6.3 Электропроводность

При низких температурах большинство огнеупорных изделий является диэлектриками. При нагреве до температуры, при которой возможно образование жидкой фазы, они становятся проводниками электрического тока. Исключением являются углесодержащие огнеупоры, которые проводят ток при любой температуре.

Проблема электропроводности приобрела особое значение при развитии электросталеплавильных печей, для которых электроизоляционные свойства огнеупора особенно важны.

6.4 Излучательная способность

Лучистым тепловым потоком или мощностью излучения называют количество лучистой энергии, Вт, проходящей через поверхность в 1с.

Излучательной способностью называют лучистый тепловой поток, отнесённый к единице поверхности.

Радиационная характеристика огнеупоров – поглощающая и излучательная способность.

Степенью черноты или относительной излучательной способностью называют отношение излучательной способности ”серого“ тела к излучательной способности абсолютно чёрного тела.

Степень черноты равна коэффициенту поглощения.

Интегральная степень черноты e(Т) не зависит от длины волны теплового излучения.

Спектральная степень черноты e_l(lТ) зависит от длины волны теплового излучения.

При увеличении температуры от 1000 до 1550 ⁰С степень черноты уменьшается на 20-25 %.

Тепловой экран – тело с очень большим отражением.

6.5 Теплоаккумулирующая способность

в = ,

где в – коэффициент аккумуляции тепла;

l – коэффициент теплопроводности;

r – плотность, кг\м³

с – теплоёмкость, Дж\кг×К.

6.6 Термогазостабильность

Это устойчивость огнеупоров в переменных окислительно-восстановительных условиях при постоянной или переменной температуре.

6.7 Шлакоустойчивочть .

Химический состав металлургических шлаков. В шлаке содержится до 40 химических соединений:

70% - силикаты и алюмосиликаты;

15% - шпинели М²⁺М₂³⁺О⁴;

10% - сульфиды, нитриды, фториды;

5% - свободные оксиды.

Главных компонентов 13: CaO, MgO, Al₂O₃, SiO₂, Cr₂O₃, FeO, MnO, TiO₂, P₂O₅, CaF₂, F, S.

Шлак протекает по порам связки, заполняя объём структурных пор.

Шлакоустойчивость определяется составом и пористостью связки, а не всей открытой пористостью. Когда взаимодействие огнеупора со шлаком сопровождается растворением, то закрытые поры открываются и тоже влияют на шлакоустойчивость.

Стыки крупных зёрен влияют на шлакоустойчивость плотных огнеупоров. Коррозия приводит к образованию на границах зёрен углублений, называемых питтингами – это концентраторы напряжений, уменьшает прочность материала.

Шлакоустойчивые алюмосиликатные огнеупоры характеризуются прочностью < 15% с содержанием мелких (< 8 мкм) пор > 50% и крупных (> 50 мкм) пор < 20%.

Растворение огнеупоров

Растворение оксида алюминия в расплаве чистого железа:

Al₂O₃ ® 2[Al]_Fe + 3[O]_Fe

Химическая стойкость.

Химическая стойкость характеризует способность огнеупоров не разрушаться в результате химического воздействия газов, шлаков, металла, пыли шихты и других веществ, которые обобщённо можно назвать средой. В процессе взаимодействия огнеупора со средой происходит его механическое истирание и их химическое взаимодействие, в результате чего уменьшается толщина футеровки, возможно налипание шлака или окалины. На границе шлака и огнеупора образуется расплав, проникающий в футеровку и образующий с ней метаморфический слой, последний, стекая с поверхности огнеупора, смывает оставшиеся грубые частицы основы огнеупора.

Таким образом, взаимодействие различных реагентов (шлак, зола, топливо, шихта, технологические продукты) с огнеупором при высоких температурах вызывает его разрушение вследствие образования легкоплавких соединений и растворения части огнеупора.

Такое разрушение является следствием целого ряда сложных физико-химических процессов и называется шлакоразъеданием, а стойкость огнеупоров против шлакоразъедания называется шлакоустойчивостью.

Существует тигельный способ определения разъедания и проникновения шлака в огнеупорное изделие. В образце огнеупора просверливают отверстие установленной глубины и диаметра, засыпают в него размельчённый шлак, нагревают в электрической печи до 1500 ^оС и выдерживают 3-4 часа. После охлаждения образцы разрезают по высоте и измеряют глубину проникновения шлака.

Шлакоразъедание наиболее распространённое: » 70% всех случаев разрушения огнеупорных футеровок относится к шлакоразъеданию.

Шлакоразъедание зависит от физико-химических свойств огнеупора и шлака.

Шлакоразъедание является результатом воздействия двух процессов:

1. коррозии – химического воздействия огнеупора и шлака;

2. эрозии – процесса механического истирания футеровки текущим

шлаком или твёрдыми частицами.

Оба процесса интенсифицируют друг друга. С одной стороны эрозия увеличивает поверхность взаимодействия огнеупора и шлака и смывает с поверхности огнеупора плёнку шлака, которая играет роль защитного слоя. С другой стороны, коррозия сильно разрыхляет огнеупор и облегчает эрозию.

Шлакоразъедание зависит от химико-минералогического состава огнеупора и шлака, структуры огнеупора, вязкости и температуры шлака и от того, находится ли шлак в движении или в покое.

Температура является основным фактором, ускоряющим процесс шлакоразъедания. Повышение температуры на 10-20 ⁰С может усилить процесс шлакоразъедания на 20-30 % и более.

Другим основным фактором является химико-минералогический состав огнеупора и шлака. Для близких по химическому составу огнеупоров и шлаков шлакоразъедание невелико.

О шлакоустойчивости огнеупора нельзя говорить вообще, нужно иметь в виду определённый огнеупор и шлак. Чем больше расходятся по своей химической природе огнеупор и шлак, тем интенсивнее их взаимодействие и разрушение огнеупора.

Отсюда возникло правило подбора огнеупоров: для кислого шлака берут кислый огнеупор, а для основного – основной.

Структура огнеупора также сильно влияет на процесс шлакоразъедания.

Пористость усиливает процесс шлакоразъедания. Существенной значение имеет характер пор, в частности наличие сообщающихся пор. Шлакоустойчивость резко повышается с увеличением прочности связи между зёрнами. Плотность и прочность являются важными факторами, влияющими на качество огнеупора.

Важное значение имеет зерновой состав огнеупора и доля в нём стекловидной связки. Разрушение происходит по связке и мелким зёрнам. Крупные зёрна меньше растворяются в шлаке, но они менее стойки в отношении эрозии.