4.5. Випаровуваність

При температурах вище 1600-1800 ^оС вогнетриви починають випаровуватись, тобто втрачати свою масу. Швидкість випаровування визначають при нагріванні і безперевному зважуванні зразка в середовищі повітря або вакуумі. Втрати маси зразком відносять до його зовнішньої поверхні, кг/(м²с). В порах, особливо дрібних, встановлюється рівноважний тиск парів і тому приймають, що речовина на поверхні пор в об'ємі вогнетриву не бере участі в випаровуванні.

Випарувані атоми чи їх комплекси конденсуються в більш холодних частинах печі. Одночасно може також проходити дисоціація молекул і їх взаємодія з поверхнею оточуючих матеріалів. Утворення атомарного кисню при дисоціації молекул в вакуумній печі приводить до окиснення нагрівників з W, Mo, Nb, Ta. При цьому утворюються легколеткі оксиди, внаслідок чого нагрівник випаровується і кородує. Оксиди цих металів в свою чергу є кородуючим матеріалом для вогнетривкого футерування.

Випаровуваність оксиду в вакуумі прямо пропорційна пружності його парів при даній температурі. В повітряному чи інертному середовищі на випаровуваність оксидів значний вплив виявляє парціальний тиск кисню чи іншого газу. Наприклад магнезитові вогнетриви в вакуумі починають випаровуватися вже при 1800-1900 ^оС. В повітряному середовищі таке випаровування наступає при 2000-2100 ^оС.

Висока пружність пари SіО₂ обумовлює велику швидкість випаровування виробів, які містять SіО₂ як в кристалічному стані так і в склоподібній фазі. Проте міцно зв'язаний SіО₂ (наприклад в муліті) не піддається такому швидкому випаровуванню.

Випаровуваність деяких вогнетривів в вакуумі при 1600 ^оС складає:

відкрита пори- швидкість випаровування,

стість, % кг/(м²с) 10⁸

шамотні 16 14,0

каолінові 13 10,0

мулітові 16 2,5

периклазові 22 8,0

12 3,0

хромопериклазові 22 35,0

В повітрі вогнетриви випаровуються приблизно в 10 разів повільніше.

4.6. ТЕРМОГАЗОСТАБІЛЬНІСТЬ

Під термогазостабільністю розуміють стійкість вогнетривів в змінних окисно-відновних умовах при постійній чи змінній температурі. Зміна характеру середовища викликає зміну стехіометрії оксидів змінної валентності і відповідно зміну йонного радіусу їх катіонів, що "розхитує" структуру оксидів. Випаровування оксидів в відновному середовищі приводить до збільшення пористості і зменшення міцності.

На термогазостабільність виявляє вплив пористість вогнетриву, структура пор, їх розмір і розподіл, а також газопроникність.

5. ХЕМІЧНА СТІЙКІСТЬ

Під хемічною стійкістю розуміють здатність вогнетривів чинити опір кородуючій дії рідких, твердих чи газоподібних речовин. Приблизно дві третини вогнетривів руйнуються через недостатню хемічну стійкість.

Випалювані речовини (вапно, клінкер, скломаса) чи побічні продукти випалу (шлаки, пил, гази) вступають в хемічну взаємодію з вогнетривами печі, тобто відбувається корозія футерування. На поверхні футерування утворюється розтоп шлаку і вогнетриву, який частково проникає в футерування, а частково формує на поверхні тонкий контактний шар. Контактний шар змивається або стікає, а в деяких випадках вимиває і захоплює з поверхні вогнетриву великі зерна, які не встигли розчинитися в шлаці. Цей процес, що є супутнім корозії, називають ерозією.

Інтенсивність корозії залежить від хемічного складу вогнетриву і шлаку і температури. При взаємодії основних металургійних шлаків, які містять 50-75% основних оксидів CaO, MgO, FeO і MnO, з алюмосилікатними вогнетривами і динасом, в склад яких входить близько 95% кислотних оксидів SіO₂ і Al₂O₃ утворюються нові легкотопкі і менш в'язкі сполуки. Внаслідок цього шлакостійкість силікатних і алюмосилікатних вогнетривів при температурах вище 1400-1500 ^оС стає незначною і різко зменшується при підвищенні температури. При дії цих же шлаків на магнезитові, доломітові, хромомагнезитові, вогнетриви, які містять значну кількість основних оксидів MgО і СaО, роз’їдання шлаком незначне.

Хемічну природу шлаків характеризує їх основність: =СaО/SіО₂. В залежності від цього співвідношення розрізняють шлаки: кислі (менше 0,9); низької основності (1,1-1,7); середньої основності (1,9-2,5); високої основності (2,7-3,3). При відношенні СaО/SіО₂ до 2,5 агресивність шлаку зростає, а при основності більше 2,5 проходить утворення 2СaОSіО₂ і кристалізація двокальцієвого силікату, що різко підвищує в'язкість шлаку. Таким чином найбільша агресивність шлаку проявляється в певному інтервалі його основності. Наприклад, по відношенні до алюмосилікатних вогнетривів при температурах до 1600 ^оС інтервал агресивності металургійного шлаку знаходиться при його основності в межах 1,3-2,5.

Агресивність шлаку залежить від його в'язкості. Кислі шлаки, які містять 45-50% SіО₂ і більше, характеризуються високою в'язкістю. Основні шлаки є менш в'язкими, а отже більш рухомими.

Для алюмосилікатних вогнетривів характерно головним чином поступове поверхневе роз’їдання. Це обумовлено високою в’язкістю рідкої фази таких матеріалів, що перешкоджає прониканню в неї шлакуючих оксидів. Крім того відсутність різкої відмінності в хемічній природі і, отже, в швидкості розчинення склоподібної фази і рівномірно розподілених в ній дрібних кристалів муліту запобігає ерозії алюмосилікатних вогнетривів.

Для магнезитових і хромітових вогнетривів висока хемічна стійкість периклазу, хромистого залізняка, шпінелей і значно менша стійкість зв'язної складової сприяють роз’їданню в першу чергу склоподібної фази. При цьому магнезіальне скло взаємодіє із шлаком, пилом чи матеріалом, збагачуючись різними оксидами. В залежності від природи поглинених оксидів матеріал може втратити необхідну вогнетривкість або внаслідок перекристалізації настільки змінити фазовий склад, що приведе до руйнування вогнетриву. Як правило збільшення кількості рідкої фази і пониження її в'язкості приводить до вимивання мало розчинної в цій рідині основної кристалічної фази вогнетриву, наприклад щільних зерен периклазу в магнезитових вогнетривах чи кристобаліту в динасі.

При зменшенні кількості склоподібної фази, що пов'язано з використанням більш чистої сировини стійкість вогнетриву зростає. Наприклад для забезпечення високої корозійної стійкості склепіння мартенівських печей використовують висококремнеземистий особливо щільний динас.

Шлакостійкість вогнетривів близьких за хеміко-мінералогічним складом перш за все визначається щільністю і монолітністю їх будови. Тому для служби в умовах активної дії шлаку необхідно використовувати вогнетриви максимальної щільності.