Рабочие свойства огнеупоров

Рабочие свойства, в отличие от физических, более полно характеризуют поведение материалов в условиях службы в промышленных печах, однако характеристики этих свойств носят условный характер и зависят от методики испытания образцов, принятой ГОСТом.

К рабочим свойствам относят огнеупорность, термическую устойчивость (термостойкость), строительную прочность, постоянство объёма, шлакоустойчивость, постоянство форм и точность размеров огнеупорных изделий.

Огнеупорность характеризует способность материала выдерживать воздействие высоких температур без приложения внешних нагрузок. Образцы испытуемого материала помещают в печь, нагревают и наблюдают за изменяющейся формой образца. При нагреве материал образца постепенно размягчается, образец деформируется, изгибается и, наконец, своей вершиной касается пода печи. Температуру, при которой это происходит, принимают за огнеупорность, сокращенно обозначаемую буквами ПК и температурой, уменьшенной по сравнению с отмеченной при испытании, в 10 раз.

Например, если предел огнеупорности определен как 1730 С, то его обозначают как ПК173.

Термостойкостью называют способность материала выдерживать резкие изменения температуры. При испытании на термостойкость образцы помещают в печь для нагревания до 850 С. Затем быстро погружают в проточную воду. Такой цикл называют водяной теплосменой (ВТС). После теплосмены и сушки образец взвешивают и отмечают потерю массы по сравнению с первоначальной (из-за возникающих в материале образца механических напряжений, вследствие чего происходит шелушение образца, сколы) и испытание продолжают. Характеристикой термостойкости является число водяных теплосмен, выдержанных образцом, до потери им 20 % от первоначальной массы.

Строительная прочность огнеупора служит мерой сопротивления его деформации под действием внешней нагрузки при высоких температурах.

При определении строительной прочности образец из испытуемого материала нагружают грузом из расчёта 2 кгс / см², или 0,198 МПа и нагревают в печи. Отмечают температуру начала деформации под нагрузкой и опыт продолжают до сжатия образца на 40 % от первоначальной высоты образца.

Материалы с преобладанием аморфной массы в их составе начинают деформироваться (размягчаться) уже при сравнительно невысокой температуре, например шамот класса В 3-го сорта уже при 1350 С. Материалы с преобладанием кристаллической основы не размягчаются почти до температуры плавления, например, динас – до 1700 С.

Сводка данных о рабочих свойствах огнеупоров дана в табл. 8.1.

Важнейшие свойства

Категория	Групповое наименование	Наименование вида	Химичес- кая природа	Состав	Огнеупор-ность, ПК
О Г Н Е У П О Р Ы	Алюмоси-ликатные	1) Шамотные	Слабо- кислые	>30 % Al2O3; <60 % SiO2	161... 173
		2) Бесшамотные		То же	То же
		3) Многошамот- ные		До 90 % шамот	То же
		4) Полукислые		15...30 % Al2O3; >65 % SiO2	161...174
		5) Высокогли- нозёмистые	Нейт- ральные	>35%Al2O3	175...185
	Кремнезё-мистые	6) Динасовые	Кислые	>93% SiO2	169...171
	Магнезитовые	7) Магнезитовые	Основные	>85% MgO	≈ 200
	Хромитовые	8) Хромитовые	Нейт- ральные	>25% Cr2O3	>180
	Магнезиально-хромистые	9) Магнезито-хромитовые	То же	8...18 % Cr2O3; ≈ 60% MgO	≈ 200
		10) Хромомагнезитовые	То же	> 15 % Cr2O3
	Магнезиально-си-ликатные	11) Тальк	Нейт- ральные	Mg3[Si4O10]. · (OH)2	150...155
ВЫОКО – ОГНЕУПОРЫ	Углероди-стые	12) Графитовые	Нейт- ральные	C + огн. глина	≈ 200
		13) Угольные
	Цирконистые	14 ) Цирконие-вые	Кислые	ZrO2	> 200
		15) Цирконовые
	Карборундовые	16) Карбофракс	Кислые	SiC	> 200
		17) Рефракс	Кислые

Таблица 8.1

огнеупорных материалов

Термо- стойкость	Строительная прочность	Постоянство объёма	Примечания
1) > 25 в.т.с.	Начало деформации 1200...1250 оС	Усадка	Сырьё – огнеупорная глина Al2O3. 2SiO2.2H2O. После обжига муллит 3[Al2O3.2SiO2] +4SiO2 Многошамотные изде -лия содержат до 96 % шамота
2) Высокая	Высокое	То же
3) До 100в.т.с.	Высокое	Малая усадка
4) Высокая		Малая усадка
5) Высокая	Начало деформации 1400 оС	Постоянство объёма
6) Средняя	Начало деформации около 1700 оС	Рост объёма
7) Невысокая	Начало деформации 1500 оС	Постоянство объёма	Сырьё – хромит FeO Cr2O3
8) Средняя	Начало деформации 1500 оС	То же	Сырьё – магнезит MgCO3
9) 5 .. 20 ВТС	То же	То же
10) То же	То же	То же
11) То же	То же	То же	Не реагируют с оксидами железа
12) Высокая	Высокая	То же	Служат только в восстановительной среде
13) То же	То же	То же
14) До 70 ВТС	Высокая	То же	Для любых сред
15) То же	То же	То же
16) Высокая	Высокая	Высокое	Служат только в восстановительной среде
17) То же	То же	То же

Примечания к таблице 8.1:

1) Слово «шамот» означает «обожженная глина» (франц.): огнеупорную глину подвергают обжигу при 1200…1400 С до полного спекания с закрытием пор. Затем ее размалывают, сортируют по фракциям и с добавлением сырой глины в качестве связки формуют изделия, сушат их и обжигают. Бесшамотные изделия производят из так называемых «сухарных» глин, не содержащих кристаллизационной воды и не нуждающихся в предварительном обжиге. Многошамотные изделия в качестве связки содержат клеящие добавки.

2) Термин «динас» связан с названием динасового песчаника (во Франции) по месту добычи и первого промышленного применения.

3) Тальк – силикат магния Mg₃ Si₄O₁₀ (OH)₂, характеризуется малым коэффициентом трения (сухая смазка), не реагирует с железной окалиной. Хороший материал для изготовления пода камерных печей садочного типа.

Шлакоустойчивость выражает способность материала противостоять разъедающему действию шлаков при высоких температурах. Шлакоустойчивость, в первую очередь, определяется химической природой огнеупора. Химически основные огнеупоры быстро разъедаются кислыми шлаками, и наоборот, вследствие образования легкоплавких эвтектик. По этой же причине при сооружении печи следует избегать непосредственного соприкосновения основных материалов с кислыми.

Постоянство объёма огнеупорного изделия (кирпича и др.) является важным фактором, который учитывают при проектировании и сооружении печей. Термическое расширение невелико и при нагревании, например до 1000 С не превышает десятых долей процента относительно размеров при нормальных условиях. Однако изменение объёма огнеупора может быть вызвано физико-химическими изменениями компонентов материала. В одних случаях эти компоненты претерпевают преобразование своих кристаллических модификаций с ростом объёма при повышении температуры. В других случаях в процессе службы огнеупора продолжается процесс спекания компонентов и уменьшения их объёма.

Очень важным является соблюдение формы и точности размеров огнеупорного кирпича и фасонных изделий, табл.8.2.

Таблица 8.2