Rozdelenie  ŽM  a výrobkov

 

Základné pojmy

 

 

Žiaruvzdorné výmurovky – vrstvy z jednotlivých druhov ŽM v tepelných agregátoch murované alebo rôznymi spôsobmi aplikované. Obvykle sa delia podľa druhu na: trvalé (izolačné, bezpečnostné) a pracovné (priamy styk s prostredím TA).

 

Špeciálne žiaruvzdorné materiály – materiály pre zvláštne použitie: horáky, prefukovacie kamene, keramické dosky zasúvadlových záverov, výlevky, trubice atď.

 

Tepelné agregáty – technologické zariadenia pracujúce v určenom tepelnom režime: koksová batéria, vysoká pec, ohrievač vetra, železová panva, pojazdný miešač, konvertor, panva, medzipanva, ohrievacia a žíhacia pec, rekuperátor, kotol atď.

 

Recyklovateľný žiaruvzdorný materiál – žiaruvzdorné materiály z výmuroviek resp. technologického použitia ŠŽM, ktoré je možno priamo alebo po úprave využiť.

 

Žiaruvzdorné materiály sa podľa medzinárodnej normy definujú ako nekovové materiály alebo výrobky, ktorých chemické a fyzikálne vlastnosti umožňujú ich použitie pri vysokých teplotách. Sú schopné odolávať vplyvom roztavených kovov, trosiek a účinkom spalín TA.

 

Žiaruvzdorné materiály a výrobky sa klasifikujú podľa týchto znakov:

·        chemicko-minerálne zloženie,

·        žiaruvzdornosť,

·        pórovitosť,

·        typ spojiva,

·        spôsob výroby.

 

 

 

V závislosti od chemicko-minerálneho zloženia sa ŽM a výrobky rozdeľujú na:

 

1.    Hliníkokremičité materiály - (alumosilikátové) materiály, v ktorých hlavnými zložkami sú oxid hlinitý a oxid kremičitý, sa triedia podľa EN 12475-1 na druhy výrobkov a klasifikačné skupiny podľa obsahu Al2O3 , prípadne podľa obsahu SiO2. Okrem toho sa uvádza druh základnej suroviny, jej stav a druh väzby.

 

Rozoznávajú sa tieto druhy alumosilikátových materiálov:

a)    Vysokohlinité materiály - označenie HA (high alumina) – sedem klasifikačných skupín s obsahom od 45% až na 98 % Al2 O3.

b)    Šamotové materiály – označenie FC (fireclay) – tri klasifikačné skupiny s obsahom 30 až 45% Al2 O3

c)    Kyslé šamotové materiály – označenie LF (Low alumina fireclay) – s obsahom 10 až 30% Al2O3 a pod 85% SiO2.

d)    Kremičité materiály – označenie SS (siliceous) – s obsahom 85% až 93% SiO2.

e)    Dinas – označenie SL (silica) – s obsahom nad 93 % SiO2.

 

Ďalej sa pri klasifikácií uvádza:

·      Druh základných materiálov, napr. korund, bauxit, andaluzit, lupok a pod..

·      Stav základných materiálov: suroviny prírodné vypálené alebo nevypálené, základné materiály umelo pripravené pálené alebo tavené.

·      Druh väzby, t.j. keramická, vznikajúca výpalom nad 800 oC, chemická, vytvorená chemickou reakciou pri teplote okolia alebo pri zvýšenej teplote a väzba vzniklá tavením, prípadne tavením a liatím.

 

 

 

Bázické materiály obsahujúce menej ako 7% zvyškového uhlíka

Tieto bázické materiály, v ktorých hlavnými zložkami sú oxid horečnatý, oxid vápenatý a prípadne oxid chromitý, sa triedia podľa EN 12475-2 na druhy výrobkov a klasifikačné skupiny podľa obsahu MgO, prípadne podľa obsahu CaO alebo Cr2O3. Okrem toho sa uvádza stav základných materiálov, povaha väzby a prípadne dodatočné spracovanie.

 

Rozoznávajú sa tieto druhy bázických materiálov:

·        Magnéziové materiály – označenie M (magnesia) – päť klasifikačných skupín s obsahom od 80% až nad 98% MgO.

·        Magnéziovodolomitové materiály – označenie MD (magnesia doloma) – päť klasifikačných skupín s obsahom 40 až 90% MgO a do 50% CaO.

·        Dolomiové materiály – označenie D (doloma) – s obsahom do 40% MgO a nad 50% CaO.

·        Vápenné materiály – označenie L (lime) – s obsahom do 30% MgO a nad 70% CaO.

·        Magnéziovospinelitické materiály – označenie MSp (magnesia chromite) – šesť klasifikačných skupín s obsahom od 30% MgO až nad 80% MgO.

·        Chromité materiály – označenie Cr (chromite) – s obsahom pod 30% MgO a nad 30%Cr2O3.

·        Magnéziovo-zirkoničito-kremičité materiály – označenie MZ (magnesia zirconia), prípadne MZS (magnesia zirconia silica) – s obsahom od 70% MgO až nad 90% MgO a s odstupňovaným obsahom do 15% ZrO2 a do 5% SiO2.

 

Základné materiály pre bázické výrobky môžu byť prírodné (surové alebo slinuté), syntetické slinuté, dvojslinky alebo tavené. Väzba bázických výrobkov môže byť keramická, organická, chemická, anorganická chemická alebo vytvorená tavením. Ako dodatočné spracovanie prichádza do úvahy temperovanie (pri teplote do 800 oC) alebo impregnácia.

 

Bázické materiály obsahujúce od 7% do 30% zvyškového uhlíka

Tieto bázické materiály, ktorých hlavnými zložkami sú oxid horečnatý, uhlík a prípadne oxid vápenatý sa triedia podľa EN 12475-3 na druhy a ďalej klasifikačné skupiny podľa obsahu MgO, C a prípadne CaO. Okrem toho sa uvádza stav základných materiálov, povaha väzby a prípadne dodatočné spracovanie.

 

 

Rozoznávajú sa tieto druhy bázických materiálov obsahujúcich uhlík:

·        Magnéziovouhlíkové materiály – označenie MC (magnesia carbon) – päť základných klasifikačných skupín s obsahom od 80% MgO až nad 98% MgO vo vyžíhanom stave a na ďalšie podskupiny podľa obsahu uhlíka v karbonizovaných výrobkoch od 7 do 30%.

·        Magnéziovo-dolomitovo-uhlíkové materiály – označenie MDC (magnesia doloma carbon) – päť základných klasifikačných skupín s obsahom 40 až 90% MgO a od 10% CaO až nad 50% CaO vo vyžíhanom stave a na ďalšie podskupiny podľa obsahu uhlíka v karbonizovaných výrobkoch od 7 do 30%.

·        Dolomitovouhlíkové materiály – označenie DC (doloma carbon) – obsahujúce vo vyžíhanom stave pod 40% MgO a nad 50% CaO a sú ďalej rozdelené na podskupiny podľa obsahu uhlíka v karbonizovaných výrobkoch od 7 do 30%.

 

Základné materiály pre bázické výrobky môžu byť prírodné (surové alebo slinuté), syntetické slinuté, dvojslinky alebo tavené. Väzba je organická chemická. Vzniká pri teplote okolia, pri vyšších teplotách alebo chemickou reakciou. Ako dodatočné spracovanie prichádza do úvahy temperovanie alebo impregnácia.

 

Špeciálne materiály

Do tejto skupiny sa podľa EN 12475-4 zaraďujú výrobky na báze menej používaných oxidov a rôzne kombinované materiály obsahujúce oxidické aj neoxidické zložky.

 

Rozoznávajú sa tieto druhy špeciálnych žiaruvzdorných materiálov:

 

·        Materiály z oxidu hlinitého a chromitého – označenie ACr (alumina-chromic oxide) – štyri klasifikačné skupiny s obsahom od 50% Al2O3  až nad 90% Al2O3  a 5 až 50% Cr2O3.

·        Materiály z oxidu chromitého – označenie Cr (chromic oxide) – dve klasifikačné skupiny s obsahom od 50% Cr2O3 až nad 90% Cr2O3 a 10 až 50% Al2O3.

·        Hlinito-chromito-zirkoničito-kremičité materiály – označenie ACrZS (aluminachromic oxide zirconia-silika) – tri klasifikačné skupiny s obsahom 10 až 80% Cr2O3  , 5 až 55% Al2O3  a 10 až 50% ZrO2  + SiO2.

·        Zirkoničité materiály – označenie Z (zirconia) – tri klasifikačné skupiny s obsahom od 70% ZrO2  až nad 95% ZrO2.

·        Zirkoničito-kremičité materiály – označenie ZS (zirconia silica) – tri klasifikačné skupiny s obsahom 35 až 70% ZrO2, a 25 až 40% SiO2.

·        Hlinito-zirkoničito-kremičité materiály – označenie AZS (alumina-zirconia-silica) – štyri klasifikačné skupiny s obsahom 5 až 50% ZrO2, 30 až 95% Al2O3  a 25 až 35% SiO2.

·        Hlinito-uhlíkové materiály – označenie AC (alumina – carbon) – 36 klasifikačných skupín s obsahom od 30% Al2O3 až nad 90% Al2O3 a od 1 do 30% C.

·        Hlinito-siliciumkarbidovo-uhlíkové materiály – označenie ASC (alumina-siliconcarbide-carbon)–15 klasifikačných skupín s obsahom od 60% Al2O3 až nad 80% Al2O3 od 1 do 15% SiC a od 1 do 25% C.

·        Siliciumkarbidové materiály – označenie SiC (silicon carbide) – šesť klasifikačných skupín s obsahom od 30% SiC až nad 99% SiC.

·        Uhlíkové materiály – označenie C (carbon) – štyri klasifikačné skupiny s obsahom od 60% až nad 99% C.

 

U týchto výrobkov sa ďalej uvádza druh základných materiálov, ich stav, druh väzby a prípadne dodatočné spracovanie.

Pre niektoré špeciálne žiaruvzdorné materiály ako sú nitridy, boridy, karbidy (okrem SiC), spinely (okrem MgO . Cr2O3  a MgO . Al2O3) a ďalšie sa podrobnejšie klasifikačné triedenie nezavádza.

 

Žiaruvzdorné oxidy sa môžu rozdeľovať na bázické a nebázické. Bázické oxidy – CaO a MgO – tvoria pri reakcii s vodou hydroxidy. Nebázické kyslé oxidy – SiO2, ZrO2 – tvoria s vodou kyseliny. Ostatné oxidy, zaraďované medzi nebázické - Al2O3 a Cr2O3  - reagujú približne neutrálne a sú amfoterné.

 

 

 

V závislosti od žiaruvzdornosti sa ŽM a výrobky rozdeľujú na:

·        žiaruvzdorné

·        vysokožiaruvzdorné

·        vyššej žiaruvzdornosti

 

 

V závislosti od pórovitosti sa žiaruvzdorné výrobky rozdeľujú na:

·        obzvlášť hutné

·        vysokohutné

·        hutné

·        zhutnené

·        obyčajné

·        poloľahké

·        ľahké

·        ultraľahké

 

V závislosti od typu väzby (spojiva) sa ŽM a výrobky rozdeľujú na:

·        žiaruvzdorné s keramickým spojivom

·        žiaruvzdorné s hydraulickým spojivom

·        žiaruvzdorné s minerálnym alebo organicko-minerálnym spojivom

·        žiaruvzdorné s organickým pojivom

 

 

V závislosti od spôsobu výroby sa ŽM a výrobky rozdeľujú na:

Tvarované                - plasticky tvarované

- polosuché alebo sucho tvarované

- lisované v puzdrách a vystužené

- lisované za horúca

                  - liate z brečky

- tavené liatím

- odľahčené spenením

                  - liate zhustené vibráciou alebo vbíjaním s plastifikovanej hmoty

- vláknité

 

Netvarované               - malty

                  - cementy

                  - betónové zmesi a betónové hmoty

            - žiaruvzdorné plastické hmoty

            - žiaruvzdorné hmoty na ubíjanie

                  - žiaruvzdorné hmoty na torkretovanie

                  - keramické vlákna

 

 

TVAROVÉ HUTNÉ VÝROBKY

 

            Tvarové žiaruvzdorné výrobky sa dodávajú v predpísaných tvaroch a rozmeroch, ktoré sú buď dané normami, alebo rešpektujú prianie zákazníka. Sortiment tvarov je veľmi rozmanitý, vyrábajú sa tisíce rôznych tvarov výrobkov.

            Tvarové žiaruvzdorné materiály a výrobky sa podľa chemického zloženia delia na hlinitokremičité, zásadité a zvláštne.

 

Hlinitokremičité výrobky

 

            Hlinitokremičité materiály sú materiály zo systému SiO2 – Al2O3 (viď. obr. 3). Klasifikujú sa na základe obsahu týchto oxidov. Jednotlivým skupinám výrobkov prislúchajú nasledujúce medzinárodné oznečenia.

 

 

 

                                                Obsah v %

 

Materiály vysokohlinité                        HA 98                        Al2O3 ≥98

               -“-               HA 95           95≤ Al2O3 <98

               -“-               HA 85           85≤ Al2O3 <95

               -“-               HA 75           75≤ Al2O3 <85

               -“-               HA 65           65≤ Al2O3 <75

               -“-               HA 55           55≤ Al2O3 <65

               -“-               HA 45           45≤ Al2O3 <55

Materiály šamotové FC 40           40≤ Al2O3 <45

               -“-               FC 35           35≤ Al2O3 <40

               -“-               FC 30           30≤ Al2O3 <35

Šamot s nízkym               LF 10           10≤ Al2O3 <30

            obsahom Al2O3                               SiO2 <85

Kyslý šamot            SS 85            85≤ SiO2 <93

Dinas                SL 93            SiO2 ≥93

 

 

 

 

 

Obr. Rovnovážny fázový diagram SiO2 – Al2O3

 

 

Šamotové výrobky

 

Charakteristika

 

            Šamotové výrobky patria do systému Al2O3 SiO2. Po chemickej stránke sú neutrálne (s výnimkou kyslého šamotu). Z hľadiska mikroštruktúry sa vyznačujú vysokým obsahom mullitu a skloviny, tvorené prevažne SiO2 a ďalšími látkami. Obsah pórov je rôzny. Farba po výpale je okrová (spôsobená predovšetkým oxidom železitým). Šamot je najrozšírenejší žiaruvzdorný materiál, ktorý nachádza použitie v keramickom a sklárskom priemysle i v metalurgii. Názov šamot je odvodený od ostriva, používaného do hmoty. Výhodou šamotu ako žiarovzdorného materiálu je veľký výber rôznych druhov a dostupnosť surovín pre jeho výrobu.

 

Vlastnosti

 

            Vlastnosti šamotu závisia na obsahu Al2O3, ktorý je nositeľom žiaruvzdornosti, ďalej na obsahu nečistôt, hlavne taviacích oxidov, ktoré žiaruvzdornosť znižujú.

 

Najdôležitejšie výhody šamotu:

 

Nevýhody:

Druhy šamotu

 

            Podľa obsahu Al2O3 sa šamot delí do skupín, ako je uvedené v úvode kapitoly. Existujú aj špeciálne druhy šamotu s ďalšími prísadami, napr. šamot s mastkem (určený hlavne pre laboratórne elektrické pece) alebo šamot s grafitom. Vyrába sa šamot hutný s vysokou objemovou hmotnosťou a izolačný (ľahčený) s nízkou objemovou hmotnosťou.

 

Druhy výrobkov

 

            Normalizované tvary sú napr. tehly, plátky ( k vyrovnávaniu spár), vazáky (pro vazbu mezi sousedními vrstvami zdiva), klíny (pre klenbu a valcové steny s vodorovnou osou), radiálky (pre valcové steny so zvislou osou), vazákové klíny, desky (k provazováni vrstev zdiva nebo překladúm), záklenky (tvoria oporu pre klenbu).

            Tvarovky sú zvláštne tvary. Vyrábajú sa napr. tvarovky pre závesné stropy, hořákové kameny atď. Pre účely odlievania tavenín sa vyrábajú duté výrobky, napr. trouby, výlevky atď.

 

 

Technológia výroby

 

Suroviny

 

            Plastickú zložku hmoty tvorí jíly a kaolíny s vysokým obsahom kaolinitu, ktoré dodávajú plastičnosť a žiaruvzdornosť. Nežiaduci je obsah tavív, ai. alkalických oxidov a Fe2O3, ktoré znižujú žiaruvzdornosť. Celkový obsah prímesí sa pripúšťa do 5 až 6 %, obsah Fe2O3 max. 1 až 3%. Kritériom kvality je obsah Al2O3. Používajú sa tzv. žiaruvzdorné jíly, pre zvýšenú plastičnosť sa pridávajú vazné jíly. Kaolín sa používa menej, len do veľmi kvalitných druhov šamotov. Ďalej môžeme použiť jílovce a lupky, ktoré sa ale v surovom stave obtiažnejšie spracovávajú na plastické cesto, musia sa najprv jemne zomlieť. Preto sa obvykle vypaľujú na kvalitné žiaruvzdorné ostrivo.

            Škodlivé prímesy v surovinách sú zlúčeniny želaza, a to pyrit a markazit (FeS2), ktoré pri výpale tvoria vytaveniny a môžu spôsobiť nadýmaní střepu. Ďalej je toFeCO3, Fe2O3.nH2O a Fe3O4, ktoré sa vyskytujú menej často.

            Neplastickou zložkou je šamotové ostrivo, t.j. pálené žiaruvzdorné jíly, pálené lupky a jílovce. Získava sa výpalom v šachtových peciach (hrubšie kusy okolo 120 mm) alebo v rotačných peciach (jemnejšie o veľkosti 40 až 60 mm) na teploty podľa nároku na kvlitu ostriva. Najakostnejšie ostrivo sa získa výpalom na 1250 až 1400 oC, bežné ostriva sa pália na 1000 až 1250 oC, pod 1000 oC vzniká tzv. kalcinované ostrivo. Do kyslého šamotu sa ako ostrivo pridáva kremenný piesok.

            Veľmi používaným a ekonomicky výhodným ostrivom je vhodne zrnitostne upravený výmět z vlastnej výroby šamotu. Výhodou je rovnaké zloženie s vyrábaným materiálom a zároveň spracovanie odpadu. Pri nedostatku ostriva si závody vyrábajú ostrivo pálením šamotových tehiel, vyrobených ťahaním na šnekovém lisu.

            Skladba surovinovej zmesi sa riadi požadovaným obsahom Al2O3, hutnosťou, žiaruvzdornosťou a i. Pojivo a ostrivo by mali mať podobné zloženie (výnimkou je kyslý šamot). Pomer ostriva a pojiva sa riadi spôsobom tvarovania, t.j. druhom pracovnej hmoty:

pre lisovanie z plastického cesta 50 až 65% ostriva,

pre lisovanie z drolenek 50 až 70%, u tvrdých šamotov až 90% ostriva.

Zrnitosť zmesi sa volí tak, aby vzniklo čo najhutnejšie usporiadanie častíc. Používa sa niekoľko zrnitostných frakcii, napr. pri 2 frakciách je veľkosť častíc v pomere asi 5:1 a ich dávkovanie v pomere asi 7:3.

 

Príprava pracovných hmôt a tavrovanie

 

            Plastické cesto obsahuje 16 až 20 % vody. Předemleté a předdrcené suroviny sa melú spolu alebo oddelene za sucha alebo za mokra v kolových a valcových mlynoch. Potom sa prípadne dovlhčujú pri miesení v miesičoch (kolových, korytových). Takto zhomogenizovaná hmota sa prípadne odvzdušní vo vákuovom šnekovém lise a nechá sa odležať. Tvaruje sa ručne dusáním do drevených foriem vyložených plechom po vrstvách elektrickými alebo pneumatickými pěchy. Tento spôsob tvarovania sa používa u výrobkoch zložitých tvarov, vyrábaných v menších sériách (nebolo by ich možné lisovať lebo by sa neoplatilo pre ne zhotovovať lisovacie formy) a výrobky veľkých rozmerov.

            Ďalší spôsob je lisovanie nižšími tlakmi – prelisovanie. Dávkovanie hmoty pri lisovaní je prietokové, objemové alebo odvažovaním (vážením?) hmoty. Nevýhodou takto tvarovaných výrobkov môže byť nerovnomerná hutnosť a nižšia odolnosť proti zmenám teplôt, veľké smrštení sušením (ťažšie sušenie) a obtiažnejšia manipulácia s výliskami. Výhodou je možnosť výroby zložitých tvarov i veľkých výrobkov.

            Z plastického cesta sa tvarujú i výrobky z ľahčeného šamotu. Do pracovnej zmesi sa ako spaliteľné ostrivo používajú piliny, uhelný mour, drcené pecky atď. Výhodná je kombinácia rôznych spaliteľných ostrív, pretože ich vyhrievanie prebieha postupne.

            Šamotové výrobky veľkosériové a vyšších akostí sa obvykle vyrábajú z drolenky. Drolenka obsahuje 3 až 10% vody. Predom umleté suroviny sa miesia s potrebným množstvom vody v kolovom miesiči. Tvaruje sa lisovaním na mechanických (kloubových alebo třecích) alebo hydraulických lisoch do kovových foriem. Dávkovanie je objemové lebo sa hmota váži. Formy sa vplyvom veľkého obsahu ostriva opotrebuvávajú, trenie sa znižuje vyhrievaním a vymazáváním olejom. Zhutnenie závisí na lisovacom tlaku (20 až 80 Mpa), na spôsobe lisovania (jednostranné, dvojstranné), na počte zalisovania, dobe pôsobenia tlaku a na spôsobe plnenia foriem.

            Výhodou lisovania z drolenek je možnosť automatizácie, nižšie smršťení výrobkov, vyššia odolnosť proti zmenám teplôt, ľahšie sušenie a všeobecne lepšie predpoklady pre dosiahnutie vyššej akosti (kvalitatívnej aj rozmerovej).

 

Sušenie

 

Rýchlosť sušenia závisí na vlhkosti výrobkov, ich tvaru a veľkosti. Výrobky tvarované z plastického cesta vykazujú väčšie smrštění sušením, preto sa sušia pomalšie, často volnoprostorově, uložené na vhodných podložkách, ktoré umožňujú posun pri smrštováni. U výrobkov veľkých rozmerov, napr. vanových kamenú, sa rovnomerné sušenie zaisťuje chránením rohov a hrán proti rýchlemu vysušovaniu (zakrývanie polyetylenovými fóliami, vlhkými textilnými plachtami). Výrobky lisované z droleniek sa obvykle sušia v komorových alebo kanálových sušiarniach, uložené priamo na pecních vozech. Jednotlivé vrstvy sa presypávajú pieskom, aby sa výrobky pri výpale nespiekly.

 

 

Výpal

           

            Šamotové výrobky sa vypaľujú v peciach komorových alebo tunelových na teplotu 1150 až 1380 oC. V prípade vyššieho obsahu Al2O3 alebo akostnejších druhov šamotu je teplota výpalu 1400 až 1480 oC. Komorové pece vyžadujú pracnejšiu obsluhu pri zakladaní a vykladaní, ale výpal sa dá lepšie prispôsobiť druhu výrobkov. Tunelové pece sa používajú pre výpal bežných výrobkov vyrábaných vo väčších sériách. Tunelové pecní vozy, ktoré majú ložnou plochu z dosiek spojených maltou, sa musia často opravovať. Modernejšie pecní vozy majú stavebnicovú konštrukciu (bez použitia malty) a ich oprava je podstatne ľahšia (jednoduchá výmena poškodených častí).

 

 

Brúsenie, rezanie

 

            Niektoré výrobky sa po výpale zabrusujú diamantovými kotúčmi na presné rozmery podľa požiadaviek zákazníka, alebo sa veľké bloky rozrezávajú na menšie tvary určitých rozmerov. U tvarovo zložitých a provozně silno namáhaných výrobkoch sa niekedy prevádza predmontáž ako doklad o kompletnosti a rozmerovej presnosti.

Použitie

 

            Šamotové výrobky majú široké použitie, hlavne pre výmurovky pecí pre výpal keramiky, tavenie skla, pre výmurovky šachtových pecí, vysokých pecí atď.

 

 

Vysokohlinité výrobky

 

            Charakteristika

 

            Ako vysokohlinité označujeme výrobky s obsahom Al2O3 45% a vyšším. Rozdelenie výrobkov podľa obsahu Al2O3 je uvedené v úvode kapitoly 3.1.

 

 

            Vlastnosti

 

            Výrobky s vysokým obsahom oxidu hlinitého majú hlavne vysokú žiaruvzdornosť, únosnosť v žáru, pevnosť a odolnosť proti korózii.

 

 

            Technológia výroby

Suroviny

 

            Oxid hlinitý je dodávaný ostrivom, ktoré je obohatené o Al2O3 inými než ílovými surovinami. K príprave vysokohlinitého ostriva sa používajú suroviny skupiny silimanitu (sillimanit, andalusit, disthen) sumárneho vzorca Al2O3.SiO2, alebo ďalšie prírodné alebo umelo pripravené suroviny, bohaté na Al2O3. Sú to napr. kalcinovaný bauxit, (býva znečistený Fe2O3 a TiO2), technický oxid hlinitý alebo tavený korund.

            Hlavnou kryštalickou fázou po výpale je mullit, pri obsahu Al2O3 > 72% navíc korund. Surovinová zmes sa skladá z vysokohlinitého ostriva (80 až 95%) a pojiva. Pojivom býva žiaruvzdorný íl obohatený Al2O3. Dá sa pracovať aj bez prídavku ílu, ale je nutné použiť organické plastifikátory, napr. polyvinylalkohol. Surovinová zmes musí mať optimálne granulometrické zloženie ostriva. Miesi sa v kolovém miesiči s pojivom.

 

Tvarovanie, sušenie

 

            Výrobky sa lisujú na hydraulických lisoch ze zavlhlé směsi (drolenky). Sušenie sa prevádza podobne ako u šamotových výrobkov (kanálové sušárny). Vypaľujú sa na teploty 1500 až 1700 °C (výrobky s chemickou väzbou na nižšie teploty, vypalia sa až pri zabudovaní do technologického zariadenia).

 

 

 

Vlastnosti, použitie

 

            Oproti bežným druhom šamotu majú tieto výrobky vyššiu pevnosť v tlaku, žiaruvzdornosť a únosnosť v žáru. Je to dané vyšším obsahom mullitu a nižším obsahom skelné fáze. Použvajú sa pre veľmi namáhané miesta výmuroviek (napr. stropy pecí), pre výrobu horákových kamenu, výleviek atď.

 

 

 

 

 

DINAS

 

Charakteristika

 

Dinas (anglické označenie je silica, nemecké Silika) patrí medzi kyslé žiaruvzdorné materiály. Obsahuje viac než 93% SiO2 (kvalitnejšie druhy 96 až 97%), a to v podobe b–cristobalitu a g–tridymitu, určitého malého množstva nepremeneného b– kremeňa, skelné fáze a ďalších zložiek (kremičitany vápenaté).

 

 

Vlastnosti, druhy, použitie dinasu

 

            Dinas vykazuje rad vlastností, ktoré ho predurčujú predovšetkým pre použitie v sklárskom a hutníckom priemysle. Najdôležitejšie vlastnosti dinasu sú:

 

Dinas sa vyrába v troch druhoch, a to hutnícky, koksárenský a sklársky. Koksarenský dinas je kvalitnejší než hutnícky, s vyšším stupňom premeny SiO2 na vysokoteplotní modifikace tridymit a cristobalit. Najkvalitnejší z hľadiska chemickej čistoty a stupňa premeny je dinas sklársky. Vyrába sa aj niekoľko druhov izolačných dinasov.

      Dinas sa využíva pre steny a klenby hutníckych a sklárskych pecí, výmurovky koksárenských pecí, regenerátory atď. Nie je vhodný pre zriadenia, kde by bol vystavený zmenám teplôt v rozsahu 20 – 600°C. Je vhodný pre agregáty, pracujúce trvale za vysokých teplôt.

 

 

Technológia výroby

 

            Technológia výroby dinasu musí rešpektovať poznatky o modifikačných premenách SiO2 v žáru. Vo vypálenom dinase by mal byť SiO2 premenený na vysokoteplotné modifikácie, aby pri použití nedochádzalo k nekontrolovateľným objemovým zmenám.

 

Suroviny

            Základnou surovinou pre výrobu dinasu sú kremence, t.j. kremenné zrná stmelené kremičitým tmelom. Kremence majú rôzne veľké zrná kremeňa a rôzny obsah tmelu. Podľa toho ich delíme na kryštalické a tmelové.

            Kryštalické kremence sú buď jemne kryštalické (zrná asi 0,04 mm) alebo hrubé kryštalické (zrná 0,15 až 0,25 mm). Zrná majú približne rovnakú veľkosť. Modifikačné premeny prebiehajú u všetkých zŕn súčasne a objemová zmena je náhla.

Tmelové kremence obsahujú veľký podiel (až 80%) kremičitého tmelu, zrná kremeňa sú rôzne veľké. Modifikačné premeny sú pozvoľné (najprv sa premieňa tmel), celkový objemový nárast je menší než u kremencov kryštalických, sú preto výhodnejšie.

            Kvalita kremencov sa hodnotí predovšetkým podľa obsahu SiO2 (požaduje sa čo najvyšší nad 96%) a škodlivých prímesí (Al2O3,K2O, Na2, TiO2), ktoré znižujú žiaruvzdornosť. Ďalšie suroviny sú kremenné piesky. Používajú sa jemné frakcie (menší objemový nárast) pod 0,5 mm. Kremenné piesky doplňujú podľa potreby surovinovou zmesou (max. 30%).

            Ďalej sa v obmedzene (v jednotkách percent) používa výmět z výroby (jemne mleté dinasové zlomky).

Ako pojivo sa používa vápenné mlieko v takom množstve, aby obsah CaO vo vypálenom stave nebol vyšší ako 3%. Pôsobí ako mineralizátor, podporujúci modifikačné premeny kremeňa na tridymit a cristobalit. Ako mineralizátory sa okrem toho používajú tiež oxidy železa (železné okuje) alebo mangánu (0,5-1,5%). Ďalšími prísadami sú sulfitový louh a melasa. Zvyšujú pevnosť výlisku za surova.

            V surovinách pre výrobu dinasu sú nežiadúce také prímesy, ktoré by mohli znižovať žiaruvzdornosť, napr. TiO2. Hlavné nebezpečenstvo predstavuje Al2O3, čo vyplýva z rovnovážneho fázového diagramu sústavy Al2O3- SiO2. Pri obsahu 5,5% oxidu hlinitého v zmesi vzniká eutektická tavenina s nízkou teplotou tavenia (1595°C).

 

Príprava pracovných hmôt

 

            Suroviny môžeme mlieť za sucha alebo za mokra. Mletie za mokra v kolovém mlyne s prídavkom vody a vápenného mlieka (vlhkosť okolo 8%) je výhodnjšie z toho dôvodu, že dinasové hmoty obsahujú prakticky len SiO2, ktorý môže spôsobiť závažné ochorenie – silikózu (zaprášenie pľúc). Mletím surovín za súčasného zvlhčovania sa obmedzuje prašnosť. Takto sa pripravujú obvykle zmesi pre ručné tvarovanie.

            Pokiaľ sa zmes pre lisovanie pripravuje miesením surovín predom umletých za sucha, prevádza sa miesenie s potrebným množstvom vody, vápenného mlieka a sulfitového luhu v uzatvorenom kolovom miesiči. Zmes sa zostavuje z určitých zrnitostných frakcií tak, aby vzniklo čo najhutnejšie usporiadanie.

 

 

Tvarovanie

 

            Tvarovanie je buď ručné – dusání a striasacie, alebo, a to prevažne, strojné – lisovanie. Ručné tvarovanie sa prevádza u výrobkov zvláštnych tvarov alebo v kusovej výrobe (nevyplatilo by sa alebo by nebolo možné vyrábať formy pre strojné lisovanie). Hmota má vlhkosť 7 až 9%. Používajú sa pneumatické alebo elektrické pěchy, formy sú drevené, vyplechované.

            Lisuje sa na rôznych typoch lisov – hydraulických, třecích, kloubových. Lisovacie tlaky sú v rozmedzí 15 až 45 MPa. Vlhkosť pracovnej hmoty sa pohybuje v rozmedzí 4 až 5%. Pri výrobe foriem je nutné počítať s objemovým nárastom pri výpale. Na rozdiel od ostatných druhov keramických výrobkov musí mať nevypálený polotovar menší rozmer, ako má mať hotový výrobok.

 

Sušenie

 

            Vzhľadom k tomu, že dinasové výrobky sa pri sušení nezmrašťujú (neobsahujú žiadne plastické suroviny, len ostrivo), je sušenie jednoduché a sušiť môžeme za vyšších teplôt ako je obvyklé u materiálov s obsahom plastických surovín. Maximálna rýchlosť vzostupu teploty je limitovaná len objemovou zmenou pri premene vody na vodnú paru. Pri príliš prudkom náraste teploty by mohli vznikať trhliny v dôsledku vývinu veľkého objemu vodnej pary vo vnútri střepu. Doba sušenia závisí na rozmeroch výrobkov.

 

 

Výpal

 

            Dinasové výrobky sa vypaľujú v komorových kruhových peciach alebo v tunelových peciach na teplotu nad 1400 °C. Doba výpalu dinasu je extrémne dlhá. Výpalom je nutné zaistiť, aby modifikačné premeny SiO2 prebiehali čo do najvyššieho stupňa. Preto sa doba výpalu v komorových kruhových peciach pohybuje okolo 200 hodín a viac (od 9 do 18 dní včítane zavážania a vyvážania tovaru). Výdrž na maximálnej teplote je asi 20 hodín. Komorové kruhové pece sú vhodné pre výpal veľkorozmerových výrobkov a špeciálnych výrobkov, pretože je možné podľa potreby upraviť páliacu krivku. V tunelových peciach sa vypaľujú väčšinou jednoduché tvary – normálky, ktoré majú približne rovnaké rozmery.

            Pri výpale dinasu dochádza jednak k modifikačným premenám SiO2, spojeným s objemovým nárastom, jednak z prítomného CaO vzniká reakcia s SiO2 2CaO.SiO2, ktorý prechádza na CaO.SiO2. Nad teplotou 1100 °C vzniká tavenina, ktorej prítomnosť urychľuje tvorbu tridymitu. Nad 1250 °C dochádza k veľkému objemovému nárastu. Aby pri tom nevznikla nežiadúca vysoká pórovitosť, je vhodné viesť výpal v tejto oblasti redukčne. Pri maximálnej vypaľovacej teplote je nutná výdrž, aby sa teplota vyrovnala a dosiahlo sa rovnomerného výpalu. Chladiť je možné do 600 °C pomerne rýchlo, potom sa musí chladenie spomaliť, aby vo výrobku nevznikali trhliny. Nebezpečie vzniku trhlín je v oblasti teplôt, kde sa premieňajú cristobalit a tridymit na nízkoteplotné formy. Objemový nárast pri výpale je podľa veľkosti a druhu výrobku 2 až 5%.

            Kritériom pre kvalitu výpalu (stupeň premeny) je hustota. Premena sa považuje za stopercentnú, ak je hustota dinasu 2300 kg.m3 (hustota b-cristobalitu). Ak sa hustota zvýši, znamená to, že premena prešla do nižšieho stupňa.

            Vypaľovacia teplota dinasu závisí na druhu dinasu, t.j. požiadavku na stupeň premeny. Zloženie po výpale: 45 až 60% b - cristobalit,

                        25 až 40 % g - tridymit,

                        do 30 % b-kremen,

                        10 až 15% skelná fáze.

Pri opakovaných výpaloch sa zvyšuje obsah tridymitu na úkor kremeňa a cristobalitu. Pórovitosť vypáleného dinasu je 18 až 30%.

 

Zásadité výrobky

 

            Skupina zásaditých hutných materiálov je rozdelená na dve podskupiny:

a) výrobky s obsahom zvyškového uhlíka do 7 %, kam patria výrobky:

·        horečnaté (M),

·        horečnato-vápenaté (MD),

·        vápenato-horečnaté (D),

·        horečnato-spinelové (MSp),

·        forsteritové (F),

·        magnézio-chromitové (MCr),

·        chromitové (Cr),

·        vápenaté (L),

·        horečnato-zirkoničito-kremičité (MZ, MZS).

 

Tieto skupiny sú ďalej podrobnejšie klasifikované podľa obsahu charakteristickej zložky (MgO, CaO, Cr2O3, ZrO2, SiO2).

 

b) výrobky s obsahom zvyškového uhlíka 7-30% sú nasledujúce:

 

Opäť sú podrobnejšie klasifikované podľa obsahu charakteristických zložiek (MgO, CaO, C). Nachádzajú použitie najviac v oceliarskom priemysle.

Zásadité hutné materiály sa triedia podľa ďalších kritérií, ktorými sú použité suroviny, druh väzby ( s keramickou väzbou, s organickou alebo anorganickou chemickou väzbou, liaté z taveniny) a prípadne dodatočné spracovanie (temperované, impregnované).

 

 

Horečnaté výrobky

 

Charakteristika, vlastnosti

 

            Horečnaté výrobky sú charakteristické vysokým obsahom MgO (>80, resp. 85%), ktorý je nositeľom žiaruvzdornosti, zvyšok tvorí Fe2O3, CaO, SiO2 a Al2O3. MgO je obsažen ako minerál periklas, ostatné oxidy tvoria rôzne zlúčeniny.

Horečnaté výrobky sa vyznačujú nasledujúcimi vlastnosťami.

 

Výroba slínku

 

            Základnou surovinou je magnezit MgCO3, ktorý sa ťaží buď jemnozrnný až amorfný s nízkym obsahom nečistôt (Balkán, India, Južná Afrika, Blízky Východ) alebo kryštalický – viacej znečistené oxidy železa, CaO, SiO2 a Al2O3 (Slovensko, Rusko, Rakúsko). Upravuje sa napr. flotací. Oddeľuje sa tak kalcit a dolomit, ktoré majú nižšiu hustotu. Z magnezitu sa pripravuje slínek (slinutá magnézie) výpalom suroviny v rotačnej alebo šachtovej peci na teplotu 1500 °C až 1750 °C (čím čistejšia surovina, tým vyššia teplota).

            Oxidy železa reagujú s MgO takto: Fe2O3 tvorí s MgO ferit MgO.Fe2O3, FeO se v periklase rozpúšťa na tuhý roztok.

            Medzi zrnami periklasu vzniká tavenina rôzného zloženia, obsahujúca zlúčeniny zo systému MgO-CaO-Fe2O3- SiO2. Požaduje sa, aby bol slínek hutný a odolný k hydratácii (hydratácia MgO na Mg(OH)2 je sprevádzaná expanziou). Slínek sa používa na výrobu tvaroviek, aj ako netvarový materiál (napr. výdusky).

 

Pálené tvarovky

            Pracovná zmes sa zostavuje tak, aby mala čo najväčšiu hutnosť (hrubá frakcia 2-4 mm, jemná do 0,5 mm). Miesi sa v kolovom miesiči s vodou (asi 4%) a sulfitovým lúhom (pre zvýšenie pevnosti za surova a po vysušení). Zrná MgO na povrchu hydratujú, vzniklá vrstvička hydroxidu horečnatého pôsobí ako pojivo.

            Výrobky sa lisujú na hydraulických lisoch tlakom nad 100 MPa, niekedy až 150 MPa.

 

Sušenie

 

            Výrobky je nutné sušiť opatrne, aby nedochádzalo k hydratácii MgO a tým (objemovým nárastom) k vzniku trhlín. Suší sa v kanálových alebo komorových sušiarňach.

 

Výpal

            Pre výpal sa používajú tunelové pece. Teplota výpalu je 1450 – 1750 °C, doba výpalu 3 až 5 dní. Vypaľuje sa v oxidačnej atmosfére, aby vznikal MgO.Fe2O3 a zabránilo sa vzniku tuhých roztokov FeO s MgO, ktoré majú nižšie teploty tavenia. Tavenina vzikajúca pri výpale tvorí pojivo, pokiaľ zmáča zrná. Pokiaľ tavenina zrna periklasu nezmáča, vzniká tzv. priama väzba, t.j. zrasty priamo medzi zrnami periklasu. Výrobky s touto väzbou majú lepšie vlastnosti. Vznik priamej väzby je podporovaný nízkym obsahom SiO2 a vysokou vypaľovacou teplotou. Pri výpale je nutné mať na zreteli, že v rozmedzí teplôt 400 – 1200 °C je nutné zahrievať pomaly, pretože inak sa znižuje pevnosť výrobkov.

 

 

Tvarovky s chemickou väzbou

 

            Tieto tvarovky sa dodávajú nepálené, vypália sa až pri prvom uvedení výmurovky do prevádzky. Chemická väzba sa vytvorí:

Výrobky sa lisujú tlakom 80 až 120 MPa, niekedy do plechu. Pri výpale takýchto výrobkov zabudovaných do výmurovky reaguje MgO s Fe na MgO.Fe2O3 a vznikne monolitická výmurovka. Taktiež pri prepale týchto materiálov je nutné brať do úvahy zníženie pevnosti v rozmedzí teplôt 600 až 1200 °C.

 

Horečnato-chromitové výrobky

 

            Oproti horečnatým výrobkom majú horečnato-chromitové výrobky lepšiu odolnosť proti zmenám teplôt, rozmerovou stálosťou pri vysokých teplotách (zatiaľ čo horečnaté dosmršťují), vyššía pevnosť za vysokých teplôt a pod.

 

 
Technológia výroby
Suroviny

 

            Základnými surovinami sú slinutá magnézie a chromová ruda. Hlavnou zložkou chromovej rudy je tuhý roztok chromitu FeO.Cr2O3 s ďalšími zložkami (MgO, Al2O3, prípadne Fe2O3). Pomer slinuté magnézie a chromovej rudy je rôzny. Podľa neho sú výrobky triedené do ďalších skupín. Chromová ruda tvorí hrubú frakciu. Tým sa znižujú redukčne-oxidačné zmeny oxidov Fe a preto expanzia pri výpale a pórovitosť produktu, dosiahne sa lepšia odolnosť proti zmenám teploty.

Technológia výroby je podobná ako v horečnatých výrobkoch. Výpal sa prevádza na teploty 1500 až 1700 °C. Väzba vzniká buď prostredníctvom silikátovej taveniny alebo ako tzv. priama (sekundárna) väzba-zrasty medzi zrnami (kryštalizácia periklasu a spinelu z taveniny pri chladnutí) – nad teplotu 1550 °C (najlepšie 1600 až 1700 °C), zvlášť pri nízkom obsahu SiO2. Pri použití výrobkov potom pri vysokých teplotách táto väzba mizne (rozpúšťanie kryštálov v tavenine).

Výrobky s priamou väzbou majú vysokú pevnosť v žáru, rozmerovú stálosť do 1800 °C, odolnosť proti struskám, nízky sklon k expanzii. Používajú sa na výmurovky elektrických oblúkových pecí, martinských pecí, rotačných cementárských pecí atď.

Vyrábajú sa tiež výrobky s chemickou väzbou, vytvorenou prídavkom MgSO4, MgCl2, a alkalického polyfosforečnanu. Vypaľujú sa až pri použití. Pri výpale opäť dochádza k prechodnému zníženiu pevnosti v oblasti teplôt 700 až 1200 °C. Môžu sa lisovať do plechu alebo vkladať oceľové plechy medzi jednotlivé vrstvy výmurovky. Tým sa docieli pri výpale vytvorenie monolitickej výmurovky (vzniká MgO.Fe2O3).

 

Horečnato-vápenaté a vápenato-horečnaté výrobky

Charakteristika

 

            Tieto výrobky sa vyznačujú vysokým obsahom MgO a CaO ktorých pomer sa pohybuje v rozmedzí 9:1 až 4:1 u horečnato-vápenatých a zhruba do 3:7 u vápenato-horečnatých.

 

 

Výroba slínku

 

            Základnou surovinou k výrobe je prírodný dolomiť CaCO3.MgCO3. Jeho výpalom v šachtových peciach (1500 °C) alebo rotačných peciach (1700 °C) sa získavá slínek (slinutá dolomie). Nevýhodou je vysoký sklon k hydratácii, ďaleko väčší než u slinuté magnézie (vplyvom obsahu CaO). Produkt, pripravený pálením v rotačných peciach, je hutnejší a preto aj odolnejší proti hydratácia než zo šachtových pecí. Sklon k hydratácii je hlavnou nevýhodou výrobkov a to ako pri ich skladovaní, tak pri použití.

            Pri výpale vzniká tavenina vplyvom obsahu nečistôt (Fe2O3, SiO2 a Al2O3) pri teplotách už nad 1300 °C. CaO a MgO však väčšinou zostávajú voľné. Takýto slínek je tzv. slínek s voľným CaO. Pre výrobu tzv. stabilizovaného slínku sa k dolomitu pridáva kremičitá surovina, napr. 3MgO.2SiO2.2H2O (serpentin) v takom množstve, aby sa CaO viazal na 3CaO.SiO2. Tým je obmedzený sklon k hydratácii.

            Po úprave slínku na vhodnú zrnitosť sa lisujú tvarovky. Výrobky môžu byť buď pálené, a to z oboch druhov slínku, alebo nepálené zo slínku s voľným CaO.

 

 

Pálené výrobky

 

            U výrobkov zo slínku s voľným CaO musí tvarovanie a ďalšie spracovanie nasledovať bezprostredne po výrobe slíku, aby nedošlo k jeho hydratácii. Výrobky sa vypaľujú na 1500 až °1600 °C a musia sa ihneď použiť, alebo sa pred hydratáciou chránia ponorením do dechtového kúpeľa, aby bolo možné ich skladovať. Výrobky majú vysokú teplotu začiatku deformácie t0,6 (1710 až 1760 °C) a pevnosť v tlaku (40 až 70% MPa).

            Výrobky zo stabilizovaného slínku sa za surova spevnia tým, že kremičitany vápenaté hydratujú. Pri výpale potom dochádza spočiatku k rozkladu hydraulickej väzby a tudiž k zníženiu pevnosti (počiatočná fáza výpalu musí byť pozvoľná). Teplota výpalu je asi 1400 °C. Tieto výrobky majú nižší t0,6, než výrobky ze slínku s voľným CaO.

            Výrobky sa dajú po výpale chrániť pred hydratáciou impregnáciou dechtom (vákuovanie a následná pentrácia dechtu do pórov).

 

            Nepálené výrobky

 

            Slínek sa vo vyhrievaných miesičoch homogenizuje s bezvodým dechtom pri teplote asi 120 °C. Obsah dechtu sa pohybuje v rozmädzí 5-8%. Lisuje sa za tepla tlakom 70 až 150 MPa. Póry sú väčšinou vyplnené dechtom. Tvarovky sa temperujú na teplotu asi 350 °C, aby sa decht rovnomerne rozdelil a oddelili sa těkavé zložky. Zostane uhlík, ktorý tvorí pojivo.

            Výrobky pojené dechtom sú vhodné pre oceliarské kyslíkové konvertory. Decht sa na povrchu materiálu vyparuje a na chladnejších miestach sa z pár usadzuje uhlík, ktorý uzatvára póry, zhoršuje zmáčanie stien pórov roztavenou struskou a znižuje tak koróziu struskou.

 

 

Chromitové výrobky

 

            Tieto výrobku sú odolné proti kyslým a bázickým taveninám. Používajú sa ako medzivrstva medzi kyslý a bazický materiál. Neznášajý styk s oxidom železa, pretože tvorí tuhé roztoky Fe3O4  s chromitom za objemovej expanzie. Základnou surovinou pre ich výrobu je chrómová ruda, ako pojivo sa pridáva malé množstvo jemného magezitu.

 

 

Zvláštne výrobky

 

Do skupiny zvláštnych výrobkov patria výrobky:

 

Hlinito-uhlíkové výrobky

           

            Vlastnosti hlinito-uhlíkových výrobkov sú založené na žiaruvzdornosti grafitu. Základnou surovinou je tuha – grafit. Teplota tavenia grafitu je 3800 °C. Hlinito-uhlíkové výrobky majú vysokú žiaruvzdornosť, objemovú stálosť, tepelnú a elektrickú vodivosť a odolnosť proti korózii kyslými a zásaditými látkami. V styku s kyslíkom však už od teploty 450 °C horia. Podľa pomeru obsahu Al2O3 a C existuje řada druhov výrobkou.

            Vyrábajú sa napr. kelímky na odlievnie kovov, zátky a výlevky. Oproti šamotu majú podstatne lepšiu odolnosť proti zmenám teploty, sú odolnejšie voči pôsobeniu tavenín kovov. Tuha v nich dopĺňa vlastnosti šamotu. Výhodná je tuha vločková, jemne kryštalická, s veľkosťou častíc 0,05 až 0,25 mm.

            Výrobná zmes sa skladá zo žiaruvzdorného plastického ľahko slinujícího jemného jílu, z vysokopáleného šamotového ostriva vhodnej zrnitosti a tuhy. Niekedy sa pridáva FeSi. Pomer surovín je daný druhom vyrábaného materiálu. Táto skupina výrobkov sa ďalej člení na ďalšie podskupiny podľa pomeru obsahu Al2O3 a uhlíka. Pripravuje sa plastické cesto, z neho sa po odležaní vytvárajú buď ručne podľa šablón (kelímky), alebo lisovaním do oceľových alebo sádrových foriem (kelímky, zátky, výlevky). Po pomalom (až 20 dní) vysušení sa výrobky pália v púzdrach zo zásypom koksu, aby tuha nevyhorela. Teplota výpalu je u kelímku 1000 °C, u zátek a výlevek 1300 až 1350 °C.

            Kelímky sa vyrábajú v rôznych veľkostiach, až do obsahu 300 kg vsádzky. Kritériom ich kvality je počet tavieb. Ten závisí na pevnosti, odolnosti proti zmenám teploty a odolnosti proti korózii. Prakticky to je, podľa druhu taveného kovu, 5 až 50 tavieb. Odolnosť proti zmenám teploty rastie s rastúcim obsahom tuhy v střepu. Niektoré kelímky sa glazujú špeciálnou glazúrou (zmesou zirkónu, žiaruvzdorného jílu a vodného skla), ktorá ich chráni pred vyhoříváním uhlíku.

 

Uhlíkové výrobky

 

            V uhlíkových výrobkoch môže uhlík tvoriť až 99% hmoty. Základnou surovinou je koks alebo antracit, pojivom je decht, ktorý tvorí asi 20% výrobnej zmesi. Drcené ostrivo (koks alebo antracit) sa s dechtom miesí vo vyhrievaných kolových miesičoch. Výrobky sa tvarujú za tepla (100 °C) dusáním do foriem alebo lisovaním (hydraulické alebo mechanické lisy, tlak okolo 30 MPa). Vypaľujú sa v zásype koksu v komorových peciach na 1100 až 1450 °C. Výpal, vzhľadom k prítomnosti dechtu (mäknutie, únik plynov), trvá pomerne dlhú dobu – 20 až 30 hodín.

            Pre zvýšenie tepelnej a elektrickej vodivosti sa u niektorých výrobkov prevádza grafitizácia. Výrobky sa za neprístupu vzduchu zahrievajú na teplotu okolo 2500 °C a amorfný uhlík sa premení na kryštalický grafit. Grafitizace sa prevádza v elektrickej peci, v jejiž čelní stene sú umiestnené elektródy, doliehajúce priamo na vsádzku pece. Výrobky sa vyhrievajú Jouleovým teplom, vznikajúcim pri prechode prúdu vysokej intezity.

            Uhlíkové výrobky môžeme vyrábať aj zo syntetického grafitu, ktorý môže mať niektoré špecifické vlastnosti, napr. vláknitý grafit ai.

            Uhlíkové výrobky sa používajú pre výmurovky nistejí vysokých pecí a peci na tavenie farebných kovov. Vyrábajú sa tvarovky, bloky, kelímky, torúby ale aj elektrické odpory. Môžu sa uplatňovať tiež ako spomaľovače neutrónov v jadrových reaktoroch. Takéto výrobky sa proti oxidácii chránia vrstvičkou SiC alebo MoSi2 alebo ponorením do roztaveného kremenného skla.

 

Zirkoničité a zirkoničito-kremičité výrobky

 

Zirkoničité výrobky

 

            Základnou zložkou zirkoničitých výrobkov je ZrO2. Tento oxid má teplotu tavenia 2600 °C. Pri jeho zahrievaní dochádza k modifikačným premenám spojeným s objemovými zmenami, preto sa pred použitím stabilizuje kubická modifikácia výpalom na 1700 °C a prídavkom 5-7% stabilizátora (CaO, MgO, Y2O3). Vypálené brikety sa drtia. Takto pripravený stabilizovaný ZrO2 sa spracováva suchým lisovaním alebo liatím. Výpal sa prevádza na teplotu 1700 °C i vyššiu. Aby sa dosiahlo slinováni pri nižšej teplote, využíva sa tzv. slinováni tlakové. Teplota výpalu je potom nad 1000 °C.

            Zirkoničité výrobky majú vyššiu žiaruvzdornosť než korundové. Odolávajú kyslým aj zásaditým struskám, majú ale zlú odolnosť k náhlym zmenám teplôt. Používajú sa pre špeciálne účely (vzhľadom k zložitosti ich výroby), napr. pre kontinuélne liatie ocele a na kelímky pre tavenie kovov. Pretože tento materiál má vysokú elektrickú vodivosť, používa sa tiež na výrobu topných článkov.

 

Zirkoničito-kremičitanové výrobky

 

            Vyrávajú sa z prírodného zirkonu ZrSiO4 s prídavkom CaO, B2O3 ai. ako slinovacích prísad. Tvarujú sa lisovaním alebo liatím. Vypaľujú sa na teplotu do 1500 °C. Výrobky majú podobné použitie ako zirkoničité, ich odolnosť proti zmenám teplôt je dobrá vďaka nízkej teplotnej rozťažnosti a dobrej tepelnej vodivosti, avšak majú nižšiu únosnosť v žáru. Odolávajú boritokremičitým taveninám, preto sa používajú tiež v sklenárstve.

 

Siliciumkarbidové výrobky

 

            Siliciumkarbidové výrobky využívajú výhodné vlastností karbidu kremíka, ktorými sú vysoká žiaruvzdornosť, únosnosť v žáru (1700 – 1800 °C), tvrdosť (9,5 – 9,75 podľa Mohse), vysoká tepelná vodivosť a nízka teplotná rozťažnosť. Výrobky SiC preto majú výbornú odolnosť proti zmenám teplôt.

            Nevýhodov SiC je náchylnosť k oxidácii a reakcii s inými látkami (H2O) za vysokých teplôt. Z SiC sa vyrába široké spektrum výrobkov:

 

 

Výroba SiC

 

            Karbid kremíka sa vyrába redukciou SiO2 uhlíkom v elektrických odporových peciach pri teplote asi 2200 °C. K výrobe sa používa kremenný piesok s vysokou čistotou a jemne mletý koks. Pre zvýšenie pórovitosti (ľahšie unikanie plynu) sa pridáva do 10% pilín, niekedy 1-2% NaCl, ktorý reaguje s Fe na chloridy (těkají).

            V čele elektrickej odporovej pece sú elektródy, medzi nimi grafitové jadro, ktoré tvorí elektrický odpor. Okolo sa zaváža zmes koksu a piesku v stechiometrickom pomere. Pec je obložená zdivem. Príkon pece je 60 až 70 kW. Doba redukcie je cca 24 h, chladenie trvá niekoľko dní.

            Súhrnná reakcia vzniku SiC je:

 

SiO2 + 3 C = SiC + 2 CO

 

CO uniká póry ve vsázce a oxiduje sa na povrchu pece vzdušným kyslíkom na oxid uhličitý. Teplota povrchu zdiva pece je asi 400 °C. Po vychladnutí sa SiC z pece vyláme a triedi sa podľa farby na čierný a zelený. SiC sa drtí v čeľusťových drtičoch a kladivových mlynoch a melie sa vo valcových

 

mlynoch na jemnosť 0,4 – 1 mm. Pomocou vibračných sieti sa triedi na frakcie. Nečistoty sa odstraňujú praním v NaOH, H2SO4 a vode. Po vyčistení sa produkt suší a ukladá do zásobníkov.

 

 

Výroba pálicích pomôcok

 

            Pálicí pomôcky sa vyrábajú liatim zo suspenzie SiC a pojiva s obsahom vody cca 27% (podpery) alebo lisovaním z drolenky tlakom asi 30 MPa (dosky, púzdra). Hmota je pojená jílovou väzbou.

            Význam jílovej väzby: SiC je náchylný k oxidácii (zvlášť pri opakovanom používaní pri výpale). Na povrchu zŕn SiC pri tom vzniká vrstvička cristobalitu, ktorá má inú délkovou teplotnú rozťažnosť než SiC a odlupuje sa. Tento dej by sa stále opakoval a tým by sa pálicí pomôcky skoro znehodnotili. Preto sa používa jílová väzba. Jíl obalí zrna SiC a chráni ich pred oxidáciou. Pri výpale vzniká na povrchu zŕn SiC mullit, ktorý má podobnú délkovu teplotnú rozťažnosť ako SiC a preto sa neodlupuje.

            SiC požadovanej zrnitosti sa miesi s viazaným žiaruvzdorným jílem alebo porcelánovou glazúrou a vodou. Pripravená hmota sa skladuje v zásobníkoch zakrytých fóliou z PVC aby nevysýchala. Pre zlepšenie vytváraných vlastností sa pridávajú organické látky (napr. dextrin), ktoré pôsobia ako lepivo.

            Výlisky sa sušia v kanálovej alebo komorovej sušiarni. Výpal prebieha v tunelovej alebo komorovej peci na teplotu 1300 až 1400 °C (podľa použitej väzby). Vypaľované telesá sa podsypávajú kremenným pieskom, aby sa pri výpale nespekali. Pece sú vytápané plynom.

            Povrch pálicích pomôcok je opatrený separačnou vrstvou, ktorá je tvorená zmesou kaolinu, jílu a Al2O3 a tvorí ochrnu proti prilepeniu výrobkov na ich povrch pri výpale.

 

 

Výroba topných článkov

 

            Elektrické topné články na báze SiC sa nazývajú sility. Vyrábajú sa ťahaním na pásmových lisoch. Hmota je zložená z SiC a Si a prídavku lepidiel. Po vysušení sa výlisky dobrusujú na požadovaný tvar a rozmery. Vypaľujú sa na teplotu 1500 °C v atmosféru dusíka. Pri výpale vzniká na povrchu zŕn SiC nitrid kremíka, ktorým sú zrná spojené (reakčné slinování).

 

 

Netvarové žiaruvzdorné materiály

 

            Netvarové žiaruvzdorné materiály sú žiaruvzdorné zmesi, zložené z kamenia a pojiva alebo niekoľkých pojív, pripravené k použitiu buď v dodanom stave, alebo po pridani jednej alebo viac vhodných kvapalín. Tieto zmesi sú buď hutné alebo izolačné. Môžu obsahovať kovové, organické alebo keramické vláknité materiály.

            Tvarovky, vyrobené z netvarových žiaruvzdorných materiálov liatím alebo formovaním (môžu byť predom tepelne upravené) sú tzv. prefabrikáty.

 

Pojiva pre netvarové žiaruvzdorné materiály

 

            Pojiva používané pre prípravu netvarových žiaruvzdorných materiálov sú rozdelené podľa procesu tuhnutia na:

 

Procesy tvrdnutia netvarovaných materiálov

 

            V závislosti na druhu použitého pojiva prebiehajú pri tvrdnutí materiálu rôzne fyzikálno-chemické procesy. Väzba v materiáli vzniká rôznými procesmi pri rôzných teplotách.

 

Keramická väzba

 

            Keramickú väzbu tvoria jíly. K určitému spevneniu materiálu s použitím jílu ako pojiva dochádza už po jeho vysušení. Pri tepelnom spracovaní materiálu prebiehajú najviac procesy jílových minerálov (typickým predstaviteľom je kaolinit Al2O3.2SiO2.2H2O):

 

Hydraulická väzba

 

            Hydraulická väzba vzniká reakciou cementu s vodou za normálnej teploty. Používajú sa dve základné druhy cementov – portlandský a hlinitanový. Zmesi žiaruvzdorného kameniva a cementu sú žiarobetóny.

            Portlandský cement sa vyrába výpalom zmesi vápenca a jílu a následným spracovaním vzniknutého slinku. Hlavnými zložkami sú kremičitany vápenaté (3CaO.SiO2 a 2CaO.SiO2), v menšom množstve tiež hlinitany a železitany vápenaté (3CaO.Al2O3 ai.). Tieto minerály pri styku s vodou hydratujú. Hydráty s rôznym obsahom vody spôsobujú tvrdnutie materiálu. Pri zahrievaní dochádza opäť k uvoľňovaniu vody a zníženiu pevnosti. Až pri vysokých teplotách vzniká v podstate priama keramická väzba (zrasty zŕn minerálov, slinováni).

            Hlinitanový cement sa získava výpalom zmesí vápenca a bauxitu. Hlavnými zložkami sú zlúčeniny 12CaO.7Al2O3, CaO.Al2O3 a CaO.2Al2O3. S rastúcim obsahom Al2O3 rastie kvalita cementu.

Väzba vzniká opäť v dôsledku hydratácie zložiek cementu. Najakostnejšie hlinitanové cementy sa vyrábajú z extrémne čistých surovín (veľmi čisté vápence a technický Al2O3).

 

 

Chemická väzba

 

            Chemická väzba vzniká napr. pri použití fosforečných pojív, vodného skla, chloridu alebo síranu horečnatého a ďalších látok. K spevneniu a tvrdnutiu dochádza chemickou reakciou.

            Fosforečnú väzbu tvorí kyselina fosforečná alebo fosforečnany amonné, sodné alebo draselné (alkalické oxidy však znižujú žiaruvzdornosť). Používa sa do zmesí s hlinitokremičitými kamenivami (ostrivami). Chemickou reakciou s kamenivom vznikajú fosforečnany hlinité. Pri zahrievaní dochádza k dehydratácii a k vzniku polyfosforečnanov. Fosforečná väzba prechádza až na AIPO4, ktorý sa nad 1500 °C rozkladá a vzniká priama keramická väzba. Mechanická pevnosť materiálov pri zahrievaní s teplotou rastie hlavne pri prídavku Cr2O3.

            Vodné sklo tvoria kremičitany sodné alebo draselné, ktoré sú rozpustné vo vode, prípadne ich zmesi. Ako spojivo sa vodné sklo používa do netvarových materiálov v ktorých ostrivom je napr. šamotová drť, eventuálne piesok. Pri zahrievaní prechádza vodné sklo cez rôzne kyseliny polykremičité až na SiO2. Výmurovky s použitím vodného skla sú odolné proti pôsobeniu kyslých zložiek, napr. SO2.

            Chlorid a síran horečnatý sa ako pojivo používajú hlavne pre materiály s obsahom MgO. Tieto zlúčeniny vznikajú pôsobením príslušných kyselín na MgO.

 

Organická väzba

 

            Organizká väzba sa používa hlavne pri zásaditých materiáloch. Spojivom je dechet, sulfitový luh, karboxymethylceluloza (KMC), polyvinylalkohol (PVA) a iné. Tieto spojiva sa ako väzba uplatňujú len do teploty rozkladu a vyhorenia, tj. asi do 200 °C. V redukčnej atmosfére vzniká väzba na báze uhlíka.

 

 

Rozdelenie netvarových žiaruvzdorných materiálov

 

            Podľa spôsobu použitia sa netvarové žiaruvzdorné materiály delia na:

 

Podľa chemického zloženia sa netvarové žiaruvzdorné materiály delia na:

 

Podľa druhu výrobkov a spôsobu aplikácie sa rozlišujú:

 

 

Žiarobetóny

 

            Žiarobetóny ako zmes žiaruvzdorných kamenív a spojiva (alebo niekoľko spojív), používané po prídavku vody alebo inej kvapaliny sa spravovávajú liatím, vibračným liatím, pechovaním alebo dusáním. Väzba vzniká za teploty okolia. Žiarobetóny môžu byť hutné (DC) alebo izolačné (IC). Hutné žiarobetóny môžu byť s väzbou chemickou (CBC) alebo s hydraulickou väzbou (HBC), ktoré sa ďalej delia podľa obsahu cementu. Použiteľnosť žiarobetónov s portlandským cementom je obmedzená obsahom Fe2O3 (spôsobuje vznik eutektík s nízkou teplotou tavenia) na maximálne 1000 – 1200 °C.

            Teplota použitia závisí však aj na druhu použitého kameniva, dá sa zvýšiť napr. použitím kameniva s vysokým obsahom Al2O3. Žiarobetóny s hlinitanovým cementom sa delia podľa obsahu cementu na žiarobetóny so stredným obsahom cementu (MCC), t.j. 15-30%, s nízkym obsahom cementu (LCC), t.j. 3-6%, s veľmi nízkym obsahom cementu (ULCC), t.j. do 3% a bezcementové žiarobetóny (NCC).

            Teplota použitia žiarobetónu závisí zároveň od druhu použitého cementu a od druhu kameniva. Môže dosahovať až 2000 °C, pokiaľ ako kamenivo je použitý korund a ako spojivo hlinitanový cement s vysokým obsahom Al2O3.

 

 

Žiarovzdorné torkrétovacie materiály

 

            Zmesi žiaruvzdorných kamenív a pojiva (pojív), upravené pre aplikáciu pneumatickým alebo mechanickým nástrekom, sú žiaruvzdorné torkrétovacie materiály. Môžu to byť uprevené žiarobetóny, dodávané väčšinou v suchom stave (voda sa pridáva pred aplikáciou alebo pri nej), alebo plastické hmoty, dodávané v stave vhodnom pre priame použitie. Podľa druhu spojiva sa torkrétovacie materiály delia na hydraulické, chemické alebo keramicky viazané.

 

 

Žiaruvzdorné hmoty tvarovateľné

Žiaruvzdorné dusací zmesi (RM)

 

            Dusací směsi sú pred použitím nesúdržné. Aplikujú sa dusáním alebo vibrovaním po pridaní kvapaliny alebo v dodanom stave. Spojivo môže byť keramické alebo chemické. Vytvrdzuju sa za teploty vyššej, než je teplota okolia.

 

 

Žiaruvzdorné materiály plastické (PM)

 

            Plastické materiály sú už v dodanom stave súdržné. Sú dodávané v predtvarovaných blokoch alebo plastoch a aplikujú sa dusáním. Tvrdnú pri vyššej teplote, než je teplota okolia.

 

 

Žiaruvzdorné malty

 

            Materiály určené hlavne pre zdění a spárování sú žiaruvzdorné malty. Sú dodávané v suchom stave alebo s prídavkom vody. Podľa spôsobu tuhnutia sa delia na teplom tuhnúce (HJ) s keramickou alebo chemickou väzbou a na vzduchu tuhnúce (AJ) s chemickou alebo hydraulickou väzbou. Pretože slúžia k spojeniu jednotlivých časti zdiva, musia dobre lpět na tvarovkách, ktoré majú spojovať a mať rovnakú teplotnú rozťažnosť a smrštění ako použité tvarovky. Majú zaisťovať nepriepustnosť pre plyny. Kamenivo nemá byť hrubozrnné, znemožňovalo by to vytvorenie úzkych spár ve zdivu. Maximálna veľkosť zrna by mala byť 1 mm, výhodnejšia je veľkosť zŕn do 0,5 mm.

 

Iné netvarové žiaruvzdorné výrobky

 

            Do tejto skupiny patria suché zmesi, vstriekavacie zmesi a nátery.

 

 

Suché zmesi (DM)

            Suché zmesi sú určené pre aplikáciu v suchom stave vibrovaním, vibrolisovaním alebo dusáním.

 

Vstriekávacie zmesi (IM)

            Vstriekávacie zmesi sa aplikujú vstriekávaním tlakom 1 až 10 MPa.

 

Nátery (CO)

 

            Zmesi jemného žiaruvzdorného kameniva a pojiva (pojív) s vyšším obsahom vody alebo inej kvapaliny (teda v stave vhodnom pre použitie) sa nanášajú ručne (natieraním), pneumaticky alebo mechanicky (striekaním).

            Nátery zvyšujú trvanlivosť výmurovky, chránia jej povrch. Musia na zdivu dobre lpět, musia byť jemné, objemové zmeny majú byť minimálne. Pripravujú sa napr. zo žiaruvzdorného jílu alebo kaolinu, vodného skla a jemného šamotu alebo z magnezitovej múčky a vodného skla atď. Nátery sa aplikujú mimo iného i na povrch vláknitých materiálov, zvyšujú mechanicú pevnosť povrchu materiálu a môžu tak podstatne zvýšiť životnosť výmurovky hlavne tam, kde je vláknitý materiál vystavený mechanickým vplyvom.

 

 

Použitie netvarových žiaruvzdorných materiálov

 

            Netvarové žiaruvzdorné materiály nachádzajú stále širšie použitie hlavne v posledných rokoch. Ich výhodou je, že sa výpal prevádza až pri uvedení do prevádzky, ušetrí sa teda energia na výpal vo výrobnom závode. Z netvarových materiálov je možné odpovedajúcim spôsobom tvarovať optimálne riešené výmurovky a lse podstatne znížiť počet spár (ktoré sú naviac neprístupné korózii) alebo ich vypustiť (tzv. žiaromonolitické výmurovky). Pri uvedení agregátu, v ktorom sú použité netvarové žiaruvzdorné materiály, na pracovnú teplotu, je nuté rešpektovať premeny ku ktorým dochádza pri zahrievaní. Tieto sú často spojené aj s prechodným znížením pevnosti žiaruvzdorného materiálu.

 

 

Žiaruvzdorné výrobky izolačné

 

            Rastúce nároky na úspory energie vedú k vývoju stále dokonalejších tepelných izolačných zariadení, pracujúcich pri vysokej teplote. K výrazným tepelným stratám dochádza predovšetkým prestupom tepla stenami zariadenia (hlavne pecí). Okrem toho je často nutné zabrániť prestupu tepla napr. ložnou plochou pecných vozov, aby nedošlo k poškodeniu podvozku vozov pôsobením vysokej teploty. Nežiadúci prestup tepla sa dá obmedziť použitím izolačných materiálov. V periodicky pracujúcich agregátoch sa spotrebováva veľké množstvo tepla tiež na akumuláciu.

            Izolačné materiály sa vyznačujú nízkym koeficientom tepelnej vodivosti. Ten závisí na objemovej hmotnosti. Čím nižšia je objemová hmotnosť materiálu, tým nižšia je tiež jeho tepelná vodivosť. Tepelná vodivosť materiálu sa teda zníži zvýšením pórovitosti.

 

 

Tvarové izolačné výrobky

 

            Žiaruvzdorné výrobky tvarovo izolačné sú podľa normy tvarové žiaruvzdorné výrobky so skutočnou pórovitosťou nie menšou ako 45% (objemových). Rozdeľujú sa podľa teploty, pri ktorej trvalé délkové zmeny v žáru za 12 hodín neprekročia 2%. Zároveň sa berie do úvahy objemová hmotnosť. Podľa objemovej hmotnosti sa ďalej môžu zaradiť do tried L (výrobky vyššej pórovitosti).

            Tvarové izolačné materiály sa získavajú zámerným vytvorením pórov v materiále.

Zvýšenie pórovitosti materiálu sa dá dosiahnuť niekoľkými spôsobmi, a to:

 

 

Izolačné výrobky s prídavkom vyhorievajúcich prímesí

 

            Ľahčené výrobky vyrábané prídavkom vyhorievjúcich prímesí bývajú väčšinou na báze šamotových alebo vysokohlinitých materiálov. Tvarujú sa spravidla z plastického cesta alebo lisovaním. Do základej výrobnej zmesi sa pridávajú prímesy, ktoré pri výpale vyhoria a vo výrobku tak vzniknú póry. Najčastejšie sa k tomuto účelu používa mleté uhlie, antracit, koks, piliny, drcené pecky a.i. Dôležitý je nízky obsah popelovin a nízky obsah oxidov alkalických kovov, kovov alkalických zemín a oxidov železa v popelu, pretože tie by znižovali žiaruvzdornosť výrobku. Z hľadiska priebehu vyhorievania je výhodná kombinácia niekoľkých rôznych vyhorievajúcich prísad, ktoré môžu vyhorievať postupne.

 

Izolačné materiály napěňované vzduchom

 

            Napěňováni za účelom získania pórovitého materiálu sa používa pri suspenzí šamotu a jílu. Do zmesi sa pridávajú penotvorné prísady, suspenzia sa odlieva do kovových foriem a v nich sa výrobok nechá vysušiť. Pre stabilizáciu peny sa používajú stabilizátory, napr. truhlársky klih, želatina a iné organické látky a ďalej prísady, ktoré odnímajú vodu (piliny, sadra atď.) pre uľahčenie sušenia.

 

Izolačné materiály ľahčené plynom z chemických reakcií

 

            K napěňení materiálu dochádza plynom, ktorý sa v zmesi vyvýja chemickou reakciou látok do zmesi pridaných alebo už prítomných. Vznikajúca štruktúra bubliniek sa opäť fixuje. K chemickým reakciám za vývinu plynu môže dochádzať medzi uhličitanmi a kyselinami (CO2), medzi zásadami a kyselinami, zásadami a soľami, medzi kovmi a kyselinami alebo zásadami (H2), tepelným rozkladom uhličitanov, peroxidov atď.

 

 

Izolačné materiály s prídavkom těkavých látok

 

            Do zmesi sa pridávajú spravidla organické látky, ktoré sa za stúpajúcej teploty odparujú alebo sublimujú. Ako těkavé prísady sa používajú napr. naftalín, parafín, najčastejšie penový polystyrén. Plyny, ktoré vznikajú odparovaním, sublimáciou a tiež rozkladom, sa potom oxidujú mimo výrobok na CO2 a vodnú paru. Touto dodatočnou oxidáciou je nutné cielene zaistiť, aby nedochádzalo k znečisteniu životného prostredia škodlivými plynnými exhaláciami.

 

 

Izolačné materiály s ľahčeným plnivom

 

            Ľahčené plnivá sa používajú najčastejšie pri výrobe žiaromonolitov. Ako plnivo sa používa expandovaný perlit, dutý guličkový korund, drť z ľahčeného šamotu a pod.

 

Vláknité izolačné materiály

 

            Moderným typom izolačných materiálov sú vláknité žiaruvzdorné materiály, ktorých uplatnenie v tepelných agregátoch sa rýchlo rozširuje. Majú radu výhod oproti tvarovým izolačným materiálom, hlavne nízku tepelnú vodivosť, malú mernú tepelnú kapacitu, vysokú odolnosť voči vibráciam a otrasom, odolnosť proti zmenám teplôt, nízku objemovú hmotnosť (odľahčenie konštrukcií). Umožňujú utesnenie spár, prevedenie izolácie i uvedenie na pracovnú teplotu je rýchle a.i. Nevýhodou oproti tvarovým materiálom rovnakého zloženia je nižšia mechanická pevnosť, horšia chemická odolnosť (majú väčší merný povrch), väčšia priepustnosť pre plyny a vyššia cena.

Vláknité materiály sa vyrábajú z taveniny zmesou surovín rozstriekavaním na rotujúcom kotúči alebo rozfukovaním prúdom vodnej pary alebo vzduchu. Ďalší spôsob je výroba vlákien chemickou cestou.

            Rozstriekavaním alebo rozfukovaním taveniny sa vyrábajú vlákna kaolinové a vysokohlinité. Tavenina má vhodnú viskozitu pre rozvlákňováni v dostatočne širokom teplotnom intervale. Výroba vlákien ťahaním na organickej, organicko-anorganickej alebo anorganickej báze sa používa pri materiáloch, keď tavenina nemá viskozitu vhodnú pre rozstriekávanie alebo rozfukávanie (vlákna z takmer čistého SiO2, Al2O3 a i.).

            Vlákna na báze SiO2 a Al2O3 môžeme použiť pri teplotách 1000 až 1600 °C, teplota použitia rastie s rastúcim obsahom AlO. Pri obsahu 43 až 55% je klasifikačná teplota 1300 °C, nad 55% je klasifikačná teplota vyššia. V prípade vlákien z niektorých čistých oxidov, napr. ZrO2 (stabilizovaného Y2O3), je klasifikačná teplota až 1900 °C. Klasifikačná teplota súvisí s dodatočnými lineárnymi zmenami. Je dafinovaná ako hodnota o 50 °C vyššia než teplota, pri niž dodatočné lineárne smršťení skúšobného telieska pri zahrievaní po dobu 24 hodín nepresiahne stanovenú hodnotu (3%). Teplota použitia je však vždy nižšia.

            Pri inštalácii celovláknitých výmuroviek sa na menej teplotne zatažené vrstvy užívajú vlákna horninové.

 

 

Výroba vlákien z taveniny

 

            Koalínové vlákna sa vyrábajú zo žiaruvzdorných ílov a kaolinov alebo zmesí Al2O3 a SiO2 v požadovanom pomere. Prírodné suroviny sa musia dopredu vypáliť a rozdrviť. Zmes surovín sa taví v elektrickej oblúkovej peci s uhlíkovými alebo molybdénovými elektródami pri teplote 1860 až 1960 °C. Tavenina sa vypúšťa otvorom chladeným vodou a rozvlákňuje sa prúdom prehriatej vodnej pary a vzduchu alebo na chladenom rotujúcom kotúči. Pruletem vzduchom sa vlákna prudko schladia (zostávajú v sklenom stave) a stuhnú. Dopadajú na dierkovaný pás, pod ktorým sa odsáva vzduch. To napomáha uhladaniu vlákien na pás. Rýchlosťou posuvu pásu sa reguluje hrúbka vrstvy vlákien. Po stranách sa vrstva vlákien zarovnáva odrezávaním. Medzi vláknami sú v menšom alebo väčšom množstve prítomné granálie (oblé tvary).

 

 

Výroba vlákien chemickou cestou

 

            Vlákna vyrábané chemickou cestou sa pripravujú na anorganicko-polymernej, anorganicko-organicko-polymernej alebo organickej báze (uhlíkové vlákna) a potom sa tepelne spracovávajú. Vlákna s vysokým obsahom Al2O3 sa pripravujú zo zmesí hlinitých solí a vláknotvorných látok, ktorými sú napr. polyvinylalkohol, polyvinylacetát, polyetylenoxid, organikremičité polymery a i. Vlákna sa tvoria pretláčaním otvorom určitého priemeru. Potom sa zahrievajú, takže sa odstránia organické zložky.

            Vlákna pripravené chemickou cestou majú konštantný priemer a neobsahujú granálie, vlákna vyrábané z taveniny sa vzájomne líšia priemerom a taktiež po dĺžke vlákna nebýva priemer konštantný.

 

Výrobky zo žiaruvzdorných vlákien

 

            Voľné vlákno (vlna), ktoré je primárnym produktom výroby, sa používa ako polotovar pre ďalšie výrobky – rohože, plsti, dosky, papier, textilné výrobky, tvarovky, tmely atď. Pre ich výrobu sa používajú rôzne pojiva organického a anorganického charakteru alebo ich zmesi. Dôležité je, aby použité pojivo príliš nezvyšovalo objemovú hmotnosť a mernú teplotnú vodivosť výrobku. Musí mať dobrú priľnavosť k vláknam a zaisťovať dostatočnú pevnosť výrobku. Má zabraňovať smrštení a tvorbe mullitov vo vláknach pri ich použití. Ako pojiva sa používajú napr. polyvinylacetát, polyakrylát, vodné sklo, soľ SiO, hlinito-fosforečná alebo hlinito-chromito-fosforečná väzba, bentonit a.i. Pojiva sa nanášajú rozprašovaním emulzií, roztokov, suspenzií alebo práškového pojiva, nástrekom kvapalného pojiva alebo zmiešaním pojiva s vláknom. Výrobky sa tvarujú lisovaním, vibračným alebo vákuovým lisovaním, liatím zo suspenzie alebo vákuovaním suspenzie.

 

 

 

Vlna

 

            Vlna je tvorená všesměrně orientovanými vláknami, granáliami a malým množstvom minerálneho oleja (do 0,3%), ktorý je lubrikační prísadou, znižujúcou prašnosť pri výrobe.

 

 

Plsti

            Z vlny a malého množstva organického pojiva (do 5%), ktoré pri teplotách do 350 °C vyhoria, sa vyrábajú plošné výrobky – plsti. Sú ohybné.

 

 

Rohože

 

             Rohože sa vyrábajú z vlny slizováním alebo jehlováním bez použití pojiva. Jehlováním, ktoré je jednostranné alebo obojstranné, sa zabráni ľahkému oddeľovaniu vlákien po vrstvách. Prevádza sa vťahovaním vlákien z povrchu vrstvy dovnútra.

 

Desky

 

            Desky sa vyrábajú z vlny s prídavkom organického (5%) alebo anorganického (často nad 30%) pojiva alebo ich kombináciou. Organické pojivo vyhorí, pri tom dochádza k objemovému nárastu. Dá sa to využiť napr. k utesneniu spár. Anorganické pojivo síce môže nepriaznivo ovplyvniť tepelné vlastnosti výrobku, ale zaisťuje stabilitu v širokom rozmedzí teplôt. Preto je výhodné použiť kombináciu pojiv. Desky majú vyššiu objemovú hmotnosť a pevnosť než plsti a rohože a niesú ohybné. Sú však mechanicky odolnejšie a majú nižšiu mernú teplotnú vodivosť pri vyšších teplotách.

 

Papier

 

            Papier zo žiaruvzdorných vlákien sa používa ako filtračný materiál. Vyrába sa v malých hrubkách od 0,5 do 3 mm. Nežiadúci je obsah granálií, ktoré znižujú kvalitu papiera (nerovnosti, nižšia pevnosť).

 

Textilné výrobky

 

            Textilnými technológiami sa vyrábajú povrazy, laná, hadice a plachty. Žiaruvzdorné vlákna v nich nahrádzajú karciogenné vlákna azbestové. Pre spevnenie výrobkov sa používa prídavok 20-25% organických alebo sklenených vlákien alebo kovové drôty. Výrobky s kovovými drôtmi majú ale obmedzenú teplotu použitia, maximálne 1090 °C (v prípade drôtov z Cr-Ni ocelí).

 

Tvarovky

 

            Trubky, misky, kelímky, žľaby atď sa vyrábajú vakuovým tvarovaním z vodnej suspenzie (odsávanie vody zo suspenzie cez sito dostatočnej hustoty). Dajú sa tak vyrobiť aj tvarovo zložité výrobky. Z rohží, plstí a desek sa môžu vyrábať rôzne tvarovky rezaním alebo vysekávaním. Sú to hlavne výrobky pre tesnenie tepelných zariadení. Niektoré konštručkné výrobky sa vyrábajú lisovaním.

 

 

            Panely, kazety, moduly

 

            Panely sú výrobky normalizovaných rozmerov, ktoré umožňujú urýchlenie stavby pecí. Kazety sú menšie bloky, zostavené z narezaných plátkov desek. Moduly sa vyrábajú prekladaním rohože opäť do blokov určitej veľkosti. Z kaziet alebo modulov sa dá pomerne rýchlo zostaviť vrstva výmurovky agregátu. Moduly sa dajú prichytiť kotvami, kazety sa pripevňujú tmelom.

 

            Nátery, nástreky

 

            Náterové a nástrekové materiály zo žiaruvzdorných vlákien sa vyrábajú zo zmesí krátkych vlákien a anorganického pojiva, prípadne ďalších pojív. Nanášajú sa vo forme pasty štetcom, sterkou alebo striekaním. Tvoria ochrannú vrstvu odolnú proti oteru na povrchu vláknitých materiálov alebo kovových konštrukcií, ktoré zároveň chránia proti pôsobeniu vysokej teploty.

 

Tavené materiály

 

            Tavené žiaruvzdorné materiály boli vyvinuté predovšetkým pre sklársky priemysel. Sú to bloky (kamene) odlievané z roztavenej zmesi surovín. Vyznačujú sa minimálnym množstvom pórov (takmer nulovou zdanlivou pórovitosťou a z toho plynúcou vysokou odolnosťou proti korózii taveninami. Majú vysokú mechanickú pevnosť. Najprv sa vyrábali tavené materiály mullitové, ale postupne boli vyvinuté materiály s ešte vyššou odonosťou voči menovaným vplyvom.

 

Výroba tavených materiálov

 

            Zmes surovín sa taví v elektrickej oblúkovej peci s grafitovými elektródami alebo v elektrickej odporovej peci s molybdénovými elektródami. Teplota tavenia závisí na zložení surovinovej zmesi, ale je vždy vyššia než 1850 °C. Pri tavení s grafitovými elektródami obsahuje tavenina redukčné splodiny, ktoré treba odstrániť oxidáciou taveniny. Tavenina sa odlieva do kovových, pieskových alebo grafitových foriem. Po stenách formy tavenina rýchlo schladne a skryštalizuje. Smerom do stredu chladne pomalšie. Veľkosť kryštálov preto smerom od povrchu výrobku do jeho stredu rastie. Vo vnútri výrobky vzniká dutina – lunkr – ako dôsledok smrštení pri chladení. Pretože lunkr je vo výrobku nežiadúci (zhoršuje vlastnosti výrobku), je snaha ho zmenšiť dolievaním taveniny alebo jeho umiestnenie ovplyvniť riadeným chladením (v zásypu křemeliny alebo piesku) tak, aby ho bolo možné celkom alebo čiastočne z odliatého bloku odrezať.

 

 

Druhy výrobkov

 

            Podľa chemického zloženia sa tavené žiaruvzdorné materiály delia na skupiny: