4.3. Взаємодія вогнетривів з вуглецем

При взаємодії вогнетривів із твердим вуглецем відбувається відновлення оксиду вогнетриву до металу, або утворення карбідів, або оксикарбідів, або нижчих оксидів.

Температуру початку взаємодії Т_пв оксиду з вуглецем визначають по формулі Т_пв = 0,46Т_пл+250.

Зольний вуглець утворюється при температурі 400...700 С по реакції: 2C → C₂+С_з, при цьому C відкладається в порах вогнетриву. Каталізатором у цій реакції є свіжо відновлене залізо.

Якщо вогнетривка цегла досить пориста, то проникаючи в глиб і, розкладаючись (у цеглі завжди присутня якась кількість Fe₂O₃ і, виходить, відновлене Fe), насичує вогнетрив С_з. Нагромадження в порах С_з викликає його розтріскування.

Руйнування вогнетриву при відкладенні зольного вуглецю, супроводжується більшими об'ємними змінами. Збільшення об'єму викликає напруги в тілі вогнетриву, що перевищують міцність і приводять до руйнування.

Циклічні процеси " відновлення-окислювання" супроводжуються об'ємними змінами (усадкою-ростом), внаслідок чого вогнетрив розпушується й втрачає міцність.

Підвищити стійкість шамотної цегли проти впливу відкладення С_з можна за рахунок підвищення щільності цегли (зниження пористості) і збільшення температури випалу вогнетриву, при якій окисли заліза й мінерали переходять повністю в силікати заліза (Si₂∙Fе₂О₃). Останнє виключає відновлення заліза при низькій температурі, тому що із силікату заліза відновлення останнього вимагає більших енергетичних витрат.

4.4. Взаємодія вогнетривів з металами

У розплавленому металі оксидні вогнетриви безпосередньо не поширюються. Роз'їдання вогнетривів металами йде у дві стадії. На першій стадії тверді вогнетривкі оксиди, реагуючи з Fe, Mg або іншими компонентами шлаків, продуктами розкислення або іншими копонентами суміші металургійного розплаву, переходять у розплав.

Далі продукти окислювання сталі, за рахунок поверхневих сил проникають у вогнетрив, зміщуючи тим самим рівновагу реакцій взаємодії між вогнетривом і сталлю убік подальшого виділення з розплаву металу. Основним компонентом окислювання сталі є Fe. Розплавлена сталь і деякі інші метали розчиняють вуглецеві вогнетриви до ступеня насичення вуглецем. Чавун же, будучи насичений вуглецем, не взаємодіє з вуглецевими виробами. Тому футеровку нижньої частини доменних печей виконують із вуглецевих блоків.

Найбільш часта взаємодія вогнетривів з металами носить кінетичний характер, а взаємодія зі шлаками - дифузійний.

Зниження шорсткості поверхні вогнетриву в значній мірі зменшує швидкість реакції на границі розділу вогнетрив-метал.

4.5. Руйнування вогнетривів газами

Вуглецеві, графітові й карбід-кремнієві вогнетриви окисляються в кисневмісному середовищі й під впливом водяного пару при високих температурах. Водяні пари з доломітом, магнезитом і іншими виробами, що містять вапно, утворюють гідрооксид кальцію й магнію. При гідратації оксидів значно збільшується об'єм, що й приводить до руйнування виробів. Продукти гідратації розкладаються при порівняно невисокий температурі (800°). Вище цієї температури гідратація не відбувається.

Вплив різних газів на вогнетриви наведені в таблиці 4.2.

Пари лугів (К₂О, Na₂O) з вогнетривами утворюють нові мінерали. Реакції йдуть зі збільшенням об'єму й супроводжуються відшаровуванням частини виробів.

Корозійна стійкість вогнетривів збільшується в ряді: шамотний (42% Аl₂O₃) високоглиноземний (мулітовий 70% А1₂О₃) карбід кремнієвий на глинистому зв'язуванні корундова цегла карбідкремнієвий само-зв’язаний карбідкремнієвий на нітридному зв'язуванні.

Природний газ і вуглеводні (метан, етан) також руйнують вогнетриви. Так, при термічному розкладанні метану СН₄ → C+2Н₂ при температурі 850...900°С утвориться зольній вуглець і водень.

Монооксид вуглецю є найпоширенішим кородієнтом. Його кородуюча дія полягає у відновленні оксидів вогнетриву.

Таблиця 4.2

Руйнування вогнетривів газами.

Гази	Дія на вогнетрив	Характер руйнування	Температура, °C
С, СH4	Виділення зольного вуглецю	Руйнування структури	400. ..600 (600. ..1000)
Пари Zn, РЬ	Заповнення пор металом	Зміна об'єму при окислюванні	470. ..500
Пари лугів	Утворення легкоплавких силікатів	Зменшення міцності оплавлення	600. ..900
Н2	Відновлення	Деформація	<1400
О2	Окислювання	Деформація	<400
Н2О	Гідратація	Деформація	Низька