9 (Лекции)

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОСТОЙКИ ПЕЧЕЙМатериалы для постройки печей подразделяют на:1. Огнеупорные;2. Теплоизоляционные;3. Общестроительыне.ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫОГНЕУПОРЫ, ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЕ И НАЗНАЧЕНИЕОгнеупораминазываютсятакиестроительныематериалы,которыесогласнообщесоюзному стандарту должны иметь температуру плавления не ниже 1580 °С.В промышленной практике для сооружения металлургических печей широко применяютматериалы с температурой плавления значительно более высокой, чем 1580 °С. В печах дляплавки стали и других специальных сплавов железа, при выплавке никеля и кобальтаиспользуют материалы с огнеупорностью порядка 1700-2100 °С.Основными требованиями, предъявляемыми к футеровочным материалам, являютсясопротивление высоким температурам, термостойкость и стойкость против химическоговоздействия различных расплавленных сред.

Современная огнеупорная промышленностьпроизводит изделия с огнеупорностью до 2100 °С. Исключением является углерод и егомодификация графит, которые могут выдерживать температуры до 2200…3000 °С и хорошопротивостоять разъедающему действию большинства расплавов.ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОГНЕУПОРАПри сооружении печей для металлургических процессов огнеупорные материалы надоподбирать с учетом химических свойств перерабатываемых материалов. Плавка металлов, прикоторой шлаки получаются с высоким содержанием кремнезема (Si02), называют кислой. Вэтом случае футеровку печей тоже необходимо изготавливать из кислых огнеупоров, т.е.состоящих из Si02.При выплавке металлов с основными шлаками, в которых преобладают окислы кальция,магния и железа, футеровка печи должна выполняться из огнеупоров, имеющих основныесвойства, т.е.

из магнезита, доломита или хромомагнезита. Плавка алюминия и его сплавов сдругими металлами, шлаки которых обладают нейтральными свойствами, относится кнейтральным плавкам, в таких случаях для футеровки печи используют нейтральныеогнеупоры, т.е. шамот или высокоглиноземистые изделия.1Для специальных процессов, связанных с получением особо чистых металлов, напримерпри выплавке бериллия и урана, плавильные сосуды соответственно могут изготавливаться изокиси бериллия и окиси урана.КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВВсе огнеупорные изделия могут быть разделены на три группы:1.

Огнеупорные, с температурой плавления 1580... 1770 °С.2. Высокоогнеупорные, с температурой плавления 1770...2000 °С.3. Высшей огнеупорности, с температурой плавления выше 2000 °С.Классификация огнеупоров по химическому составу и технологиипроизводствВажнейшим фактором, определяющим свойства огнеупоров, является химическийсостав материала.

В связи с этим огнеупоры могут быть разделены по составу иминералогическому происхождению на следующие группы и подгруппы.I. Кремнекислые огнеупоры:А. Динасовые на известковой связке, 5 % СаО, 92…95 % Si02.Б. Динасовые на глинистой связке, 5 % Аl2О3, 95 % Si02.II. Алюмосиликатные огнеупоры:А. Полукислые:1. Кварцево-глинистые2. Шамотные-полукислые3. Кварцево-шамотные}Si02 до 70 % и А12О3 до 30 %.Б.

Нейтральные:1. Шамотные, 25 % < Аl2О3 < 40 %.2. Каолиновые, Аl2О3 ≈ 40 %.3. Высокоглиноземистые, Аl2О3 > 45 %.4. Корундовые, Аl2О3 > 75 %.III. Огнеупоры с основными свойствами:А. Магнезиальные:1. Магнезитовые, Mg > 90 % и FeO ≈ 5... 7 %.2. Форстеритовые на основе 2MgO⋅SiО2.3. Шпинельные на основе MgO⋅Al203.4. Доломитовые на основе MgO⋅CaO.25.

Тальковые на основе 3MgO⋅4Si02⋅H20 с MgO > 30 %.6. Хромомагнезитовые 55...65 % MgO, 15...20 % Cr2О3 и до 15% FeO.Б. Хромитовые, Cr2О3 ≥ 30 %, MgO ≈ 16 %, FeO ≈ 18 %.IV. Углеродистые и углеродосодержащие огнеупоры:А. Углеродистые:1. Углеродистые.2. Графитовые.Б.

Углеродосодержащие:1. Карбофраксовые - карборунд с глинистой связкой.2. Рефраксовые - карборунд с органической связкой или стекло.V. Цирконовые, ZrО2⋅SiО2.VI. Изделия из чистых тугоплавких окислов: TiО2, Al2О3, MgO, BeO, ZrО2, Th2, HfО2 и др.Классификация по области примененияВтехникепечестроенияширокоераспространениеполучилаклассификация,учитывающая конструктивные особенности печей и формовку огнеупорных изделий. Согласноэтой классификации учитываются форма и условия службы огнеупоров.

Называются такиеизделия сводовым, арочным, пятовым, ковшевым и доменным кирпичом. Огнеупоры,предназначенные для разлива стали, называются сифонным или сталеразливочным припасом.Классификация по сложности формы и размерамОгнеупорной промышленностью выпускаются фасонные изделия различной сложности:простые, сложные и особо сложные, крупноблочные, фасонные изделия и специальные изделия- тигли, трубы и т.п.К огнеупорным изделиям, получившим широкое применение при кладке печей,относятся нормальный прямой, продольный клиновый и поперечный клиновый кирпич.Классификация по огнеупорностиСогласно ГОСТ 4385-68 огнеупорные материалы делятся на следующие классы:КлассОАБВК........................................

2023200319431853°С....................................... 1750173016701580Огнеупорность не менее:3Классификация огнеупоров по способу изготовления1. Изделия, получаемые резанием горных пород (тальковые).2. Изделия, получаемые формовкой из пластичных шихт (прессованием или ручнойформовкой).3. Изделия, получаемые прессованием полусухих шихт.4.

Изделия, получаемые трамбовкой.5. Изделия, литые из расплавов.Классификация по термической обработке1. Обжиговые, т.е. отформованные и обожженные в печах при определеннойтемпературе.2. Безобжиговые, отформовываются и не подвергаются обжигу.ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОГНЕУПОРОВОсновные свойства огнеупорных изделий.1.

Прочность на сжатие при обычных температурах.2. Стойкость в кладке печей против сжатий при высоких температурах процессов.3. Огнеупорность изделий (материалов), т.е. их стойкость против высоких температур,при которых они не размягчаются (не переходят в жидкое состояние) и сохраняют свою форму.4. Термическая устойчивость изделий, понимаемая как способность огнеупоровпротивостоять резким изменениям температур.5.

Химическая устойчивость по отношению к расплавленным массам, соприкасающимсяс огнеупорной кладкой печей и по отношению к газам, заполняющим печь.6. Пористость и газопроницаемость.7. Теплопроводность.8. Электропроводность при высоких температурах.Важнейшим свойством огнеупорных изделий является химическая стойкость их противагрессивного воздействия расплавленных солей, шлаков и металлов, так как наибольшийпроцент огнеупоров, расходуемых в печах, разрушается химическим воздействием расплавов.При плавке стали в мартеновских печах и конвекторах при температурах 1700... 1750 °Срасплав обладает высокой химической активностью и его разъедающее воздействие нафутеровку печей очень велико. В нагревательных печах огнеупоры интенсивно разъединяются4плавящейся окалиной. Важное значение имеет это свойство огнеупоров в цветной металлургиии металлургии редких металлов.Пористость огнеупоровОгнеупорные изделия являются пористыми телами.

Стойкость огнеупоров протившлакоразъедания зависит от пористости изделия. С увеличением пористости огнеупоровзначительно возрастает поверхность их контакта с расплавом и резко падает стойкостьогнеупоров против шлакоразъедания. В печах с контролируемой средой, где фильтрация черезфутеровку недопустима, используют огнеупоры с минимальной пористостью.

Огнеупоры,используемые в вакуумных печах, тоже должны иметь минимальную пористость с тем, чтобыуменьшить непроизводительную работу вакуумных насосов по откачке газов и пор.Размер пор, их структура и количество в огнеупорных изделиях весьма разнообразны: влегковесных огнеупорах пористость достигает 60...75%, а для большинства огнеупорныхизделий она находится в пределах 15...28 %, уменьшаясь до 10 % и даже до нуля у плавленыхизделий. Пористость обожженных изделий представляет собой комбинацию небольшихобъемов, связанных между собой капиллярами, или полностью изолированных друг от другамалых объемов, заполненных газом.

Поэтому можно рассматривать:1) общую, или истинную, пористость, под которой понимается сумма всех пор,содержащихся в изделии;2) кажущуюся, или открытую, пористость, т.е. отношение объема, занятого в изделиипорами, сообщающимися между собой и окружающей средой, к общему объему огнеупора,выраженному в %;3) закрытую пористость, которая представляет собой сумму пор, изолированных друг отдруга и от окружающей огнеупор среды.Величина пор в огнеупорных изделиях колеблется в весьма широких пределах, отнескольких миллиметров до молекулярных размеров.

Поры, связанные между собой с внешнейсредойкапиллярами,Пористостьобусловливаютогнеупоровтеснопропитываниесвязанасогнеупорныхводопоглощениемиизделийрасплавом.водопроницаемостью,шлакопроницаемостью и газопроницаемостью. Определение пористости огнеупоров довольносложно, поэтому пористость их определяют через водопоглощение. Обычно водопоглощениеогнеупоров начинается с определения их объемной массы.

Объемной массой огнеупоровназывается отношение первоначальной массы сухого образца к его объему, кг/м3:Водопоглощением называется отношение массы поглощенной воды после 3-часовогокипения огнеупорного образца к первоначальной массе образца:5Кажущаяся пористость огнеупорных изделий определяется соотношением приростамассы образца после водопоглощения кипячением к его объему:Кажущаяся пористость может быть представлена как произведение объемной массыизделия на горячее водопоглощение:Отношение объемной массы образца к его плотности представляет собой долю егообъема, приходящегося на совершенно плотное тело, без пор:Это равенство характеризует собой степень плотности изделия.Истинная или общая пористость огнеупорных изделий представляет собой разностьобъемов пористого и сплошного тела, без пор:Закрытая пористость.