|
В последнее время в связи со
значительным развитием промышленности высоких температур увеличились их
термостойкость и химическая устойчивость, улучшились и другие свойства
огнеупоров. Прежние огнеупоры уже не могут отвечать жестким требованиям в
области черной металлургии и в других отраслях промышленности, связанных с
высокотемпературными процессами.
В этой обстановке приходится все чаще прибегать к
циркониевым огнеупорам. Основным компонентом этих огнеупоров является
двуокись циркония (Zr02) с точкой плавления 2710 °С, кислым характером, малой
удельной теплопроводностью, хорошей устойчивостью к смачиванию жидкими
металлами и высокой термической прочностью. Однако при 1000—1200 °С
происходит переход от моноклинной кристаллической системы к кубической. Во время
этого изменения совершается 3—4 %-ное объемное расширение и усадка.
Следовательно, в качестве огнеупорного сырья нужно применять
стабилизированную двуокись циркония с кубической кристаллической системой,
причем с соответствующими добавками.
Получение изделий на основе стабилизированной двуокиси
циркония предусматривает тщательный подбор зернистости сырья, а после
формования — обжиг при ^1700 °С.
Кроме сырьевой стабилизированной двуокиси циркония
(электроплавленой и другой), имеется еще пеноциркон с большой пористостью.
Пеноциркон обладает необходимыми свойствами для изготовления огнеупорных
теплоизоляционных изделий, выдерживающих максимально высокие температуры.
Частично циркониевые огнеупорные изделия получают с
помощью электролитья. Например, таким путем отливают блоки для футеровки
ванны стекловаренной печи.
Инертный окисел Zr02 — тяжелый белый порошок с
температурой плавления 2715 °С. При высокой температуре двуокись циркония
химически нейтральна, огнеупорность ее очень высокая, она обладает большой устойчивостью
к смачиванию многими расплавами, малой удельной теплопроводностью и большой
электропроводностью при высоких температурах. Известны только низко- и
высокотемпературные модификации (две кристаллические системы) с переходом
одна в другую в интервале 1000—1200 °С. Переход сопровождается аномальным
расширением и усадкой при изменении на 3—4 % объема. В таком состоянии сырье
не является огнеупорным, поэтому для производства термически стойких изделий
из Zr02 обязательна предварительная стабилизация ее окислами кальция или
магния. Искусственно полученная стабилизированная двуокись циркония с
кубической кристаллической системой является хорошим огнеупорным сырьем.
Типичный пример химического состава стабилизированной
двуокиси циркония, производимой в Японии, Следующий: 93,5 % Zr02; 0,7 % Si02;
0,4 % ТЮ2; 0,5 % А1203; 0,2 % Fe203; 4,5 % СаО; 0,3 % MgO; 0,07 % Na20, следы
К20.
Способ производства циркониевых изделий заключается в
следующем. Основное сырье — стабилизированную, например СаО, двуокись циркония
тщательно измельчают до тонкого порошка. После измельчения из смеси готовят
брикеты, которые направляют на стабилизирующий обжиг при 1700—1900 °С.
Обожженный материал вновь дробят и измельчают до частиц от 0,5 мм до нескольких мкм в зависимости от размера и формы изделий. "
Для придания массе пластичности и формуемости к
измельченному материалу добавляют пластификаторы ZrCl4, MgCl2-H20 или
Zr(OH)4. Кроме того, в качестве связующих добавляют декстрин, патоку или
другие органические вещества. Обжиг (конечный) проводят при >1700 °С.
Формование осуществляют в основном на прессе.
Хорошими свойствами обладают электроплавленые огнеупоры на
основе двуокиси циркония и муллита. Поэтому сырьевой циркон подвергают
разложению и муллитизации посредством добавок глинозема.
Циркониевые изделия на основе Zr02 имеют высокую
температуру плавления, малую удельную теплопроводность, с трудом смачиваются
жидкими металлами. При высокой температуре они обладают хорошими коррозионной
стойкостью и устойчивостью к воздействию жидких расплавов металла и стекла
(отверстия, футерованные.циркониевыми огнеупорами, сохраняют стабильность при
пропускании через них жидкого металла).
Циркониевые огнеупоры с учетом их свойств применяются
главным образом для изготовления сталеразливочных стаканов. В связи с
дальнейшим внедрением прецизионной технологии сталеплавильного производства
при регулируемой разливке предполагают улучшить свойства этих огнеупоров. В
последнее время изделия на основе двуокиси циркония нашли применение в
крекинг-печах нефтехимической промышленности, в тиглях для плавки металлов и
других специальных высокотемпературных печах экспериментального назначения.
Двуокись циркония, стабилизированная главным образом
окисью СаО, MgO или Y203, находит широкое применение для изготовления
твердоэлектролитных ячеек, используемых в качестве измерителя концентрации
кислорода и кислородного потенциала в различных газовых фазах, а также
измерителя кислородной активности в металлических расплавах. Кроме того,
двуокись циркония применяется при изготовлении топливных и
высокотемпературных нагревательных элементов.
|