4.5 Цирконистые и другие типы огнеупоров

Этот тип огнеупоров включает такие группы: бадделеитовые, цирконовые, бадделитокорундовые. Огнеупорной основой этих изделий является оксид ZrO₂, имеющий температуру плавления 2700С. Особенностью этого оксида является его амфотерность: в кислой среде он проявляет щелочные свойства, в основной – кислотные.

ZrO₂ имеет три модификации и в зависимости от температуры переходит из одной в другую с изменением объема до 8 %. Поэтому при изготовлении огнеупоров в шихту вводят CaO и оксиды других щелочно-земельных металлов для стабилизации объема.

Для изготовления бадделеитовых огнеупоров используется минерал бадделеит, состоящий на 70‑90 % из ZrO₂ и содержащий в качестве примесей SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ и др. оксиды.

Шихта состоит на 94‑96 % из бадделеита, CaO – остальное. После перемешивания компонентов из полученной массы готовят брикеты и подвергают их стабилизирующему обжигу 1700‑1900С. Обожженные брикеты размалывают, добавляют пластификаторы и вяжущие и под давлением до 50 МПа прессуют изделия, которые подвергают обжигу при температуре 1700С.

Бадделеитовые изделия отличаются высокой огнеупорностью (около 2500С), хорошей шлакоустойчивостью (особенно против кислых шлаков) и термостойкостью, их используют в атомной промышленности, технике высоких температур, ракетной и реактивной технике. Тигли, трубки, чехлы термопар и т.п. широко используют не только в лабораторных условиях, но и в промышленности. Высокая служебная температура (до 2300С) позволяет использовать эти изделия для футеровки высокотемпературных печей для плавки некоторых цветных и редких металлов.

Цирконовые изделия изготавливают из минерала циркона. В природном виде он содержит 56‑57 % ZrO₂ и 32‑35 % SiO₂. В его состав входят такие примеси как Al₂O₃, TiO₂, Fe₂O₃ и др. При производстве огнеупоров исходный цирконовый концентрат предварительно спекают при 1600С и обрабатывают соляной кислотой для выведения примесей. Изделия изготавливают только на органической связке (клее), без примесей стабилизирующих веществ. После прессования их спекают при 1550С. Огнеупорность готовых изделий 1900‑2000С.

Цирконовые изделия используют для футеровки ванн печей для закалки сталей, для кладки печей для плавки алюминия. Наибольшее использование эти изделия находят при непрерывной разливке стали – это сталеразливочные и погружные стаканы. Основные показатели цирконовых и бадделеитовых изделий приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Физико-химические показатели бадделеитовых и цирконовых огнеупоров

Изделия	Огнеупор­ность, С	Температура начала деформации под нагрузкой, С	Термостойкость (водяных теплосмен)	Удельная масса, г/см3	Тепло­проводность, Вт/(м×К)
Бадделеитовые	2500	1700	25	5,59	1,4‑2,3
Цирконовые	2000	1500	30	4,50	–

Прочие типы огнеупоров.

В современной технологии достигают все больших температур, что требует создания материалов термостойких и шлакоустойчивых при температурах, значительно превышающих 2000С. Для получения таких огнеупоров используют целый ряд чистых оксидов металлов, а также карбиды и нитриды некоторых элементов. Ниже приводятся температура плавления таких соединений: цирконист

Соединения Al₂O₃ BeO ZrO₂ MgO Mo₂C W₂C TiN

t, С 2050 2550 2700 2800 2960 3130 3220

Соединения ZrN ThO₂ TaN HfN TaC HfC

t, С 3255 3300 3360 3580 4150 4160

Эти соединения мало пористые, механически стойкие при высоких температурах и имеют хорошую стойкость в окислительной среде. Производство изделий из этих веществ ограничено трудностями получения самих чистых соединений, а так же процессом их спекания. Перед смешиванием огнеупорных масс из оксидов сырье подвергают предварительному спеканию. Потом продукты обжига разрушают и измельчают на шаровых мельницах. Нужную форму массивных изделий получают прессованием, а тонкостенных и мелки – отливкой из шликерных масс в формы. После сушки изделия спекают в две ступени при максимальной температуре 2500С. На спекание изделий в значительной мере влияет структура исходного материала, размер кристаллов и чистота исходного сырья. Эти изделия используют только для специальных целей в разных лабораторных устройствах, камерах сгорания, ядерных установках, лопатках газовых турбин и т.п.