4.1.6 Условия работы огнеупоров

Изменение объема огнеупоров. Во время работы при высоких температурах огне­упорные изделия в кладке печей изменяют объем. Изме­нение объема огнеупоров обусловливается следующими явлениями: 1) термическим расширением; 2) усадкой или ростом; 3) деформацией под нагрузкой.

Все огнеупорные изделия при нагревании расширя­ются. При нагревании огнеупоров до 1000° С их расшире­ния очень малы и не превышают десятых долей процента. У шамотных изделий при нагревании наступает усад­ка, которая возрастает с повышением температуры об­жига. При вторичном обжиге шамотных изделий усадка в них не появляется до тех пор пока температура нагре­ва не превысит температуру его предыдущего обжига и только с дальнейшим повышением температуры в шамот­ном изделии вновь появится дополнительная усадка. Уст­ранение дополнительной усадки в шамотных изделиях может быть достигнуто обжигом при максимальной тем­пературе, которая предполагается в рабочих условиях плавки или нагреве материалов в печах.

Дополнительная усадка огнеупоров в кладке печи со­провождается увеличением швов, при этом связь между изделиями нарушается, что приводит к разрушению всей кладки. Поэтому, для рабочих температур выше 1300° С не рекомендуется в печах делать своды из шамота.

Противоположное явление наблюдается у динасовых изделий, у которых с повышением температуры объем увеличивается под влиянием термического расширения и дополнительного роста. Динасовые изделия мало изменяют объем в интерва­ле температур, при которых происходит только термиче­ское расширение и резко изменяют свой объем в преде­лах температур, при которых происходит превращение одних кристаллических форм кремнезема в другие. По­этому целесообразно сооружение печных сводов из дина­са, так как рост объема его до 1 % способствует уплот­нению швов и повышению прочности свода.

Шлакоустойчивость огнеупоров. Во время работы большинства печей их огнеупорная футеровка находится в непосредственном контакте с рас­плавленной, газообразной или твердой фазами. В марте­новских печах при температурах 1600—1700° С она со­прикасается с печными газами, с расплавами стали и шлака, в дуговых электропечах при температурах 1800— 2500° С огнеупоры соприкасаются с расплавленной сре­дой выплавляемых ферросплавов и специальных сталей. В нагревательных печах при температурах 1200— 1350° С футеровка печи контактирует со слитками стали и окалиной железа.

В общем, шлакоустойчивость огнеупоров обусловли­вается их сопротивлением к разъедающему действию расплавленных масс. Важнейшие факторы, определяю­щие химическую активность шлаков и взаимодействие с огнеупорной кладкой печей: 1) температура процесса; 2) химический и минералогический состав огнеупоров и шлаков; 3) смачиваемость огнеупора расплавом (шла­ком); 4) вязкость шлаков; 5) гранулометрический со­став и структура огнеупорных изделий, характер и ве­личина пор.

Температура процесса очень интенсивно влияет на ак­тивность шлаков, так как с повышением температуры зна­чительно повышается их текучесть и смачиваемость. В этом случае шлак легко проникает во все поры и тре­щины огнеупорной футеровки, в результате чего значи­тельно увеличивается поверхность контакта огнеупора со шлаком. Пропорционально увеличению поверхности контакта повышается скорость химических реакций вза­имодействия шлака с огнеупором.

С повышением температуры шлакоразъедание огне­упоров интенсивно возрастает и при температурах по­рядка 1250—1500° С оно является главной причиной, ус­коренного износа печной футеровки. При этом необходи­мо помнить, что чем ближе химический состав шлака к химическому составу огнеупора, тем меньше взаимодей­ствие между ними.

Точность размеров и формы огнеупорных изделий. При строительстве различного типа печей необходи­мо учитывать кроме химического состава и физических свойств огнеупорных изделий, их форму и точность раз­меров, играющих очень важную роль при кладке стен, сводов и других элементов печных устройств. От точнос­ти размеров и правильности формы огнеупорных изде­лий зависит устойчивость и прочность кладки печных элементов, а также плотность стен.

В основном огнеупорные изделия могут быть разде­лены на две основные группы: 1) нормальный кирпич; 2) фасонные изделия.

К нормальному кирпичу относится так называемый прямой кирпич, имеющий форму параллелепипеда, а также продольный и поперечный клин. Ниже приведены размеры и форма огнеупоров.

Большой формат, им Малый формат, мм

Прямой кирпич: шамот, динас и полу­кислый ....... 250X123X65 230X113X65

Клин продольный и по­перечный ...... 250X123X65X55 230X113X65X45

Прямой магнезитовый и хромомагнезитовый 230X115X65

Фасонные огнеупорные изделия, в зависимости от конструктивных особенностей печных элементов, могут иметь весьма разнообразные формы и размеры.