Раздел 5
ОГНЕУПОРЫ
Автор-составитель: с.н.с., к.т.н. Т.М. Сараева
Огнеупоры — неметаллические материалы с огне упорностью не ниже 1580 °С предназначены для ис пользования в агрегатах и устройствах для защиты от воздействия тепловой энергии (при температуре пре имущественно выше 900 °С) и агрессивных реагентов (газовых, жидких, твердых).
Огнеупорные материалы и изделия получают путем формирования химико-минерального состава и струк туры в процессе технологической переработки сырье вых материалов. Сырьем для производства огнеупоров служат природные материалы, например кварциты, кварцевые пески, огнеупорные глины и каолины, бок ситы, силикаты алюминия, гидратные природные раз новидности алюминия, магнезиты, доломиты, извест няки, природные силикаты и гидросиликаты магния, цирконовые пески и бадделеит, графит; техногенное сырье — технический глинозем и электрокорунд, кар бид кремния; вторичное сырье — брак и отходы собст венного производства, отходы, образующиеся в про цессе эксплуатации огнеупорных материалов и изделий; продукты химического синтеза (искусствен ные материалы) — оксиды и их соединения, бескисло родные материалы, такие как огнеупорные бориды, силициды, карбиды.
Формирование химико-минерального состава и структуры огнеупоров, определяющих потребительские свойства, может осуществляться в процессе их терми ческой обработки (обжига или плавления с последую щей кристаллизацией расплава) для так называемых об жиговых огнеупоров; а также в условиях нагрева в тепловых агрегатах, для которых они и предназначены, — для безобжиговых огнеупоров — кусковых материалов и изделий, прочностные характеристики которых за кладываются за счет введения связующих добавок, свя зок, цементов.
Чтобы процессы, протекающие при нагревании ог неупоров и сопровождающиеся значительными объем ными изменениями, можно было реализовать на стадии подготовки и не переносить в футеровку теплового аг
регата, обеспечивая заданные термомеханические свой ства продукции, проводят предварительную термиче скую обработку огнеупоров.
Параметрами, определяющими эксплуатационные характеристики огнеупоров, являются такие показате ли, как химико-минеральный состав, распределение кристаллических фаз и их характеристики, состав и количество стекловидной фазы, изменение показателей ее количества и вязкости в процессе нагревания, рас пределение и состав газовой среды, заключенной в по рах огнеупорного материала.
Огнеупорность — свойство материала противосто ять воздействию высоких температур не расплавляясь.
В связи с расширением ассортимента и областей применения выпускаемых огнеупорных материалов и изделий с 2002 г. ведется работа по пересмотру стан дарта. В новой редакции предусматривается учесть требования и европейских стандартов на огнеупорную продукцию. Классификация по химико-минеральному составу в основном сохранит структуру действующего стандарта. Существенные дополнения коснутся углеро дистых огнеупоров, т. к. за последние годы именно эти материалы (углеродсодержащие) интенсивно разраба тываются и применяются для выполнения футеровок современных металлургических агрегатов. Кроме того, стандарт предполагается дополнить словарем терминов в области технологии огнеупоров.
Ассортимент огнеупорной продукции достаточно велик, постоянно повышаются требования, предъяв ляемые к свойствам готовой продукции. В разделе при ведены требования на наиболее распространенные ви ды продукции, регламентируемые Государственным стандартом (ГОСТ).
5.1. Классификация огнеупоров
Огнеупоры классифицируют по следующим призна кам (ГОСТ 28874-90, стандарт не распространяется на огнеупорное сырье):
|
326 |
Новый справочник химика и технолога |
|
|
|
|
|
Физико-химические показатели |
|
|
Таблица 5.4 |
|
|
|
|
|
|
Наименование показателей |
ДМС |
ДБК |
ДМ |
Марка |
|
|
|
|
ДН |
Д2 |
Д7 |
Д9 |
|
|
|
Содержание Si02, %, не менее |
95 |
94 |
94 |
94 |
94 |
93 |
93 |
|
Огнеупорность, °С, не менее |
1710 |
1710 |
1710 |
1690 |
20 |
Не нормируется |
|
Пористость открытая, %, не более |
23 |
20 |
23 |
25 |
24 |
26 |
|
Плотность, г/см3, не более |
2,37 |
2,41-2,52 |
2,38 |
2,40 |
2,45 |
2,35 |
2,38 |
|
Предел прочности при сжатии, |
25 |
22,5 |
22,5 |
17,5 |
18 |
25 |
20 |
|
Н/мм2, не менее |
|
|
|
|
|
|
|
Не норми |
|
Дополнительный рост при |
|
Не нормируется |
|
|
0,2 |
|
1500 °С, %, не более |
|
|
|
руется |
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура начала размягчения, |
1650 |
1650 |
1650 |
1640 |
1640 |
1620 |
1600 |
|
°С, не ниже |
|
|
|
|
|
|
|
|
Физико-химические показатели изделий огнеупорных шамотных для кладки доменных печей марок ШПД-42, ШПД-41, ШПД-39 (ГОСТ 1598-96) и изделий огнеупорных и высокоогнеупорных для кладки воздухонагревателей и воздуховодов горячего дутья доменных печей марок ШВ-37, ШВ-42, МКВ-72 (ГОСТ 20901-75. Технические ус
ловия) приведены в табл. 5.5.
Таблица 5.5
Физико-химические показатели изделий
Наименование показателей
Содержание, % А120 3, не менее Fe20 3, не более
Огнеупорность, °С, не ниже Температура применения, °С, не выше
Температура начала размягчения, °С, не ниже Дополнительная усадка, % (при тем пературе 1450 °С), не более
Пористость открытая, %, не более,
Предел прочности при сжатии, Н/мм2, не менее Термостойкость, количество теплосмен, (1300 °С — вода), не ниже
|
ШПД-42 |
|
Марка |
ШВ-37 |
ШВ-42 |
|
|
ШПД-41 |
ШПД-39 |
МКВ-72 |
|
42 |
41 |
39 |
37 |
42 |
72 |
|
1,5 |
1,5 |
1,5 |
— |
1,7 |
1,5 |
|
1750 |
1750 |
1750 |
1730 |
1750 |
1800 |
|
1470 |
1450 |
1400 |
— |
— |
— |
|
1520 |
1500 |
1440 |
1330 |
1500 |
1550 |
|
0,2 |
0,2 |
0,3 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
|
(1350) |
(1450) |
(1600) |
|
|
|
|
|
12 |
12 |
16 |
23 |
14-20 |
21 |
|
70 |
70 |
50 |
20 |
30 |
30 |
|
|
Не нормируется |
|
— |
— |
3 |
|
5.3. Огнеупоры для стекловарения |
|
|
|
|
|
|
Изделия огнеупорные динасовые для кладки стекловаренных печей. |
|
Таблица 5.6 |
|
|
|
|
Физико-химические показатели (ГОСТ 3910-75) |
|
|
|
Наименование показателей |
|
|
Марка |
|
|
|
ДСУ |
д со |
ДСО |
Д1 |
ДС |
|
Содержание, % |
|
96 |
95 |
95 |
95 |
94 |
|
Si02, не менее |
|
СаО, не более |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
— |
3,0 |
|
Fe20 3, не более |
0,5 |
0,6 |
0,6 |
— |
1,7 |
|
Огнеупорность, °С, не менее |
1710 |
1710 |
1710 |
— |
1710 |
|
Пористость открытая, %, не более |
|
21 |
21 |
23 |
22 |
|
для изделий массой до 35 кг |
20 |
|
для изделий массой свыше 35 кг |
21 |
22 |
22 |
25 |
22 |
|
Плотность, г/см3, не более |
2,37 |
2,36 |
2,38 |
2,38 |
2,38 |
|
Предел прочности при сжатии, Н/мм2, не менее |
30 |
25 |
22 |
22 |
20 |
|
Температура начала размягчения, °С, не ниже |
1650 |
1650 |
1650 |
1650 |
1640 |
Таблица 5.7
Изделия огнеупорные бадделеитокорундовые для стекловаренных печей. Физико-химические показатели (ГОСТ 23053-78)
|
Наименование показателей |
Бк-ЗЗЭ |
Бк-41Э |
Марка |
|
Бк-41 |
|
Бк-33 |
Бк-37 |
|
Содержание, % |
(А, Б, В) |
(А, Б, В) |
(А, Б, В) |
(А, Б, В) |
(А, Б, В) |
|
32,2 |
41,0 |
32,5 |
37,0 |
41,0 |
|
Zr02, не менее |
|
Si02, не более |
16 |
13 |
16 |
15,5 |
13 |
|
Fe20 3, не более |
0,1 |
0,1 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
|
плавни (Fe20 3 + Ti02 + CaO + MgO + |
|
|
|
|
2,5 |
|
+ Na20 + K20), не более |
1,6 |
1,5 |
2,5 |
2,5 |
|
в том числе Na20, не более |
U |
1,0 |
1,9 |
1,7 |
1,7 |
|
Плотность, кг/дм3, не менее, для изделий; |
|
|
|
3,70 |
3,80 |
|
ВП |
3,65 |
3,85 |
3,60 |
|
ПП |
3,50 |
3,70 |
3,50 |
3,60 |
3,70 |
|
ОП |
3,40 |
3,55 |
3,40 |
3,45 |
3,55 |
|
для вида В |
— |
— |
3,35 |
3,30 |
3,38 |
|
Содержание стеклофазы, %, не более |
25 |
20 |
25 |
23 |
20 |
Примечание. Бк-ЗЗЭ, Бк-41Э — для кладки печей электровакуумного стекла, Бк-33, Бк-37, Бк-41 — для кладки бассейна и верхнего строения стекловаренных печей. В зависимости от установки в стекловаренных печах бадделеитокорундовые (бакоровые) изделия делятся на три вида: А— для арок загрузочного кармана, протоков, заградительных устройств; Б — изделия, сопри касающиеся со стекломассой; В —не соприкасающиеся со стекломассой.
*Остальнос А120 3.
Таблица 5.8
Брусья из непрозрачного кварцевого стекла марки КНП (брус прямоугольный) и КНК (брус клиновой). Физико-химические показатели (ГОСТ 9800-84)
Чистота изделий
Для изделий повышен ной степени чистоты, % Стеклобрус обычный, %
|
Si02, |
А1203, |
Fe203, |
СаО, |
MgO, |
Z(R20), |
Плотность |
|
стеклобруса, |
|
не менее |
не более |
не более |
не более |
не более |
не более |
|
кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
99,65 |
0,35 |
0,025 |
0,10 |
0,6 |
0,02 |
2100 |
|
99,3 |
0,6 |
0,025 |
0,10 |
0,6 |
0,02 |
2100 |
Таблица 5.9
Изделия огнеупорные алюмосиликатные крупноблочные для стекловаренных печей. Физико-химические показатели (ГОСТ 7151-74)
|
Наименование показателей |
|
|
Марка |
|
|
|
|
ШСУ-33 |
ШСУ-36 |
ШСУ-40 |
ШСП-40 |
ШСКП-40 |
МЛСП |
|
Содержание, % |
|
33 |
36 |
40 |
40 |
40 |
62 |
|
А120 3, не менее |
|
Fe20 3, не более |
1,8 |
1,8 |
1,5 |
1,5 |
1,3 |
1,1 |
|
Пористость открытая, %, не более |
18 |
17 |
18 |
14 |
14 |
14 |
|
Плотность кажущаяся по обмеру, г/см3, |
Не нор |
Не нор |
2,20 |
2,28 |
2,28 |
2,65 |
|
не менее |
мируется |
мируется |
|
|
|
|
|
|
Предел прочности при сжатии, Н/мм2, |
25 |
30 |
50 |
60 |
60 |
80 |
|
не менее |
|
|
|
|
|
0,3 |
|
|
Дополнительная усадка, % (при темпе |
0,4 (1400) |
0,4 (1400) |
0,4 |
0,3 |
0,3 |
|
ратуре), не более |
(1450) |
(1450) |
(1550) |
(1550) |
|
|
|
|
Температура начала размягчения, °С, |
Не нор |
Не нор |
1450 |
1450 |
1550 |
1520 |
|
не ниже |
мируется |
мируется |
|
|
|
|
|
Примечание. ШСУ-33 — шамотные уплотненные; ШСУ-40 — шамотные уплотненные; ШСП-40 — шамотные повышенно плотные (дно и нижний ряд стен бассейна, нижние ряды стен каналов студочной и выработочной частей бассейна); ШСУ-35 — шамотные уплотненные (дно бассейна и нижние ряды стен студочной и варочной частей бассейна); ШСПК-40 — (стены бас сейнов); МЛСП — муллитовые повышенноплотные (нижние ряды стен каналов студочной и выработочной частей бассейна, а также варочной части бассейна при максимальной температуре варки до 1550 °С).
3 2 8 Новый справочник химика и технолога
5.4. Огнеупоры для цементных печей
Физико-химические показатели изделий огнеупорных и высокоогнеупорных для футеровки вращающихся пе чей (ГОСТ 21436-75) представлены в табл. 5.10, 5.11.
|
Физико-химические показатели алюмосиликатных изделий |
|
Таблица 5.10 |
|
|
|
|
Наименование показателей |
|
|
Марка |
|
|
|
|
МЛЦ |
МКРЦ |
ШЦУ |
ШЦО |
ПЦ |
ШЦЛ-1,3 |
|
|
|
Содержание, % |
62 |
|
32 |
|
|
|
|
А120 3, не менее |
45 |
28 |
|
28 |
|
А120 3, не более |
|
|
|
|
28 |
|
|
Si02 |
Не нормиру |
Не норми |
Не норми |
|
65-85 |
Не норми |
|
|
ется |
руется |
руется |
|
|
руется |
|
Огнеупорность, °С, не ниже |
1800 |
1750 |
1710 |
1670 |
1670 |
1670 |
|
Температура начала размягчения, °С, |
1450 |
1400 |
1370 |
1300 |
1350 |
Не норми |
|
не ниже |
руется |
|
|
|
|
|
|
|
Дополнительная усадка, % |
0,4(1500) |
0,5 (1400) |
0,3 (1400) |
0,7 (1400) |
0,5 (1350) |
1,0 (1350) |
|
(при температуре, °С), не ниже |
|
|
|
|
|
|
|
|
Пористость открытая, %, не более |
24 |
22 |
20 |
26 |
26 |
Не норми |
|
руется |
|
|
|
|
|
|
|
|
Кажущаяся плотность, г/см3, не более |
|
Не нормируется |
|
|
1,3 |
|
Предел прочности при сжатии, Н/мм2, |
25 |
30 |
25 |
18 |
18 |
4,5 |
|
не менее |
|
|
|
|
|
|
|
|
Термостойкость, количество тепло- |
4 |
3 |
4 |
3 |
Не нормируется |
|
смен, не ниже |
|
Коэффициент теплопроводности при |
|
Не нормируется |
|
7 |
0,7 |
|
600 °С, Вт/(м • К), не более |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. МЛЦ — муллитовые; МКРЦ — муллитокремнеземистые (зона охлаждения и переходные участки печей диа метром 4 м и более); ШЦУ — шамотные уплотненные (зона охлаждения и цепная, переходные участки и холодильник); ШЦО — шамотные обычные (зона дегидратации, кальцинирования и подогрева); ПЦ — полукислые (участки с пониженным химическим износом и повышенными требованиями к плотности кладки); ШЦЛ-1,3 — шамотные легковесные с кажущейся
|
плотностью 1,3 г/см3 (зона кальцинирования и дегидратации). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.11 |
|
Физико-химические показатели магнезиальношпинелидных изделий |
|
|
|
Наименование показателей |
|
|
Марка |
|
|
|
|
ХПЦ-43 |
ПХЦ-66 |
ПШЦ-66 |
ХПЦ |
ПХЦ |
ПШЦ |
|
|
|
Содержание, % |
|
|
|
|
|
|
|
MgO, не менее |
43 |
66 |
66 |
42 |
65 |
65 |
|
Сг20 3, не более |
20-28 |
8-18 |
9-15 |
20-30 |
8-18 |
7-15 |
|
Температура начала размягчения, °С, не ниже |
1500 |
1520 |
1560 |
1450 |
1500 |
1540 |
|
Пористость открытая, %, не более |
24 |
23 |
23 |
25 |
24 |
23 |
|
Предел прочности при сжатии, Н/мм2, не менее |
25 |
30 |
30 |
20 |
25 |
30 |
|
Термостойкость, количество теплосмен, не ниже |
2 |
8 |
6 |
2 |
8 |
4 |
Примечание. ХПЦ — хромитопериклазовые (периферийные участки зоны спекания вращающихся печей диаметром 3,6 м и менее, работающих по мокрому способу); ХПЦ-43 — хромитопериклазовые (центральный участок зоны спекания вращающих ся печей диаметром более 3,6 м, работающих по мокрому способу); ПХЦ — периклазохромитовые и ПШЦ — периклазошпинелидные (центральный участок зоны спекания вращающихся печей диаметром 3,6 м, работающих по сухому способу, а также периферийные участки печей, работающие по сухому способу); ПХЦ-66 — периклазохромитовые и ПШЦ-66 — периклазошпинелидные (центральные участки зоны спекания вращающихся печей диаметром 3,6 м и более, работающих по мокрому и сухому способам).
Таблица 5.12
Изделия огнеупорные высокоглиноземистые для футеровки сталеразливочных ковшей. Физико-химические показатели (ГОСТ 5341-98)
|
Наименование показателей |
|
Марка |
|
|
МКС-72 |
МЛС-62 |
ШКУ-37 |
ШКУ-32 |
|
|
|
Содержание, % |
|
|
|
|
|
А12Оз, не менее |
72 |
62 |
37 |
32 |
|
Fe20 3, не более |
1,5 |
1,5 |
— |
— |
|
Огнеупорность, °С, не ниже |
1800 |
— |
1730 |
1690 |
|
Температура начала размягчения, °С, не ниже |
1500 |
1450 |
1400 |
1370 |
|
Дополнительная усадка, % (при температуре, °С), не более |
0,5(1600) |
0,4(1500) |
0,3 (1400) |
0,3 (1400) |
|
Пористость открытая, %, не более |
24 |
24 |
18 |
19 |
|
Предел прочности при сжатии, Н/мм2, не менее |
30 |
25 |
30 |
30 |
|
Термостойкость, количество теплосмен, (1300 °С — вода), |
3 |
3 |
4 |
4 |
|
не ниже |
|
|
|
|
|
5.5. Теплоизоляционные огнеупоры
Таблица 5.13
Изделия огнеупорные и высокоогнеупорные легковесные теплоизоляционные (ГОСТ 5040-96)
|
Наименование показателей |
Динасовые |
|
|
Шамотные |
|
|
|
ДЛ-1,2 |
ДЛ1-1,2 |
ШЛА-1,3 |
ШЛ-1,0 |
ШЛ-0,9 |
ШТЛ-0,6 |
ШЛ-0,4 |
|
|
|
Содержание, % |
— |
— |
36 |
— |
— |
— |
|
|
А120 з, не м енее |
— |
|
Fe20 3, %, не более |
— |
— |
— |
— |
— |
1,6 |
— |
|
Si02, % |
>91 |
>90 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
Плотность кажущаяся, г/см3, не более |
1,2 |
1,2 |
1,3 |
1,0 |
0,9 |
0,6 |
0,4 |
|
Предел прочности при сжатии, Н/мм2, |
5,0 |
4,5 |
4,5 |
3,0 |
2,5 |
2,5 |
1,2 |
|
не менее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теплопроводность, Вт/(м • К), |
|
|
|
|
|
|
|
|
(350 ± 25) °С |
0,60 |
0,60 |
0,60 |
0,50 |
0,40 |
0,25 |
0,20 |
|
(650 ± 25)°С |
0,70 |
0,70 |
0,70 |
0,60 |
0,50 |
0,30 |
0,25 |
|
Плотность, г/см3, не более |
2,39 |
2,39 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
|
Муллитокремне |
Муллитовые |
Корундовые |
|
Наименование показателей |
земистые |
|
|
|
|
|
|
МКРЛ-0,8 |
МЛЛ-1,3 |
КЛ-1,3 |
КЛ-0,8 |
|
Содержание, % |
50 |
63 |
95 |
90 |
|
А120 3, не менее |
|
Fe20 3, %, не более |
1,0 |
1,4 |
0,3 |
1,0 |
|
Si02, % |
|
|
<0,5 |
|
|
Плотность кажущаяся, г/см , не более |
0,8 |
1,3 |
1,3 |
1,1 |
|
Предел прочности при сжатии, Н/мм , не менее |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
2,5 |
|
Теплопроводность, Вт/(м • К) |
0,35 |
0,50 |
0,80 |
0,55 |
|
(350 ± 25) °С |
|
(650 ± 25)°С |
0,40 |
0,60 |
0,80 |
0,55 |
П лотность, г/см , не бол ее |
2,39 |