Кремнеземистые огнеупоры
К кремнеземистым огнеупорам относятся динасовые (SiO2 ≥ 93 %) и кварцевые (SiO2 > 85 %). Сырьём для изготовления динаса служит чистый кварцит. Он содержит > 95 % SiO2 и 1,5…2 % извести.
Огнеупорность динаса 1700…1730 °С, то есть сравнительно невысокая. Но динас способен выдерживать большие механические нагрузки до температур, близких к температуре его огнеупорности. Температура начала деформации динаса высокая и составляет 1650 °С. Термостойкость динаса мала до температуры ~700 °С. При более высоких температурах она возрастает.
Динас применяют для кладки стен, сводов и подин сталеплавильных печей, а также для кладки стен высокотемпературных нагревательных печей.
Динас является основным материалом для коксовых печей, где служит 15…20 лет. Динас устойчив против кислых расплавов. Для повышения качества динаса разработано производство высокоплотного динаса с повышенным содержанием SiO2 (98 %) и сниженным содержанием примесей. Такой динас имеет повышенную химическую стойкость, низкую газопроницаемость и повышенную огнеупорность. Его используют в сводах электропечей [8].
Алюмосиликатные огнеупоры
Огнеупоры содержат более 15 % корунда (Al2O3) и не более 85 % кремнезёма SiO2. Они делятся на полукислые (Al2O3 – 15…28 %), шамотные (Al2O3 – 28…45 %), муллитокремнеземистые (Al2O3 – 45…62 %), муллитовые (Al2O3 – 62…72 %), муллитокорундовые (Al2O3 – 72…90 %) и корундовые (Al2O3 >90 %).
Огнеупоры этой группы являются самыми распространёнными. Они изготавливаются на основе огнеупорных глин и каолинов. Чем больше Al2O3 в глине, тем выше огнеупорность изделий.
Полукислые огнеупоры по своему химическому составу являются промежуточными между динасовыми и шамотными. Огнеупорность полукислых огнеупоров несколько ниже, чем шамотных, но плотность выше. Поэтому они обладают более высокой шлакоустойчивостью. Дополнительная усадка не превышает 1…1,5 %. Эти огнеупоры используют для футеровки различных нагревательных устройств, работающих при температуре выше 1500 °С. Они хорошо служат в сводах нагревательных печей.
Шамотные изделия обладают высокой плотностью, прочностью и малой усадкой (0,5…1 %). Огнеупорность шамотных изделий находится в пределах 1580…1750 °С. Термостойкость высокая и зависит от состава масс и способа изготовления. Шамотные изделия применяют для футеровки стен и сводов нагревательных колодцев, где они служат в течение 2…3 лет.
Муллитокремнеземистые изделия имеют улучшенные свойства по сравнению с обычными шамотными. Их используют для футеровки сводов дуговых сталеплавильных печей, крышек нагревательных колодцев и т.д.
Плавленый муллит обладает высокой термостойкостью. Но сложность технологии изготовления и высокая стоимость делает его применение ограниченным. Плавленый муллит применяется в основном для мелких изделий и футеровок индукционных печей.
Муллитокорундовые и корундовые огнеупоры отличаются наибольшей прочностью. Температура начала размягчения этих огнеупоров ~1850 °С. Плавленые изделия из муллитокорунда применяют в наиболее ответственных местах: подины нагревательных печей, где они выдерживают давление и удары тяжелых слитков и не взаимодействуют в процессе эксплуатации с оксидами железа. Эти огнеупоры также используют в условиях, где огнеупоры должны иметь малую газопроницаемость [9].
Магнезиальные огнеупоры
В этих огнеупорах содержится не менее 85 % оксида магния (MgO), их называют периклазовыми. Периклазовые огнеупоры изготавливают из дефицитного природного магнезита (MgCO3). Технические свойства огнеупорных изделий определяются качеством магнезиального порошка, которое зависит от состава и структуры исходного материала. Огнеупорность этих изделий достигает 2000…2200 °С, но температура начала размягчения – 1550 °С. Из-за значительного количества стекловидной связки периклазовые изделия имеют невысокую термостойкость. Они устойчивы против оснóвных и не стойки против кислых и средних расплавов.
Периклазовые изделия используют при строительстве мартеновских, электросталеплавильных и методических печей.
Магнезиально-известковые огнеупоры
Включают: магнезитодоломитовые (периклазоизвестковые) (50 %<MgO<85 %; 10 %<CaO<45 %), доломитовые (известковопериклазовые) (10 %<MgO≤50 %; 45 %≤СаО<85 %); известковые (СаО>70%).
Свойства этих огнеупоров несколько хуже по сравнению с периклазовыми. Их используют для футеровки кислородных конвертеров.
Магнезиально-силикатные огнеупоры
В зависимости от химико-минерального состава подразделяются на три группы:
1) периклазофорстеритовые (МgО – 65…80 %; SiO2³7 %);
2) форстеритовые (MgO – 50…65 %; SiO2 – 25…40 %);
3) форстеритохромитовые (MgO – 45…60 %; SiO2 – 20…30 %; Cr2O3 – 5…15 %).
Огнеупорной основой является минерал форстерит (2MgO·SiO2). Форстеритовые огнеупоры имеют высокую огнеупорность – более 1800 °С. Устойчивы против оснóвных расплавов. Противостоят механическим воздействиям. Используются в цементо-обжиговых печах, насадках рекуператоров мартеновских печей и других устройствах.
Магнезиально-шпинелидные огнеупоры
Включают: периклазохромитовые (MgO>60 %;Cr2O3 – 5…18 %); хромитопереклазовые (MgO – 40…60 %; Cr2O3 – 15…35 %); хромитовые (MgO<40 %; Cr2O3>30 %); периклазошпинелидные (MgO – 50…85 %, Cr2O3 – 5…20 %, Al2O3 £ 25 %); периклазошпинельные (MgO ³40 %; Al2O3 – 5…55 %); шпинельные (MgO – 25…40 %; Al2O3 – 55…70 %).
Огнеупоры изготавливают из хромистой руды, основу которой составляет минерал хромит (FeO·Cr2O3) с температурой плавления 2180 °С. Магнезиально-шпинелидные огнеупоры проявляют нейтральные свойства и устойчивы к оснóвным и кислым расплавам. Они имеют высокую огнеупорность (более 2000 °С) и термостойкость. Предназначаются для кладки сводов мартеновских и электросталеплавильных печей, для футеровки конвертеров и других тепловых агрегатов.
Углеродистые огнеупоры
Включают: углеродистые графитированные (С>98 %); углеродистые неграфитированные (С>85 %); углеродосодержащие (С – 8…82 %). Их изготавливают из малозольного кокса или термоантрацита. Связкой является каменноугольный пек или смола.
Углеродистые огнеупоры обладают большой прочностью, высокой термостойкостью, тепло- и электропроводимостью. Огнеупорность – 2500 °С. При нагреве не размягчаются и не смачиваются шлаками. Но при температуре 700 °С они начинают гореть в окислительной среде. Поэтому эти огнеупоры используют в смеси с другими (глинисто-графитовые, графито-шамотные и т.п.). Углеродистые огнеупоры применяют для футеровки доменных печей и электрических печей для плавки цветных металлов и ферросплавов.
Карбидкремниевые огнеупоры
Карбидкремниевые огнеупоры подразделяются на две группы: карбидкремниевые (SiC>70 %), карбидкремнийсодержащие (SiC – 15…70 %).
Они изготавливаются из искусственного карбидкремния, который получают из чистого кварца и кокса путём плавки в электропечи при 1600…2100 °С. Карбидкремниевые огнеупоры не размягчаются и не расплавляются, но в присутствии кислорода начинают окисляться при 1000 °С и очень интенсивно при 1700 °С. Огнеупорность находится в пределах 1770…1920 °С.
Эти огнеупоры устойчивы против средних и кислых расплавов, нестойки против оснóвных. Применяются в зажигательных поясах топок, керамических рекуператорах и футеровке электролизных ванн.
Цирконистые огнеупоры
Делятся на три группы: бадделеитовые (ZrO2>90%), бадделеитокорундовые (ZrO2 – 20…90 %, Al2O3£65 %) и цирконовые (ZrO2>50 %, SiO2>25 %). Цирконовые огнеупоры изготавливают из минерала бадделеит и цирконовой руды, содержащей диоксид циркония (ZrO2) с температурой плавления 2700 °С. Это высокоогнеупорные изделия, которые выдерживают температуру более 2300 °С. Они имеют большую устойчивость к кислым и средним расплавам, высокую прочность и высокие термические свойства. Применяются в высокотемпературных установках атомной промышленности и ракетной технике.
Окисные и бескислородные огнеупоры
Эти огнеупоры изготавливают из чистых химических соединений. Они имеют высокое качество и разнообразные свойства.
Окисные изделия производят из окислов (BeO, MgO, CaO, Al2O3, ZrO2, TiO2 и др.), а бескислородные из нитридов, боридов, карбидов (SiC), силицидов и других некислородных соединений. Технология производства огнеупоров включает приготовление порошков бескислородных соединений, формование изделий с добавлением связки и последующий обжиг при высоких температурах.
С целью увеличения стойкости огнеупоров на их поверхность методом плазменного напыления наносят покрытия. В качестве покрытия используют чистые тугоплавкие порошки Al2O3, MgO, ZrO2 и др. Покрытия значительно увеличивают срок службы огнеупоров.