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.