Магнезитовые огнеупоры

 

Магнезитовыми огнеупорами называются огнеупоры, которые содержат 90% и более MgO. Сырьем для производства магнезитовых огнеупоров служит минерал магнезит MgC03 или гидрат окиси магния Mg(OH)2, получаемый из морской воды. магнезит в природе встречается в аморфном виде и в виде кристаллического магнезитового шпата. Аморфный магнезит представляет собой почти чистый карбонат магния, кристаллический содержит примеси в виде СаС03) FeC03, А1203, Si02 и др. Содержание FeC03 в магнезите доходит до 8%, причем железо при обжиге выполняет роль минерализатора.
Месторождения кристаллического магнезита находятся в СССР на Южном Урале вблизи станции Сатка. В некоторых странах, не имеющих залежей магнезита, организовано извлечение солей магния из морской воды и получение гидрата окиси магния осаждением по реакциям:
MgCl2 + Са(ОН)2 = Mg(OH)2 + СаС12;
MgSO4 + Са(ОН)2 = Mg(OH)2 + CaSO4.
Магнезит после добычи обжигают при температуре 800—900° С для полного удаления СO2 и возможно более полного спекания:
MgC03 = MgO+ СO2 — 117780 кДж.
Получаемая при этом обожженная MgO, называемая каустическим магнезитом, способна гидратироваться и вновь поглощать СO2. Поэтому как сырье для изготовления огнеупоров каустический магнезит не используется, но применяется в качестве вяжущего вещества, так как обладает хорошими цементирующими свойствами. Для получения устойчивого по отношению к воде и СO2 материала магнезит нужно обжигать до полного спекания («намертво») при температуре не ниже 1600° С. При этом происходит кристаллизация MgOв форме периклаза — модификации магнезита, значительно более устойчивой к воде и СO2.
Спекшийся магнезит служит Сырьем для производства металлургического порошка и плавленого магнезита. В первом случае спек магнезита измельчают до размеров зерен от 5 мм до тонкой пыли и просеивают с разделением на фракции. В таком виде он носит название металлургического порошка.
Для получения плавленого магнезита его спек расплавляют в дуговых электропечах. Из расплава при остывании образуется крупнокристаллический магнезит без примесей. В плавленом магнезите содержится 95% и выще MgO. Из расплавов изготавливают литые брусья и кирпичи, обладающие большой плотностью и шлакоустойчивостью. Для изготовления изделий формованием или набивкой плавленый магнезит измельчают и просеивают с классификацией на фракции.
При изготовлении магнезитовых изделий из металлургического порошка или измельченного плавленого магнезита составляется шихта определенного гранулометрического состава. Так как обожженный магнезит не обладает пластичностью, в шихту добавляют связующее вешество, вкачестве которого применяют сульфатно-спиртовую барду, тонко размолотую глину (не более 2%) или каустический магнезит. Массу увлажняют до 3—5% содержания влаги, тщательно перемешивают и закладывают вспециальные хранилища на 4—5дней для вылеживания. При этом происходит некоторая гидратация пылевидных частиц, что придает массе большую пластичность.
Формуют изделия из магнезита на гидравлических прессах под давлением не менее 90 МПа, причем чем выше давление прессования, тем более плотными и термостойкими получаются изделия. После сушки, в процессе которой происходит увеличение механической прочности вследствие перехода коллоидальной гидроокиси магния в кристаллическую, изделия обжигают при температуре 1600° С в течение 6—7 сут.
Наряду с обожженными магнезитовыми изделиями находят применение и безобжиговые. При изготовлении их к металлургическому порошку с размером зерен до 2—3 мм добавляют хромистый железняк и связующее вещество — сульфатно-спиртовую барду, патоку и др. Безобжиговые изделия прессуют под давлением до 100 МПа. После сушки при температуре 200—300° С изделия приобретают достаточную механическую прочность без последующего обжига.
Магнезитовые изделия обладают очень выеокой огнеупорностью (выше 2000° С), стойки к действию основных шлаков, но при высоких температурах разрушаются окисью железа, углеродом и карбидами тяжелых металлов, мало устойчивы к парам воды. Магнезитовые изделия имеют высокую теплопроводность, но с повышением температуры она понижается. Температура начала деформации сравнительно низка (1500—1600°С), однако с повышением температуры обжига и уменьшением количества примесей она может быть повышена.
Большим недостатком магнезитовых изделий является их малая термическая стойкостьизделия выдерживают всего 4—9 воздушных теплосмен, поэтому печи с магнезитовой футеровкой следует нагревать и охлаждать очень медленно. Низкая термостойкость магнезитовых изделий обусловливается разницей в коэффициентах линейного расширения периклаза и монтичеллитовой связки. Замена монтичеллитовой связки на глиноземистую позволяет получить термостойкие магнезитовые изделия, так как коэффициенты линейного расширения периклаза и глиноземистой шпинели (MgO-Al2O3) близки. Эти изделия имеют более низкий коэффициент линейного расширения и термостойкость, в 20 раз превышающую термостойкость обычных изделий. Для получения плотных и высокоплотных магнезитовых изделий в шихту дополнительно вводят 3% ТiO2, что повышает плотность черпака. Кажущаяся пористость этих изделий 10-15%.
Изделия с высокой температурой начала деформации могут быть получены при замене монтичеллитовой связки на форстеритовую (2MgO-SiO2). В изделиях из шихты, в которую на 80—85% металлургического порошка вводится 10—15% кварцевого песка или других кремнистых материалов и 5% каустического магнезита, после обжига содержится 8—10% кремнезема, что повышает температуру начала размягчения до 1600—1630° С, но термостойкость их низка.
Изделия из плавленого магнезита отличаются высокой температурой начала деформации (1660°С), малой пористостью и значительной термостойкостью, но стоимость их высока и в связи с этим применение ограничено.
Основное применение магнезитовых огнеупоров в цветной металлургии—кладка стен и подин плавильных печей миксеров. Металлургический порошок используется для наварки подин.