2.2.2 Характеристика применяемых огнеупоров

Огнеупоры - материалы и изделия, изготовленные преимущественно из минерального сырья и имеющие огнеупорность > 1580°С. Производство огнеупоров возникло в связи с развитием металлургии, а по мере распространения тепловых агрегатов различного назначения стало одной из важных отраслей во всех развитых странах.

Создание современной, огнеупорной промышленности в России относится к периоду 1929 - 1940 гг.

Огнеупоры изготовляются в виде изделий (кирпичи, фасонные и крупноблочные изделия) и неформованных материалов (порошки, массы, смеси для бетонов); доля последних в разных странах составляет 10 - 25%. Принят ряд общих классификационных признаков для тех и других. По химико-минеральному составу огнеупоры делят на типы - кремнеземистые, алюмосиликатные, глиноземистые, глиноземоизвестковые, магнезиальные, известковые, хромистые, цирконистые, оксидные, углеродистые, карбидкремниевые и бескислородные. При композиционном составе в наименовании огнеупоров на первое место ставится преобладающий компонент. По огнеупорности огнеупоры делят на огнеупорные (1580 - 1770°С), высокоогнеупорные (свыше 1770, до 2000°С) и высшей огнеупорности (свыше 2000°С). По величине открытой пористости (%) различают огнеупоры особоплотные (до 3 включительно), высокоплотные (свыше 3 до 10 включительно), плотные (свыше 10 до 16 включительно), уплотненные (свыше 16 до 20 включительно), среднеплотные (свыше 20 до 30 включительно), низкоплотные (свыше 30); при общей пористости свыше 45% огнеупоры называются теплоизоляционными (легковесными), к которым относят и волокнистые огнеупоры. Огнеупоры могут быть общего назначения и для определения тепловых агрегатов и устройств. Для изготовления огнеупоров используют разнообразные технологии, процессы. Преобладающей является технология, включающая предварительную, тепловую обработку и измельчение компонентов, приготовление шихт с добавлением пластифицированных составляющих, формование из них изделий прессованием на механических и гидравлических прессах или экструзией с последующей допрессовкой или литьем, обжиг в туннельных, реже в периодических и газокамерных печах для получения заданных свойств материала. Изготавливают также безобжиговые огнеупоры. Для неформованных огнеупоров процесс завершается измельчением и смешиванием компонентов.

На ОАО фирме Актис для строительства ванной стекловаренной печи и сушильных барабанов, используемых для варки стекла и сушки сырьевых материалов, применялись следующие виды огнеупорных материалов – табл.2.8.

Таблица 2.8 –огнеупорные материалы стекловаренной печи и сушильных барабанов

Огнеупорный материал	ГОСТ
Изделия огнеупорные бадделеитокорундовые для стекловаренных печей	ГОСТ 23053-78
Изделия крупноблочные огнеупорные и высокоогнеупорные алюмосиликатные для стекловаренных печей	ГОСТ 390-83
Изделия общего назначения: - шамотные - высокоглиноземистые	ГОСТ 6024-75 ГОСТ 10381-75
Изделия динасовые для стекловаренных печей	ГОСТ 3910-75
Основные огнеупоры: - магнезитовые изделия - магнезитохромитовые - хромомагнезитовые - форстеритовые изделия	ГОСТ 4689-74 ГОСТ 10888-76 ГОСТ 5381-72 ГОСТ 14832-79

Цирконистые огнеупоры - огнеупоры, на основе бадделеита ZrO₂ (67,1 % ZrO₂) и циркона (ZrSiO₄). Цирконистые огнеупоры в зависимости от содержания ZrO2 подразделяют на: оксидциркониевые (> 85 % ZrO₂), бадде-леитокорундовые (20-85 % ZrO₂ и до 65 % А1₂О₃), цирконовые (> 50 % ZrO₂ и > 25 % Si₂O,), оксидцирконийсодержащие (< 20 % ZrO₂). Свойства:

кажущаяся плотность 3000 – 3400 кг/м³, температура начала деформации под нагрузкой 200 кн/м² 1500-1570°С, огнеупорность до 2600°С.

Алюмосиликатные огнеупоры - огнеупоры, изготовленные преимущественно из А1₂О₃ и SiO₂. Алюмосиликатные огнеупоры подразделяют на полукислые (14-28% А1₂О₃), шамотные (28-45%), высокоглиноземистые (49-95%) и применяют во многих тепловых агрегатах. Основные свойства показаны в табл. 2.9.

Таблица 2.9 – основные свойства алюмосиликатных огнеупорных изделий

Показатели	Полукислые изделия		Шамотные изделия		Высокоглинозёмистые изделия
	класс А	класс Б	класс А	класс Б	ВГО-62	ВГУ-62	ВГО-72
Огнеупорность не ниже, °С	1710	1670	1730	1670	1800	1800	1800
Пористость кажущаяся не выше, %	27	30	30	30	24	17	24
Предел прочности при сжатии не ниже, Мн/м^2	10	15	12,5	12,5	25	60	30
Шлакоустойчивость	умеренная	умеренная	хорошая	хорошая	хорошая	отличная	отличная
Термостойкость	хорошая	умеренная	хорошая	хорошая	хорошая	умеренная	хорошая

Шамотные огнеупоры - алюмосиликатные огнеупоры, содержащие 28-45% А1₂О₃ и 50-70 SiO₂. Технология производства формованных шамотных огнеупоров включает: обжиг глины (каолина) при 1300-1500°С во вращающихся или шахтных печах, измельчение полученного шамота, смешивание со связующей глиной и водой (иногда с добавлением других связующих материалов), формование, сушку и обжиг при 1300-1400°С. Степень спекания шамота характеризуется водопоглащением, которое обычно составляет от 2-3 до 8-10% (для “низкожжёного” шамота 20-25%). Неформованные шамотные огнеупоры изготовляют из измельчённого шамота и связующих материалов и применяют в виде мертелей, набивных масс, порошков, заполнителей бетонов и др. при выполнении и ремонте огнеупорных футеровок разных тепловых агрегатов.

Высокоглиноземистые огнеупоры - алюмосиликатные огнеупоры, содержащие > 45% А1₂О₃. Высокоглиноземистые огнеупоры подразделяются на муллитокремнеземистые (МКР, 45-62% А1₂О₃), муллитовые (МЛ, 62-72% А1₂О₃) и муллитокорундные (МК, 72-90% А1₂О₃). Изделия МКР изготавливают на основе шамота из бокситов, глин и бокситов, а также концентратов высокоглиноземистых алюмосиликатов, МЛ и МК - на основе технического глинозема, электрокорунда, маложелезистых бокситов, богатых глиноземом. Высокоглиноземистые огнеупоры применяют для тепловых агрегатов с рабочей температурой выше 1300-1350°С.

Корундовые огнеупоры - огнеупоры, содержащие > 95% А1₂О₃. Корундовые огнеупоры изготавливают из порошков электроплавкого корунда и технического глинозема, формуют разными способами и обжигают при 1600-1750°C. Корундовые огнеупоры применяют в агрегатах с рабочей температурой до 1750-1800°С, они обеспечивают необходимую стойкость в условиях контакта с расплавом стекла, щелочами и кислотами.

Основные свойства: огнеупорность 1900-2050°С, высокая прочность, хорошая шлакоустойчивость. Изготавливают спечённые корундовые огнеупоры с пористостью менее 1%, используемые в агрессивных средах, а также легковесные с кажущийся плотностью 600 – 1500 кг/м³, используемые в качестве высокотемпературной изоляции. Неформовованные корундовые огнеупоры - мертели и бетоны с корундовым заполнителем применяют для для изгототовления и ремонта огнеупорных футеровок с рабочей температурой > 1700°С.

Кремнеземистые огнеупоры - огнеупоры, содержащие > 80% SiO₂. К ним относят наиболее распространенные динасовые и кварцевые огнеупоры, а также кварц, стекло.

Динасовые огнеупоры содержат > 93% SiO₂ или 80-93% SiO₂ (при изготовлении с добавками) и изготовливаются из кварцитов. В порошок кварцита добавляют известковое молоко и железистые добавки, формуют на прессах изделия заданных, размеров и обжигают при 1430-1460°С. Динасовые огнеупоры применяют для футеровки стекловаренных печей, воздухонагревателей, а также ряда плавильных агрегатов. Неформованные динасовые огнеупоры - мертели, материалы для обмазок и т.п. изготавливают из молотого боя динасовых огнеупоров и кварцитов и применяют при ремонте кладки. Огнеупорность динасовых огнеупоров 1680-1730°С, температура начала деформации под нагрузкой 200 кн/м² – 1630-1670°С. Изготавливаются также легковесные динасовые огнеупоры с плотностью 1100-1300 кг/м³.

Магнезитовые огнеупоры состоят из окиси магния (периклаза) с 1 - 10% примесей. Магнезитовый порошок получают обжигом при

1700 - 2000°С во вращающихся или шахтных печах магнезита или других, преимущественно гидратных, соединений магния. Последние могут быть природными (брусит) или добытыми химическим способом из солей морской воды и (реже) магнийсодержащих минералов (доломита, бишофита и других). Порошок состоит из зёрен крупностью до 5 - 15 мм с пористостью

5 - 20%, его огнеупорность 2300 - 2800°С (в зависимости от чистоты). Порошок применяют для производства магнезиальных огнеупорных изделий, среди которых магнезитовыми (периклазовыми) считают содержащие более 90% MgO, а магнезитовыми на различных связках — более 80% MgO. Плавкой магнезитового порошка в дуговых печах получают плавленый периклаз, идущий после измельчения на производство огнеупорных изделий, для набивки тиглей индукционных плавильных печей, а особо чистый — для электротехнических целей. Из наплавленных блоков периклаза вырезают также цельные огнеупорные изделия с близкой к нулю пористостью.

Магнезитохромитовые огнеупоры - изготавливаются из смеси магнезитового (периклазового) порошка (65-80%) и молотого хромита (35-20%). Для повышения термостойкости изделий хромит или часть периклаза вводят в исходную массу сравнительно крупнозернистыми

(3-0,5 мм), а остальное в тонкоизмельчённом виде. Массу с добавлением 1-2% органического связующего (например сульфитно-спиртовой барды) прессуют под давлением 100-150 Мн/м². Изделия обжигают в туннельных печах при 1600-1750°С. Свойства: плотность кажущаяся 3000-3300 кг/м³, пористость открытая 14-20%, предел прочности при сжатии 40-60 Мн/м², температура начала деформации под нагрузкой 200 кн/м² 1500-1630°С, термостойкость – более 6-10 теплосмен (1300°С- вода), хорошая устойчивость против основных и железистых расплавов. Более плотные изделия, изготовляемые из масс с тонкоизмельчённой смесью магнезита с хромитом, называются периклазошпинелидными. Из чистых исходных материалов обжигом при более высоких температурах получают изделия с “прямой связью” кристаллов периклаза и шпинелидов, отличающиеся более высокой стойкостью. Изготовляются также безобжиговые изделия на химическом связующем и армированные магнезитохромитовые огнеупоры

Хромомагнезитовые огнеупорные изделия, хромитопериклазовые, изготовляются из смесей хромита (40—50% или несколько более) и обожжённого магнезита. Огнеупорность хромомагнезитовые огнеупорные изделия около 2000°С и выше (в зависимости от чистоты сырья). Выпускаются обожжённые и безобжиговые хромомагнезитовые огнеупорные изделия на различных связках, в том числе армированные металлическими пластинами.

Форстеритовые огнеупорные изделия, содержат преимущественно форстерит Mg₂[SiO₄]. Изготавливаются в виде кирпичей разных размеров из природных магнезиальных силикатов – дунитов, а также оливинитов, серпентинитов, талькомагнезитов – путём обжига сырья, измельчения, часто смешивания с добавкой спёкшегося магнезита, формования на прессах и обжига; изготавливают также безобжиговые форстеритовые огнеупоры на различных связках. Свойства: кажущаяся плотность 2500-2800 кг/м³, предел прочности на сжатие 30-50 Мн/м², температура начала деформации под нагрузкой 1560-1670°С, огнеупорность 1790-1850°С. Форстеритовые огнеупоры применяют для насадок регенераторов стекловаренных печей.