Характеристика огнеупорных материалов

Правильность формы и точность размеров огнеупоров.

На качество кладки термических печей большое влияние оказывает правильная и точная форма огнеупоров. Тонкие швы в кладке могут быть получены лишь при точ­ных размерах огнеупорных изделий. Отклонения в размерах для шамотных огнеупорных изделий допускаются: от +3,5 мм по длине, +2 мм по ширине и +1 мм по толщине для классов А и Б (1-й сорт)

до ±6 мм по длине, ±4 мм по ширине и ±3 мм по толщине для класса В (2-й сорт). Для динаса допускаются следующие отклонения для измерений до 100 мм от +2 до +3 мм (II класс, 2-й сорт); от 101 до 150 мм от +2 до +4 мм (II класс, 2-й сорт).

Динасовые огнеупоры. Динасом называется подвергнутый обжигу огне­упорный материал, изготовляемый из размолотых кварцитов, песчаников и других кварцевых пород. В качестве связующего применяют почти исклю­чительно известь. Содержание кремнезема в динасе не менее 90%, вследствие чего динас относится к кислым огнеупорным материалам. Кремнезем суще­ствует в одной аморфной и семи кристаллических модификациях. Химический состав для всех модификаций один и тот же, но физические свойства, удель­ный вес, температура плавления, коэффициент линейного расширения и др. различны. Кремнезем встречается в виде кварца, тридимита и кристобалита.

Динасовые огнеупоры применяются главным образом для футеровки металлургических печей с кислым подом; для термических печей они почти не применяются, иногда используются для кладки высоко­температурных соляных ванн.

Шамотные огнеупоры. Исходным сырьем для приготовления шамотных огнеупоров служат природные глины, представляющие собой глиноземистые силикаты. Главная составляющая часть большинства глин — каолинит Al₂O₃-2SiO₂-2H₂O с содержанием 46,4% SiO₂, 39,66% А1₂О₃, 13,92% Н₂О и примесей. В зависимости от сте­пени пластичности различают глины пластичные (жирные) и тощие (сухие). Шамотными огнеупорами называются изделия, сформованные из глины или каолина с добавкой шамота, а иногда кварцевого песка и подвергнутые обжигу. Шамот представляет собой ту же глину после измельчения и обжига. Шамот не пластичен и относится к так называемым отощающим веществам. Добавка шамота к глине предохраняет огнеупорную массу или шихту от тре­щин и усадки, повышает сопротивляемость резким изменениям температуры и иногда огнеупорность. В шамотных огнеупорах содержится не менее 30% А1₂О₃ + TiO₂, а также в небольших количествах (5—7%) окись железа, щелочные и щелочноземельные окислы.

Шамотные огнеупорные материалы являются наиболее распространенным универсальным материалом для выкладки футеровок термических печей.

Высокоглиноземистыми огнеупорами называются изделия, содержащие более 45% А1₂Оз. Для производства этих огнеупоров используют различные виды природного и искусственного высокоглинозе­мистого сырья: минералы силлиманитовой группы — кианит, андалузит, силлиманит; природные гидраты глинозема — гидраргилит и диаспор, входящие в боксит; природный и искусственный корунд и др.

Высо­коглиноземистые изделия подразделяются в зависимости от содержания А1₂О₈ на три класса: а) класс 45—60 с содержанием 45—60% А1₂Оз; класс 60—75 с содержанием 60—75% А1₂О₈ и в) класс 75 с содержанием более 75%А1₂О₃. Для высокоглиноземистых огнеупоров характерны высокая огнеупорность 1850—2000°, хорошая шлакоустойчивость и термостойкость. Для получения лучших свойств требуется высокий обжиг (-~1500°). Плот­ные монолитные высокоглиноземистые изделия пористостью до 2—3% полу­чают литьем из расплава высокоглиноземистых материалов. Сюда относятся плавленые литые корундо-муллитовые изделия. Эти изделия обладают следующими свойствами: огнеупорностью 1820—1960°, плохой термостой­костью, отличной шлакоустойчивостью, высоким пределом прочности при сжатии (до 3000 кГ/см²) и большей стойкостью против деформации под на­грузкой при высоких температурах, началом растяжения при 1600—1700° и постоянным коэффициентом местного расширения. Высокоглиноземистые огнеупоры применяются для футеровки нагревательных печей, высокотем­пературных печей и соляных печей-ванн.

Многошамотные огнеупоры содержат шамота до 80— 96%, остальное—связующая огнеупорная глина. Благодаря высокому содержанию шамота эти огнеупорные изделия почти не дают усадки и имеют незначительное количество пор (пористость 9—13%). При изготовлении многошамотных огнеупоров сушки почти не требуется. Многошамотные огнеупоры отличаются хорошей термостойкостью, достигающей 100 и более водяных теплосмен, и высокой механической прочностью (предел прочности при сжатии 500—1000 кГ/см²).

Бесшамотные огнеупоры. В бесшамотных огнеупорах в каче­стве отощающего вещества применяются камнеподобные огнеупорные породы, обладающие малой пластичностью и меньшей усадкой, чем глины. Бесшамотные огнеупоры обладают более высокой механической прочно­стью, большей плотностью и повышенной теплостойкостью по сравнени с шамотными изделиями; они применяются в металлургическом производ­стве.

Полукислые огнеупорные изделия. К полукислым огнеупо­рам относятся изделия, содержащие А1₂О₃+ТО₂ менее 30%, a SiO₂>65%. Для производства полукислых изделий используются полукислые глины, разные огнеупорные пластические глины с добавкой к ним шамота, кварце­вых отходов, молотого кварцевого песка и др. Полукислые огнеупоры применяются для кладки нагревательных печей.

Магнезитовые огнеупоры изготовляются из обожженного и измельченного магнезита и содержат не менее 85% MgO. Обычное содержание MgO 90—95%. Исходным сырьем является минерал магнезит, который состоит главным образом из MgCO₃ (47,82% MgO; 52,18% СО₂). В качестве связующего веще­ства применяют каустический магнезит, известь, глину, а также связующие с добавлением или без добавления кварца, циркония, глинозема и других веществ. Основные свойства магнезитовых изделий: огнеупорность 2200— 2400°; предел прочности при сжатии 300—500 кГ/см², пористость 15—25%; начало размягчения под нагрузкой в зависимости от состава и рода связки 1400—1600°; 40% сжатия 1500—1700°; термостойкость низкая.

При введении в шихту добавок корунда или боксита можно получить термостойкий магнезитовый кирпич, выдерживающий более 50 воздушных теплосмен. Удовлетворительную термостойкость (25—27 воздушных тепло-смен) имеют изделия, изготовленные из плавленого магнезита (содержание MgO 90—95%). Магнезитовые изделия обладают хорошей химической стой­костью против действия оснований, металлов и основных шлаков. Поэтому магнезитовые огнеупоры относятся к основным. Магнезитовые изделия при­меняются в металлургических печах. Для термических печей они почти не применяются; иногда их используют для футеровки высокотемператур­ных печей.

Доломитовые огнеупоры. Это огнеупорные изделия, содержащие СаО и MgO в соотношении, близком к молекулярному, или с избытком MgO. Сырьем для изготовления доломитовых огнеупоров служит доломит —двойная соль углекислых кальция и магния (54,2% СаСО₃ и 45,8% MgCO₃). В природном доломите имеется до 15—25% различных примесей. Свойства доломитовых огнеупоров: огнеупорность 1780—1800° и выше, предел прочности при ежа-

тии 150—1000 кг/см², термостойкость от низкой до удовлетворительной, пористость 15—20%, начало размягчения под нагрузкой при 1500—1600°, 40% сжатия 1550—1750°, устойчивость против основных шлаков хорошая. Доломитовые огнеупоры являются полноценным заменителем магнезитовых; для термических печей не применяются.

Форстеритовые огнеупоры. К форстеритовым огнеупорам относятся изделия, изготовленные из магнезиально-силикатных пород с добавками магнезита или выпиленные из естественных пород. Содержание MgO и SiO₂ находится в молекулярном соотношении, близком к единице, но с избытком MgO. Форстеритовые огнеупоры носят свое название от химического соедине­ния форстерита 2MgO-SiO₂. Сырьем для получения форстеритовых огнеупо­ров служат различные магнезиально-силикатные породы: оливиниты, дуниты, серпентиниты и тальки. Огнеупорность форстеритовых, дунитовых кирпи­чей около 1850°, начало размягчения при 1550—1570°, объемный вес 2,5 г/см³, удельный вес 3,36 г/см⁹, пористость кажущаяся 24—28%, термическая стой­кость такая же, как у магнезитового кирпича. Форстеритовые огнеупоры используется для кладки высокотемпературных печей.

Тальк-магнезитовый кирпич. Для выкладки пода и стен нагревательных печей иногда используется талько-магнезитовый цельнопиленый кирпич. Главная составная часть талька—водный силикат магния (3MgO-4SiO₂-H₂O)..

Углеродистые огнеупорные изделия, содержащие углерод и его соеди­нения, подразделяются на графитовые и коксовые. В графитовых изделиях углерод содержится в пределах 30—60%. Графит имеет высокую темпера­туру плавления, высокую тепло- и электропроводность и низкий коэффи­циент линейного расширения. Недостатком его является способность к оки­слению кислородом воздуха при температурах около 700°. Графитовые огнеупоры изготовляют из огнеупорной пластичной глины и графита с добав­кой или без добавки шамота. Огнеупорная глина в процессе обжига изделий создает защитную пленку на зернах графита и благодаря этому предохраняет графит от выгорания. Графитовые изделия имеют предел прочности при сжа­тии 100—300 кГ/см²; кажущаяся пористость 15—30%; высокая термостой­кость — до 25 водных теплосмен; огнеупорность около 2000°; начало размяг­чения под нагрузкой при 1500°; 40% сжатия при температуре выше 1700— 1750°. Изделия из графита отличаются постоянством объема. Главное назна­чение графитовых огнеупорных изделий — изготовление тиглей и элек­тродов.

Коксовые огнеупорные изделия изготовляют из кокса на смоляной связке с добавлением битума; обжиг производят в углеродистой засыпке. Содержа­ние углерода в коксовых изделиях 70—90%. Коксовые кирпичи и блоки имеют следующие свойства: высокая огнеупорность; практически не плавятся; предел прочности при сжатии 100—300 кГ7см²; пористость кажущаяся 20— 35 %; высокая термостойкость, теплопроводность и электропроводность; изделия характеризуются постоянным объемом и устойчивостью против шлаков и металлов. Главное назначение коксовых огнеупорных изделий — для кладки доменных печей.

Карборундовые огнеупорные изделия. Карборунд—карбид кремния SiC— искусственный минерал, который получается путем нагрева кварцевого песка и кокса в электрических печах сопротивления. В условиях высоких температур происходят следующие реакции:

SiO_a + 2С -> Si + 2CO; Si + С = SiC-

Взаимодействие кварца с углеродом начинается при 1000°, а затем воз­растает с повышением температуры. Образование карборунда заканчивается при 2000°. Но при температуре 2300° и продолжительном нагреве может произойти распад карборунда с выделением графита SiC -> Si + С. В тех­ническом карборунде содержатся примеси окислов и карбидов железа.

В зависимости от исходного сырья и технологии изготовления различают два вида карборундовых изделий: на керамической связке карбофракс и рекристаллизованные, отформованные из карборунда на органической связке — рефракс. Огнеупор­ность изделий зависит от содержания в них SiC и колеблется от 1850 до 2200°. Из других характерных качеств нужно отметить высокую теплопровод­ность (в 5—6 раз выше теплопроводности шамота или динаса) и отличную термостойкость; начало размягчения под нагрузкой при 1450—1700°, 40% сжатия при 1600—1800° в зависимости от содержания SiC; хорошая устой­чивость против истирания, электропроводность, высокая кислотоупорность, но плохая устойчивость против действия основных шлаков, щелочей и метал­лов. В окислительной атмосфере при 1450—1500° имеет место диссоциация SiC, а при длительном воздействии окислительной атмосферы — с 1200— 1250°. Показатели основных свойств рефракса немного выше, чем карбофракса, но вследствие высокой стоимости он менее распространен. Карборундовые изделия применяются в термических печах для изготовления огнеупорных плит и муфелей, а также для изготовле­ния сопротивлений в электрических печах.

Изделия высшей огнеупорности. Для изготовления таких изделий исполь­зуются окислы редких металлов, нитриды, карбиды и бориды элементов IV, V и VI групп периодической системы Менделеева (титана, циркония, гафния, тория, молибдена, вольфрама, тантала). Характерным свойством этих изде­лий является высшая огнеупорность: температура плавления 2000— 3800°, высокая кислотоупорность при комнатной и высоких температурах. Наиболее стойкие к кислороду карбиды элементов IV группы — титана, циркония, гафния, тория, а наименее стойкие — карбиды элементов V группы (молибдена до 500°, вольфрама до 700°, тантала до 800°). В обратном отно­шении находится устойчивость против азота. Нитриды при высоких темпе­ратурах более стойки, чем карбиды. Все эти соединения обнаруживают металлический характер: электропроводность, металлический блеск, высо­кую твердость (по шкале Мооса от 8 до 10), высокие показатели предела прочности при сжатии и модуля упругости. Применение этих материалов ввиду высокой их стоимости ограничено; они используются лишь в исклю­чительных случаях для изготовления лабораторных тиглей.

Дата добавления: 2014-01-07