Огнеупоры и их применение

Раздел: Учебники

Обычно огнеупоры этой системы называют хромитовыми по наименованию сырья —хромита (хромистого железняка). Основное их назначение —футеровка участков, соприкасающихся с окалиной стальных слитков, например подины нагревательной печи, нижних участков нагревательного колодца. В последнее время в связи с исключительным развитием хромомагнезитовых и магнезитохромитовых изделий значение чисто хромитовых огнеупоров постепенно уменьшается.

Большую роль стали играть оксидхромовые огнеупоры, основным сырьем для которых является синтетическая окись хрома. Оксид- хромовые огнеупоры в качестве специальных изделий используются для футеровки промышленных (например, стекловаренных) печей.

В природной хромитовой руде (Fe0-Cr203), служащей сырьем для хромитовых изделий, содержится 30—60 % Сг203. Часть FeO может замещаться MgO, в свою очередь часть Сг203 может замещаться А1203 и Fe203 с образованием сложных твердых растворов. Следовательно, хромитовая руда состоит из следующих шпинелид- ных минералов: хромита (Fe0Cr203), пикрохромита (Mg0-Cr203), шпинели (Mg0-Al203), магнезиоферрита (Mg0-Fe203) и магнетита (Fe0-Fe203). По огнеупорности наиболее предпочтительны руды с большим содержанием Mg0-Cr203, Mg0Al203 и меньшим содержанием Fe0Fe203, Fe0-Cr203; в процентном отношении химический состав должен включать не менее 33 % Сг203, 15 % MgO и 18 % А1203. Огнеупоры такой системы отличаются стабильностью в высокотемпературной восстановительной среде. Присутствие окислов железа отрицательно сказывается на прочности огнеупоров. В Японии хромитовая руда добывается в префектурах Окаяма и Тоттори. Известны залежи ее на Филиппинах и Кубе.

Процесс производства обожженных хромитовых изделий включает измельчение сырья, рассев с дозированием, приготовление смеси, внесение вяжущих веществ (извести, окиси магния), раздельное или полное добавление воды, формование с помощью прессов сухого типа, обжиг сформованных изделий после сушки при 1500 °С до получения готовой продукции.

Для получения хромитовых изделий с лучшими свойствами их производят также без обжига. Улучшение достигается вследствие более тщательного подбора смеси с соответствующей зернистостью, прессования под высоким давлением и использования химических вяжущих. В результате готовая продукция менее пориста и более стойка к тепловым ударам. На  82 отражены оба способа производства — обожженных и безобжиговых хромитовых изделий.

Свойства хромитовых изделий, регламентировайные JISR2301 — П„ < 25 %, рк ^ 2,90 г/см3, Rcm ^ 30 МПа, Г2 ^ 1450 °С. ..

В изделиях предусматривается содержание 30—40 % Сга03. Превышение 40 %-ного уровня приводит к нежелательному увеличению содержания окислов железа, а снижение

приводит к уменьшению огнеупорности. Целесообразно подбирать сырье на основе пикрохромита (Mg0-Cr203).

Свойства обожженных и безобжиговых хромитовых изделий приведены в табл. 117, примерные свойства на основе Сга03 огнеупоров — в табл. 118.

Хромитовые изделия относятся к нейтральным огнеупорам, следовательно, они могут разделять кислые и основные огнеупоры, например в кирпичной кладке, что предотвращает возникновение каталитических реакций между химически неоднородными кирпичами. Хромитовые огнеупоры сравнительно высоко стойки к основным шлакам, но нестойки в условиях резких теплосмен, а также разбухают при поглощении окислов железа. Увеличение объема (разбухание), свойственное хромитовым огнеупорам, возникает на высокотемпературной стороне футеровки. Из-за разбухания поверхность футеровки сначала покрывается трещинами, а затем происходит ее скалывание.

Существуют две теории объяснения этого явления. Согласно одной зерна хромистого железняка поглощают окислы железа в виде магнетита с образованием твердого раствора, при этом вторичная кристаллизация сопровождается увеличением объема зерен и деформацией с последующим скалыванием. Согласно другой силикатная матрица, присутствующая на высокотемпературных участках изделий, выступает в роли переносчика Fe203 в поверхностный слой огнеупора, где Fea03 кристаллизуется вокруг зерен хромита, что приводит к аномальному расширению внутренней структуры изделия.

Оксидхромовые огнеупоры изготовляют шликерным способом из порошка окиси хрома или формованием вторичных зерен с последующим высокотемпературным обжигом. Обычно оксидхромовые огнеупоры не содержат стекловидную матрицу, поэтому они слабо контактируют с расплавом стекла. Кроме того, оксидхромовые огнеупоры характеризуются высоким сопротивлением химической коррозии. С учетом этих свойств целесообразно оксидхромовые огнеупоры использовать в качестве печного материала в стекловаренной промышленности.