Základy technológie výroby ŽM D I N A S

1. Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Základy technológie výroby ŽMD I N A S doc. Ing. Gabriel Sučik, PhD. spracované podľa: J. Staroň a F. Tomšů: Žiaruvzdorné materiály – výroba, vlastnosti a použitie Hanykýř, V., Kutzendörfer, J.: Technologie keramiky http://www.clas.wayne.edu/multimedia/usercontent/File/Geology/instructors/vanhees/Minerals%20to%20know.doc

2. Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece DINAS je žiaruvzdorný materiál obsahujúci najmenej 93% SiO2 najmä vo forme tridymitu a kristobalitu. Podľa normy sa označuje SL93 Oxid kremičitý – SiO2 je spolu s oxidom hlinitým najrozšírenejším oxidom zemskej kôry (Si-Al). Charakteristickou vlastnosťou oxidu kremičitého je jeho polymorfia spočívajúca v displacívnych a rekonštrukčných teplotných premenách. Kremenné sklo prepúšťa UV žiarenie. monokryštál kremenné sklo

3. 1660°C 1025°C a-tridymit a-kristobalit kremenné sklo a-kremeň 870°C 1470°C 1728°C 573°C rekonštrukčné 200 – 270°C 163°C b-tridymit displacívne 117°C b-kremeň g-tridymit b-kristobalit Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece • Polymorfné premeny oxidu kremičitého • premeny nízkoteplotných modifikácií na vysokoteplotné sú displacívne a vratné • premeny vysokoteplotných foriem sú rekonštrukčné a nevratné • rekonštrukčné premeny sú energeticky náročnejšie ako displacívne

4. Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece • Polymorfné premeny oxidu kremičitého • teplota topenia kremeňa je 1660°C • teplota topenia kristobalitu je 1726°C • Odsklenenie kremenného skla • je proces, pri ktorom vplyvom dlhodobého ohrevu pri teplotách v oblasti stability tridymitu dochádza k rekryštalizácii sklenej fázy najprv na kristobalit, potom na tridymit. Spúšťačom je vznik zárodkov kristobalitu, ktorý môže byť zapríčinený koróziou vonkajšieho prostredia.

5. Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece • Polymorfné premeny oxidu kremičitého • Rozmerové zmeny pri ohreve • zmena objemu a dĺžky – vplyv na prevádzkové parametre vymuroviek

6. Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Polymorfné premeny oxidu kremičitého

7. Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece • SUROVINY • kryštalické kremence – polydisperzné a monodisperzné, • tmelové kremence – najkvalitnejšia surovina z kryštálov 0.04 – 0.6 mm spojených tmelovou kremičitou hmotou s kryštálmi 0.3 – 2 m. Podiel tmelu je 30 – 80 %. • buližníky (silicit) a piesky – obmedzené použitie vzhľadom na vyšší obsah prímesí • dinasové zlomky • pomocné suroviny – CaO, sulfitový výluh, melasa • mineralizátory – (FeO, MnO a CaO) ovplyvňujú premenu kremeňa na tridymit Chalcedonický kremenec je jemnokryštalická odroda SiO2 Buližník (silicit) je tvrdá sedimentárna kremičitá hornina pochádzajúca z telesných schránok mikroorganizmov, môže obsahovať grafit

8. Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece • SUROVINY – kritériá hodnotenia surovín • Kremence • chemické zloženie; SiO2 95 – 99 %, minimum Al2O3 a alkálií • spôsob premeny – sleduje sa zmena hustoty s teplotou žíhania • žiaduca je rovnomerná a pomalá premena v širokom teplotnom intervale Nárast objemu v úzkom teplotnom intervale spôsobuje počas teplotného spracovania mechanické napätia v materiály, preto sa hrubokryštalické a chalcedonické suroviny miešajú s kvalitnejšími so širším rozsahom teplôt premeny. Cieľom termickej úpravy kremičitých surovín je ich premena na tridymit a kristobalit, čo je u väčšiny surovín spojené s poklesom hustoty na štandardnú hodnotu 2.3 g.cm-3, nárastom objemu o 14 – 17% a pórovitosťou < 5%.

9. Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Výroba tvarovaných stavív – DINAS Banská Belá Závod Dinas Banská Belá bol vybudovaný v rokoch 1947-1953 za účelom využitia surovinovej základne pre výrobu dinasových stavív na lome Šobov. Závod bol spustený do trvalej prevádzky 15.3.1953. Počas 55-ročnej prevádzky závod rozšíril uplatnenie vyrábaných dinasových stavív nielen v Siemens-Martinských peciach a koksárenských batériách ale aj sklárskom priemysle, ohrievačoch vzduchu vysokých pecí a pre veká elektrických oblúkových pecí. Za posledných 25 rokov závod využíva svoje lisovacie a vypaľovacie kapacity aj pre výrobu magnezitových a feolitových stavív, ktoré našli svoje uplatnenie nielen v hutníctve, ale aj ako tepelnoakumulačná výplň elektrických akumulačných pecí.

10. Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Výroba tvarovaných stavív Ťažba rúbaniny Odstraňovanie nečistôt z ťažby, íly, zemina, organické nečistoty Čistenie a pranie Mletie na zrnitosť pre q = 0.5 – 0.8, pre tvarovacie zmesi sa používa q < 0.4 Mletie a úprava zrnitosti Sulfitový výluh sa pridáva ako spojivo pre studenú pevnosť a CaO pre dosiahnutie mechanickej pevnosti po výpale. Dodáva sa vo forme vápenného mlieka alebo práškového Ca(OH)2. Obsah CaO v stavivách sa pohybuje od 1.5 do 3% + CaO a sulfitový výluh Protiprúdny, uzavretý miešač s vážiacim zariadením pre dávkovanie jednotlivých frakcií Miešanie lisovacej zmesi Zmesi s vlhkosťou 4 – 5 % sa tvarujú tlakmi 30 – 50 MPa. V porovnaní s bázickými materiálmi je pomer a/b v Berežného rovnici pre kremenné materiály 6 – 7. Lisovanie Sušenie prebieha v komorových alebo priebežných sušiarňach vyhrievaných odpadovým teplom z chladiaceho pásma TP Sušenie Teplotný režim výpalu je nastavovaný podľa typu použitej suroviny na základe laboratórnych a prevádzkových skúšok. Celkový lineárny nárast je zvyčajne 2 – 3.5 % a konečná hustota 2.31 – 2.4 g.cm-3 Výpal Chladí sa postupným znižovaním príkonu pece až na teplotu 350°C Chladenie

11. Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Výroba tvarovaných stavív – technologická schéma Sklad kremenca Vápno Drvenie Drvenie Zásobník drviny 0–60 mm Zásobník CaO 0–50 mm Hasenie CaO Mletie drviny 0–60 mm Zásobník Ca(OH)2 Zásobník sulfitového výluhu Mletie múčky < 90 m Zásobník jemnej drviny Zásobník vápenného mlieka Zriedený sulfitový výluh Zásobník mletých zlomkov Miešanie Lisovanie Sušenie Výpal Sklad výrobkov

12. Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece • Výroba tvarovaných stavív – výpal • výpal prebieha v priebežných tunelových peciach, predtým vo vozokomorových peciach • dĺžka pecí je okolo 200 m • doba výpalu sa pohybuje medzi 160 až 330 hodín • teplota výpalu v rozsahu 1430 – 1470°C • pomalé chladenie na teplotu 350°C • Úloha matrixu • obsahuje všetky pomocné suroviny (CaO, mineralizátory a kvapalné spojivo) • vytvára mechanickú väzbu medzi zrnami hrubej frakcie • má hlavný podiel na kontrakcii tvarovky • je zdrojom komponentov pre tvorbu taveninovej fázy • má kľúčový vplyv na premenu kremeňa na tridymit a kristobalit

13. Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Vlastnosti dinasu Fázové zloženie SiO2–CaO–Al2O3 SiO2 je hlavnou zložkou CaO je spojivom Al2O3 je nečistotou zvyšujúco podiel taveniny; Na2O+K2O+Al2O3 max. 0.5%

14. Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Vlastnosti dinasu Fázové zloženie SiO2–TiO2 TiO2 má podobné účinky ako Al2O3. V dinase sa vyskytuje ako minerál titanit CaO.TiO2.SiO2. Fe2O3 S rastúcim podielom FeO:Fe2O3 klesá podiel kvapalnej fázy Cr2O3 Jeho prítomnosť zvyšuje odolnosť dinasu proti železitým troskám

15. Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Vlastnosti dinasu • odolnosť voči náhlym zmenám teplôt • odolnosť voči kyslým ale aj amfoterným troskám • vysoká odolnosť voči oteru • vysoká únosnosť v žiare a odolnosť proti tečeniu

16. Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece koksárenské batérie ohrievače vetra (Cowperove a Kaluginove regenerátory) sklárske pece

17. SiO2–kremeň SiO2 – sklo Technická univerzita v Košiciach H u t n í c k a f a k u l t a Žiaruvzdorné materiály a priemyselné pece Kremenné sklo