Общие сведения об огнеупорах.

•       химико-минеральный состав;
•       огнеупорность;
•       пористость;
•       способ изготовления;
•       вид тепловой обработки;
•       форма и размеры.

      По химико-минеральному составу огнеупорные изделия подразделяются на типы и группы (таб. №1). Причем классификационным признаком является содержание основных компонентов в составе материала огнеупора. Минеральный состав определяется физико-химической природой исходного сырья и может быть использован для оценки химической устойчивости и совместимости огнеупоров.

      Таблица №1. Типы и группы огнеупоров.

      Классификация по огнеупорности . Огнеупорностью называется способность материала противостоять, не расплавляясь, действию высоких температур. Огнеупорность может быть использована лишь для весьма условной оценки поведения огнеупоров при нагревании.

      Таблица №2. Классификация по огнеупорности.

      Таблица №3. Классификация по пористости.

      Общий объем пор в огнеупорных изделиях складывается из объема открытых и закрытых пор. Отрытые поры могут быть проницаемые и нероницаемые. Проницаемые поры подразделяются на канальные (диаметром более 5 мкм), неканальные (диаметром менее 5 мкм) и капиллярные (менее 3 мкм). В сочетании с химико-минееральным составом пористость определяет химическую и эрозионную стойкость огнеупоров в условиях воздействия газов, паров, расплавов. От вида, объема пор, их величины и распределения по размерам зависят механические свойства, теплопроводность и газопроницаемость огнеупоров.

• пластичноформованные - из пластичных масс;
• сухоформованные - из полусухих или сухих порошкообразных малопластичных и непластичных масс;
• шликернолитые - из жидкого шликера;
• термопластичнопрессованные - из масс, содержащих термопластичную связку;
• горячепрессованные - изготовленные прессованием огнеупорных масс, нагретых до термопластичного состояния;
• плавленолитые - из расплавленных масс;
• пиленые - изготовленные путем механической обработки естественных горных пород или плавленных блоков.

      Добавим несколько технических характеристик, на наш взгляд, необходимых при проектировании тепловых установок.
      Дополнительной линейной усадкой или ростом огнеупорных изделий называется изменения их размеров в результате нагревания при высоких температурах. Это изменение обусловлено, как правило, спеканием изделий и удалением пор; фазовыми переходами. Деформации могут достигать очень значительных величин, что несомненно сказывается на поведении конструкций в службе.
      При испытании огнеупоров на деформацию под нагрузкой при высоких температурах определяют их способность противостоять одновременному воздействию высоких температур и сжимающих нагрузок. При приложенной нагрузке 2 кг/см² и повышении температуры со скоротью 4-50 ^oС/мин, отмечают температуры, соответствующие уменьшению высоты образца (цилиндр 50 мм высотой и диаметром 36 мм) на 0,3 мм (температура начала размягчения - Н.Р.), на 2 мм (температура 4% сжатия), на 20 мм (температура 40% сжатия). Величину температуры начала размягчения огнеупорщики используют как предельную температуру, при которой изделие сохраняет хоть какую-то строительную прочность.
      Другой качественной характеристикой огнеупора является его термостойкость, которая показывает способность противостоять действию термических напряжений. Термостойкость характеризуют по количеству "теплосмен" до появления трещин и до потери 20% массы. В исследовательской практике применяется несколько методик определения термостойкости. Данные испытаний могут использовать лишь для контроля качества однородной продукции и не пригодны для конструкторских расчетов.
      Значения предела прочности при сжатии приведенные в технических характеристиках на изделия ничего разработчикам конструкций дать не могут, так как испытания проводятся при комнатной температуре. Значения предела прочности при рабочей температуре удается найти далеко не всегда.
      Нужно сказать что свойства огнеупорных изделий никогда не бывают идентичными. Показатели свойств всегда колеблются около средних значений. Между тем, стойкость огнеупорной конструкции определяется стойкостью самого плохого изделия. Кроме того, поведение конструкции, как ансамбля изделий, может коренным образом отличаться от поведения составляющих его изделий. Здесь накладывается влияние наличия швов, температурных зазоров, взаимодействия различных материалов и т.д. Свойства высокотемпературных электроизоляционных материалов Вы можете посмотреть здесь.

Краткое описание типов огнеупоров.

      Изделия циркониевые с температурой применения до 2300 ^oС.       Качество циркониевых огнеупоров в значительной степени обуславливается видом и содержанием в материале стабилизирующей добавки. Наиболее устойчивы в области высоких температур огнеупоры на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. Нижняя граница применения определяется как условиями механического нагружения, так и возможностью химического взаимодействия с огнеупорами другого состава. Например, температура границы контакта с корундовыми огнеупорами не должна превышать 1500 ^oC при нагрузках более 3 кг/см.
      Изделия корундовые (высокоглиноземистые) с температурой применения до 1850 ^oС.       Высокоогнеупорные корундовые изделия являются наиболее массовым видом огнеупоров из чистых окислов, выпускаемых промышленностью. Свойства и качество корундовых огнеупоров определяются содержанием основного компонента - оксида алюминия, составом и количеством примесей, а также структурой материала. Температурные границы применения определяются условиями механического нагружения и химическим составом контактирующих материалов. Например, заметное взаимодействие с динасом начинается при 1400 ^oС. Допустимая температура контакта корундовых и муллитокорундовых изделий составляет 1200 - 1300 ^oС.
      Изделия динасовые и алюмосиликатные (шамотные).       Динасовые и алюмосиликатные являются самыми распространенными видами огнеупорных материалов, выпускаемых промышленностью.       Динасовые огнеупоры содержат не менее 93% кремнезема и отличаются резко выраженным кислым химическим характером.       К алюмосиликатным огнеупорам относят полукислые, шамотные, муллитокремнеземистые, муллитовые и муллитокорундовые и корундовые огнеупоры. Эти огнеупоры состоят, в основном, из оксидов алюминия и кремния, соотношение содержания которых последовательно изменяется в выше указанном ряду: от 10 - 15% Al₂O₃ в полукислых до 99 - 100% - в корундовых огнеупорах.       Химический состав огнеупоров определяет их фазовый состав при соответствующих температурах, от которого, в свою очередь, зависят огнеупорные свойства изделий. Вопрос проявлений химического взаимодействия алюмосиликатных огнеупоров достаточно широк и требует отдельного рассмотрения. В ближайшее время мы постараемся привести эти сведения в отдельном описании.
      Изделия магнезитовые (переклазовые) с температурой применения до 1750 - 1800 ^oС.       Периклазовые огнеупоры обладают ярко выраженным основным характером, обусловленным высоким (не менее 85%) содержанием в их составе окиси магния и отличаются высокой устойчивостью в условиях агрессивного воздействия окислов железа, металлургических шлаков и щелечесодержащих соединений.
      Изделия магнезитохромитовые для применения при температуре до 1750 ^oС.       Магнезитохромитовые изделия относятся к типу магнезиально-шпинельных огнеупоров, которые имеют явно выраженный основной характер. Наиболее широко магнезитохромитовые огнеупоры используются в черной металлургии, а также для футеровки стекловаренных печей.
      Изделия легковесные, теплоизоляционные - огнеупорные и высокоогнеупорные.       Легковесные теплоизоляционные изделия изготавливают, главным образом, на базе алюмосиликатных сырьевых масс путем введения в них порообразующих вспенивающихся или выгорающих добавок с последующим обжигом при сравнительно невысоких температурах. Поэтому их химическая устойчивость соответствует устойчивости алюмосиликатных огнеупоров. Однако, ввиду развитой поверхности и большей химической активности такие материалы имеют меньший температурный предел применения. Другой недостаток - большие дополнительные усадки при высоких температурах вследствие продолжающихся во время службы процессов спекания.
      Рациональные решения при создании тепловых установок с применением огнеупоров должны находиться путем поиска компромисса при согласовании системы конструкция - заданные условия эксплуатации - свойства материалов.       Мы привели здесь самые поверхностные данные и понятия о подходе к подбору огнеупоров. В случае возникновения конкретных вопросов мы готовы оказать посильную помощь в поиске данных необходимых для проектирования. Данные на нашем сайте будут регулярно обновляться. Мы постараемся ответить на ваши вопросы.