8.2. Огнеупорные керамические материалы

Огнеупорными материалами (огнеупорами) называют неметаллические материалы, характеризующиеся повышенной ог­неупорностью, то есть способностью противостоять, не расплав­ляясь, воздействию высоких температур выше 1000⁰С. Огнеупоры применя­ются в промышленном строительстве для кладки металлурги­ческих печей, футеровки аппаратуры, работающей при высо­ких температурах, изготовления термостойких изделий и дета­лей (тигли, стержни поглотителей нейтронов в атомных реак­торах, обтекатели ракет и т.п.).

К материалам, используемых в качестве огнеупоров, предъявляются следующие общие требования:

• термическая стойкость, то есть свойство сохранять меха­нические характеристики и структуру при одно- и многократ­ном термических воздействиях;

• малый коэффициент термического расширения;

• высокая механическая прочность при температуре эксп­луатации;

• устойчивость к действию расплавленных сред (металлов, шлака).

Наиболее распространенные огнеупоры можно разделить на три группы: кремнекислые (кислые), алюмосиликатные (полуки­слые и нейтральные) и магнезиальные (нейтральные и основные).

Кремнекислые огнеупоры, важнейшим из которых является динас, представляют собой огнеупорный материал, со­держащий не менее 93% SiO₂, изготовленный из кварцитов и извест­кового молока и обожженный при температуре около 1400° С. Из­весть - связующее вещество, кроме того, при обжиге она ускоряет полиморфные превращения кварца, которые происходят в процессе обжига. Огнеупорность динаса 1670—1730° С; он устойчив к дейст­вию кислых шлаков; основные шлаки, зола топлива и окислы ме­таллов разрушают динас, образуя легкоплавкие шлаки.

Динас используется для кладки металлургических печей, элект­ропечей, коксовых печей, для футеровки печей и т. п.

Алюмосиликатные огнеупоры в зависимости от количества в них А1₂О₃ разделяются на динасовые, полукислые, со­держащие более 65% SiO₂ и менее 30% А1₂О₃; шамотные, содержа­щие от 30 до 45% А1₂0₃; высокоглиноземистые, со­держащие более 45% А1₂О₃.

Динасовые огнеупоры состоят не менее, чем на 95% из окси­да кремния в модификации тридимита и кристабалита с при­месью оксида кальция. Они стойки к кислым шлакам, огнеупор­ны до 1730°С и применяются для кладки коксовых и стеклова­ренных печей. Получаются из кварцита и оксида кальция об­жигом при 1500°С.

Шамотные огнеупоры получили наибольшее распростра­нение. Они изготовляются из огнеупорных глин или каолинов с отощающей их добавкой шамотом. Шамот - обожженная глина - вво­дится в количестве от 20 до 90% в зависимости от назначения изде­лия.

Огнеупорность шамотных изделий 1580-1770° С, они устойчивы к действию кислых шлаков, но могут разрушаться основными шла­ками. Шамот используется для кладки металлургических, стекло­варенных, кера-мических и других печей и для футеровки печей, генераторов, топок и т. п.

Высокоглиноземистые огнеупоры обладают повышенной механи-ческой прочностью при высоких температурах и огнеупорны до 1950°С. Применяются для кладки сводов металлургических печей, в электрических, стекловаренных и туннельных печах обжига.

Магнезитовые огнеупоры — высокоогнеупорные материалы, содержащие 80—85% и более МgО.

Магнезитовые огнеупоры изготовляются из магнезита МgСО₃, который предварительно обжигают при 1550—1600° С с получением МgО. Затем МgО увлажняют до содержания влаги 5—6%, выдер­живают во влажной атмосфере в течение нескольких суток и при этом МgО частично гидратируется. Полученный материал смеши­вается с клеящими добавками (сульфитно-спиртовая барда, мелясса и т. п.) для получения хорошо формующегося теста, из которого прессованием формуют изделия. Обжиг магнезитовых изделий производится при 1560—1600° С.

Магнезитовые изделия относятся к высокоогнеупорным, их огнеупорность выше 2000° С; они противостоят действию основных шлаков и расплавленных металлов, но плохо выдерживают темпе­ратурные колебания. Они применяются главным образом для ме­таллургических печей.

Корундовые огнеупоры состоят из оксида алюминия в моди­фикации корунда. Они огнеупорны до 2050°С и применяются в устройствах для нагрева и плавления тугоплавких материалов в радиотехнике и квантовой электронике.

Карборундовые огнеупоры состоят из карбида кремния (кар­борунда) 81С. Они устойчивы к действию кислых шлаков, обла­дают высокой механической прочностью и термостойкостью. Применяются для футеровки металлургических печей, изготов­ления литейных форм, чехлов термопар.

Циркониевые и ториевые огнеупоры состоят, соответствен­но, из оксидов циркония ZrО₂ и тория ThO₂ и отличаются высо­кой огнеупорностью (до 2500°С). Применяются для изготов­ления тиглей в цветной металлургии, футеровки соляных ванн для закалки стальных изделий, изготовления деталей печей и установок разливки стали.

Углеродистые огнеупоры содержат от 30 до 92% углерода и изготав-ливаются:

• обжигом смеси графита, глины и шамота (графитовые огнеупорные материалы);

• обжигом смеси кокса, каменноугольного пека, антраценовой фракции каменноугольной смолы и битума (коксовые 1 огнеупоры).

Углеродистые огнеупоры применяют для выкладки горнов доменных печей, печей цветной металлургии, электролизеров, аппаратуры в производстве коррозионно-активных веществ.