Оксидноуглеродистые огнеупоры

Кащеев И.Д.

Интермет Инжиниринг, 2000 г.

1.1. Роль углерода в огнеупорных материалах и изделиях

Общим признаком изделий данной группы является содержание в их углеродной основе углерода в том или ином виде.

В соответствии с предложенной классификацией  в зависимости от природы и свойств углеродсодержащего компонента и его отношения к кислороду углеродсодержащие огнеупоры подразделяют на:

- собственно углеродистые (коксовые), практически полностью горючие, содержащие углерод в форме кокса;

- графитооксидные, полугорючие. Эта группа наиболее распространенная, в которую входят такие изделия, как шамотографитовые, корундографитовые, периклазографнтовые и др.;

- карбидкремниевые и карбидкремнийсодержащие, негорючие, содержащие углерод в связанном виде.

Ниже рассмотрим физико-химические основы производства графитооксидных огнеупоров.

Недостатком оксидных огнеупоров являются их низкая теплопроводность и высокий термический коэффициент линейного расширения (т.к.л.р.), что обусловливает невысокие стойкость к термическим ударам и коррозионную стойкость. Основным направлением совершенствования технологии получения таких огнеупоров было повышение степени чистоты сырья, увеличение давления прессования и температуры обжига. Это позволяет повысить коррозионную стойкость, но при этом снижается термостойкость, так как возрастают модуль упругости и т.к.л.р. Для повышения свойств в оксидные огнеупоры вводят углерод, что снижает т.к.л.р. и повышает теплопроводность, а следовательно, и стойкость к термическим ударам. Однако огнеупор, содержащий углерод, имеет один существенный недостаток, связанный с выгоранием углерода.

Углерод предотвращает проникновение шлака в огнеупоры, что связывают с низкой его смачиваемостью шлаком и способностью восстанавливать оксиды железа в шлаке, повышая при этом вязкость и температуру плавления шлака.

Оксиды железа в шлаке восстанавливаются углеродом до металла, что приводит к росту эвтектической температуры шлака на поверхности огнеупора с 1333 до 1600°С и тем самым защищается горячая поверхность огнеупора от преждевременного разрушения вследствие формирования вязкого шлакового покрытия.

Установлено, что угол смачивания шлаком оксида магния увеличишься при частичном восстановлении углеродом Fe₂O₃ до FeO.

Газообразные продукты окисления углерода (СО и СO₂) заполняют поры и создают противодавление, препятствуя проникновению шлака. В периклазоуглеродистых огнеупорах восстановление оксида магния дополнительно увеличивает давление газа в порах изделия. У шамотографитовых огнеупоров увеличивается огнеупорность с 1710 до 1900°С. С ростом содержания графита повышается шлакоустойчивость огнеупоров . Вместе с тем установлено образование на границе между слоем шлака и неизмененными участками периклазоуглеродистого кирпича плотного слоя вторичного периклаза, который является продуктом окисления восстановленного металлического магния за счет реакции взаимодействия углерода с оксидом магния. Указанный слой предотвращает Прямой контакт шлака с огнеупорами, в частности с углеродом, являясь эффективным средством повышения шлакоустойчнвости периклазоуглеродисгых огнеупоров.