17. Tulenkestävät aineet

Transkriptio

1 17. Tulenkestävät aineet Raimo Keskinen Peka Niemi - Tampereen ammattiopisto Alkuaineiden oksidit voidaan jakaa kemiallisen käyttäytymisensä perusteella luonteeltaan happamiin, emäksisiin ja neutraaleihin oksideihin. Luonteenomaisin hapan oksidi on piioksidi SiO 2, joka esiintyy luonnossa kvartsina. Emäksisiä oksideja ovat useimmat metallioksidit, voimakkaimmin alkalimetallien (natrium, kalium) ja maa-alkalimetallien (mm. kalsium ja magnesium) oksidit. Happamien ja emäksisten oksidien välillä on neutraalien oksidien ryhmä. Kuitenkaan ne eivät ole täysin neutraaleja, vaan niillä on kaksoisluonne; vahvasti happamien oksidien suhteen ne voivat olla emäksisiä ja emäksisten oksidien suhteen happamia. Aikaisemmin todettiin, että sulatuksessa muodostettu kuona voi olla myös hapan tai emäksinen. Esimerkiksi teräksen valokaariuunisulatuksessa käytettävä kuona sisältää runsaasti kalsiumoksidia eli se on luonteeltaan emäksinen. Jos tällainen kuona joutuu kosketukseen happamien SiO 2 :ta sisältävän vuorauksen kanssa, tapahtuu kemiallinen reaktio, jossa vuoraus syöpyy voimakkaasti Happamalle kuonalle pitää vuorauksen olla vastaavasti hapan. Esimerkiksi jos kupoliuunissa sulatetaan hapanta kuonaa käyttäen, on uunin vuoraus tehtävä happamasta materiaalista, esim. kvartsiittimassasta. Joskus metallurgiset näkökohdat vaativat poikkeamaan näistä säännöistä, mutta vuorauksen ikä on tällöin lyhyt. Taulukko. Uunin vuoraukseen käytettäviä tulenkestäviä aineita. Hapan: Neutraali: Emäksinen: Kvartsi Sulatettu alumiinioksidi Magnesiitti Kaoliini ja muut tulenkestävät savet, shamotti Kromiitti Sulatettu magnesiumoksidi Silimaniitti, kyaniitti ja andalusiitti Hiili (grafiitti) Dolomiitti Mulliitti Zirkoni Alumiinioksidi (korundi) Piikarbidi (karborundum) Forsteriitti Kromimagnesiitti Magnesiumalumiinispinelli Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tulenkestävät aineet - 1

2 VÄÄRIN Hapan vuoraus Emäksinen kuona, CaO- pitoinen Sula SiO 2 OIKEIN Emäksinen kuona, CaO pitoinen Emäksinen vuoraus Sula CaO MgO Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tulenkestävät aineet - 2

3 Induktiouunissa, joissa ei suoriteta kuonakäsittelyjä, käytetään korkean tulenkestävyyden omaavaa hapanta kvartsiittimassaa, jonka SiO2- pitoisuus voi olla 99 %. Tulenkestäviä aineita valittaessa pitää ottaa huomioon muitakin seikkoja, kuten korkea tulenkestävyys, mekaaninen lujuus, jota vaaditaan esim. valokaariuunin vuoraukselta, joka on romunpanostuksen vuoksi altis vaurioille, sekä pienet mittamuutokset lämpötilan vaihdellessa. Tulenkestäviä aineita käytetään eri muodoissa. Yleisimpiä ovat tiilet, joita käytetään sekä standartitiilinä että muototiilinä. Erityisesti uunien kattorakenteissa ja valusangoissa on siirretty käyttämään tiilien sijaan tulenkestäviä massoja. Massaus voidaan suorittaa valamalla, sullomalla, ruiskuttamalla tai linkoamalla. Etuina tiiliin nähden ovat massojen halpuus sekä saumojen puuttuminen. Tiilien muuraukseen käytetään tulenkestäviä laasteja ja sementtejä. Tulenkestävä muuraus eroaa tavallisesti rakennusmuurauksesta erityisesti siinä, että laastikerros on pyrittävä saamaan mahdollisimman ohueksi. Lisäksi vuoraukseen on suunniteltava paisuntasaumoja. Tulenkestäviä aineita. Miksi? Kuten tunnettua rauta- ja teräsprosessit tapahtuvat hyvin korkeissa lämpöolosuhteissa. Tästä johtuu että sulaa on käsiteltävä uuneissa ja astioissa joissa on siihen sopivia materiaaleja eli tulenkestäviä massoja. Usein uunien atmosfääri on hapettava. Tulenkestävän aineen hapettumiskestävyyden on oltava hyvä, erityisesti rautaoksideja vastaan. Aineen on myös kestettävä korkeissa lämpötiloissa pehmenemättä. Siksi aineisiin lisätään keraamisia oksideja, jolla on korkea sulamislämpötila. Usein tulenkestävä aine joutuu kosketuksiin kuonan kanssa, joka syövyttää uunin vuorauksen. Siksi koostumuksen on sovelluttava kuonatyyppiin. Emäksisessä kuonassa on paljon CaO:ta. Jos sellainen kuona joutuu kosketuksiin tiilen kanssa jonka SiO 2 -pitoisuus on korkea, tämä liukenee kuonaan. Jos kuona on emäksinen, on käytettävä emäksistä tulenkestävää ainetta. Happamia kuonia käytettäessä uuni vuorataan tavallisesti kvartsilla. Tiilet Tulenkestäviä aineita käytetään yleisimmin tiilinä. Tavallisesti käytetään standarditiiliä, mutta erityisesti muotoiltuja tiiliä käytetään esim. sulatusuunien vuorauksessa Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tulenkestävät aineet - 3

4 Laastit ja sementit Tiilien muuraukseen käytetään tulenkestäviä laasteja ja sementtejä. Tulenkestävä muuraus eroaa tavallisesta rakennusmuurauksesta erityisesti siten, että laastikerros on aina pyrittävä saamaan mahdollisimman ohueksi. Lisäksi vuoraukseen on suunniteltava paisuntasaumoja. Massat Massaus voidaan suorittaa valamalla, sullomalla tai linkoamalla. Etuina tiiliin nähden ovat massojen halpuus tai saumojen puuttuminen. Joskus on pakko korjata vuorausta uunin ollessa kuumana. Ainoa keino on ruiskuttaa tulenkestävää massaa rikkoutuneeseen kohtaan. Ruiskutusta käytetään myös kylmän muurauksen paikkaamiseen. Muita vaatimuksia tulenkestävillä aineilla: Kulumiskestävyys esim. romunlisäyksestä johtuen(mekaaninen rasitus) Hyvä kuumakestävyys (korkea pehmenemislämpötila) Hyvä muodon pysyvyys) Pienet mittamuutokset Käyttöesimerkkejä Silika: happamat induktiouunit(sullomassa), valokaariuunien holvit Samotti: Valusangot, valutiilet, sulkutangot, Erikoismaassat ja korundit: valusangon kuluvat osat Dolomiitti. emäksiset teräsuunit Magnesiitti:emäksiset teräsuunit Magnesiittikromiitti: Emäksiset teräsuunit, kalkki ja dolomiittiuunit Komiittimagnesiitti: Emäksiset teräsuunit kuonarajan yläpuolella Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tulenkestävät aineet - 4

5 Haitta Lämmönhukka asettaa rajoituksia valusangon suuruudelle Savunmuodostus vaatii hyvän ilmastoinnin Typen ja vedyn pitoisuudet lisääntyvät teräksessä Tarvitaan kallis emäksinen senkkavuoraus Kuonan laji määrää millaista tulenkestävää materiaalia on käytettävä vuoraukseen. Hapanta kuonaa käytettäessä on oltava hapan vuoraus (kvartsi), emäksistä käytettäessä emäksinen (magnesiitti tai dolomiitti) Tämän mukaan puhutaan myös happamesta ja emäksisestä teräksestä. KERTAUSKYSYMYKSIÄ 1. Miten teräksen valussa käytettävä valusanko eroaa muiden metallien valussa käytettävistä sangoista? 2. Minkä vuoksi valusangot on kuivattava huolellisesti ennen niiden käyttöön ottoa? 3. Selvitä uppopyrometrin toimintaperiaate. 4. Millaisille metalleille soveltuu uppopyrometrin anturissa krominikkeli-nikkeli-pari? 5. Jos teräksen sulatuksessa käytetään kalsiumoksidipitoista kuonaa, millainen on uunin vuorauksen oltava? 6. Etsi seuraavista tulenkestävistä aineista emäksiset aineet: kromiitti, dolomiitti, kvartsi, alumiinioksidi, magnesiitti. 7. Mitä ominaisuuksia vaaditaan sulatusuunien vuorauksiin käytettäviltä tulenkestäviltä aineilta? Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tulenkestävät aineet - 5