Огнеупоры

Огнеупоры, материалы и изделия, изготовляемые преимущественно на основе минерального сырья, обладающие огнеупорностью не ниже 1580 °С. Возникновение производства О. исторически связано с развитием металлургии, а по мере распространения тепловых агрегатов различного назначения производство О. стало одной из важных отраслей промышленности.
О. изготовляются в виде изделий (кирпичи, фасонные и крупноблочные изделия) и неформованных материалов (порошки, массы, смеси для бетонов); доля последних в разных странах составляет 10—25%. Изделия называются огнеупорными, если они имеют огнеупорность 1580—1770 °С, высокоогнеупорными — 1770—2000 °С и высшей огнеупорности — выше 2000 °С. В зависимости от пористости изделия делят на ряд групп — от высокоплотных (пористость менее 3%) до обычных (пористость 20—30%) и легковесных огнеупорных изделий (пористость более 45%).
По химико-минеральному составу различают следующие виды огнеупорных изделий: кремнезёмистые (динасовые огнеупорные изделия, изделия из кварцевого стекла); алюмосиликатные огнеупорные изделия; магнезиальные огнеупорные изделия; магнезиально-известковые (доломитовые огнеупоры и др.); магнезиально-шпинелидные (магнезитохромитовые огнеупорные изделия, шпинельные и др.); магнезиально-силикатные (форстеритовые огнеупорные изделия); углеродистые огнеупоры; карбидкремниевые огнеупорные изделия; цирконистые огнеупоры (циркониевые — бадделеитовые и цирконовые); окисные (из ВеО, MgO, СаО и др. окислов); некислородные (из нитридов, боридов и др. соединений). Преобладающую часть изделий (более 95%) составляют алюмосиликатные, различные виды магнезиальных и кремнезёмистые.
Неформованные О. представляют собой сухие или полусухие порошкообразные массы различной степени измельчения, мертели огнеупорные, а также пластичные массы и жидкие смеси. Из них выполняют элементы огнеупорной футеровки тепловых агрегатов (на месте применения) или покрытия способом торкретирования; их наносят в виде обмазок, а также используют для местных ремонтов огнеупорной кладки. В состав масс часто входят компоненты, обеспечивающие твердение их при обычных температурах или после сушки; такие массы и выполненные из них элементы кладки называют огнеупорными бетонами. Из огнеупорных бетонов можно изготовлять крупноблочные изделия (от 150—300 кг до 10—20 т и более), поставляемые в готовом виде на место монтажа. Классификация неформованных О. по химико-минеральному составу и огнеупорности четко не установлена, она в основном аналогична принятой для огнеупорных изделий (главные компоненты неформованных О. те же, что и масс для формования изделий). Для теплоизоляции, кроме легковесных огнеупорных изделий, изготовляют волокнистые О. (каолиновая, муллитовая, корундовая вата и изделия из неё), характеризующиеся весьма низкой теплопроводностью; их применяют во внешнем изоляционном слое и иногда в рабочем слое огнеупорной кладки.
О. характеризуются, кроме химического состава и огнеупорности, главным образом плотностью, пористостью, прочностью, температурой деформации под нагрузкой, термической стойкостью, шлакоустойчивостью, изменениями размеров при нагревании, теплопроводностью, а неформованные О. — также степенью дисперсности (зерновым составом) и др. показателями.
Типичные схемы производства большинства О. включают предварительную подготовку исходных материалов (огнеупорных глин, каолинов, магнезита, кварцита и др.), их обжиг (кроме кварцитов) для получения спекшегося полуфабриката, его измельчение, добавление связующего компонента (глины в шамотных О., известкового молока в динасовых и т.д.), смешивание, формование (на прессах или иными способами) изделий массой обычно 3—25 кг, обжиг при 1300—1750 °С в туннельных и др. печах. Изготовляют безобжиговые огнеупорные изделия, в том числе крупноблочные, а также плавленые огнеупоры. В производстве неформованных О. процесс заканчивается измельчением и смешением компонентов.
О. применяют при сооружении тепловых агрегатов, печей для получения и плавки металлов, нагрева полуфабрикатов в металлургических и машино-строительных производствах, получения кокса, обжига цемента, установок высокотемпературных химических процессов, энергетических и др. установок. Основное назначение О. — защита неогнеупорных элементов конструкции, а также внешней среды от воздействия высоких температур, расплавов, горячих газов и т.п. Большую часть О. (около 60%) потребляет чёрная и цветная металлургия. Общее потребление О., отнесённое к 1 т выплавляемой стали, колеблется в разных странах от 25—30 до 65—100 кг.

Лит.: Кайнарский И. С., Процессы технологии огнеупоров, М., 1969; Мамыкин П. С., Стрелов К. К., Технология огнеупоров, 2 изд., М., 1970; Производство огнеупоров полусухим способом, М., 1972; Химическая технология керамики н огнеупоров, М., 1972.
А. К. Карклит.

Алюмосиликатные огнеупорные изделия

Алюмосиликатные огнеупорные изделия, состоят
преимущественно из глинозёма (Al2O3) и кремнезёма (SiO2), получаются обжигом при
t 1250—1450°С (при высоком содержании глинозёма — до 1750°С), обеспечивающей
превращения исходных минералов в новообразования. Различают А. о. и.: полукислые
(до 28% Al2O3, 65—85% SiO2), шамотные (28—45% Al2O3) и высокоглинозёмистые
(свыше 45% Al2O3).
Полукислые и шамотные А. о. и. изготовляют из глины или каолина, смешанных с
измельченным шамотом. В полукислые может добавляться кварц, обычно в виде песка.
Шамотные А. о. и. на основе каолина называются также каолиновыми, а содержащие
более 70% шамота — многошамотными. Высокоглинозёмистые А. о. и. получают из
горных пород, содержащих больше 45% Al2O3, а также из искусственных материалов
(технического глинозёма, электрокорунда). Высокоглинозёмистые А. о. и.
подразделяются на муллитокремнезёмистые (45—62% Al2O3), муллитовые (62—72%),
муллитокорундовые (72—90% ) и корундовые (свыше 90% ).
Изготовляют А. о. и. прессованием полусухих (увлажнённых до 6—9%)
порошкообразных масс на механических или гидравлических прессах. Некоторые виды
изделий, преимущественно фасонные сложной конфигурации, формуют из пластичных
масс с влажностью 17—22%. Обжигают изделия в промышленных печах, большей частью
туннельных непрерывного действия. Виды и размеры изделий различны: кирпичи
простой формы, плиты, трубы, мелкие и крупные изделия сложной формы и др.
Свойства А. о. и. (см. таблицу) отличаются большим разнообразием в зависимости
от используемого сырья и способов обработки.


А. о. и. применяют для кладки доменных печей, футеровки сталеразливочных
ковшей, кладки вагранок, котельных топок, мартеновских печей (гл. обр. в
наружных рядах), дымоходов, печей для обжига извести, цемента, плавки стекла и
др. тепловых агрегатов. Изделия сравнительно устойчивы к воздействию кислых
шлаков и чередованию нагрева и охлаждения. Против основных шлаков А. о. и. менее
устойчивы. Высокоглинозёмистые изделия могут служить при более высоких
температурах, например муллитовые до 1500—1600°С, корундовые до 1700—1800°С.
Шлакоустойчивость с увеличением содержания глинозёма повышается. Наиболее стойки
против агрессивных расплавов муллитовые и корундовые алюмосиликатные изделия.
А. о. и. составляют ок. 70% от общего количества выпускаемых огнеупорных
изделий.

Лит.: Полубояринов Д. Н., Балкевич В. Л., Попильский Р. Я.,
Высокоглинозёмистые керамические и огнеупорные материалы, М., 1960; Технология
керамики и огнеупоров, под ред. П. П. Будникова, 3 изд., М., 1962; Огнеупорное
производство. Справочник, под ред. Д. И. Гавриша, т. 1—2, М., 1965.
Н. Я. Госин, А. К. Карклит.

Динасовые огнеупорные изделия

Динасовые огнеупорные изделия, динас (от названия
скалы Динас, Craig-y-Dinas, в Великобритании, в Уэльсе), огнеупоры, содержащие
не менее 93% кремнезёма. Изготовляются из кремнезёмистых пород, главным образом
кварцитов, с добавкой 2—2,5% извести. Сырую породу измельчают и смешивают с
известковым молоком, изделия формуют на прессах, сушат и обжигают при
1400—1460°С. Огнеупорность Д. о. и. 1680—1730°С, температура начала деформации
под нагрузкой 200 кн/м2 (2 кгс/см2) — 1630—1670°С. Применяют при сооружении
коксовых, стекловаренных, мартеновских и др. печей. Специальные виды Д. о. и.
отличаются повышенным содержанием кремнезёма и плотностью. Изготовляются также
легковесные Д. о. и. с плотностью 1,1—1,3 г/см3.

Лит.: Кайнарский И. С., Динас, М., 1961.

Доломитовые огнеупоры

Доломитовые огнеупоры, порошок (крупнозернистый) из
обожжённого до спекания дроблёного доломита и изделия из такого порошка,
преимущественно на смоляной связке (необожжённые и обожжённые). Спекшийся
доломитовый порошок применяется для заправки подин мартеновских и
электросталеплавильных печей, доломитовые изделия (в том числе блоки) — для
футеровки сталеплавильных конвертеров и частично электропечей. Д. о. отличаются
высокой стойкостью по отношению к расплавам основного характера; огнеупорность
Д. о. 1800—1950°С и выше.

Лит.: Технология керамики и огнеупоров, 3 изд., М., 1962; Непша А. В.,
Конвертерные смолодоломитовые огнеупоры, М., 1967.

Карбидкремниевые огнеупорные изделия

Карбидкремниевые огнеупорные изделия,
изготовляются из карбида кремния (карборунда) с добавками и содержат от 20—35 до
70—98% SiC. К. о. и. различаются по способу связывания зёрен карбида кремния: на
кремнезёмистой (образующейся при окислении карбида), нитридной (Si3N4),
оксинитридной (Si2ON2), алюмосиликатной связках, а также рекристаллизованные,
самосвязанные и др. Изделия формуют на прессах или другим способом из
порошкообразных смесей, содержащих карбид кремния, и обжигают при 1300—1550 °С
(некоторые виды — при 2000—2200 °С). Характерные свойства К. о. и.: высокая
теплопроводность [7—17 вт/(м ×К) при 800 °С] и связанная с этим хорошая
термостойкость; устойчивость против деформации при высоких температурах. При
1300—1500 °С в окислительной среде К. о. и. постепенно окисляются, особенно при
избытке кислорода и в присутствии водяного пара. К. о. и. применяются, например,
в рекуператорах, муфельных печах, агрегатах цветной металлургии, этажерках
туннельных вагонеток при обжиге фарфора и керамики, котельных топках.

Лит.: Каинареки и И. С., Дегтярёва Э. В., Карборундовые огнеупоры, Хар., 1963.

А. К. Карклит.

Магнезиальные огнеупорные изделия

Магнезиальные огнеупорные изделия, содержат в
качестве основного компонента (более 80%) окись магния — периклаз. Изготовляются
из периклазового (магнезитового) порошка, полученного обжигом (до спекания)
магнезита или окиси магния, добытой из морской воды. Для ответственных изделий
применяют также порошок из плавленого магнезита или окиси магния. К М. о. и.
можно отнести магнезиальноизвестковые (изготовляемые из обожжённого доломита или
из смесей окислов магния и кальция), магнезиальношпинельные (из периклаза с
хромитом пли глинозёмом) и магнезиально-силикатные (из дунита, серпентинита,
оливина, большей частью с добавлением магнезитового порошка). В этих изделиях
содержится обычно 35—75% MgO. Технология производства: измельченные исходные
материалы смешивают с клеящей добавкой, формуют на прессах под давлением 80—150
Мн/м2 (800—1500 кгс/см2, сушат и обжигают при 1600—2000 °C в зависимости от вида
изделий и чистоты сырья. Выпускают также безобжиговые изделия на различных
связках и в стальных кассетах. М. о. и. отличаются высокой огнеупорностью — выше
1900 °C (из чистого периклаза — до 2800 °C) и повышенной стойкостью против
основных и железистых расплавов. М. о. и. применяются в металлургических
агрегатах (мартеновских и электросталеплавильных печах, миксерах, медеплавильных
печах и других), во вращающихся печах для обжига цемента, магнезита, доломита.
Магнезиальноизвестковые (доломитовые) изделия служат для футеровки
сталеплавильных кислородных конвертеров, магнезитохромитовые — преимущественно
для сводов мартеновских печей.

Лит.: Кайнарский И. С., Процессы технологии огнеупоров, М., 1969; Химическая
технология керамики и огнеупоров, М., 1972.
А. К. Карклит.

Магнезитохромитовые огнеупорные изделия

Магнезитохромитовые огнеупорные изделия,
периклазохромитовые, изготовляются из смеси магнезитового (периклазового)
порошка (65 — 80%) и молотого хромита (35 — 20%). Для повышения термостойкости
изделий хромит или часть периклаза вводят в исходную массу сравнительно
крупнозернистыми (3 — 0,5 мм), а остальное — в тонкоизмельчённом виде. Массу с
добавлением 1 — 2% органич. связующего (например, сульфитно-спиртовой барды)
прессуют под давлением 100 — 150 Мн/м2 (1000 — 1500 кгс/см2). Изделия обжигают в
туннельных печах при 1650 — 1750 °С. Свойства: плотность кажущаяся 3000 — 3300
кг/м3, пористость открытая 14 — 20%, предел прочности при сжатии 40 — 60 Мн/м2
(400 — 600 кгс/см2), температура начала деформации под нагрузкой 200 кн/м2 (2
кгс/см2) 1500 — 1630 °С, термостойкость — более 6 — 10 теплосмен (1300 °С —
вода), хорошая устойчивость против основных и железистых расплавов. Более
плотные изделия, изготовляемые из масс с тонкоизмельченной смесью магнезита с
хромитом, называются периклазошпинелидными. Из чистых исходных материалов
обжигом при более высоких температурах получают изделия с «прямой связью»
кристаллов периклаза и шпинелидов, отличающиеся более высокой стойкостью.
Изготовляются также безобжиговые изделия на химическом связующем и армированные.
М. о. и. применяют преимущественно в сводах мартеновских и электродуговых печей,
а также в цементообжигательных, медеплавильных и других печах.

Лит.: Химическая технология керамики и огнеупоров, М., 1972
А. К. Карклит.

Углеродистые огнеупоры

Углеродистые огнеупоры, состоят почти целиком из углерода
либо содержат 5—70% С вместе с др. огнеупорными компонентами. Углеродистые
изделия изготовляют из кокса, термоантрацита и каменноугольной смолы обжигом в
восстановительной среде при 1100—1450 °С (неграфитированные) или около 2500 °С
(графитированные). Графитовые изделия получают из природного или искусственного
графита. Углеродсодержащие (графитсодержащие) огнеупоры формуют различными
способами из смесей графита с глиной, шамотом, др. огнеупорными порошками и
обжигают при 800—1350 °С или делают безобжиговыми. У. о. имеют кажущуюся
плотность 1500—2000 кг/м3, пористость преимущественно 15—30%, высокую
термостойкость. В окислительной среде У. о. сравнительно быстро окисляются,
форма изделий — блоки различных размеров и фасонные изделия (пробки, стаканы,
трубы, тигли и др.). Углеродистые изделия применяются в кладке горна и лещади
доменных печей, подин печей цветной металлургии, печей по производству карбида
кальция; графитированные и графитовые — в печах для производства специальных
сплавов, в ракетных двигателях; графито-алюмосиликатные — при разливке стали,
плавке цветных металлов и т.д. Находят применение также смеси — пасты из
углеродистых или графитовых порошков со смоляным связующим.

Лит.: Химическая технология керамики и огнеупоров, М., 1972.
А. К. Карклит.

Форстеритовые огнеупорные изделия

Форстеритовые огнеупорные изделия, содержат
преимущественно форстерит. Изготовляются в виде кирпичей разных размеров из
природных магнезиальных силикатов – дунитов, а также оливинитов, серпентинитов,
талькомагнезитов – путём обжига сырья, измельчения, часто смешивания с добавкой
спекшегося магнезита, формования на прессах и обжига; изготовляются также
безобжиговые Ф. о. и. на различных связках. Свойства: кажущаяся плотность
2,5–2,8 г/см3, предел прочности при сжатии 30–50 Мн/м2 (300–500 кгс/см2),
температура начала деформации под нагрузкой 1560–1670 °С, огнеупорность
1790–1850 °С. Ф. о. и. применяются для насадок регенераторов мартеновских и
стекловаренных печей, в нагревательных печах, иногда в нижнем строении
мартеновских печей.

Лит.: Химическая технология керамики и огнеупоров, М., 1972.

Цирконистые огнеупоры

Цирконистые огнеупоры, изготовляются на основе двуокиси
циркония (ZrO2) или циркона (ZrSiO4). Циркониевые (бадделеитовые) огнеупоры
изготовляют из ZrO2 формованием порошкообразных масс и обжигом при 1700—2200 °С.
Предварительно ZrO2 стабилизируют плавлением или обжигом при 1700—1750 °С с
добавкой 5—7% CaO или других структурно близких к ней окислов. Изделия имеют
огнеупорность выше 2000 °С и характеризуются высокой химической стойкостью к
расплавам, щелочам и большинству кислот. Применяются в виде тиглей для плавки
платины, палладия и др. металлов и кварцевого стекла, в реакторостроении, для
футеровки высокотемпературных печей и т. д. Легковесные изделия, волокна и
зернистые порошки пригодны для высокотемпературной теплоизоляции. Цирконовые
огнеупоры изготовляют из цирконового концентрата или предварительно обожжённой
смеси циркона с глиной путём прессования и обжига при температуре около
1500—1550 °С. Свойства изделий: кажущаяся плотность 3,0—3,4 г/см3, температура
начала деформации под нагрузкой 2 кгс/см2 1500—1570 °С, огнеупорность 1900—2000
°С. Применяются в виде стаканов для разливки стали, в печах для плавки алюминия,
в сталеразливочных ковшах для специальных сталей, а также в виде масс и обмазок.

Лит.: Химическая технология керамики и огнеупоров, М., 1972.
А. К. Карклит.

Плавленые огнеупоры

Плавленые огнеупоры, изделия, получаемые отливкой
расплавленных огнеупорных материалов в формы или распиливанием остывших
наплавленных блоков, а также порошки разной крупности, получаемые путём
дробления и измельчения остывшего расплава. Шихту плавят обычно в дуговых печах
(иногда в индукционных, газокислородных и плазменных); расплав разливают в
песчаные, графитовые или чугунные формы. П. о. различают по составу:
бадделеитокорундовые, корундовые, муллитоцирконовые и др. Свойства литых П. о.:
пористость открытая 1—3%, предел прочности при сжатии 400—700 Мн/м2 (4—7 тыс.
кгс/см2), высокая температура деформации, хорошая устойчивость против действия
агрессивных расплавов; термостойкость обычно невысокая. Литые П. о. применяют в
стекловаренных и нагревательных печах, в наиболее разрушаемых участках кладки
мартеновских печей и кислородных конвертеров. Измельченные П. о. применяют для
изготовления огнеупорных изделий ответственного назначения и для набивки
футеровок индукционных и др. печей.

Лит.: Литваковский А. А., Плавленые литые огнеупоры, М., 1959; Химическая
технология керамики и огнеупоров, М., 1972.

Безобжиговые огнеупорные изделия

Безобжиговые огнеупорные изделия, получаются на
основе, как правило, обожжённого сырья, формуются из смесей с неорганическими
или органическими связующими без последующего обжига. Магнезитохромитовые Б. о.
и. из смеси обожжённого при температуре 1600—1650°С магнезита с хромитом,
прессованные под давлением 80—130 Мн/м2 (1 Мн/м2 » 10 кгс/см2) и иногда
армированные стальными пластинами, применяются для кладки мартеновских и
электросталеплавильных печей, в зоне спекания вращающихся печей для обжига
цементного клинкера и др.; изделия на основе обожжённого доломита на смоляном
связующем применяются в сталеплавильных конвертерах; форстеритовые — для насадок
регенераторов печей, магнезитовые стаканы — для разливки стали. Предел прочности
при сжатии Б. о. и. 10—15 Мн/м2 (на химическом связующем — до 50—60 Мн/м2);
пористость 9—15%, изменение объёма при нагреве до рабочих температур 3—5%. Б. о.
и. на 5—15% дешевле аналогичных обожжённых и в ряде случаев не уступают им по
стойкости.

Лит.: Технология керамики и огнеупоров, 3 изд., М., 1962.
П.П. Будников, А.К. Карклит.

назад в библиотеку