Общая технология силикатов

Сулименко Л.М.

Инфра-М, 2004 г.

5.6. Производствоогнеупорныхматериалов и изделий

Огнеупорными называют изделия, имеющие огнеупорность не ниже 1580°С и предназначенные для возведения и футеровки тепловых агрегатов. Эти материалы должны обладать целым комплексом специфических свойств: огнеупорностью, строительной прочностью при высоких температурах, термостойкостью, шлакоустойчивостью, постоянством объема в службе.

Огнеупорность — способностьматериала противостоять высокотемпературному нагреву, на расплавляясь. По огнеупорности различают собственно огнеупоры — с огнеупорностью 1580— 1770°С, высокоогнеупорные материалы — с огнеупорностью 1770— 2000°С и огнеупоры с высшей огнеупорностью > 2000°С.

Строительную прочностьогнеупоров при высоких температурах оценивают по температуре начала деформации (ТНД) цилиндрического образца испытуемого материала при его нагревании под нагрузкой 0,2 МПа. Величина ТНД и ее связь с огнеупорностью обусловлены структурой кристаллической и стекловидной фаз, а также их соотношением.

Термостойкость зависит не только от теплофизических свойств материала, но и его микроструктуры. В плотных тонкозернистых материалах сквозные «термические» трещины распространяются практически мгновенно, а в грубозернистых пористых материалах трещина, пройдя через зерно, локализуется в поре. Поэтому огнеупоры, как правило, производят из грубозернистых масс, используя операцию шамотирования, т.е. обжиг части сырьевых материалов для получения промежуточного продукта, при измельчении которого получают компонентымассы с требуемой зернистостью.

Шлакоустойчивость — способностьогнеупорныхматериалов противостоять агрессивному действию контактирующих расплавов (в том числе и шлаков). Она зависит главным образом от различий химической природы огнеупора и состава контактирующего расплава. Так, основной огнеупор хорошо противостоит воздействию основного расплава и плохо-кислого.

Постоянство объема в службе — одно из требований, обеспечивающих успешную эксплуатацию огнеупора. Продолжительная эксплуатация при высоких температурах может приводить к дополнительной усадке или к увеличению объема изделий. Возникающие механические напряжения могут стать причиной обвала сводов, раскрытия швов футеровки и соответственно падения ее шлакоустойчивости.

Жесткие и разнообразные условия эксплуатации огнеупоров обуславливают и необходимость выпуска широкого их ассортимента. В зависимости от их химико-минералогического составаогнеупорныеизделия подразделяют на: кремнеземистые, алюмо-силикатные, магнезиальные, углеродистые, цирконийсодержащие, карбидокремневые и др.

КРЕМНЕЗЕМИСТЫЕ ОГНЕУПОРЫ

Типичный представитель кремнеземистых огнеупоров — динас. Это огнеупорные изделия, содержащие не менее 93% Si02 и обжигаемые при таких температурах, которые обеспечивают перекристаллизацию содержащегося в них кремнезема в виде кварца в тридимит и кристобалит.

Основное сырье для получения динаса — очень твердые и непластичные цементные и кристаллические кварциты. Для получения прочного черепка добавляют минерализаторы — в основном известь, а также железную окалину, оксид марганца в количестве 1,5-2,5%.

Кварциты подвергают двухступенчатому дроблению в щековых и молотковых дробилках, помолу на бегунах или в шаровых мельницах с обязательным отсевом грубых фракций. Известь вводят в шихту в виде известкового молока, перемешивают компоненты в основном в смесительных бегунах тяжелыми катками. Формуют простые мелкоразмерные изделия прессованием, крупные сложные изделия — трамбованием. Сушку ведут в камерных или тоннельных сушилах. Длительность сушки кирпича 8-12 ч, крупных изделий — 20—30 ч.

Наиболее сложный процесс в производстве динаса — обжиг.

Особенность формирования динасового камня состоит в том, что он образуется при очень малом количестве расплава в основном за счет полиморфных превращений кремнезема. При этом последние сопровождаются существенными изменениями истинной плотности или объема, вызывающими в изделии возникновение напряжений и возможность появления трещин. обжигдинаса должен не только придать керамическому телу камневидное строение и высокую прочность, но и обеспечить более полное перерождение кварца в тридимит и кристобалит с получением прочного сростка кристаллов.

Последовательность высокотемпературных физико-химических превращений при получении динаса может быть представлена в следующем виде: при 100-150°С удаляются остатки влаги, при 450—550°С завершается дегидратация Са(ОН)2, введенного со связкой, при 573°С начинается полиморфное превращение р—кварца в а—кварц, сопровождающееся увеличением объема и снижением прочности полуфабриката. Поэтому необходимо снизить скорость нагрева до 20-25°С/ч.

При 600-1050°С происходит взаимодействие Si02 с Со О и FeO, заканчивающееся образованием СаО