При строительстве металлургических печей наряду с обычными строительными материалами применяются материалы, предназначенные для работы при высоких температурах. Они служат для отделения рабочей камеры печи от окружающего пространства и ее тепловой изоляции. Это неметаллические огнеупорные и теплоизоляционные материалы.
Огнеупорными называют строительные материалы, предназначенные для строительства тепловых устройств, в частности металлургических печей, яки способны противостоять воздействию высоких температур и физико-химических процессов, протекающих в этих агрегатах.
Классификация огнеупорных материалов.
По способу изготовления огнеупорные изделия подразделяют на
- Природные (выпиливаются из горных пород, например, талька)
- Искусственные (прессованные, трамбованным, литые и волокнистые).
Литые изделия могут быть получены отливкой из жидкого раствора (подобно литом бетона) или из расплавленных масс. Прессованные изделия изготавливают обожженными (обжиговые) и необожженной (безобжиговых) последние подвергают обжигу в период разогрева печи и ее эксплуатации. Волокнистые изделия изготавливают путем пропитки алюмосиликатной огнеупорной волокнистой массы раствором связывает. Таким путем получают войлок, маты и плиты.
Качество огнеупоров определяется их способностью не разрушаться под действием высоких температур и физико-химических процессов, развивающихся в печах. Согласно этому в изделия из огнеупорных материалов предъявляются следующие требования:
- Механическая прочность, особенно при рабочих температурах;
- Способность противостоять резким изменениям температуры;
- Сопротивление воздействию шлаков и газов;
- Невысокая теплопроводность и теплоемкость при достаточной плотности;
- Точные размеры и необходимая форма изделий, позволяют осуществить высококачественную кладку футеровки печей;
- Низкая стоимость.
Многочисленность и сложность выполнения этих, зачастую, противоречивых требований обусловила создание большого числа различных огнеупорных и теплоизоляционных материалов. Это вызывает необходимость их классификации, в основу которой положен химико-минералогический состав материалов. Исходя из этого, огнеупорные материалы, наиболее широко применяются в металлургии делят на
- Кремнеземистые на основе SiO2 (динасовые и кварцитовые изделия);
- Алюмосиликатные на основе А12О3 и SiO2 (полукислые, шамотные и высокоглиноземистые)
- Содержащие магний на основе МgО (магнезитовые или периклаза)
- Магнезиально-известковые на основе МgО и СаO (магнезитодоломитови или периклазовапняни и доломитовые)
- Магнезиально-шпинелидни на основе МgO, и Сг2О3 и А12О3 (магнезитохромитови, хромомагнезита, периклазошпинелидни и шпинельной)
- Магнезиально-силикатные на основе МgО и SiO2 (периклазфорстеритови и форстерита)
- Цирконисти на основе ZrO2 (циркониевые и цирконовые)
- Углеродные на основе С (углеродистые графитировани и глинистографитови)
- Карбидкремниеви на основе SiC (карборунд и те, содержащие карбидкремний).
Как видно из этого перечня, большинство промышленных огнеупорных материалов имеет в своей основе тот или иной оксид. Тип оксида, служит огнеупорной основой материала, позволяет отнести его к одной из трех категорий:
- Кислый (SiO2);
- Нейтральный (А12О3)
- Основной (МgО).
Область применения огнеупорных материалов предъявляет свои требования к ним. Например, свойства шамотного кирпича для доменных печей должны быть выше свойств такой же кирпича, которую применяют для термических и нагревательных печей. Огнеупорные изделия одинакового состава заводы-изготовители классифицируют и маркируют по применению
- Мартеновские;
- Ковшевые для футеровки ковшей;
- Насадочные для кладки насадок регенераторов и др..
Огнеупорные материалы определенного целевого назначения часто называют припас, например, мартеновский припас, сталеразливочных припас и др.. Кроме изделий определенной формы, предназначенных для тех или иных устройств, все более широкое применение находят монолитные футеровки необходимого состава, а также огнеупорные бетоны и обмазки.
В зависимости от формы и размеров различают огнеупоры
- Простые (обычный кирпич, имеющий форму параллелепипеда)
- Фасонные - любой формы.
Огнеупорные кирпичи изготовляют разных размеров. Кроме обычных кирпичей, изготовляют большие блоки в виде брусьев. Все огнеупорные изделия стандартизированы.
Свойства огнеупорных материалов.
Огнеупорные материалы характеризуются
- Огнеупорностью;
- Предельной температурой службы;
- Термической устойчивостью;
- Механической прочностью;
- Плотности;
- Пористостью;
- Шлакостийкистю;
- Теплопроводностью;
- Удельной теплоемкостью;
- Электропроводностью.
Огнеупорность В - это свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур без деформации и расплавления. Огнеупорность определяют стандартным методом. Для этого из огнеупорного материала, исследуют, изготавливают трехгранные пирамидки (перископы) малого или большого формата. Малые перископы имеют высоту 30 мм, а стороны нижней и верхней основ соответствующее 8 и 2 мм. Большие перископы имеют высоту 58-63 мм, а стороны нижней и верхней основ 5-18 мм и 2,9-6,5 мм (в зависимости от исполнения). Их устанавливают на огнеупорной подставке вместе со стандартными перископами строго соответствующего размера и определенной огнестойкости в специальную электрическую печь, температуру которой измеряют и медленно повышают со скоростью 2-6 К / мин.
Пирамидки постепенно размягчаются и их вершины под действием силы тяжести наклоняются к основанию. При одновременном касании вершин пирамидки, что испытывается, и одного из эталонных перископов испытания заканчивается, а температура, при которой это происходит, является показателем огнестойкости данного материала.
Стандартные перископы характеризуются номером, показывающий температуру падения. Например, номер 171 означает, что данному стандартному перископ свойственна температура падения (огнеупорность) 1710 ° С.
Огнеупорность хотя и является очень важной характеристикой огнеупорного материала, не может быть принят как показатель температурных условий его службы, поскольку температура падения перископа - это температура размягчения материала до такой степени, который является недопустимым при его эксплуатации в печах. Кроме этого, в реальных условиях на материал действует не только высокая температура, но и механические нагрузки, вызывающие чаще, его разрушение при температурах, более низких, чем температура огнеупорности.