4.3.2 Магнезиальношпинелидные огнеупоры (периклазохромитовые и хромопериклазовые)

В этом разделе мы рассмотрим шпинельные, хромитовые и хромомагнезитовые огнеупоры по классификации, которую мы приняли в начале курса.

Периклазохромитовыми и хромопериклазовыми называют огнеупоры, получаемые из хромита и спеченного магнезита, их огнеупорной основой является периклаз и хромошпинелиды. Эти огнеупоры называют еще магнезитохромитом и хромомагнезитом. В магнезитохромите > 55 % MgO и > 8 % Cr₂O₃, в хромомагнезите > 20 % Cr₂O₃, и  40 % MgO.

Название хромит имеет минерал хромистый железняк Cr₂O₃FeO, к которому при производстве огнеупоров добавляют необходимое количество обожженного магнезита и глинозема. Хромистый железняк в чистом виде встречается редко, чаще совместно с оксидами Al и Mg и др. элементов. Соединения оксидов двух и трехвалентных металлов называют шпинелями. Отсюда и общее название – шпинелидные огнеупоры.

Температура плавления хромита 2180С, примеси, содержащиеся в хромитовых рудах, снижают температуру плавления. Чистый хромит при нагревании до 1700С не претерпевает никаких изменений. А при более высокой температуре дает небольшую усадку. Для производства огнеупоров пригодны руды с содержанием Cr₂O₃ не ниже 33 %. При меньшем содержании руды загрязнены силикатами и в производстве не используются.

При производстве хромопериклазовых изделий магнезит взаимодействует с хромитом, а неогнеупорные примеси переходят в огнеупорные соединения в результате взаимодействия с избытком магнезита. Одной из примесей в хромитовой руде является змеевик 3MgO2SiO₂2H₂O. При обжиге руды он теряет гидратную влагу (650‑700С) затем разлагается (1000‑1100С)

3MgO2SiO₂  2MgOSiO₂ + MgOSiO₂ (экстатит).

В присутствии избыточного магнезита (1350‑1450С) протекает реакция

MgOSiO₂ + MgO  2MgOSiO₂,

и образуется высокоогнеупорной форстерит.

Одновременно хромит взаимодействует с магнезитом, что приводит к замещению закиси железа оксидом магния. В дальнейшем освободившаяся закись железа в окислительной среде переходит в оксид Fe₂O₃, который, в свою очередь взаимодействует с MgO с образованием магнезиоферрита MgOFe₂O₃.

MgO образует шпинели MgOCr₂O₃, MgOAl₂O₃. Ни хромит, ни периклаз отдельно не термостойки. Их сочетание придает огнеупорам высокую термостойкость.

Наиболее низкоплавкими соединениями являются силикаты кальция, поэтому SiO₂ и CaO для хромопериклазовых изделий являются наиболее вредными примесями.

Относительное содержание хромита и магнезита для получения изделий с максимальной термостойкостью соответствует соотношению 30:70. Шлакоустойчивость же повышается с уменьшением хромита до 20 %.

При производстве изделий рассматриваемого типа большая роль в обеспечении требуемого уровня свойств принадлежит зерновому составу исходных материалов. Для периклазохромитовых изделий марки ПХ используется хромит с размером зерен < 0,5 мм, а магнезит < 0,2 мм. Разновидностью периклазохромитовых (магнезитохромитовых) огнеупоров являются периклазошпинелидные огнеупоры. Они имеют тот же химсостав, но в результате использования периклаза тонкого помола все зерна хромита в процессе обжига связываются шпинелями типа MgOCr₂O₃, MgOAl₂O₃, MgOFe₂O₃. Эти изделия имеют огнеупорность более 2000С, устойчивы против воздействия основных и железистых шлаков.

Прессование магнезитохромитовых и хромомагнезитовых изделий осуществляется по полусухой технологии под давлением 150 МПа. Сушат при температуре 100‑150С, обжигают при температуре 1650‑1750С.

Для сводов мартеновских и электродуговых печей промышленность выпускает изделия таких марок:

ПХСО – периклазохромит сводовый обычный;

ПХСП – периклазохромит сводовый плотный;

ПШСО – периклазошпинелидный сводовый обычный;

ПШСП – периклазошпинелидный сводовый плотный;

ПШСУ – периклазошпинелидный сводовый уплотненный.

Наряду с обожженными производятся и безобжиговые изделия. Они имеют примерно такой же химсостав. В качестве связки, кроме ССБ, применяют водный раствор MgSO₄. Изделия прессуют и сушат при температуре 100‑120С. Их можно использовать в кладке стен шлаковиков и регенераторов, вертикальных каналов, они испытаны в сводах мартеновских печей вместимостью 50‑100 шт.

Кроме сводов мартеновских и электродуговых печей периклазохромит применяют для кладки передней и задней стенок выше шлакового пояса, стен головок и вертикальных каналов, сводов шлаковиков и регенераторов.

Хромитопериклаз также используют для кладки стен головок и вертикальных каналов, им облицовывают стены шлаковиков и регенераторов мартеновских печей.

Эти огнеупоры применяют при сооружении отражательных печей для плавки медного штейна, для футеровки конвертеров цветной металлургии.