4 Материалы и элементы печей

4.1 Свойства огнеупоров и их служба

4.1.1 Огнеупоры, их определение и назначение

Огнеупорами называют такие строительные материалы, которые согласно стандарту должны иметь температуру плавления не ниже 1580° С.

В промышленной практике для сооружения метал-лургических печей широко применяют материалы с тем-пературой плавления, значительно более высокой чем 1580° С. В печах для плавки стали и других специальных сплавов железа, при выплавке никеля и кобальта используют материалы с огнеупорностью порядка 1700-2100°С. Таким образом огнеупорные материалы требуются для сооружения печей, в которых обработка материалов связана с высокими температурами. Иначе говоря из огнеупорных материалов сооружают различные нагревательные, сушильные, обжиговые и плавильные устройства, а также сталеразливочный припас и футеровку ковшей для разливки стали и других металлов.

Основными требованиями, предъявляемыми к футеровочным материалам являются сопротивление высоким температурам, термостойкость и стойкость против хими­ческого воздействия различных расплавленных сред, современная огнеупорная промышленность производит изделия с огнеупорностью до 2100° С. Исключением является углерод и его модификация графит, которые могут выдерживать температуры до 2200-3000° С и хоро­шо противостоять разъедающему действию большинства расплавов. Но редкие металлы очень активно взаимо­действуют с углеродом, образуя с ним карбиды и получить эти металлы чистыми, т. е. свободными от углерода в печах с графитовой футеровкой не представляется воз­можным. В некоторых случаях, например, в производст­ве Аl, Zr, Тh, Ве и других редких металлов, которые по­лучаются во фтористых средах, и вообще при электроли­зе фторидов, углерод и его модификация графит явля­ются незаменимыми огнеупорами.

2. Физико-химическая характеристика огнеупоров

При сооружении печей для металлургических процес­сов огнеупорные материалы надо подбирать с учетом химических свойств перерабатываемых материалов. Плавка металлов, при которой шлаки получаются с высоким содержанием кремнезема (SiО₂), на­зывается кислой. В этом случае футеровку пе­чей тоже необходимо изготовлять из кислых огнеупоров, т. е. состоящих из SiО₂. При выплавке металлов с основными шлаками, в которых преоблада­ют окислы кальция, магния или железа, футеровка пе­чи должна выполняться из огнеупоров, имеющих основ­ные свойства, т. е. из магнезита, доломита или из хро­момагнезита.

При выплавке чистых металлов с высокой темпера­турой плавления, порядка 1800-2500° С, широко при­меняются огнеупорные изделия из окислов Аl₂Оз, ВеО, МgО, ZrО₂, ТhО₂ и СаО с температурой плавления от 2050 до 3300° С.

2. Классификация и применение огнеупорных материалов

Все огнеупорные изделия могут быть разделены на три группы:

1. Огнеупорные, с температурой плавления 1580-1770° С.

2. Высокоогнеупорные, с температурой плавления 1770-2000° С.

3. Высшей огнеупорности, с температурой плавления выше

2000° С.

Классификация огнеупоров по химическому составу и технологии производств. Важнейшим фактором, определяющим свойства ог­неупоров, является химический состав материала. В связи с этим огнеупоры могут быть разделены по со­ставу и минералогическому происхождению на следую­щие группы и подгруппы:

I. Кремнекислые огнеупоры:

1. Динасовые на известковой связке, 5% СаО, 92- 95% SiО₂.

2. Динасовые на глинистой связке, 5% А1₂0₃, 95% SiО₂

II. Алюмосиликатные огнеупоры:

А. Полукислые:

1. Кварцево-глинистые -

3. Шамотные-полукислые - SiО₂ до 70% и А1₂О₃ до 30 %.

3. Кварцево-шамотные -

Б. Нейтральные:

1. Шамотные, А1₂О>25 и < 40%.

2. Каолиновые, Аl₂ Оз ≈ 40%.

3. Высокоглиноземистые, Аl₂ Оз > 45%.

4. Корундовые, А1₂О₃>75%.

III. Огнеупоры с основными свойствами:

А. Магнезиальные:

1. Магнезитовые, Мg>90% и FеО ≈ 5-7%.

2. Форстеритовые па основе 2МgО· SiО₂

3. Шпинельные на основе МgО·А1₂0₃.

4. Доломитовые на основе МдО·СаО.

5. Тальковые на основе 3 МgО· 4 SiО₂ ·Н₂0 с МgО > 30%.

6. Хромомагнезитовые, 55-65% МgО, 15- 20% Сг₂О₃ и до15%

FеО.

Б. Хромитовые, Сг₂О₃>30%, МgО ≈ 16%, РеО ≈18%.

IV. Углеродистые и углеродсодержащие огнеупоры:

А. Углеродистые:

1. Углеродистые.

2. Графитовые.

Б. Углеродсодержащие:

1. Карбофраксовые - карборунд с глинистой связкой.

2. Рефраксовые - карборунд с органической связкой или стекло.

V. Цирконовые, ZrО₂ · SiО₂

VI. Изделия из чистых тугоплавких окислов: ТiО₂, А1₂О₃, МgО, ВеО, ZrО₂, ТhО₂, НfО₂ и др.

Классификация по области применения . В технике печестроения широкое распространение получила классификация, учитывающая конструктивные особенности печей и формовку огнеупорных изделий. Согласно этой классификации учитываются форма и ус­ловия службы огнеупоров. Называются такие изделия сводовым, арочным, пятовым, ковшевым и доменным кирпичем. Огнеупоры предназначенные для разлива стали называются сифонным или сталеразливочным припасом.

Классификация по сложности формы и размерам. Огнеупорной промышленностью выпускаются фасон­ные изделия различной сложности: простые, сложные и особо сложные, крупноблочные фасонные изделия и специальные изделия — тигли, трубы и т. п.

К огнеупорным изделиям, получившим широкое при­менение при кладке печей, относятся нормальный пря­мой, продольной клиновый и поперечный клиновый кирпич.

Классификация по огнеупорности. Согласно ГОСТ огнеупорные материалы делятся на следующие классы:

Класс О А Б В

Огнеупорность не менее:

К 2023 2003 1943 1853

°С 1750 1730 1670 1580

Классификация огнеупоров по способу изготовления

1. Изделия, получаемые резанием горных пород (тальковые).

2. Изделия, получаемые формовкой из пластичных шихт (прессованием или ручной формовкой).

3. Изделия, получаемые прессованием полусухих шихт.

4. Изделия, получаемые трамбовкой.

5. Изделия литые из расплавов.

Классификация по термической обработке

1. Обжиговые, т. е. отформованные и обожженные в печах при определенной температуре.

2. Безобжиговые, отформовываются и не подверга­ются обжигу.