Вогнетривкі сировинні матеріали

Крім вогнетривкої глини, кремнезему та силіманіту важливими, мінеральними складових вогнетривів є також окис магнію, окис алюмінію і хромової руди.

Окис алюмінію. Мінерали гідрату алюмінію, утворені, головним чином, при розкладенні алюмосилікатних порід, що існували раніше, у родовищах, що містили воду. Установлено, що деякі з таких відкладень являють собою окис алюмінію та окисли заліза, що залишилися після видалення кремнезему, у розчин. Інші відкладення, очевидно, утворилися при розкладенні розчинів, що утримують алюміній. Відносна розчинність окису алюмінію та кремнезему у ґрунтових водах залежить від рН середовища, на що уже указувалося вище при розгляді генезису глин. Окис алюмінію легко розчинна при рН, рівному 4, а кремнезем нерозчинений. Проте в інтервалі значень рН від 5 до 9 окис алюмінію практично нерозчинна, а розчинність кремнезему збільшується.

Найбільша кількість бокситів у керамічній промисловості використовується для виробництва абразивів. Крім того, вони використовуються для виробництва високо глиноземистих вогнетривів і глиноземистих цементів. Окис алюмінію, використовуваний для виготовлення абразивів, виробляється з бокситу по байровському процесі. Цей процес полягає у вибірковому вилуджуванні окису алюмінію в автоклаві розчином каустичної соди, у результаті, чого відбувається осадження А1(ОН)₃, чистота якої досягає 99,5-99,8%.

Окис магнію виробляється, головним чином, із природного магнезиту MgCO₃ і з гідроокису магнію Mg(OH)₂, одержуваної з морської води або сольових розчинів. Невеличку кількість окису магнію одержують із природного брусіта Mg(OH)₂.

У природі зустрічаються кристалічний і псевдо кристалічний типи магнезиту. Перший утворюється з магнезіально-силікатних порід, а другий - у результаті заміщення кальцію в доломіті та вапняку. Псевдо кристалічні відкладення, звичайно, дуже невеликі і менше поширені, чим родовище кристалічного різновиду, але, звичайно, вони містять більш чистий матеріал. Мінерали, що містять вапно, кремнезем і залізо, є головними супутніми мінералами у природному магнезиті.

Окис магнію з морської води одержують при взаємодії останньої з прожареним доломітом. При цьому в готовий продукт біля половини окису магнію переходить із морської води та половина з прожареного доломіту. Морська вода, що містить біля 1,4 кг окису магнію в 1 м³, є майже невичерпним джерелом MgО.

Усі матеріали, що вміщують магній, перед використанням піддають прожарюванню. Каустичний окис магнію одержують із магнезиту шляхом прожарювання при температурах нижче 1560^оС до залишкового утримання CаО, рівного 2-10 %. Намертво обпалений окис магнію одержують шляхом прожарювання природної сировини або окису магнію, отриманої з морської води, при температурах від 1560 до 1760^оС до утворення щільного стабільного продукту. Матеріал, одержуваний з намертво обпаленого окису магнію, отриманої з морської води, містить більш 97% Mg і є чудовою сировиною для виготовлення вогнетривів.

Доломіт. Гірська порода, що складається в основному з мінералу доломіту, що являє собою твердий розчин карбонатів кальцію та магнію з формулою CaMg(CO₃)₂ та є найбільш широко поширеним основним сировинним матеріалом із високою точкою плавлення. У виді кальцинованих агрегатів доломіт широко використовують у металургійній промисловості для гарячого ремонту подів мартенівських печей. Цегли, виготовлені з прожареного доломіту, руйнуються через гідратацію вільного вапна, а також через полиморфне перетворення, що відбувається при охолодженні у двокальцієвому силікаті, що утворився в матеріалі при високих температурах. Стабілізовану доломітову цеглу виготовляють, переводячи вільне вапно в силікати або ферити, звичайно, шляхом уведення добавок серпентину або окису заліза, або шляхом уведення добавок бора, фосфатів та інших стабілізаторів, що запобігають полиморфне перетворення двокальцієвого силікату. Частково стабілізовану цеглу виготовляють, укриваючи кальцинований доломіт смоляними або склоподібними низками, що запобігають його гідратацію. Тонку фракцію доломітової шихти може бути замінено окисом магнію, що також може сприяти уповільненню взаємодії вільного вапна з вологою. Стабілізована доломітова цегла є найважливішим вогнетривом, використовуваним на сталеплавильних заводах. Доломітову цеглу на смоляній низці широко використовують у подинах конверторів із кисневим дуттям, призначених для виробництва сталі.

Хромова руда. Головною складовою частиною хромових руд є складні тверді розчини шпінелей (Mg,Fe) (Al,Cr)₂0₄, утримання яких у матеріалі коливається від 70 до 90%. Інша частина складається з різноманітних магнезіальних силікатів і інших мінералів: кальциту, доломіту, магнезиту і т.д. Хромові руди утворюються при кристалізації основних магм, причому тип мінералів, що утворяться, дуже сильно залежить від самих незначних змін у складі навколишніх магм. Склад і структура хромових руд дуже різноманітні.

Утримання FeО в основному компоненті руди робить важливий вплив на її придатність для виготовлення вогнетривів. Руди з високим утриманням Fe виявляють значне розширення при випалі, а також, знаходячись у контакті з окислами заліза при підвищених температурах. Кількість і характер магнезіальних силікатів також значно впливають на властивості руди. Про кількість силікатів, що присутні у руді, можна судити по утриманню SiO₂. У більшості руд, придатних для використання, утримання SiO₂ лежить у межах від 3 до 6%;

При утриманні SiO₂ менше 3% руда, звичайно, занадто рихла, у той час як цегли, виготовлені з руд з утриманням SiO₂ більше 6%, мають знижену шлакостійкість. Вапно утворить легкоплавкі з'єднання, і його присутність у кількостях, що перевищують 10%, небажана. Кам'янисті руди більш кращі для виготовлення вогнетривів, оскільки вони забезпечують необхідне високе утримання грубих фракцій. Пухкі руди використовують, головним чином, у відповідних композиціях для виготовлення обмазок, застосовуваних для гарячого ремонту печей. При виготовленні вогнетривів, призначених для футерівки мартенівських печей, хромова руда використовується, головним чином, у сумішах із “намертво” обпаленого окису магнію.