Тема 7. Вогнетриви з основними властивостями

До вогнетривів з основними властивостями відносять:

А. Магнезіальні:

• Магнезитові - Mg > 90%; Fe>5...7% .

• Форстеритові - на основі 2MgO∙Si₂.

• Шпінельні - на основі MgO∙Al₂O₃.

• Доломітові - на основі MgO∙Ca..

• Талькові - на основі 3MgO∙SiО₂∙H₂О, з Mg > 30% .

• Хромомагнезитові Mg = 55...65%;

• Cr₂O₃ = 15...20%; Fe<15%.

Б. Хромітові: Сг₂О₃ > 30%; Mg =16%; Fe =18%.

7.1. Магнезіальні вогнетриви

Магнезіальні вогнетриви є найпоширенішим видом основних вогнетривких матеріалів; вони використовуються в металургійній, цементній і хімічній промисловості.

Магнезіальні вогнетриви є основним матеріалом для кладки мартенівських печей і електропечей, конвертерів для виробництва сталі й міді, відбивних мідеплавильних печей, зони високих температур обертових печей і т.п.

Сировиною для виробництва магнезіальних вогнетривів служить розповсюджений у природі мінерал магнезит MgCO₃, у якому втримується 47,82% окису магнію.

Як надійне джерело для одержання магнезитового порошку можуть служити більші запаси окису магнію, що втримуються в районі Сиваських озер, затоки Кара-Богаз-Гол і ін.

7.1.1. Магнезитові вогнетриви

Магнезитовий вогнетрив складається в основному з мінералів периклаза (Mg), зміст якого досягає 80...85% . Цей мінерал відрізняється високою вогнетривкістю (> 2000°С).

Одержують його шляхом випалу природного магнезиту (MgCO₃), що переходить при температурі вище 650°С у тонко дисперсний окис магнію, який називается каустичним магнезитом: при випалі на 1500...1600°С утвориться "намертво" обпалений магнезит у вигляді добре кристалізованого периклаза (Mg), придатного для виготовлення вогнетривких виробів.

При нагріванні магнезиту розкладається (декарбонізовуется) відповідно до схеми: 2MgО₃ → 2Mg + ЗО₂. Це розкладання відбувається найбільше інтенсивно в інтервалі температур 640...800 °С.

Трохи вище верхньої межі, що відповідає температурі повної дисоціації магнезиту (850...950 °С), виробляється його випал у виробничих умовах для одержання каустичного порошку. Подальше нагрівання магнезиту від 800 до 1400°С знаменує наступний етап його перетворення - початок спікання або перехід в Mg периклаз.

Однак при даній температурі що утворилася, периклаз ще не стійкий, він здатний до гідратації, тому такий магнезит не годиться для виготовлення вогнетривів.

Лише в наступному етапі нагрівання при температурах 1400...1600 °С и вище відбувається повне спікання магнезиту, що супроводжується ростом кристалів периклаза й формуванням інших кристалічних фаз (шпінелі MgAl₂O₄ монтичеліта CaMgSi₄, форстериту Mg₂Si₄) залежно від сполуки й кількості мінеральних домішок у вихідній сировині.

Периклаз є найбільш стійкою кристалічною фазою обпаленого магнезиту. Тому якість спеченого магнезиту визначається значною мірою кількістю й ступенем кристалізації периклаза.

Обпалений при зазначених температурах магнезит зветься "намертво" обпалений спечений магнезит, або металургійний порошок.

Повне спікання магнезиту супроводжується значною усадкою, що досягається при гарному переродженні його в периклаз 25%, і збільшенням питомої ваги до 3,55...3,56 проти 3,07...3,22 г/см³ у слабко обпаленої сировини.

Температура плавлення обпаленого магнезиту тим вище, чим більше в ньому добре утвореного периклазу. Чистий окис магнію Mg плавиться при 2800 °С.

Хімічні реакції, що протікають у природному магнезиті, який містить домішки Fe, Ca і Si₂, при його випалі можуть бути представлені в наступному виді:

• перший етап - до 800 °С - декарбонізація: MgCO₃ → Mg + CO₂;

• другий етап - 800...1400 °С - початок спікання: Mg → периклаз;

• третій етап - 1400... 1600 °С і вище, кінець спікання:

1) ріст кристалів периклазу;

2) утворення форстериту й монтичеліту.

Температура °С	Кінець спікання
	Ріст кристалів периклаза
1600
1400	Початок спікання Mg→Mg+CO2
800 0	Декарбонізація MgО3 →Mg+CO2

"Намертво" обпалений магнезит утворить так званий спек, який потім подрібнюється. Фракції з величиною зерен 1...3 мм становлять металургійний порошок, використовуваний для наварки подин плавильних печей.

Хімічний склад металургійного порошку магнезиту характеризується наступним процентним вмістом:

МgО	Fe2O3	А13O3	СаО	Si2
92...93, 5%	1,5...3%	0,9...3%	1...2,5%	2, ..2,5%

Більше дрібні фракції намертво обпаленого магнезиту з величиною зерен менш 1 мм направляються для складання маси, що йде на формуваня вогнетривких виробів.

Для зв'язування обпалених часток магнезиту в цеглу в шихту додаються сполучні: сульфітно-спиртова барда або здрібнена глина не більше 2% або каустичний магнезит.

При цьому зволоження шихти до 2-3% доцільно здійснювати водяним розчином сульфітно-спиртової барди.

Після витримки вогнетривку масу направляють на формування. Формуваня виробів роблять на гідравлічних пресах, під тиском 90-95 МН/м.

Спресовані вогнетриви піддають сушінню, а потім випалу при температурі 1600 °С.

Вимоги, пропоновані до магнезитових виробів

Магнезитова цегла повинна мати наступні фізико-хімічні властивості:

• зміст Mgо> 91% і СаО не більше 3%;

• межа міцності при стиску - не менш 39 МН/м²;

• температура початку деформації під навантаженням 0,196 МН/м² - не менш 1500 °С ;

• вогнетривкість магнезитової цегли - 2180 ± 30 °С; термостійкість повітряних теплозмін від 4 до 9;

• пористість 20...25%.

Магнезитові вироби добре протистоять роз'їданню основних шлаків, але при високих температурах вони взаємодіють із окисом заліза й, особливо в присутності сполук фосфору.

При високих температурах вуглець і карбіди деяких металів інтенсивно руйнують магнезит. Пари води теж інтенсивно руйнують магнезитові вироби.

Виробництво термостійкої магнезитової цегли

Термостійкий магнезит витримує до ста повітряних теплозмін. Для підвищення термостійкості магнезитових виробів потрібне збільшення розміру зерен і їхньої кількості у вогнетривкій масі.

Для одержання термостійкої маси була підібрана наступна гранулометрична сполука:

• зерен до 2...3 мм не менш 45-55% ,

• дрібних від 0,09 мм і менше близько 35%,

• інше - проміжні фракції.

Така сполука дозволяє одержати досить щільне впакування зерен у вогнетривкій цеглі.

У якості сполучника використовується шпінель MgO∙Al₂O₃ ,яка підвищує термостійкість виробу протягом 6 годин.