Раздел 6. Материалы и строительные элементы печей.

6.1: Классификация и свойства огнеупорных материалов.

Огнеупорными называют строительные материалы, предназначенные для сооружения тепловых устройств, в частности, металлургических печей, и способные противостоять воздействию высоких температур и физико-химических процессов, протекающих в этих агрегатах.

По способу изготовления:

1.Естественные (выпиливаемые из горных пород, например, тальковые)

2.Искусственные (прессованные, трамбованные, литые и волокнистые)

Требования, предъявляемые к изделиям из огнеупоров:

-механическая прочность

-способность противостоять резким изменениям температуры

-сопротивляемость воздействию шлаков и газов

-невысокая теплопроводность и теплоёмкость

-точные размеры и требуемая форма изделия

-возможно более низкая стоимость

Классификация огнеупорных и теплоизоляционных материалов на основе их химико-минералогического состава:

1. кремнеземистые (на основе SiO₂ )- динасовые и кварцитовые изделия;

2. алюмосиликатные (Al₂ O₃ и SiO₂)- полукислые, шамотные, высокоглинозёмистые;

3. Магнийсодержащие на основе MgO – магнезитовые или периклазовые

и т.д..

Тип оксида, служащего огнеупорной основой материала, позволяет отнести его к одной из трёх категорий: кислый(SiO₂), нейтральный (Al₂O₃) или основной (MgO)

В зависимости от формы и размеров:

1. Простые (обычный кирпич, параллелепипед)

2. Фасонные

Свойства огнеупоров:

1. Огнеупорность- свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь

2. Предельная температура- та максимальная температура, при которой огнеупорный материал может работать в футеровке печи без разрушения.

3. Термическая стойкость-выдерживание резких колебаний температуры, не растрескиваясь и не разрушаясь.

4. Механическая прочность -характеризует их строительную прочность-способность выдерживать давление без разрушений(описывается пределом прочности при сжатии)

5. Плотность. Чем выше плотность, тем лучше огнеупор сопротивляется разъедающему воздействию жидкого металла и шлака, тем ниже его газопроницаемость и тем больше механическая прочность

Недостаток - более плотные материалы обладают более высокой теплопроводностью, т. е. их теплоизолирующие свойства хуже

6. Пористость (измер. в %- это (V пор / Vизд) * 100%)

С увеличением пористости увеличивается газопроницаемость, уменьшается механическая прочность и шлакоустойчивость.

7. Шлакоустойчивость - характеризует способность огнеупоров противостоять разъедающему действию расплавленных шлаков

8. Теплопроводность - чем ниже, тем лучше теплоизолирующие свойства кладки

9. Удельная теплоёмкость – чем выше удельная теплоёмкость огнеупорного материала, тем больше расход тепла на аккумуляцию кладкой печи

10. Электропроводность – огнеупорные изделия служат изоляторами

Тема 6.2: Кремнезёмистые и алюмосиликатные огнеупоры.

Кремнезёмистые огнеупоры представлены очень распространёнными динасовыми изделиями. Динас содержит не менее 93 % SiO₂ . Динасовые изделия формируют под давлением из смеси чистого кварцитового порошка, содержащего не менее 95% SiO₂ и 1,5-2,5 % СaO. Затем изделия обязательно подвергают обжигу в печах по специальному графику. Обжиг динаса- сложный процесс, т. к. при нагреве в кремнезёме происходит перекристаллизация с переходом из одной модификации в другую.

Для формирования кирпича применяют прессы различных типов. Сформированные изделия сушат и затем обжигают в камерных или туннельных печах при температуре 1430-1450 ⁰C . Превышение этой температуры недопустимо, т. к. при температуре большей 1470 ⁰C кварц образует рыхлую массу.

Применение и свойства динасовых огнеупоров

Динасовые изделия содержащие свыше 93-94 % SiO₂ используют для выполнения сводов сталеплавильных печей, футеровки коксовых печей, реже нагревательных печей и т. д. Их не рекомендуется использовать в футеровке подвергающейся регулярному охлаждению ниже 700-800 ⁰С. Это обусловлено изменениями объема при протекании процессов перекристаллизации и большим коэффициентом объемного расширения при невысоких температурах.

Динас является кислым материалом поскольку его огнеупорной основой служит SiO₂, поэтому он хорошо сопротивляется кислым (кремнезёмистым) шлакам, но при температуре большей 1450 ⁰С его шлакоустойчивость понижается.

Температура службы динасовых изделий достигает 1640-1650 ⁰С, предел прочности 17,5 – 25 МПа. У динаса невысокая термическая стойкость.

Алюмосиликатные огнеупоры

Алюмосиликатные материалы имеют в качестве огнеупорной основы оксиды Al и Si (Al₂O₃ и SiO₂).

Структура, свойства и область применения этих материалов зависят от содержания Al₂O₃ и SiO₂. По этому признаку их разделяют на полукислые (15-30 % Al₂O₃), шамотные (30-46% Al₂O₃) и высокоглинозёмистые (более 46% Al₂ O₃).

Шамотные изделия

Их изготавливают из огнеупорных глин и каолинов.

Применение и свойства шамотных огнеупоров.

Шамотные огнеупорные изделия занимают 1- ое место в производстве (70-75 %). Они используются для футеровки шахты и горна доменных печей, воздухонагревателей, нижнего строения мартеновских печей, ковшей, дымовых труб и т. д.

Доступность и низкая стоимость обуславливают их широкое распространение.

Шамотные огнеупоры имеют предельную температуру службы до 1500 ⁰С, предел прочности на сжатие 12,5 – 30 МПа, небольшую усадку при повторном обжиге и хорошую термостойкость. Шамотные изделия плохо сопротивляются воздействию железистых шлаков и окалины.

Несмотря на очень высокое распространение шамота в металлургии, его применение заметно сокращается, т. к. его вытесняют новые огнеупорные материалы с более высокими рабочими свойствами.

Полукислые огнеупоры

Их изготавливают из огнеупорных глин смешанных с песком или из полукислых глин, содержащих 15-30 % Al₂ O₃ по той технологии, как и шамотные изделия. Характеризуются хорошим постоянством объёма, менее огнеупорны чем шамотные материалы.

Высокоглинозёмистые изделия

Их изготавливают из природных минералов: андалузита, силиманита, кианита (Al₂O₃ * SiO₂).

Их изготавливают или прессованием с последующим обжигом или литьём из расплава. Высокоглиноземистое сырьё обжигают при температуре 1600-1650 ⁰С, и подвергают очень тонкому помолу. В качестве связующих при формовании используют чистые огнеупорные глины и каолины или фосфатные связки

Применение и свойства высокоглинозёмистых огнеупоров.

Применяют для футеровки узлов сталеплавильных печей, сводов и подин высокотемпературных нагревательных печей и т. д. Из них изготавливают ковшевой и сталеразливочный припас для разливки спец.сталей, защитные трубки и чехлы термопар.

Высокоглинозёмистые огнеупоры сравнительно хорошо противостоят воздействию кислых и основных шлаков.

Высокоглинозёмистые материалы обладают достаточно высокой термической стойкостью и повышенной теплопроводностью.

Разрушение высокоглинозёмистых огнеупоров происходит при резком охлаждении от температуры выше 1200 ⁰С.

Применение высокоглинозёмистых огнеупоров всё больше распространяется и они вытесняют шамотные огнеупорны. Рост их применения сдерживается сравнительно высокой стоимостью.