1.10.3.3. Свойства огнеупоров

Тяжелые условия, в которых работают огнеупоры в тепловых агрегатах вообще и в сталеразливочных ковшах в частности предъявляют очень высокие требования в отношении соответствия свойств огнеупорных материалов условиям, в которых они работают. Правильный выбор того или иного материала футеровки ковша в зависимости от его размеров и условий его эксплуатации или искусственное изменение некоторых свойств этого материала могут значительно изменить стойкость футеровки а, следовательно, значительно повлиять на производительность работы ковшового хозяйства.

Ниже приведены краткие сведения о важнейших свойствах огнеупоров.

Огнеупорность (°С) – свойство материала противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Она определяется условной температурой, при которой стандартный образец данного материала деформируется до условно принятых значений. Другими словами, это та предельная температура, которую теоретически может выдержать огнеупор, не расплавляясь, при отсутствии механических воздействий и влияния других факторов, вызывающих дополнительные разрушения. На практике огнеупоры никогда не работают при температурах, характеризующих их огнеупорность.

Деформация сжатия при высоких температурах – способность материала противостоять одновременному воздействию высоких температур и сжимающей нагрузке. Она определяется температурой, при которой деформация сжатия под нагрузкой 0,2 МН/м² (2 кг/см²) достигает заранее заданных значений. В соответствии с ГОСТ 4070 обычно определяют три показателя деформации сжатия: температуру начала деформации, температуру при 4 % сжатия и температуру при 40 % сжатия. В отличие от показателя огнеупорности температура деформации сжатия больше соответствует практическим условиям эксплуатации огнеупоров.

Предел прочности при сжатии (н/м² или кг/см²) – способность материала выдерживать давление без разрушения при нормальной температуре; характеризует строительную прочность огнеупора.

Объемная масса (г/см³) – отношение массы сухого образца к общему его объему; характеризует плотность изделий.

Пористость кажущаяся (открытая пористость) (%) – отношение объема, занятого в образце открытыми (т. е. сообщающимися между собой и с атмосферой) порами, к общему объему образца.

Пористость истинная (общая пористость) (%) – отношение объема всех пор (открытых и закрытых) образца к общему объему образца.

Дополнительная линейная усадка (%) – необратимое изменение размеров изделий в результате нагревания при высоких температурах.

Шлакоустойчивость – способность огнеупорного материала противостоять разрушающему действию шлаков при высоких температурах. Разъедающее действие шлаков выражается в коррозии, т. е. химическом взаимодействии шлака и огнеупора, и в эрозии, т. е. механическом истирании шлаком футеровки. Шлакоустойчивость футеровки определяется химическим составом и температурой шлака, химико-минералогическим составом огнеупора и шлака, структурой огнеупора и вязкостью шлака.

Чем выше температура стали и шлака, заливаемых в ковш, тем интенсивнее идет процесс коррозии огнеупоров. О влиянии химико-минералогического состава футеровки на ее шлакоустойчивость можно судить только по отношению к шлаку определенного состава – чем ближе химические составы шлака и огнеупорного материала, тем медленнее идет коррозия футеровки. Поэтому при кислых шлаках кладут футеровку из кислых огнеупоров, при основных шлаках – из основных огнеупоров.

Структура огнеупоров – степень пористости, характер пор (открытые или закрытые), их размер, зерновой состав и доля стекловидной связки – также значительно влияет на шлакоустойчивость огнеупора. Чем больше пористость и величина пор, тем интенсивнее идет процесс коррозии; чем крупнее зерна, тем огнеупор устойчивее против коррозии, но менее устойчив против эрозии. Мелкозернистые огнеупоры оказываются более стойкими при динамическом действии шлака, т. е. при его движении во время наполнения ковша и во время разливки стали.

Термостойкость – способность огнеупора противостоять механическому разрушению под влиянием резких колебаний температур. Эти колебания, а также разница температуры в различных слоях футеровки вызывают термические напряжения. При превышении допустимой для данного огнеупора величины напряжений футеровка раскалывается или растрескивается, поэтому показателем термостойкости огнеупора является число теплосмен, которые он выдерживает до появления трещин. Иногда определяют число теплосмен, которые выдерживает огнеупор до потери 20 % массы.

Термостойкость зависит главным образом от механической прочности огнеупора и теплового режима работы футеровки. Также имеют значение физико-химические свойства огнеупора. Например, чем выше его теплопроводность, чем меньше коэффициент линейного расширения и модуль упругости, тем выше термостойкость огнеупора.