Огнеупорные бетонные массы (бетоны), состоят из огнеупорного заполнителя, вяжущего вещества, добавок и пор, затвердевающих при нормальной или повышенной температуре, и сохраняющих прочность при температурах выше 1580 °С. От обычных огнеупорных изделий они отличаются тем, что в результате применения специальных вяжущих материалов в бетонах образуется при нормальной или повышенной температуре камнеподобная структура. При этом отпадает необходимость высокотемпературного обжига. Огнеупорные бетоны более термостойки и менее теплопроводны, чем соответствующие обожженные изделия. Но они менее устойчивы к истиранию.
В качестве заполнителя в бетонах используется безусадочный огнеупорный материал (бой, отходы огнеупоров) с размерами частиц от 0,5 до 40 мм. Крупные куски в бетоне играют роль арматуры, они уменьшают усадку. В качестве вяжущего вещества применяют огнеупорные цементы (глиноземистый, кварцевый, периклазовый и др.), фосфатные связки, жидкое стекло, смолы, пек и т.п.
В смесь также вводят разные добавки – пластифицирующие, противоусадочные, регулирующие скорость схватывания и твердения.
Огнеупорные бетоны должны иметь постоянный объём и оптимальную прочность в температурном диапазоне эксплуатации, а также ограниченную деформацию при спекании.
По максимальным температурам огнеупорные бетоны делятся на четыре группы: для умеренных (1100 °С), средних (1400 °С), высоких (1700 °С) и особо высоких (выше 1700 °С) температур.
Бетоны применяются в нагревательных, туннельных и термических печах, газоходах, дымовых трубах и т.п.
Технология изготовления бетонов следующая:
1) смешение вяжущего вещества, заполнителя и воды (приготовление сырого бетона);
2) заполнение сырым бетоном деревянных форм;
3) выдержка для завершения процесса схватывания и затвердевания в течение 5…14 суток;
4) сушка при температуре 110 °С;
5) обжиг при температуре 1300…1500 °С.
Сушка и обжиг возможны прямо в печи при сооружении из бетона крупных элементов, узлов или целиком печей. Нагрев при обжиге должен вестись постепенно, так как при этом происходит расширение, а затем усадка бетона. Это может вызвать его растрескивание. Огнеупорность бетона зависит от применяемого заполнителя.
Стоимость футеровок из огнеупорных бетонов ниже, чем из обожженных штучных изделий. Но процесс сушки и разогрева для некоторых бетонов требует длительного времени [8].
Огнеупорные торкрет-массы. Торкретирование, как способ формования, заключается в переносе огнеупорного материала к формуемому телу сжатым воздухом и образовании плотного слоя [5].
При торкретировании металлургических тепловых агрегатов огнеупорную массу специального состава наносят на защищаемую поверхность футеровки для предохранения ее от разрушения. Слой огнеупорной массы (торкрет-массы) воспринимает на себя тепловую нагрузку печи и защищает рабочую поверхность от воздействия расплавов и шлака. Торкрет-слой также защищает швы кладки, забивает трещины и выбоины. Торкретируют как наружные, так и внутренние поверхности металлургических агрегатов. Торкрет-массы наносят на поверхность при помощи специальных аппаратов.
В состав торкрет-масс входят: огнеупорный заполнитель, связка (жидкое стекло, цементы, фосфиты, смолы, вводимые в количестве от 5 до 10 %) и вода.
Качество торкретирования любой огнеупорной футеровки во многом зависит от зернового состава наносимого материала. Подбор зарнового состава зависит от толщины наносимого торкрет-слоя. При нанесении слоя толщиной до 10…15 мм применяют тонкодисперсные массы, так как усадка при такой толщине не играет особой роли. В случае нанесения торкрет-слоя толщиной до 300 мм влияние усадки велико и для ее уменьшения зерновой состав изменяют в сторону увеличения крупных фракций 1…2 мм.
Для ремонтов футеровки в большинстве случаев используют порошок тонкого помола. Это обеспечивает хорошую адгезию торкрет-массы к футеровке и последующее спекание.
К покрытиям, наносимым на поверхность футеровки, предъявляют следующие основные требования: торкрет-слой должен иметь постоянный объем при эксплуатации, высокую термическую стойкость, шлакоустойчивость, адгезию с огнеупорной кладкой и механическую прочность.
Огнеупорные мертели представляют собой смеси огнеупорных порошковых заполнителей и связующих материалов. Они предназначены для заполнения швов и связывания огнеупорных изделий в кладке.
В зависимости от твёрдой составляющей мертели делят на шамотные (если огнеупорным порошком является шамот), динасовые и другие.
Каждый мертель (раствор) состоит обычно из четырех компонентов: заполнителя в виде тонкозернистого порошка, пластичного компонента, добавок и воды. Пластифицированные растворы содержат в 1,5…2 раза меньшее количество воды, позволяют выполнять кладку с минимальной толщиной шва, обладают постоянством объема при нагревании, большей плотностью и шлакоустойчивостью. В качестве пластифицирующих веществ используют кальцинированную соду и другие пластификаторы.
Зерновой состав мертелей определяется допустимой толщиной шва кладки. Для получения наиболее прочного шва рекомендуется, чтобы размер наиболее крупных зерен был в 2…3 раза меньше толщины шва.
Мертели, как правило, изготавливают из тех материалов, что и огнеупорный кирпич, для кладки которого они предназначены.