Лекция № 12-13 Огнеупоры и теплоизоляционные материалы

План

1. Классификация огнеупоров.

2. Физические и рабочие свойства огнеупоров.

3. Кремнеземистые огнеупорные материалы

4. Алюмосиликатные огнеупорные материалы

5. Магнийсодержащие огнеупорные материалы

6. Цирконистые огнеупорные материалы

7. Углеродсодержащие огнеупорные материалы

8. Карбидкремниевые огнеупорные материалы

9. Огнеупорные растворы, набивочные массы, обмазки и бетоны.

10. Теплоизоляционные материалы

11. Строительные материалы и металлы

1. Классификация огнеупоров

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.

1. По химико-минералогическому составу:

- кремнеземистые;

- алюмосиликатные;

- магнезитовые;

- магнезиально-известковые;

- магнезиально-шпинелидные;

- магнезиально-силикатные;

- цирконистые;

- углеродистые;

- карбидкремниевые.

2. По огнеупорности:

- огнеупорные (1580-1770 ⁰С);

- высокоогнеупорные (1770-2000 ⁰С);

- высшей огнеупорности (свыше 2000 ⁰С).

3. По плотности:

- особоплотные (с открытой пористостью до 3%);

- высокоплотные (3-10%);

- легковесные (45-85%);

- ультролегковесные (более 85%).

4. По способу формования изделия:

- пластично-формованные;

- сухоформованные;

- термопластично-прессованные;

- горячепрессованные;

- плавлено-литые;

- пиленые.

5. По термической обработке:

- обжиговые;

- безобжиговые.

6. По форме и размерам:

- прямые и клиновые нормальных размеров;

- фасонные крупногабаритные массой более 60 кг;

- специальные промышленного и лабораторного назначения.

2. Физические и рабочие свойства огнеупоров.

Огнеупорные материалы характеризуются их физическими и рабочими свойствами.

Огнеупорность — это свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. Огнеупорность определяют стандартным методом.

Предельная температура — это та максимальная температура, при которой огнеупорный материал может работать в футеровке печи без разрушения. При этом подразумевается воздействие на материал только высокой температуры при нагреве и силы давления вышележащих слоев кладки, без учета других факторов, таких как разъедающее действие расплавов, окалины и т. д.

Сопротивление огнеупоров деформации под нагрузкой при высоких температурах зависит от: 1) природы материа­ла — образуется или не образуется связанная кристаллическая решетка; 2) от плотности огнеупора — чем он плотнее, тем выше сопротивление; 3) от количества примесей — чем больше плавящихся составляющих, тем ниже сопротивле­ние деформации; 4) от качества обжига — у плохо обож­женного материала возникает дополнительная усадка.

Термическая стойкость — это способность материала выдерживать резкие колебания температуры, не растрескиваясь и не разрушаясь. Этот показатель характеризуют числом теплосмен, понимая под одной теплосменой цикл нагрева огнеупорного изделия до определенной температуры с его последующим резким охлаждением. Различают водяную и воздушную теплосмены.

Механическая прочность огнеупорных материалов, характеризующая их строительную прочность, т. е. способность выдерживать давление без разрушения, описывается значением предела прочности при сжатии, МПа.

Плотность материала оказывает влияние, как на его механические свойства, так и на теплофизические характеристики. Чем выше плотность, тем лучше огнеупорный материал сопротивляется разъедающему воздействию жидкого металла и шлака, тем ниже его газопроницаемость больше (при прочих равных условиях) механическая прочность. В то же время более плотные материалы обладают повышенной теплопроводностью, т. е. их теплоизолирующие свойства хуже. Для огнеупорных материалов определяют обычно кажущуюся плотность, выражаемую в кг/м³, т. е. отношение массы сухого изделия к его общему объему, включая объем всех пор.

Пористость материала, тесно связанную с кажущейся плотностью, выражают в процентах как отношение объема пор ко всему объему огнеупорного изделия. Она колеблется от 1% в литых огнеупорах до 80% в теплоизоляционных материалах. Пористость огнеупорных изделий возникает в результате образования микротрещин при обжиге вследствие анизотропности кристаллического строения образующих их веществ.

Чем выше пористость, тем ниже плотность, и наоборот. С увеличением пористости повышается газопроницаемость, понижается механическая прочность и шлакоустойчивость. Огнеупорные изделия, используемые для выкладки пода, свода и стен печей, должны обладать минимальной; пористостью, а теплоизоляционные материалы, наоборот максимальной пористостью.

Открытая пористость влияет на газопроницаемость огне упорных изделий; чем выше эта величина, тем больше пор проходящих через кирпич от одной грани до противоположной.

При футеровке печей (особенно плавильных) необходи­мо применять огнеупорные изделия с минимальной газо­проницаемостью, поскольку проникновение газов через кладку может открыть путь для прорыва жидкого металла и шлака.

Шлакоустойчивость характеризует способность огнеупорных материалов противостоять разъедающему действию расплавленных шлаков. Это свойство особенно важно при выборе материала для футеровки плавильных печей.

Основными факторами, определяющими шлакоустойчивость, являются состав огнеупоров и контактирующего с ним шлака, а также температура. Поэтому для уменьшения разъедания футеровки печей, где образуются кислые шла­ки, ее выполняют из огнеупоров на основе кислых оксидов, а при наличии в печи основных шлаков ее футеруют основными огнеупорами.

Теплопроводность огнеупорных материалов оказывает большое влияние на тепловую работу футеровки. Чем она ниже, тем лучше теплоизолирующие свойства кладки. Коэффициент теплопроводности огнеупоров зависит от природы материала, его пористости и температуры.

При увеличении температуры величина коэффициента теплопроводности шамотных и динасовых огнеупоров повышается, а магнийсодержащих и высокоглиноземистых — сильно понижается.

Удельная теплоемкость огнеупорного материала также является важной характеристикой, оказывающей влияние на тепловую работу футеровки, особенно печей периодического действия. Чем выше удельная теплоемкость огнеупорного материала, тем, при прочих равных условиях больше расход тепла на аккумуляцию кладкой печи, изготовленной из этого материала. С ростом температуры теплоемкость всех огнеупорных изделий повышается.

Электропроводность огнеупорных материалов играет очень важную роль в службе футеровки электрических печей, где огнеупорные изделия часто служат изоляторами. При невысоких температурах большая часть огнеупоров (исключение представляют углеродистые, графитовые и карборундовые изделия) являются электроизоляторами.