažiem no tiem piemīt gandrīz neitrālas ķīmiskās īpašības.
Bāziskie ugunsizturīgie materiāli ir īpaši izstrādāti lietošanai izteikti sārmainā vidē, piemēram, cementa apdedzināšanas krāsnīs un tērauda liešanas kausos. Tie ir ļoti noturīgi pret sārmainiem jeb bāziskiem izdedžiem un atmosfēru, taču skābos apstākļos ir pakļauti noārdīšanās riskam. Šie ugunsizturīgie materiāli sastāv no izejvielām, kas galvenokārt pieder RO grupai, kurā ietilpst divvērtīgo metālu oksīdi. Izplatītākie piemēri ir:
- Magnēzija (MgO): plaši izmanto tērauda liešanas kausu oderēšanai, parasti magnezīta ķieģeļu veidā.
- Dolomīts (MgO-CaO): magnija un kalcija dubultoksīds, ko bieži izmanto skābekļa konvertoros un tērauda liešanas kausu oderējumos.
- Hroma-magnēzija: Cr₂O₃ un MgO kombinācija, kas nodrošina izcilu noturību pret bāzisku izdedžu izraisītu koroziju.
- Hromīts (FeCr₂O4): ar hromu bagāts spinelis, ko parasti izmanto kā izejvielu magnezīta-hromīta ugunsizturīgajiem materiāliem.
- Pikrohromīts (MgCr₂O4): dabisks magnija-hroma spinelis ar ierobežotu rūpniecisko lietojumu, bet ievērojamu strukturālo līdzību sintētiskajiem magnezīta-hromīta materiāliem.
- Spinelis (MgAl₂O4): magnija-alumīnija oksīds, kas pazīstams ar izcilu termisko stabilitāti un noturību pret ķīmisku iedarbību.
- Forsterīts (Mg₂SiO4): magnija silikāts, ko galvenokārt izmanto specializētos ugunsizturīgo materiālu lietojumos, kur nepieciešama vidēja ugunsizturība un ķīmiskā stabilitāte.
Vitcas piedāvā bāzisko ugunsizturīgo materiālu lietojumiem pielāgotus risinājumus:
- Vitplast 45AB: plastiska, formējama ugunsizturīgā masa, kas ir ļoti noturīga pret sārmainiem materiāliem un ko plaši izmanto tērauda un cementa rūpniecībā ugunsizturīgo oderējumu ātram remontam.
- Vitcas HB60: ugunsizturīga līme, kas piemērota apkures krāšņu, picas krāšņu un podiņu krāšņu būvniecībai. Pateicoties augstajai temperatūras izturībai līdz 750 °C un saderībai ar sārmainu vidi, tā ir lieliska izvēle gan āra, gan rūpnieciskiem lietojumiem.
Bāzisko ugunsizturīgo materiālu noturība pret skābēm
Vēsturiski magnezīta un dolomīta ķieģeļi, ko izmanto jau kopš 19. gadsimta beigām, bija jutīgi pret termisko šoku un skābu izdedžu iedarbību. Lai risinātu šīs problēmas, tika ieviesti vairāki pasākumi:
- Oksīdu piedevas: tādu oksīdu kā magnezīta-hromīta, magnēzija-spineļa, magnēzija-cirkonija, magnēzija-hercinīta un magnēzija-galaksīta pievienošana palielina ķieģeļu noturību pret spriegumu un nodilumu.
- Oglekļa piedeva: oglekļa pievienošana ķieģeļu struktūrai samazina infiltrāciju, tādējādi saglabājot noturību pret termisko un mehānisko slodzi. Tas ir īpaši efektīvi, ja ogleklis ir koncentrēts ķieģeļu darba virsmas tuvumā.
Bāzisko ugunsizturīgo materiālu lietojums
Augstais magnēzijas (MgO) vai dolomīta (CaO·MgO) saturs nodrošina izcilu noturību pret bāziskiem izdedžiem, tāpēc šie materiāli ir piemēroti šādiem rūpnieciskiem lietojumiem:
- Tērauda ražošana: magnezīta ķieģeļi ir piemēroti skābekļa konvertoriem (BOF) un elektriskajām loka krāsnīm (EAF). Dolomīta ķieģeļus var izmantot konvertoros un kausos desulfurizācijas procesā.
- Cementa un kaļķa ražošana: magnezīta ugunsizturīgie materiāli rotācijas krāsnīs.
- Stikla kausēšanas krāsnis: magnezīta-hromīta ķieģeļi zonām, kas pakļautas sārmu iedarbībai.
- Krāsaino metālu metalurģija: vara un niķeļa apstrādes krāšņu oderējumi.
Atšķirība starp apdedzinātiem jeb pilnībā apdedzinātiem un kausētiem bāziskajiem ugunsizturīgajiem materiāliem
Bāziskos ugunsizturīgos materiālus, kas galvenokārt sastāv no magnēzijas (MgO) vai dolomīta (CaO·MgO), plaši izmanto augsttemperatūras rūpnieciskajos procesos, pateicoties to izcilajai noturībai pret bāziskiem izdedžiem. Šos ugunsizturīgos materiālus ražo ar divām galvenajām metodēm: apdedzināšanu jeb pilnīgu apdedzināšanu un kausēšanu. Katrai metodei ir atšķirīgs ražošanas process, īpašības un lietojums.
Apdedzinātie jeb pilnībā apdedzinātie bāziskie ugunsizturīgie materiāli
Apdedzinātos jeb pilnībā apdedzinātos ugunsizturīgos materiālus ražo, kalcinējot izejvielas (piemēram, magnezītu vai dolomītu) ārkārtīgi augstā temperatūrā, parasti no 1400 °C līdz 2000 °C. Kalcinēšanas laikā materiāls sadalās un saķep, izveidojot blīvu, stabilu un ķīmiski inertu struktūru.
Pilnībā apdedzinātajiem jeb apdedzinātajiem bāziskajiem ugunsizturīgajiem materiāliem ir liels tilpummasas blīvums un zema porainība, kas nodrošina izcilu termisko stabilitāti un noturību pret hidratāciju augsttemperatūras vidē. Salīdzinājumā ar kausētajiem bāziskajiem ugunsizturīgajiem materiāliem tiem ir vidēja mehāniskā izturība un nedaudz lielāka jutība pret nodilumu.
Apdedzinātos un pilnībā apdedzinātos ugunsizturīgos materiālus plaši izmanto skābekļa konvertoru (BOF) un elektrisko loka krāšņu (EAF) oderējumiem tērauda rūpniecībā. Tos izmanto arī cementa un kaļķa ražošanas rotācijas krāsnīs, kā arī vietās, kur nepieciešama noturība pret bāziskiem izdedžiem un kušņiem.
Kausētie bāziskie ugunsizturīgie materiāli
Kausētos ugunsizturīgos materiālus ražo, kausējot izejvielas elektriskajā loka krāsnī temperatūrā, kas pārsniedz 3000 °C. Pēc tam izkausēto materiālu atdzesē un sacietina, bieži vien lejot veidnēs vai sasmalcinot graudos turpmākai apstrādei. Procesa rezultātā veidojas kristāliskas un stiklveida fāzes, kas piešķir materiālam unikālas īpašības.
Kausētie bāziskie ugunsizturīgie materiāli ir pazīstami ar ārkārtīgi augstu blīvumu un zemu porainību, kas nodrošina lielāku mehānisko izturību, nodilumizturību un noturību pret termisko šoku. Augsta tīrība un ķīmiskā stabilitāte tiek panākta, kausēšanas laikā atdalot piemaisījumus, tādējādi uzlabojot materiālu noturību pret izdedžu iespiešanos un ķīmisku iedarbību.
Pateicoties šīm īpašībām, kausētie bāziskie ugunsizturīgie materiāli ir ideāli piemēroti augstas veiktspējas tērauda liešanas kausu, starpkausu un citu kritisku tērauda ražošanas procesa zonu oderējumiem. Tos plaši izmanto arī stikla kausēšanas krāsnīs un vidē, kas pakļauta agresīvu izdedžu un sārmu iedarbībai, kā arī lietojumos, kuros nepieciešama ārkārtīga noturība pret mehānisko nodilumu un ķīmisko eroziju.
Galvenie apsvērumi
Izvēloties ugunsizturīgos materiālus, ir svarīgi nodrošināt skābo, neitrālo un bāzisko materiālu savstarpējo saderību. Parasti jāievēro šādi nosacījumi:
- Augstā temperatūrā nepieļaujiet skābo un bāzisko ugunsizturīgo materiālu saskari, lai novērstu ķīmiskas reakcijas, kas varētu apdraudēt to strukturālo integritāti.
- Neitrālos ugunsizturīgos materiālus izmantojiet vietās, kur mainīgos vides apstākļos nepieciešama daudzpusība.
Secinājums
Ugunsizturīgo materiālu ķīmiskā sastāva izpratne ir būtiska, lai augsttemperatūras rūpnieciskajiem procesiem izvēlētos pareizos materiālus. Vitcas piedāvā daudzveidīgu ugunsizturīgo izstrādājumu klāstu, kas izstrādāts skābas, neitrālas un bāziskas vides prasībām. No Silcas A skābiem lietojumiem līdz HB60 bāziskai videi — Vitcas nodrošina katra izstrādājuma ilgu kalpošanas laiku, veiktspēju un efektivitāti.
Apskatiet mūsu plašo ugunsizturīgo risinājumu klāstu un nodrošiniet savus ražošanas procesus ar materiāliem, kas pielāgoti konkrētajiem ekspluatācijas apstākļiem.
