8. Карбидкремниевые огнеупорные материалы

Огнеупорной основой этих изделий служит карборунд, или карбид кремния SiC, получаемый плавкой смеси, со­стоящей из кварцевого песка и нефтяного кокса. Плавку ведут в электропечах сопротивления при 2000—2200°С.

Для ошлакования и удаления в виде хлоридов примесей в кварцевом песке (AI2O3, Fe₂O₃) в шихту вводят поварен­ную соль. В процессе плавки происходит восстановление диоксида кремния углеродом кокса и затем его соединение с углеродом, в результате чего образуется SiC.

Карборунд очень твердое вещество, он не размягчается, не расплавляется при нагреве и только при 2300°С раз­лагается на кремний и углерод. При нагреве на воздухе карборунд начинает окисляться при 1000 °С и этот процесс протекает очень интенсивно уже при 1700 °С.

Несмотря на большую твердость, карборунд хрупок и поэтому легко поддается измельчению, после чего из него изготовляют карборундовые (рекристаллизированные) и карбидкремнийсодержащие (карбошамотные) изделия.

Карборундовые огнеупоры изготовляют из тонкоизмельченного порошка (<0,06 мм) карборунда на связке из жидкого стекла обжигом отформованных изделий при тем­пературе, превышающей 2000°С в восстановительной среде.

При этом происходят рекристаллизация карборунда и об­разование монолита по всему объему изделия. Благодаря этому полученные изделия обладают высокой огнеупор­ностью и прочностью. Они не деформируются при темпера­турах до 1700 °С и служат при высоких температурах без существенного износа вследствие окисления. Их термиче­ская стойкость превышает 20 водяных теплосмен. Карбо­рундовые огнеупоры не взаимодействуют с окалиной.

Кароидкремнийсодержащие огнеупоры изготовляют из смеси карборунда, шамота и пластичной глины (содержа­ние карборунда может колебаться от 20 до 85 %). Техноло­гия изготовления карбошамота аналогична технологии из­готовления шамотных изделий.

Основными достоинствами этих огнеупоров являются высокая механическая прочность и твердость, хорошая тер­мическая стойкость (до 5 водяных теплосмен). Их недо­статками являются окисляемость при температурах выше 1300 ^СС и плохая сопротивляемость основным шлакам. Пре­дельная температура службы карбошамотных огнеупоров несколько ниже, чем карборундовых. При этом они дешевле.

Применение карборундовых огнеупоров

Из них изготовляют трубки рекуперативных теплообмен­ников, электрические нагреватели — силитовые стержни для печей сопротивления (благодаря электропроводности этого материала), а также муфели и тигли высокотемпературных печей. Из карборунда также изготовляют подовые плиты нагревательных электрических печей сопротивления. Кар­борундовые блоки применяют для футеровки монолитного пода томильной зоны крупных методических печей.

Карбошамот используют для изготовления блоков и тру­бок рекуператоров и выполнения муфелей, а, кроме того, кирпичи и блоки из этого материала находят применение для футеровки пода коксовых печей.

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

Огнеупорные растворы

Для обеспечения плотности футеровки печей и ее хорошего сопротивления проникающему и разъедающему воздействиям раскаленных газов, расплавленных шлаков и металлов швы между отдельными кирпичами в процессе кладки чаще всего заполняют либо огнеупорными растворами.

Огнеупорные растворы всегда готовят на основе того же материала, из которого изготовляют огнеупорную футеровку, т. е. в качестве основы раствора для шамотной кладки используют шамот, для кладки из высоко глинозе­мистого кирпича — соответствующий высокоглиноземистый материал, для динасовой — динас и т. д.

Для улучшения сцепления раствора с кирпичами и, главное, для ускоренного затвердевания раствора на воздухе при комнатной температуре в него иногда добавляют 1—2 % жидкого стекла или цемента.

При разогреве печи происходит взаимодействие раствора с огнеупорными кирпичами и в процессе обжига он образует надежную монолитную футеровку.

Огнеупорные набивочные массы

Они находят все более широкое применение для изготовления монолитных футеровок.

Набивочная масса должна спекаться при высокой температуре (при разогреве печи и при ее работе). При этом масса должна сохранять постоянство объема по всему сечению футеровки, иначе спекшийся (горячий) слой будет отслаиваться.

Основой набивочных масс служит соответствующий огнеупорный материал в виде порошка тонкого помола. Так, для кислой футеровки используется чистый тонкомолотый кварцит SiO₂, а для основной — порошок обожженного магнезита МgО.

Разновидностью набивочных масс являются торкрет-маcсы, наносимые в процессе изготовления футеровки.

Основой торкрет-масс является соответствующий огнеупорный материал в виде порошка.

Этот метод позволяет существенно ускорить, упростить и удешевить выполнение футеровки и ее ремонт.

Огнеупорные обмазки

Их применяют либо для уплотнения футеровки (наносятся снаружи кладки), либо для защиты ее от воздействия высокой температуры (наносятся на внутреннюю, рабочую поверхность футеровки).

Защитные обмазки должны обладать не только соответствующей огнеупорностью, но и хорошей сцепляемостью с кладкой. В состав этих обмазок входят в качестве основы различные огнеупорные порошки (шамот, кварцит, хромит, хромомагнезит, диоксид циркония и т. д.) с добавлением связующих веществ и воды.

Их применяют в нагревательных печах и очень редко в плавильных выше уровня шлака. Защитные обмазки часто используют при горячих ремонтах печей для заделки небольших отверстий в кладке.

Огнеупорные бетоны применяют для выполнения верхней части фундамента доменных печей, полной футеровки электрических плавильных печей, колодцев для нагрева слитков, различных печей для нагрева заготовок перед прокаткой и под термообработку, тепловой изоляции глиссажных труб и т. д.

Сушка и разогрев требуют очень длительного времени (до 100 ч), а стойкость ее в эксплуатации остается более низкой.

Огнеупорные бетоны

Их применяют все более широко для изготовления монолитной футеровки печей и топок методом сооружения опалубки соответствующей формы из дерева или из металла, заливки в нее жидкий бетонной массы и разборки опалубки после затвердевания бетона.

Огнеупорные бетоны готовят на основе стабилизированного портландцемента либо глиноземистого или магнезиального цемента с использованием в качестве заполнителя тонкомолотого и дробленого соответствующего обожженного огнеупорного материала.