9 Оксидно-углеродные композиции

используются огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных изделий для футеровки сталеплавильных конверторов и сталеразливочных ковшей. Оксидно-углеродистые огнеупоры, более теплопроводны, чем безуглеродистые, поэтому ставится задача повышенной теплоизоляции футеровки во избежание настылеобразования металла в ковше. 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.

Оксидно-углеродистый огнеупор содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: корунд фракции 3-6 мм 5,0-20,0, фракции 1-3 мм 40,0-50,0, фракции 1-0 мм 4,0-22,0; глиноземсодержащий компонент фракции менее 0,063 мм (в том числе фракции менее 0,020 мм не менее 70 мас).

Для огнеупоров системы оксид-углерод (MeО-C) большое значение имеют реакции взаимодействия углерода с оксидом в присутствии кислорода. В общем виде систему модно представить как тройную М-О-С.

Взаимодействие оксидов металла (в составе огнеупора) с углеродом происходит по реакции Ме + С = Ме +Со, которую рассматривают как результирующую двух сопряженных реакций:

Ме_х О_у + Со= Ме_х О_у +Со₂ (1)

Со₂+С= 2 Со₂ (2)

Ме_х О_у + С = Ме_х О_у +Со (3)

Условием равновесия реакции (3), является одинаковый состав равновесной газовой фазы (Со+Со₂) Уравнений (1) и (2).Состав газовой смеси (Со+Со₂) для приведенных реакций изменяется с температурой, а для реакции (2) ещё и от общего давления в системе.

Петрографический анализ оксидно-углеродистых огнеупоров после службы в сталеразливочных ковшах обнаруживает практически плотный контакт огнеупора со шлаком; при этом глубина проникновения шлака в огнеупор не превышает 0,2 мм, окисленная зона в высококачественных изделиях практически отсутствует. Следующий шаг в использовании огнеупоров в футеровке СК — переход от штучных изделий к периклазоуглеродистым массам.

10. Требования, предъявляемые к свойствам и строению огнеупоров

-высокая точность формы и размеров => усадка min 0,1%

- зернистое строение (наполнитель с различными размерами зерен (спеченый или плавленый) 3-4 мм + дисперсная составляющая из тех же частиц 2-4 мкм)

- Т начала деформации под нагрузкой

-термостойкость (зернистое строение)

-химическая стойкость (к шлакам, металлам, газам)

- малая пористость + мелкие поры (<10 мкм => расплав не проходит)

-прочность и износостойкость

11. Классификация алюмосиликатных огнеупоров, диаграмма SiO₂-Al₂O₃.

Зависимо от содержания глинозема эти огнеупоры разделяются на:

-полукислые - от 15 до 28 % Al2O3;

-шамотные - от 28 до 45 % Al2O3;

-высокоглиноземистые - более 45 % Al2O3.

Высокоглиноземистые огнеупоры в свою очередь разделяются на

-муллитокремнеземистые - от 45 до 62 % Al2O3;

-муллитовые - от 62 до 72 % Al2O3;

-муллитокорундовые - от 72 до 90 % Al2O3;

-корундовые - более 90 % Al2O3.

12.Огнеупорные материалы из SiC. Получение огнеупоров из SiC на различных связках. Свойства и области применения.

Карбид кремния получают при 2000-2200°С из смеси кремнезема и углеродистого материала. В качестве кремнеземистой составляющей используют чистые кварцевые пески с содержанием не менее 98,5 % SiO₂, а углеродистой составляющей являются малозольные антрациты и нефтяной кокс. Процесс идет с большими затратами тепла и описывается реакцией: SiO₂+3C→SiC + 2CO - 119,02 ккал/моль.

Изделия с алюмосиликатными связками получают смешиванием, формованием и обжигом композиций, содержащих в различных соотношениях зерен карбида кремния с алюмосиликатными компонентами. В качестве последних используют как огнеупорную глину, так и высокоглиноземистые составляющие с различным содержанием Аl₂Oз. При этом глина, используемая наиболее часто, является по отношению к карбиду кремния пластификатором при прессовании и спекающим компонентом в обжиге. Глину, частично в виде шликера, обычно вводят в количестве от 3 до 20%, в массу добавляют также ССБ. Изделия формуют прессованием либо трамбованием, обжигают при 1350—1425° С.

Карборундовые огнеупоры с кремнеземистой связкой получают из шихт, содержащих только зерна SiC различной крупности, пластификатор - ССБ. Обжигают при 1350—1400 °С в открытой садке, для связывания карбида кремния используют его способность к окислению с образованием кремнезема. Кремнезем скрепляет зерна SiC и частично заполняет поры, повышая плотность изделий, не претерпевающих в ходе обжига усадки. Наиболее плотные изделия получают при использовании 50—60% крупных и средних фракций карбида кремния и 40—50% тонких фракций меньше 0,025 мм, получаемых вибрационным измельчением. Для предотвращения возникновения дефектов в виде белых налетов на поверхности и черной сердцевины, связанных с недостатком кислорода при обжиге и образованием восстановительной среды, способствующей выделению SiO и Si, рекомендуется изделия обжигать в разреженной садке и со свободной циркуляцией пламенных газов.

Для получения карборундовых огнеупоров с нитридной связкой применяют состав, содержащий карбид кремния и элементарный кремний. Соотношение SiC : Si может варьироваться в широких пределах. Для достижения максимальной плотности прессованных изделий оптимальным является содержание 20-30% кремния, вводимого в виде тонких фракций. Карбид кремния вводят в виде крупных и средних фракций. Изделия обжигают в среде очищенного азота при температуре 1450 °С с промежуточной выдержкой при 1300-1350° С. Фазовый состав огнеупора и его уплотнение определяются полнотой взаимодействия кремния, с азотом 3Si+2N₂→ Si₃N₄. При полном завершении процесса образования нитрида кремния масса кремния увеличивается примерно в 1,67 раза, а объем - в 1,23 раза. Поскольку объем не изменяется, наблюдается уплотнение.

Свойства карборундовых огнеупоров разнообразны, что объясняется различием природы связующих компонентов. Характерным для всех материалов, содержащих SiC, является невысокий ТКЛР повышенная теплопроводность, высокая термическая стойкость, относительно высокая температура начала размягчения, стойкость к кислым шлакам. Способность SiC к окислению предопределяет также окисляемость карборундовых огнеупоров. Интенсивность окисления зависит от фазового состава материала, пористости, газопроницаемости и условий термической обработки. Окисляемость снижается уплотнением изделий и приданием им мелкопористого строения, а также применением некоторых обмазок и пропитывающих средств, содержащих, например, фосфат алюминия либо пятиокись ванадия.

Благодаря своим специфическим свойствам карборундовые огнеупоры находят широкое применение в различных областях техники, в черной и цветной металлургии, хим. и керамической промышленности и др. Особенно используют их в случаях, когда требуется высокая теплопроводность, термостойкость и шлакоустойчивость, например для устройства муфелей, рекуператоров, изготовления капселей и этажерок для обжига керамических изделий, чехлов для термопар, визирных трубок и т. п. Карборундовые огнеупоры применяют в устройствах, где требуется высокая сопротивляемость механическим воздействиям, - в циклонах, трубопроводах, пылесборниках. В восстановительной и нейтральной средах карбид кремния устойчив до 2200° С. В окислительной среде и при наличии агрессивных агентов стойкость карбида кремния и изделий на его основе значительно снижается.

Стойкость карборундовых огнеупоров к расплавам цветных металлов, несмачиваемость ими обусловили их применение в цветной металлургии при производстве цинка, алюминия и других металлов. Особенно оправдали себя для этой цели изделия с нитридной и оксинитридной связками.

Карбид кремния широко используют в качестве абразивного материала и при изготовлении карборундовых нагревательных элементов.