ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Материалы, стойкие при температурах выше 1580° С, промышленность выпускает в виде кирпича, фасонных изделий разных размеров и формы, иногда также в порошке. Они служат для кладки стен, устройства сводов, кладки и наварки пода — лещади металлургических и других промышленных печей. Часто остов последних (кожух; делаю из стали, а внутри выкладывают футеруют огнеупорами.
Высокоогнеупорными условно считают вещества, остающиеся твердыми до 2000° С, а преодолевающие и этот предел — материалами высшей огнеупорности.
Сырьем для производства огнеупоров служат окислы, силикаты, карбиды и иные соединения, которые не плавятся и не разлагаются до температур, °С (около): Аl2О3—2050, SiO2—1713,. СаО—2580, MgO —2800; Сr2О3—2275, ZrО2-2700, SiC—2600, ZrC —3500, HfC —3900, TiB2—2980 и многие другие, в том числе нитриды и силициды металлов, а также кокс и графит.
При выборе огнеупоров необходимо учитывать их механическую прочность в рабочем состоянии — при нагревании и под нагрузкой, термическую стойкость (термостойкость) — способность не растрескиваться от резких изменений температуры, коэффициент объемного расширения, пористость, химическую инертность к кислороду, углекислоте, действию жидких шлаков или солевых расплавов, а иногда также — плотность, теплопроводность и электропроводность. В большинстве случаев последние должны быть малыми.
Наиболее ходовые огнеупорные материалы состоят из дешевых и доступных окислов, которые при высоких температурах могут быть кислотными (SiО2), основными (СаО, MgO) либо амфотерными (Аl2О3, Сr2О3), последние в зависимости от среды проявляют свойства кислот или оснований.
Материалы, содержащие углерод, нейтральны, но с той или иной скоростью окисляясь от действия кислорода и углекислоты, постепенно сгорают.
Шамотный кирпич
Шамотные изделия, стойкие до 1750° С, делают из. огнеупорной глины, главная составляющая которой каолинит Al2О3•2SiО2•2H2О. Глину обжигают при 1400° С, отчего она теряет воду и превращается в шамот, химическая формула которого 3Al2О3•2SiО2. Последний при смачивании уже не становится пластичным. Его измельчают, смешивают с водой и свежей глиной, служащей связующим. Полученную при этом полусухую массу прессуют в формах, затем сушат и обжигают. Избегая растрескивания, медленно повышают температуру до 1300— 1450° С, а затем плавно ее снижают. Сложные фасонные изделия формуют из пластичной массы, содержащей больше сырой глины. Шамот сравнительно дешев и универсален: он термостоек и медленно разрушается как кислыми, так и основными шлаками.
Другие алюмосиликатные — высокоглиноземистые огнеупоры, получают из иных природных силикатов: кианита и андалузита. С повышением содержания Аl2О3 увеличивается химическая стойкость и огнеупорность до 1950° С. По способу производства они отличаются от шамотных применением исходных глин более высокого качества с добавлением в связующее глинозема (Al2O3).
Динасовый кирпич
Динасовый кирпич делают из кварцитов, содержа не менее 95% Si02, которые измельчают, смешивают с извесвым молоком [Са(ОН2] и при влажности 5—9% прессуют, жиг проводят после сушки, медленно повышая и снижая температуру в течение нескольких суток; максимум ее около 1450°С. Прочность достигается полиморфным превращением кварца в тридимит и кристобалит, а также образованием силикатов кальция.
Динас стоек до 1700° С и прочен в рабочем состоянии, но имеет малую термическую стойкость. Для повышения последней в
шихту вводят до 30% мелкого хромита — динасохромит или карборунда (SiC) динасокарборунд.
Магнезитовый кирпич
Магнезитовые (периклазовые) огнеупоры состоят из периклаза (80—85% MgO). Сырьем служит природный магнезит MgCO3, обжигаемый для получения окиси при температуре до 1600° С, которая делает его химически инертным. Наиболее чистая окись идет на изготовление кирпича, а худшая — для набойки и наварки подин печей.
В производстве кирпича к окиси магния определенной крупности (50% от 0,8 до 2 мм, остальная мельче) иногда добавляют немного каустического магнезита Mg(OH)2, Fe2O3, ТiO2 либо серпентина, талька, глинозема для связки и улучшения свойств, затем прессуют и обжигают. Максимальная температура обжига около 1600° С, достижение ее и последующее снижение — многосуточное и плавное.
Магнезитовый кирпич стоек против основных шлаков. Он высокоогнеупорен (2000° С), прочен, плотен, но мало термостоек и дорог.
Доломитовый кирпич
Доломитовые изделия и порошки получают из минерала доломита CaMg(CO3)2, который обжигают для удаления СО2 при 1600—1700° С. Добавка кварцита или трепела связывает при последующем обжиге (~1500° С) окись кальция в силикаты Ca2SiO4 и Ca3SiO5. Иногда в качестве временной связки применяют смолы и битумы. Доломит дешевле магнезита, но менее огнеупорен. Применение доломита подобно магнезиту.
Форстеритовый кирпич
Форстеритовый кирпич, основа которого форстерит Mg2SiO4, делают из основных горных пород (дунита, серпентина, оливинита и др.) с добавкой магнезита, связывающего SiO2 в форстерит, а другие окислы — в шпинелиды: MgAl2O4, MgFe2O4, MgCr2O4. Применение форстерита аналогично магнезиту и доломиту.
Хромомагнезитовые и магнезитохромитовые огнеупоры после формовки и обжига при 1650° С содержат MgO соответственно 42—55 и 55—75%, а Сr2O3 .15—17 и 8—18%. Шихту для них составляют из природного хромита FeCrO3и обожженного магнезита, смешивая сырье в разных отношениях. По огнеупорности эти изделия не уступают магнезиту, но сравнительно нейтральны. Иногда отформованные кирпич и детали применяют без обжига, они дешевле, а упрочнение достигается на рабочем месте.
Периклазошпинелидные огнеупоры
По составу сходны с предыдущими, но содержат сравнительно крупный магнезит и мелкий хромит, они отличаются более высокими термостойкостью, плотностью и прочностью.
Карборунд—SiC получают из смеси кварцевого песка с коксом по реакции:
SiO2 + 3С = SiC + 2СO2.
Шихту нагревают до 2800° С, пропуская через нее электрический ток. Получаемый при этом карбид кремния зеленого цвета весьма тверд и огнеупорен. Он нейтрален, однако малостоек в окислительной среде. Изделия из него прессуют или трамбуют, добавляя до 10% влажной огнеупорной глины, а затем обжигают при 1500° С в огнеупорных коробках — капсулах— под засыпкой из песка, кокса или графита. Помимо высокой огнеупорности и прочности, карборундовым изделиям свойственна значительная теплопроводность.
Статья на тему Огнеупорные материалы