Низкая стоимость, технологичность изготовления
Указанным требованиям в большой степени отвечают окислы различных элементов.
Основой огнеупорных материалов являются три огнеупорных окисла: кремнезем SiO2, глинозем Аl2О3 и окись магния MgO.
Огнеупорные материалы применяются в виде сплошных и пористых кирпичей и фасонных изделий. Наиболее часто применяются кирпичи размером 113 х 65 х 230 мм.
Огнеупорные материалы применяются также в виде порошка, набивных масс и обмазок, а также в виде огнеупорных бетонов.
Основные свойства огнеупорных материалов приведены в табл. 2 и 3.
Наибольшее распространение в электропечестроении получила группа алюмосиликатных огнеупоров.
Алюмосиликатные огнеупоры (шамотные, муллитокремнеземистые, силлиманитовые, муллитовые, корундомуллитовые) имеют нейтральную химическую природу и содержат 28 — 45 % Al2O3 в шамотных, 45 — 62 % в муллитокремнеземистых, 62 — 72 % в муллитовых, 72 — 90 % в корундомуллитовых материалах.
Среди этой группы материалов наиболее распространены шамотные (плотные и легковесные).
Шамотные материалы используются в воздушной атмосфере, при применении контролируемых атмосфер использование этих материалов ограничено.
Высокоглиноземистые огнеупорные материалы (муллитокремнеземистого, муллитового и корундомуллитового составов) могут применяться в различных атмосферах, в том числе контролируемых.
Огнеупорность шамотных изделий — в пределах 1600 — 1750°С.
Шамотные материалы могут служить в условиях воздействия кислых и основных шлаков, расплавов солей. Эти материалы применяются для футеровки электропечей, работающих в воздушной (слабоокислительной) атмосфере.
Изделия с пористостью более 45 % и пониженной средней плотностью (400 — 1400 кг/м3) относятся к легковесным. Их используют для наружной или внутренней теплоизоляции электропечей. Легковесные изделия не должны подвергаться действию расплавленных шлаков, металлов, стекла, золы, они могут также применяться в качестве промежуточной теплоизоляции в плавильных или высокотемпературных печах. Некоторые из этих материалов могут применяться в защитных углеродсодержащих атмосферах.
Муллитокремнеземистые и муллитовые изделия (плотные и легковесные) обладают огнеупорностью не ниже 1700°С. Эти изделия в качестве основной кристаллической фазы содержат муллит, связка между зернами муллита — стекло с различным содержанием кремнезема. Материалы достаточно стойки к действию металлов, шлаков, расплавов и газов, содержат небольшое количество вредных примесей (Fe2O3 и щелочей), их целесообразно применять в механически нагруженном слое футеровки.
Легковесные (высокопористые) материалы не должны подвергаться действию расплавов металлов, шлаков и стекол.
Огнеупорность материалов — более 1800°С. Эти материалы в основном плотные и применяются для футеровки механически нагруженного слоя футеровки электропечей. Материалы такого типа обладают большой механической прочностью. Они могут работать в контакте с расплавами, нагретыми металлами и газами.
Корундовые огнеупоры, относящиеся к группе глиноземистых, содержат более 90 % Al2O3и небольшое количество примесей (окислы кремния, железа, щелочей), имеют огнеупорность более 2000°С. Эти материалы устойчивы к действию практически всех металлов(в нагретом или расплавленном состоянии), шлаков, большинства газов, восстановительных реагентов и вакуума. Корундовые изделия механически очень прочны. Из корунда изготовляют огнеупорные изделия, которые имеют достаточную термостойкость, а также корундовую керамику более мелких и сложных фасонов. Добавка к корунду некоторых окислов (TiO2, ZrО2 и др.) позволяет регулировать технические свойства изделий. Изделия из плотного корунда применяются в электропечах: высокотемпературных, вакуумных, водородных, плавильных, нагревательных, для химико-термической обработки и др. Температура применения корундовых материалов близка к их огнеупорности (1900 — 1950°С). Корундовые огнеупоры выпускаются плотных и легковесных разновидностей.
Группа кремнеземистых огнеупоров включает динасовые и кварцевые огнеупоры.
Динасовые огнеупорные изделия содержат не менее 93 % SiOa. Футеровка из этих изделий является кислой, т. е. устойчивой к кислым шлакам, стеклам и реагентам, и характеризуется огнеупорностью не ниже 1690°С. Главные области их применения: стекловаренные электропечи, своды электропечей, а также коксовые, стекловаренные газовые печи и регенераторы мартеновских печей. Динас может применяться в обжигательных печах, где температуры слишком высоки для применения шамотных изделий. Изделия, содержащие 93 % и более кремнезема, отличаются высокой температурой деформации (1600 - 1650°С), что способствует их использованию в сводах печей, а также дополнительным ростом размеров при работе.
Легковесный динас не взаимодействует при 1450°С с пеношамотом, полукислыми, каолиновыми, высокоглиноземистыми, хромомагнезитовыми, магнезитовыми и форстеритовыми огнеупорными материалами. Он применяется для сводов с большим пролетом при 1450°С, в том числе для печей периодического действия.
Важным свойством динаса является то, что в отличие от остальных огнеупорных материалов, у которых механическая прочность снижается с повышением температуры, динас сохраняет высокую механическую прочность до температуры плавления. Недостатком этого материала является низкая термостойкость.
Большая группа так называемых магнезиальных огнеупоров имеет в своем составе периклаз (окись магния MgO), обладающий значительной устойчивостью к агрессивному воздействию металлов, окислов железа и основных металлургических шлаков. Магнезиальные изделия отличаются высокой огнеупорностью (выше 2000°С).
Магнезиальные изделия применяют для подин и стен электросталеплавильных печей, миксеров и других агрегатов. Эти изделия характеризуются малой термической стойкостью и разрушаются при резких температурных перепадах. Для повышения термической стойкости в их состав вводят некоторое количество (5 - 8 %) глинозема (Аl2О3). Еще более термостойкие изделия получаются при введении в состав материалов хромита (Сr2О3).
Магнезитошпинелидную группу образуют периклазохромитовые, хромитопериклазовые, хромитовые и периклазошпинелидные огнеупоры.
Хромитопериклазовые (хромомагнезитовые) изделия применяют для электросталеплавильных печей. Периклазохромитовые изделия, обладающие высокой шлакоустойчивостью и хорошей термостойкостью, используются в сводах сталеплавильных, медеплавильных, нагревательных и других печей. Особо высокой термостойкостью отличаются плотные магнезитохромитовые изделия с пористостью 16 % и ниже.
Материалы этой группы не используются в электропечах с контролируемыми газовыми атмосферами, так как входящий в их состав хромит подвергается восстановлению. Указанные материалы выпускаются только плотных разновидностей.
В ряде случаев в электропечах сопротивления применяются карбидкремниевые (карборундовые) изделия. К ним относятся изделия с содержанием карбида кремния (SiC) более 70 %. Карбидкремниевые огнеупоры имеют огнеупорность выше 1850°С, высокие теплопроводность и электрическую проводимость, термостойкость, стойкость к абразивному воздействию, не смачиваются некоторыми металлами, обладают высокой механической прочностью в холодном и нагретом состояниях. Материалы, содержащие большое количество карбида или нитрида кремния, кислотоупорны и стойки к высокотемпературной деформации, но разрушаются восстановителями, в том числе основными шлаками и щелочами, окисляются на воздухе при температуре выше 1450°С. Эти материалы применяются в воздушной или инертной атмосфере - там, где требуются большие износостойкость, теплопроводность и термостойкость изделий, они могут применяться в контакте с материалами алюмосиликатной группы, с которыми карбид кремния не взаимодействует.
Определенное применение для высокотемпературных печей нашли огнеупоры цирконистой группы (бакелитовые, цирконовые).
В состав этих огнеупоров входят двуокись циркония (ZrO2) или силикат циркония (циркон – ZrSiО4). Материалы этого типа обладают высокой огнеупорностью (выше 2000°С), они химически устойчивы и мало теплопроводны. Цирконовые изделия сохраняют постоянство объема при высоких температурах, имеют стойкость против деформаций при высоких температурах, термостойки, стойки к воздействию каменноугольных и коксовых шлаков, шлаков и расплавов черных и цветных металлов, расплавленных хлоридов, фосфорнокислого натрия, шлаков закалочных печей с соляной ванной. Цирконовые изделия разрушаются фтором, фосфорным ангидридом, стекольным расплавом, окислами железа и мартеновскими шлаками. Огнеупоры на основе двуокиси циркония с добавками муллита или корунда (бакоровые, муллитоциркониевые), полученные литьем из расплава, химически стойки, особенно против действия стекол. Муллитоциркониевые изделия стойки также к действию окислов железа. Чистая двуокись циркония (без добавок других окислов) применяется в качестве высокотемпературной теплоизоляции.
На основе ZrO2 промышленностью выпускаются плавленолитые огнеупоры: бакор-33, бакор повышенной чистоты, муллитоциркониевые, циркониевые огнеупоры, стабилизированные окисью кальция или окисью иттрия.
В отдельных случаях в качестве огнеупоров применяются угольные и графитовые изделия, например для футеровки руднотермических печей. Из указанных материалов изготовляются тигли. Материалы термостойки, механически прочны, имеют высокую теплопроводность и электрическую проводимость; они не могут работать в окислительной атмосфере.
Для специальных высокотемпературных печей нашли применение изделия из окислов редких металлов - окиси тория, окиси бериллия, а также нитриды бора, карбиды бора, хрома, ванадия, вольфрама, молибдена.
Дата добавления: 2015-07-30; просмотров: 728;