Динасовый кирпич свойства и применение

Обновлено: 17.05.2024

Динасом называется огнеупорный материал, изготовленный из кварцитовых или кварцевых пород и содержащий не менее 93 % SiO2. Кремнезем может существовать в одной аморфной и семи кристаллических модификациях, которые, имея один и тот же химический состав, различаются между собой некоторыми свойствами (формой кристаллов, плотностью,коэффициентом светопреломления и др.). Кристаллические модификации кремнезема называются как кристаллы, встречающиеся в природе: кварц, тридимит и кристобалит с подразделением каждой из главных форм на α-, β - и γ фазу .

В природе наиболее распространен β-кварц. Он встречается самостоятельно под названием «кварц» и в видесоставной части многих горных пород: гранитов, гнейсов, песчаников и др. При нагреве кремнезем переходит из одной модификации в другую. Превращения SiO ₂ могут идти двумя путями, существенно отличающимися друг от друга. К первому относятся превращения между различными модификациями внутри главных форм кремнезема: кварца, тридимита и кристобалита (рис.). Превращения эти обратимы и протекают быстро. Ко второй группе относятся превращения между главными формами кремнезема — такие превращения совершаются весьма медленно, причем превращения кварца в тридимит или кристобалит практически необратимы.

Схема полиморфных превращений кремнезема при обжиге динаса (рис)

Скорость протекания медленно идущих превращений растет с повышением температуры, увеличением измельченности, а также в присутствии минерализаторов (плавней). При производстве динаса ими служат известь и вещества, содержащие закись железа. В процессе обжига динаса СаО и FeO образуют с кермнеземом легкоплавкие силикаты, которые при высоких температурах растворяют кремнезем. Из пересыщенного раствора кремнеземвыкристаллизовывается в виде той модификации, которая менее растворима при температуре кристаллизации.

Так как модификации кермнезема имеют разные плотности, при превращениях изменяются объемы (см. рис.). О степени перехода кварца в тридимит и кристобалит можно судить по плотности обожженных изделий. Чем меньше плотность, тем полнее переход. При обжиге желательно кварц максимально перевести в тридимит, который имеет меньшее изменение объема при охлаждении. Если выложить печь из слабообожженного кирпича, в котором кварц не перешел в кристобалит или тридимит, то эти превращения произойдут в кладке при разогреве печи. При этом объемкирпичей значительно увеличится, и кладка может разрушиться. Динасовые изделия, в которых при обжиге большая часть кварца перешла в тридимит или кристобалит, называются тридимитизирован-ными или тридимито-кристобалитовыми. Сырьем для производства динаса служат кварциты, содержащие не менее 95 % SiO ₂ . Кварциты состоят из мелких и микроскопических зерен кварца, сцементированного кремнеземом с небольшим количеством примесей других соединений.

Огнеупорность кварцитов зависит от их химико-минералогического состава, но не должна быть ниже 1750° С. После дробления и измельчения на бегунах кварциты просеивают на несколько фракций. Гранулометрический составшихты зависит от характера сырья, способов его обработки и назначения изделий. Динасовая шихта составляется из зерен кварцита размером от тончайшей муки до 5—6 мм. Для связывания кварцитовых зерен в сырце, а также для ускорения превращения кварца обычно добавляется 1,5—3 % извести в виде известкового молока. Смесь кварцитов с известковым молоком проминают катками бегунов. После формовки на прессах и сушки сырец обжигают в туннельных печах.

Обжиг динаса — самая ответственная операция. Подъем температуры должен быть равномерным и медленным, особенно в точках перехода кварца из одной модификации в другую. При быстром подъеме температуры кварцевые зерна растрескиваются, кирпич сильно увеличивается в объеме и разрыхляется. Кроме того, чем быстрее повышается температура, тем меньше образуется жидкой фазы. При достаточном количестве жидкой фазы она заполняет пространство между рекристаллизующимися зернами кварца и воспринимает возникающие при этом напряжения. При недостаточном количестве жидкой фазы происходит так называемое сухое превращение α-кварца в α-кристобалит, при этом сырец вследствие сильного увеличения объема разбухает и растрескивается. Максимальная температура обжига не должна превышать 1460° С, так как при более высокой температуре в α-кристобалит превращается не только α-кварц, но и α-тридимит. Большое количество кристобалита в динасенежелательно, так как при этом будет сильно изменяться объем при нагревах и охлаждениях.

При охлажденииобожженного динаса необходимо также соблюдать осторожность, особенно при переходе кремнезема из одной модификации в другую. Условия обжига динаса нужно соблюдать и при разогреве печей. Для динасовых изделий характерны сравнительно невысокая Огнеупорность (1710—1720° С), но высокаятемпература начала деформации под нагрузкой (1620—1660° С). Тридимито-кристобалитовый динас сохраняет механическую прочность и не меняет формы почти до температуры плавления. Поэтому динасовый кирпич находит широкое применение в металлургии особенно там, где требуется высокая механическая прочность при высоких температурах. Термостойкось динаса очень мала, не более двух теплосмен, однако при медленном разогреве иохлаждении динас способен хорошо переносить многократные теплосмены и при этом не терять механической прочности. По химической стойкости динас является типично кислым огнеупором. Изменение размеров при нагреве хорошо обожженного, полностью рекристаллизованного динаса незначительно. Но так как при изготовлении кирпичей полногопревращения кварца не достигают, то некоторое увеличение в объеме при повторных нагревах имеет место. Так, при нагреве до 1450° С изменение линейных размеров достигает 1,6—2,1 %, а последующее расширение может достигать 0,7 %. Это следует учитывать при кладке печи, предусматривая температурные швы. Динасовые огнеупоры широко применяются для кладки сводов плавильных печей в связи с отсутствием у них дополнительной усадки при длительных сроках службы в условиях высоких температур.

Высокоплотный динас с содержанием не менее 98 % Si 0₂ и кажущейся пористостью около 10 % изготавливается из высококремнеземистых чистых кварцитов, причем сырец до обжига подвергается сильному прессованию. Высокоплотный динас обладает повышенной огнеупорностью (до 1740° С) и термостойкостью. Имея меньшую пористость, он более устойчив к воздействию шлаков. Применяется для футеровки высокотемпературных плавильных печей. Электродинас по характеристикам близок к высокоплотному динасу. Используется для футеровки сводовэлектроплавильных печей.

Все чаще для конструкций, которые поддаются воздействию огня, используют динасовый кирпич. Такой материал отличается высокой жаростойкостью — до 1500 градусов С. Он используется преимущественно при постройке дымоходов и печей. В отличие от обычного материала, динасовые кирпичи при резких изменениях температуры могут потрескаться.

Что собой представляет?

Динасовый кирпич — изделия из огнеупорной глины, в состав которого входит около 95 процентов кремнезема. При изготовлении добавляют кварцевые породы — SiO2. Материал используют для постройки дымоходов, каминов, производственных печей и прочих конструкций, которые придаются воздействиям высоких температур. На самом блоке должна быть пометка ДН. Это означает, что материал этой марки используют для постройки нагревательных печей.

Обычно блок имеет желтый или белый цвет с сероватым подтоном. Во время кладки используют обычный раствор, на основе глины (1 часть), воды (1 часть) и мелкого песка (2 части) в который добавляют кварцевый порошок. Вместо динасового, часто используют огнеупорный магнезитовый материал, поскольку их характеристики схожие, но последний уступает в температуре начала размягчения на 100 °C.

Состав и свойства динасового кирпича

Материал состоит из таких компонентов:

кварциты (иногда используют песчаник), которые содержат 95 процентов SiO2;
небольшое количество вяжущего вещества;
известь, которую добавляют к кварцитам при помощи известнякового молока.

Характеристики блоков, в отличие от марки П 91 огнеупоров, где главный компонент магнезит, следующие:

Коэффициент пористости (открытой) — до 22%.
Температура начальной точки размягчения — 1640 °C.
Огнеупорность — от 1710 °C.
Предел прочности при сжатии — 20 Н/мм2.
Формат — однородный по структуре, без прослоек, пресечек. Соответствует нормам и отвечает сортности.
Устойчивость к кислым шлакам и золе высокая за счет большого % кремниевого оксида.
Способность к уплотнению кладочных швов за счет незначительного изменения формы и объема при эксплуатации. Объясняется происходящими процессами в кирпиче при нагревании. За счет чего происходит снижение газопроницаемости слоя футеровки и уменьшение теплопотерь.

Преимущества и недостатки

Главными достоинствами динасового материала являются:

высокая жароустойчивость;
долгий срок эксплуатации;
шлако-, газо-, термо-, ксилоустойчивость;
хорошая звукоизоляция;
электропроводность.

Динасовый огнеупор имеет недостатки. Из них выделяют:

Возможность растрескивания при резкой смене температур и незначительных ударах.
Нестойкость относительно действия щелочей.
Наличие только прямоугольной формы.

Где применяют?

Динасовый кирпич — универсален. Его используют как в домашних условиях (дымоход для камина), так и для постройки печей на производстве. На каждом кирпиче обязательно должна быть пометка ДН, что указывает на высшую огнеупорность материала. Из динаса делают такие изделия:

камины дымоходные трубы для загородных домов;
котлы для бани;
коксовые и мартеновские печи;
регенераторы;
стекловаренные конструкции.

Кладка динаса

Предлагается 3 техники кладки ДН блоков: плотная, с использованием кирпича к уложенным заранее, вприсых, вприжим.

Перед началом работ важно учесть хрупкость материала. При ударе могут образоваться сколы, что нежелательно при возведении печей. Прежде чем построить основную конструкцию, нужно снабдить фундамент системой охлаждения, поскольку бетон может разрушиться при температуре 250 градусов С. Для кладки динасового кирпича используют растворы, содержащие огнеупорную глину и порошок динас. Консистенция раствора для швов до 1 мм должна быть жидкой. Если толщина 2 мм — полугустой, а 3 мм — густой. Размеры зерен для смеси подбирается в 2 р. меньше толщины предполагаемых швов.

Динас ― это огнеупорный материал, который содержит не менее 93% кремнезема (SiО₂) Для его изготовления используются кварцитовые или кварцевые геологические породы. Маркировка ДН означает, что динасовый кирпич данной марки применяется для кладки нагревательных печей. Кирпич динасовый ДН обладает высокой прочностью и огнеупорностью, что позволяет использовать его в высокотемпературных печах для устройства нагруженных частей футеровки.

Исходные материалы для получения динаса

Оксид кремния, присутствующий в динасе, может существовать в двух модификациях: кристаллической или аморфной. Обе модификации имеют один и тот же химический состав и отличаются лишь некоторыми параметрами, например, формой кристаллов, коэффициентом преломления света. При нагреве оксид кремния переходит из одной модификации в другую. Скорость превращений растет с повышением технологической температуры, увеличением степени измельченности ингредиентов, а также с добавлением в исходную массу минерализаторов, обеспечивающих плавность течения процесса.

Показатели плотности у модификаций оксида кремния имеют разную величину, поэтому при переходе из одного химического соединения в другое их объемы тоже изменяются. Насколько полноценно произошел переход кварца в кристобалит и тридимид можно определить по плотности обожженных элементов. Чем меньше плотность массы изделия, тем полнее произошел переход. Технология обжига динасовых изделий должна обеспечить максимальный переход кварца в тридимит, так как при охлаждении он показывает меньшее, чем кристобалит изменение объема кирпича. Динасовые изделия, технология изготовления которых обеспечила переход большей части кварца в в тридимит или кристобалит, называют тридимитизированными или тримидито-кристобалитовыми.

Изготовление динасового кирпича ДН

Основной компонент динасовой шихты – зерна кварцита, размер которых колеблется от 5-6 мм до пылевидной формы. Для связывания кварцитовых зерен в шихту добавляют 1,5-3% известь в консистенции известкового молока. Увлажненную шихту разминают катками бегунов и формуют на прессах. После сушки сырца кирпич обжигают в туннельных печах.

Самая ответственная фаза изготовления продукта ― обжиг динаса. Подъем температуры должен выполняться равномерно и медленно, особенно в моменты перехода кварца из одной формы в другую. В этом случае образуется нормативный объем жидкой фазы. Она заполняет пустоты между кристаллами кварца, воспринимает и гасит, возникающее в ходе процесса напряжение. При ускоренном темпе подъема температуры жидкая фаза образуется в недостаточном количестве. Происходит «сухое превращение» кварца в кристобалит. Это приводит к растрескиванию кварцевых крупинок в сырце, кирпич увеличивается в объеме и разрыхляется. Максимальная температура обжига динасового кирпича ― 1460º С. При больших температурах обжига в исходной массе изменяется количественный состав тридимита и кристобалита, что нежелательно. Так например, увеличенный в динасе объем кристобалита при нагреве и охлаждении будет способствовать изменению объема кирпича, что ускорит его разрушение. Также необходимо соблюдать осторожность и при охлаждении динасового кирпича.

Основные характеристики огнеупора кирпича марки ДН:

Массовая доля SiО₂ ― 94%;
Огнеупорность ― не ниже 1690º С;
Температура начала размягчения ― не менее 1640º С;
Плотность ― не более 2,4 г/см³;
Открытая пористость ― не более 25%;
Предел прочности ― 17,5 Н/мм².

Ценное свойство динасового кирпича ДН ― сохранение строительной прочность кладки почти до температуры плавления. У динаса низкая термостойкость, до 2-х теплосмен. Однако при медленном разогреве и остывании он успешно переносит многократные теплосмены, не теряя при этом свою нормативную механическую прочность и химическую стойкость. При нагреве кирпича марки ДН в последующих теплосменах может происходить едва заметное увеличение его линейных размеров от 0,7% до 2,1%. Этот фактор следует учитывать при кладке печи, предусматривая устройство температурных швов.

Динасовый кирпич марки ДН применяется для кладки и футеровки отдельных участков мартеновских печей и разного типа нагревательных, стеклоплавильных печей и регенераторов. Высокий уровень огнеупорности и повышенная сопротивляемость к солям, содержащимся в угольной пыли, обусловили применение динасового кирпича для кладки камер коксовых печей. В исключительных случаях допускается использование динасового кирпича при возведении кузнечных печей на таких участках, где шамотный кирпич не выдерживает максимальную рабочую температуру, например в топке. Кроме того, теплопроводность динасового кирпича ДН значительно выше, чем у шамотного кирпича. Соответственно, использование динаса в кладке служит гарантией увеличения производительности печи.

Динасовыми огнеупорами называют огнестойкие изделия, выдерживающие температуру в диапазоне от +1650 °С до +1750 °С. Основным сырьем для их изготовления является измельченный кристаллический кварцит. Такое название динасовые огнеупоры получили в начале XIX века от наименования кварцевой породы, которую добывали возле горы Динас в Англии.

С развитием промышленности, начало которого приходится на вторую половину XVIII века, появилась потребность в материалах, устойчивых к высокой температуре. Строительная, металлургическая, керамическая и другие отрасли нуждались в огнеупорах, и стараниями В.Юнга был найден способ удовлетворить эту потребность. Юнг, изучавший свойства различных видов природного сырья, создал смесь из песка, добытого неподалеку от горы Динас, и извести, и в результате этого эксперимента появились динасовые кирпичи (кремнеземистые) и бокситовые кирпичи.

Эти огнеупоры получили широкое распространение в стекольной и металлургической промышленности, где с успехом применяются и в наше время. Их основное преимущество перед огнестойкими материалами других видов состоит в том, что они способны сохранять свою форму при температуре +1700 °С, не теряя прочности.

Что входит в состав динасовой смеси?

Для производства динасовых огнеупорных материалов используют кремнеземистое сырье с зернистостью различной степени. Доля кремнезема должна составлять не менее 93%; чем выше температура рабочей среды, в которой будет использоваться огнеупорный материал, тем этот показатель больше — до 96% максимум.

Измельченный кварцит с оптимальным зерновым составом смешивают с добавками и минерализаторами — они нужны для придания смеси пластичности, поскольку формовка изделий из чистой динасовой массы невозможна ввиду ее непластичности. Дополнительные компоненты оказывают непосредственное влияние на процесс обжига: так, известь, которая вводится в разбавленном виде, увлажняет смесь и связывает зерна кварца, позволяя придать изделию нужную форму. В печи известковые и прочие добавки выгорают, при этом увеличивается прочность сырца, который после сушки не теряет своих огнеупорных свойств. Помимо извести, в динасовую смесь также добавляют сульфитно-спиртовую барду, пирит или его огарки, железную окалину и (в некоторых случаях) сахарную патоку 0,2-0,5%.

Особенности производства

Динасовую массу, полученную после введения в шихту всех необходимых добавок, тщательно вымешивают и формуют, используя гидравлические либо фрикционные прессы. Полученный сформованный кирпич-сырец сушат в тоннельных сушилках и обжигают в круглых камерных печах практически сразу после формовки, поскольку пластичность вылежавшейся массы снижается, что затрудняет процесс формовки. Под воздействием высокой температуры объем изделия увеличивается примерно на 2-3%, что учитывается на этапе формовки.

Динасовые кирпичи обжигаются в соответствии с установленной температурной кривой. Отклонения от этой кривой могут привести к появлению трещин, что в итоге негативно повлияет на прочность изделия и другие его характеристики.

Сфера применения динасовых огнеупоров

Несмотря на то, что доля динасовых огнеупорных материалов в производстве огнеупоров составляет всего 6% от общего количества, эта продукция по-прежнему востребована, в первую очередь, в металлургической и машиностроительной промышленности. Его также применяют на производствах, изготавливающих керамику и различные стройматериалы.

Благодаря таким качествам, как отличные показатели термической устойчивости, отсутствие усадки и высокая температура плавления, динасовые кирпичи используют для решения следующих задач:

футеровка крышек электропечей, воздухонагревателей, коксовых печей;
кладка куполов, верхней части насадок, дверей и камер нагрева доменных печей;
футеровка верхних зон стекловаренных печей;
кладка мартеновских печей и пр.

К недостаткам динасовых огнеупоров следует отнести склонность к растрескиванию при резких перепадах температуры, в особенности в диапазоне 200-600 °С. Печь, выложенную из этого материала, необходимо охлаждать постепенно.

Динасовый кирпич ДС характеризуется достаточно высокой жаропрочностью, поэтому его используют при кладке тех участков (зон) стекловаренной печи, которые в технологическом процессе подвергаются воздействию наиболее высоких температур. В рабочем режиме свод стекловаренной печи не соприкасается с кипящей массой или со шлаком. Высокотемпературные зоны печи возводят из динасового кирпича, который является представителем группы кислых огнеупоров.

Изготавливают динасовый кирпич из песчаника ― кварца или кварцита, основной объем которого состоит из кристаллического кварца. Измельченный в порошок SiО₂ (не менее 93% от общего объема) перемешивают с известковым молоком (CaОH₂). Затем в исходную массу вводят необходимые технологические добавки и при влажности 5-9% формуют и прессуют. После сушки изделия направляются на обжиг. Максимальная температура обжига ― 1450º С. Чтобы кирпич ДС во время обжига приобрел свойства высококачественного огнеупора и не потерял их в процессе изготовления, поднимают температуру в печи до максимума, а затем снижают ее очень медленно, в течение нескольких суток. Прочность кирпича достигается в результате полимерфного превращения кварца в тридимит и кристобалит и образования силикатов кальция.

В эксплуатации динасовый кирпич ДС проявляет свои лучшие качества огнеупора ― высокий уровень огнеупорности и пожаробезопасности, надежную прочность и химическую стойкость.

Характеристики динасового огнеупора марки ДС:

Огнеупорность динасового кирпича.
Определяет его химическая формула, прежде всего процентное содержание кремнезема, состав и количество примесей, влияющих на объем и вязкость жидкой фазы. Огнестойкие свойства исходных ингредиентов и их оптимальный баланс обеспечивают динасовому кирпичу ДС высокую степень огнеупорности ― 1690º С -1720º С.

Деформация под нагрузкой.
Основная физическая нагрузка, которую испытывает огнеупорный динас в кладке печи ― это сжимающее усилие. Величина деформации увеличивается при нагреве печи. Одно из преимуществ динасового кирпича ДС ― это сохранение прочности и повышенное сопротивление сжатию при высоких температурах (до 1700º С). В период эксплуатации, уложенные в свод динасовые кирпичи, спекаются в монолит, что позволяет выполнить его (в виде арки) самонесущим. Такое свойство динасовго кирпича гарантирует надежность своду даже в том случае, если какой-нибудь кусок кирпича выпадет из свода.

Постоянство объема и формы.
Динасовые элементы незначительно увеличивают свой объем при нагреве вследствие протекания в них дополнительных фаз перекристаллизации. В процессе службы это свойство динаса способствует уплотнению кладочных швов, что приводит к уменьшению газопроницаемости футеровочного слоя и, соответственно, к снижению теплопотерь.

Термическая стойкость.
Cпособность огнеупора не деформироваться при резких изменениях температуры. Для изделий из динаса это «слабое место». Из-за очень плотной структуры материала термостойсость динаса всего 1-2 теплосмены. Поэтому в тепловых агрегатах периодического цикла, где служит динасовый кирпич, при температуре ниже 700º С разогрев и охлаждение проводят постепенно, без резких скачков и перепадов. В режиме медленного разогрева/охлаждения кирпич динасовый безукоризненно и многократно переносит теплосмены, не теряя при этом свою механическую прочность.

Химическая стойкость.
Динасовый огнеупор, задействованный в сооружении стекловаренных печей, характеризуется прекрасной способностью противостоять разрушению от химического воздействия образующихся в печи веществ-реагентов ― пыли, газов и паров. Также динас показывает отличную устойчивость к воздействию окислительных и восстановительных газов.

Шлакоустойчивость.
Кирпич динасовый ДС обладает высокой степенью плотности, что обеспечивает ему повышенную шлакоустойчивость. Как кислый огнеупор, динасовый кирпич устойчив к кислым шлакам и золе, в которых содержится большое количество оксида кремния.

Внешний вид и структура.
Динасовый кирпич ДС имеет светло-бежевый тон и однородную плотную структуру без расслоений, пустот, просечек и выплавок. Отклонение в размерах или наличие кривизны соответствуют нормам/правилам соответствующих стандартов, что и определяет сортность кирпича.

Форма и размеры изделий из динаса могут быть разными. Это объясняется сложной формой конструкций тепловых агрегатов, требующей исполнения арок, сводов, монтажных отверстий для горелок или электродуговых нагревателей. Наиболее востребован динасовый кирпич марки ДС ― прямой и ребровой (клинообразной формы). Из высокоогнеупорного стекольного динасового кирпича марки ДС выкладывают: главный свод ванны, своды горелок, своды регенераторов, арку засыпного кармана в варочном отсеке, место перехода (пережим) из варочной печи в студочную. Характерно, что кирпич ДС подходит как для устройства стекловаренных печей средней емкости, так и для возведения больших печей емкостью более 50 т.

Читайте также: