Огнеупорные изделия, основы получения, свойства, применение

1. Введение. Огнеупорные материалы.

Изделия на основе минерального сырья, отличающиеся способностью сохранять свои свойства в условиях эксплуатации при высоких температурах, и которые служат в качестве конструкционных материалов и защитных покрытий.

Сырье для огнеупорных материалов - простые и сложные оксиды (например, SiO₂, MgO, ZrO₂, MgO-SiO₂, Al₂O₃), бескислородные соединения (например, графит, нитриды, карбиды, бориды, силициды), а также оксинитриды, оксикарбиды, сиалон.

2. Формованные и неформованные огнеупорные материалы.

     Неформованные огнеупоры - огнеупоры, изготовленные без определенных форм и размеров в виде кусковых, порошковых и волокнистых материалов, а также паст и суспензий. Неформованные огнеупорные материалы обычно упрочняют введением минеральных (например, жидкое стекло) или органических (полимеры) связующих.

     К ним относят металлургические заправочные порошки, заполнители и мелкозернистые компоненты для огнеупорных бетонов, огнеупорные цементы, бетонные смеси и готовые к применению массы, мертели, материалы для покрытий (в т.ч. торкрет-массы), некоторые виды волокнистых огнеупоров. Неформованные огнеупоры могут быть сухими, полусухими, пластичными и жидкотекучими.

     Неформованные огнеупоры применяют для выполнения и ремонта футеровок сталеразливочных ковшей (набивные и наливные кремнеземные, высокоглиноземные и магнезиальные массы); конвертеров (торкрет-массы), нагревательных и обжиговых печей (шамот, и высокоглиноземные массы), индукционных печей (корундовые и периклазовые массы), коксовых печей

1

(обмазки), подин мартен, и электродуговых  печей (заправочные порошки) и  т. д. 

     Формование огнеупорных материалов проводят методами полусухого и горячего прессования, пластического формования, литья (вибролитья) из текучих масс или расплава материала, а также распилом предварительно изготовленных блоков или горных пород.

     Формованные огнеупоры применяют для изготовления огнеупорных кладок стен, сводов и других конструкций коксовых, мартеновских и доменных печей, печей для выплавки различных сплавов, при футеровке ядерных реакторов, МГД-генераторов, авиационных и ракетных двигателей; неформованные - для заполнения швов при кладке формованных огнеупоров, нанесения защитных покрытий на металлы и огнеупоры.

3. Классификация огнеупорных материалов.

В основу классифации положено 6 признаков:

3.1) Термическая обработка

     Различают безобжиговые и обожженные огнеупорные материалы:

     Безобжиговые огнеупоры - изделия из огнеупорных материалов и связки, приобретают требуемые свойства при сушке < 400°С (после нагрева изделий от 400 до 1000°С их называют термообработанными). Связкой могут быть глины, керамические суспензии, растворы фосфатов, щелочные силикаты (жидкое стекло), смолы термопластичные и термореактивные, эластомеры и другие безобжиговые огнеупоры по прочности и пластичности не уступают, а по термостойкости превосходят обожженные огнеупоры.

     Наиболее широко применяют следующие безобжиговые огнеупоры: кремнеземистые бетонные блоки (для нагревательных колодцев), шамот и высокоглиноземные (для обжиговых агрегатов), магнезиальноизвестковые на

2

 смоляной (пековой) связке (для  сталеплавильных конвертеров), периклазовые и периклазохромитовые (для сталеразливочных стаканов), магнезиальные в стальных кассетах.

     Для обожженных огнеупорных материалов температура обжига превышает 600 °С и определяется достижением необходимых физико-химических свойств материала. Обжиг огнеупорных материалов проводят в плазменных или электрических печах периодического или непрерывного действия - камерных, кольцевых, туннельных, шахтных и др.

3.2) Пористость

По пористости (объемной доле пор  в %) различают:

- особоплотные огнеупорные материалы  (пористость менее 3%),

- высокоплотные (3-10%),

- уплотненные (16-20%),

- материалы повышенной пористости (20-30%),

- легковесные (45-75%) - огнеупоры с  высокой (45-85%) пористостью. В зависимости  от сырья изготовления  бывают  шамотными, динасовыми, глиноземными  и другими.

- ультралегковесные (75-90%), к которым  обычно относят волокнистые огнеупорные  материалы.

3.3) Химико-минеральный состав

     а) Алюмосиликатные  - огнеупоры, изготовленные преимущественно из Al₂O₃ и SiO₂.

В зависимости от количества содержания Al₂O₃ такие огнеупоры бывают:

3

- полукислые (содержание Al₂O₃ - от 14 до 28%);

- шамотные (содержание Al₂O₃ - от 28 до 45%);

- высокоглиноземистые (содержание Al₂O₃ - от 45 до 95%).

     Высокоглиноземистые корундовые огнеупоры. К ним относятся огнеупоры, содержание Al₂O₃ в которых >95%.  Для изготовления такого огнеупора используют порошок электроплавкого корунда и технический глинозем. После формировки его обжигают при температуре 1600 °C – 1750 °C. Огнестойкость получаемого материала позволяет использовать его в процессах с температурой 1750 °C – 1800 °C, корундовый огнеупор способен устойчиво контактировать с жидким металлом и шлаками, кислотами, щелочами и расплавленным стеклом.

Из корундовых огнеупоров изготовляют  корундовые плиты для шиберных затворов сталеразливочных ковшей, изделия для  футеровки камер вакууматоров стали, насадки высокотемпературных воздухонагревателей, чехлы термопар, тигли для плавки стекол, металлов и др.

Динасовые огнеупоры - содержат > 93% SiO₂ или 80-93% SiO₂ (при изготовлении с добавками) и изготовливаются из кварцитов. В порошок кварцита добавляют известковое молоко и железистые добавки, формуют на прессах изделия задан, размеров и обжигают при 1430-1460°С.

Динасовые огнеупоры применяют  для футеровки коксовых, стекловар, печей, воздухонагревателей, а также  ряда плавильных агрегатов в ЦМ и  др. Неформованные динасовые огнеупоры - мертели, материалы для обмазок  и т.п. изготавливают из молотых  боя динас, огнеупоров и кварцитов, применяют при выполнении и ремонте  кладки.

    б) Известковопериклазовые (доломитовые) – огнеупорные изделия,

4

изготовленные из доломита, в т.ч. с  добавлением периклазового порошка  с массовой долей MgO - 10-50% и СаО - 45-85%. Известковопериклазовые огнеупорные  изделия устойчивы при взаимодействии с основными шлаками.

Используют неформовованные известковопериклазовые огнеупоры (массы из обожженного  доломита со связкой) для набивки  блочных и монолитных футеровок  электросталеплавильных печей, конвертеров, сталеразливочных ковшей и др.

    в) Безобжиговые известковопериклазовые – огнеупорные изделия, изготовленные на основе SiC (> 70%). Безобжиговые известковопериклазовые огнеупорные изделия изготавливают формованием порошков обожженного доломита на органической связке (каменноугольная смола, пекбез или с термической обработкой при 300-600°С); огнеупорность их > 2000°С. Изготовляют также известковопериклазовые изделия, обожженные при 1500-1750°С и сохранившие частично свободные СаО.

     г) Карбидкремниевые – огнеупорные изделия с количеством SiC > 70%. Карбидкремниевые огнеупоры применяют для изготовления муфелей, рекуператоров, чехлов термопар и др.; футеровки электрических нагревательных колодцев, агрегатов производства цинка и алюминия, циклонов трубопроводов и т.п.

     д) Магнезиальные  огнеупоры – огнеупорные изделия, содержащие в основе MgO. Их изготовляют из смеси обожженных и сырых материалов, которые после добавки связки проходят термообработку при температуре 1500-1900°.

Такие огнеупоры обладают высокой  огнестойкостью, что позволяет применять  их в процессах, связанных с расплавом  металла и шлаками, а также  при футеровке агрегатов металлургии. Магнезиальные огнеупорные изделия  имеют высокую стойкость при  взаимодействии с расплавами металлов и основных шлаков.

5

      Магнезиальные огнеупорные изделия бывают трех видов:

     - магнезиальносиликатные огнеупоры - их основу составляет форстерит Mg₂SiO₄, к которому добавлены 50-60% MgO, 25-40% SiO₂ и связующая добавка. Магнезиальносиликатные огнеупоры формуют со связующей добавкой и обжигают при 1450-1550°С (или используют без обжига). Основные свойства магнезиальносиликатных огнеупоров: пористость открытая 22-28%, температуpa начала размягчения под нагрузкой - до 1610-1620°С.

     - магнезиальношпинелидные огнеупоры имеют в своем составе периклиз и хромшпинелид MgO. Обжигаемые при температуре 1700-1850°С, периклазохромитовые огнеупоры имеют в своем составе более 60% MgO, и от 5 до 20% Cr₂O₃. Для получения нужных характеристик огнеупора необходим чистый, более 96%, MgO, а также концентраты хромита. К магнезиальношпинелидным огнеупорам (также относят: хромитопериклазовые, изготовляемые из смеси периклазового порошка с хромитовой рудой и содержащие 40-60% MgO и 15-35%

Cr₂O₃; периклазошпинельные (> 40% MgO и 5-55% Al₂O₃), шпинельные, состоящие в основном из шпинели состава MgO и Al₂O₃и хромитовые огнеупоры (> 30 % Cr₂O₃ и < 40% MgO).

Стоимость магнезиальношпинелидных  огнеупоров более низкая, чем магнезиальношпинелидных  периклазохромитовых, поэтому первые применяются на менее ответственных  участках металлургических агрегатов.

     - магнезитоизвестковые - изготовляются из прошедшего обжиг доломита или из составов, в которые входят окислы магния и кальция. Такие огнеупоры служат для футеровки конвертеров.

     е) Периклазовые огнеупоры  - магнезиальные огнеупоры, содержащие > 85% MgO. Их изготовляют из периклазового порошка с добавлением клеящей связки

6

обжигом при 1600-1900°С; для безобжиговыех  периклазовых огнеупоров используют связки из лигносульфонатового сульфата магния и др.

Периклазовые огнеупорные изделия  применяют для футеровки стенок мартеновских печей, миксеров, печей  для плавки меди и никеля, высокотемпературных  нагревательных печей, леток кислородных  конвертеров и др., а также в  виде плит шиберных затворов сталеразливочных ковшей, стаканов для разливки сталей, пористых фурм для продувки стали  газами и т.п. Неформованные периклазовые огнеупоры используют для изготовления мертеля, металлургических (заправочных) порошков, набивных масс для вакууматоров стали, индукционных печей и др.

    ж) Периклазоуглеродистые огнеупоры - огнеупоры, изготовленные из периклазового порошка с добавлением 6-25% природного или искусственного графита и органической связки (например, фенольной порошкообразной с этиленгли-колем или бакелита).производятся из спеченного и плавленного периклаза с добавлением 6-25% графита (натурального или искусственного) и органической связки (например, фенольной с этиленгликолем или бакелита).

Периклазоуглеродистые огнеупоры  используются в промышленности для  футеровки агрегатов, подающих газ  в конвертерах со смешанной продувкой, а также участков стен мощных электродуговых печей. Широко применяются периклазоуглеродные  огнеупоры и в производстве шиберных затворов, а также шлакового пояса  электродуговых печей и сталеразливочных ковшей.

     з) Алюмопериклазовые огнеупоры сочетают в себе качества углеродсодержащих и высокоглиноземистых огнеупоров. Хорошая термостойкость последних (более высокая, чем у огнеупоров основного состава) повышена введением углеродного компонента.

7

Алюмопериклазовые огнеупоры изготавливаются  с использованием корунда, плавленого или спеченного периклаза, алюмомагнезиальной шпинели, высококачественных спеченных  бокситов и крупночешуйчатого графита  с различными функциональными добавками. Содержание Al₂O₃ в них превышает 73%.

Данный вид огнеупорных изделий  предлагается как альтернатива к  периклазоуглеродистым и высокоглиноземистым  огнеупорам, в случае если их стойкость  не удовлетворяет техническим условиям. Они используются при футеровке  сталеразливочных ковшей и кислородных  конвертеров.

    и) Периклазохромитовые  изделия содержат > 60% MgO и 5-20% Cr₂O₃ . Периклазохромитовые огнеупоры формуют и обжигают при 1700-1850°С. Для высококачественных периклазохромитовых огнеупорных изделий  используют MgO чистотой > 96% и концентраты хромита.

Хромитопериклазовые огнеупоры используются в цветной металлургии для  кладки высокотемпературных печей, в печах взвешенной плавки и обеднения шлаков, для футеровки отражательных печей, конвертеров. Хромитопериклазовые огнеупорные материалы применяются также в средней части насадок регенераторов, работающих при температурах 700—1100°С.

     к) Смоломагнезитовые огнеупоры - формованные на прессах изделия из порошка обожженного доломита (крупность зерен до 6-8 мм), смешанного при нагревании до 100-120°С с 4-6% каменноугольной смолы или пека. Смолодоломитовые огнеупорные изделия имеют кажущуюся плотность 2800-2900 кг/м³, предел прочности при сжатии 2000-4000 МПа, устойчивы против основных шлаков. При добавке в массу магнезитового порошка изделие называются смолодоломитомагнезитовыми.

     л) Оксидные огнеупоры  – огнеупорные изделия, содержащие > 97%

8

высокоогнеупорных оксидов (BeO, MgO, CaO, Al₂O₃, Cr₂O₃ , ZrO₂, ThO₂ и др.) или их соединений и твердых растворов. Формованные оксидные огнеупоры изготовляют преимущественно из тонкозернистых порошков прессов, или литьем из суспензий с последующим обжигом, а неформованные оксидные огнеупоры - измельчением оксидов, обычно после предварительного обжига и введения необходимых добавок.

Выпуск оксидных огнеупорных материалов не ограничивается только неформованным  материалом, состоящим на более чем 97% из высокоогнеупорных оксидов BeO, Al₂O₃, CaO, Cr₂O₃ и других компонентов.

Этот огнеупор производится и в  виде изделий, которые формируются  из порошков или суспензий под  давлением. Такие огнеупоры в  виде технической керамики применяются  в качестве корпусов для измерительных  приборов, контролирующих температурный, кислородный и другие режимы литейного  процесса, а также для тиглей, вкладышей на разливе стали и  в других областях.

     м) Углеродосодержащие  огнеупоры - огнеупоры, состоящие преимущественно из свободного углерода или содержащие углерод в качестве основного компонента.

Углеродосодержащие огнеупоры  отличаются высокой теплопроводностью, хорошей стойкостью при взаимодействии с расплавами металлов и шлаками.

К этому виду огнеупорных изделий  относятся:

- угольные, а также графитированные  блоки, которые производятся из  смеси кокса, термоантрацита, в  качестве связующего применяются  каменноугольная смола, битум,  антрацитовое масло. Температура  обжига таких блоков - 1100-1450°С.

- графитированные изделия, выпускаемые  из нефтяного кокса. Такие огнеупоры  имеют графитовую структуру и  низкое содержание золы. Температура  обжига 

9

таких изделий - более 2000°С.

- пирографит, который получают  в результате распада углеродосодержащего  газа на поверхности с высокой  температурой.

Углеродистые огнеупоры применяют  для футеровки нижнего строения домен, печей, электротермических печей, агрегатов для плавки свинца, меди и др., а также для изготовления погружных стаканов, стопоров-моноблоков, вкладышей для изложниц, тиглей для  плавки цветных металлов и др.

     н) Цирконистые огнеупоры – огнеупорные изделия, на основе бодделеита ZrO₂ (67,1 % ZrO2) и циркона (ZrSiO₄).

Цирконистые огнеупоры отличаются высокой огнеупорностью (до 2600°С), хорошей  стойкостью при взаимодействии с  расплавами металлов и шлаков, высокой  прочностью при 2200-2400°С и высокой  термостойкостью.

Высокоплотную керамику из ZrO₂ применяют в виде чехлов термопар, фильтров для сплавов, а также нагревательных элементов при температуpax до 2200°С в печах с резистивным и индукционным нагревом. Зернистые огнеупоры из ZrO₂ используют в устройствах для разливки стали, для футеровки агрегатов с > 1800°С, тиглей для плавки ряда металлов и сплавов. Стаканы из циркона (в т.ч. с графитом) с добавлением пластифицированного компонента используют в промежуточных ковшах при разливке стали.

     о) Бескислородные  огнеупоры – огнеупорные изделия, изготовленные из тугоплавких бескислородных соединений: карбидов, нитридов, боридов, силицидов, сульфидов. Технология бескислородных огнеупоров включает приготовление порошков бескислородных соединений, формование из них изделий с добавлением связки и последующий обжиг при высоких температуpax. В окислительной среде такие материалы имеют очень ограниченное применение.

10

3.4) Форма и размеры

    а) простые изделия  (прямые и клиновые нормальных, малых и общих   форматов);

    б) фасонные – простые,  сложные, особо сложные и крупноблочные  (массой > 60     кг);

    в) специальные – промышленного  и и лабораторного назначения (тигли, трубки, наконечники);

3.5) Огнеупорность

а) огнеупорные кирпичи – огнеупорность  1580-1770 °С;

б) высокоогнеупорные кирпичи –  огнеупорность 1770-2000 °С;

в) высшей огнеупорности – огнеупорность  > 2000 °С.

3.6) Способ формования

      а) пластичноформованные;

      б) плавленые литые  из расплава, получаемого обычным  путем электроплавки;

      в) литые кирпичи,  изготовленные путем литья из  жидкого шликера в      специальные формы (пеноизделия);

      г) термопластичнопрессованные, изготовленные прессованием из  шихты, в состав которой введены  термопластичные добавки (парафин,  воск и т.п.);

     д) горячепрессованные;

    е) изготовленные горячим прессованием из масс, нагретых до пластичного состояния;

     ж) пиленые из естественных горных пород или из специально изготовленных

11

блоков;

      з) волокнистые,  полученные путем расщепления  расплава струей строго перегретого  пара.

4. Взаимодействие огнеупоров с металлами.

Разрушение огнеупоров вследствие непосредственного химического взаимодействия с металлом встречается редко. Неметаллические включения в металле являются результатом чисто эрозионного действия расплавленного металла на огнеупор.

Разрушение огнеупора металлом при его внедрении в огнеупор относится к окислению металла  газовой средой и взаимодействию окалины с огнеупором.

Чтобы металл взаимодействовал с огнеупорсм, его сродство к кислороду должно быть больше, чем у компонента, находящегося в огнеупоре. Наличие в металле компонентов восстановления (углерод) приводит к восстановлению окислов огнеупора, что усиливает износ кладки. Щелочные металлы (Na, К, Li) разъедают огнеупоры.

Цветные металлы также сильнее взаимодействуют с огнеупорами по сравнению с черными металлами. Пары Zn проникают в поры огнеупора, окисляются, увеличиваются в объеме и разрушают огнеупорную кладку. Большинство огнеупоров не смачиваются жидкими металлами. Это устраняет возможность их физико-химического взаимодействия. Тугоплавкие Zr, Ti также взаимодействуют с огнеупорами.

5. Шамотные изделия.

Сырьем для изготовления шамотных огнеупорных изделий являются oгнеупорная глина и каолин. Из этой массы формуют изделия, которые затем cyшат и обжигают при температуре свыше 1200 -1400°С. 

12

Огнеупорная глина и каолин состоят в основном из кремнезема и глинозема. Чем выше содержание глинозема, тем выше огнеупорность глины и каолина. Каолин имеет огнеупорность 1600 - 1770 °С и объемную массу 1600 кг/м3. 

В зависимости от огнеупорности изделия подразделяют на марки: 

ША - с огнеупорност ью не ниже 1730 °С; 

ШБ - с огнеупорностью не ниже 1670 °С; 

ШВ - с огнеупорностью не ниже 1580 °С;

ШУС - с огнеупорностью не ниже 1580 °С; (для тепловых агрегатов с умеренными температурными условиями эксплуатации). 

Усадка изделий составляет не более 0,7 %. Предел прочности при сжатии 125-200 кгс/см2. 

Шамот - это нейтральный материал, хорошо противостоящий воздействию шлаков. Объемная масса шамотных изделий 1800 - 1900 кг/м3. Начало деформации под нагрузкой происходит при температуре 1150 — 1400°С. Шамотные огнеупорные изделия применяют в кладке, рассчитанной на рабочую температуру не выше 1500 °С. По ГОСТ 8691 - 51 шамотные изделия поставляются в виде кирпича прямого, прямого полуторного, клина торцевого, кирпича радиального, лещади и др.

Основные примеси в глинах и каолинах: свободный кремнезем, глинозем, щелочные и щелочноземельные оксиды, соединения железа, титана, органические примеси. Неорганические примеси снижают огнеупорность глин и каолинов, поэтому их называют плавнями. Количество примесей обычно не превышает 6-7%. Наиболее вредными являются пирит и марказит.

Каолиновые изделия - каолинит. Каолины содержат меньше примесей, чем глины. Они поддаются обогащению и являются лучшим сырьем, чем глины. Каолины используются для получения более качественных изделий.

6. Свойства огнеупорных глин.

Сырьем для алюмосиликатных изделий являются огнеупорные глины. Которые состоят из 25-35% Аl₂0₃ и 50-70% SiO₂ . Огнеупорность глин определяется содержанием в них каолина Al₂0₃-2Si0₂-2H₂0.

Примеси глины: кварц, глинозем, окислы щелочных металлов, окислы железа,

13

остатки органических примесей. Примеси - плавни понижают огнеупорпость.

Глины состоят из мельчайших частиц, близких к коллоидным - этим объясняется пластичность и адсорбционная способность глин.

Содержание гигроскопической влаги от 1-2% до 20%. При увеличении влажности до определенного предела адсорбционная способность глин увеличивается, при чрезмерной влажности пластичность теряется и глины становятся пульпообразными.

При сушке глин при 110°С до полной потери воды затворения они теряют пластичность, сохраняя свою форму, и приобретают некоторую хрупкость.

При добавке воды к высушенной глине она снова затворяется, приобретая пластичность. При прокаливании глин до 500 - 800 °С глина полностью теряет пластичность, которая не восстанавливается при добавлении воды.

Обожженный материал становится тощим и теряет связывающую способность, т.е. способность связывать непластичные тощие материалы в общую однородную массу, пригодную для формовки и прессования огнеупорных изделий.

При обжиге глин происходит разрушение гидратов, т.е. удаление кристаллизационной воды и совершается процесс спекания частиц.

При нагревании глины до 1360 - 1400 °С она размягчается, происходит плавление примесей, которые, переходя в капельножидкое состояние, служат связывающей частиц глины, происходит уплотнение (уменьшение объема, усадка), масса цементируется в черепок.

Обожженная глина, утрачивающая пластичность и способность формироваться, называется шамотом.

Шамот является основным сырьем для производства огнеупорных шамотных изделий.

Характерными свойствами глин и каолинов являются пластичность, связующая способность и спекаемость. Наличие в каолинах кристаллизационной воды приводит к образованию при их обжиге усадочных трещин. В связи с этим при изготовлении изделий необходимо применять отощители, в качестве которых используют обожженную огнеупорную глину - шамот. Глины, высушенные при температуре 110 °С, теряют пластичность, но при добавлении воды они опять

14

становятся пластичными. При нагреве до 450 -600 °С удаляются химически связанная вода, при этом каолин необратимо теряет пластичность (шамот). При дальнейшем нагреве до 1200 °С образуется муллит 3Al₂0₃-2Si0₂. Выдержки при этой температуре способствует росту кристаллов муллита. Одновременно с муллитом образуются кристобалит, аморфная часть и жидкая фаза. Количество последней связано с содержанием щелочей в исходном сырье.

Шамотные изделия применяют также для футеровки стен и сводов нагревательных колодцев, где они служат в течение 2-3 лет. Для футеровки нагревательных печей из-за возможного контакта с окалиной шамот применять нельзя.

Термические печи могут быть целиком выполнены из шамота и работать без ремонта от 5 до 15 лет. Печи для нагрева меди и ее сплавов работают при температуре 700 - 900 °С, а для нагрева сплавов на основе алюминия и магния при температуре от 100 до 600°С. Нагрев при термообработке часто ведется в защитной атмосфере. Поэтому для нагревательных печей цветной металлургии требуются огнеупоры с малой газопроницаемостью, достаточно огнеупорные и термостойкие. Этим требованиям вполне отвечает обычный шамот или шамот повышенного качества (каолиновый высокоглиноземистый или многошамотные огнеупоры). Шамотные изделия широко применяют для футеровки паровых котлов дымоходов и за рабочим слоем футеровки различных плавильных печей.

7. Кремнеземистые огнеупорные изделия.

К кремнеземистым изделиям относится динас (SiO₂>93%) и кварцевые изделия (Si0₂>85%).

Кварцевое стекло является огнеупором, который применяется в лабораторной практике. Получают при дуговой плавке чистых кремнеземистых пород. Обладает высокой прозрачностью, нулевой газопроницаемостью, большой термической стойкостью.

Динас - это огнеупорный кирпич, изготовленный способом формировки и обжига измельченного кварца, кварцитов или песчаников, которые содержат 90-98 % Si0₂.

В качестве связующих применяют известковое молоко или глину. Особое значение имеет зернистость массы, от которой зависит плотность кирпича, прочность и термостойкость при обжиге.

Сырьем для изготовления динаса служит чистый кварц, содержащий > 95% SiO₂ и

15

1.5 - 2.0 % извести. Известны восемь модификаций кремнезема, из которых одна аморфная - кварцевое стекло и 7 кристаллических: альфа- и бета – кварц , альфа – и бета-  и гамма - тридимит, альфа- и бета - кристобалит. В природе кремнезем находится в виде бета - кварца и привести его полностью в иную модификацию не удается. Переход из одной модификации в другую, совершаемый при изменении температуры и присутствии жидкой фазы, сопровождается изменением удельного объема и вызывает внутренние напряжение, могущие привести к разрушению изделия. Поэтому при производстве динаса необходимо считаться со свойствами SiO₂.

7.1. Свойства и служба кремнеземистых огнеупорных изделий.

Свойства и служба. Огнеупорность 1700 - 1730 °С, т.е. сравнительно невысокая, однако динас выдерживает большие механические нагрузки до температур близких к его огнеупорности. В связи с этим температура начала деформации динаса высокая. Тн.р.=1650 °С. Следует иметь в виду, что после начала деформации динас очень быстро дает усадку и достигает конца деформа (Тк. р=1670°С). Термостойкость динаса низкая - 1 - 2 водяных теплосмены. При высоких температурах (Т > 1760°С) динас значительно лучше противостоит резким изменениям температуры, в связи, с чем не следует динасовую кладку делать с искусственным охлаждением, а при остановке на ремонт охлаждение кладки надо производить медленно.

Для динаса характерна хорошая стойкость по отношению к кислым шлакам (при Ca0/Si0₂<0.54). Оксиды железа, меди, свинца и других металлов взаимодействуют с кремнеземом динаса и образуют легкоплавкие силикаты, что приводит к быстрому оплавлению огнеупора. Изве рода кре зем при температуре 1200 °С и выше переходит в кристобалит, что сопров сть, щелочи и их пары также образуют с кремнеземом легкоплавкие соединения, в результате разрушение динаса начинается при температуре 1000 °С. В среде водорода кремнезем при температуре 1200 и выше переходит в кристобалит, что сопровождается нарушением прочности изделия.

При нагревании или охлаждении объем динасовых изделий изменяется, что связано с термическим расширением и полиморфными превращениями кремнезема. Расширение может иметь и необратимый характер, что зависит от тридимитизации динаса в процессе его обжига. Поведение динаса при службе в значительной степени связано с его ростом. Суммарное расширение динаса при

16

нагревании до 1500 °С не должно превышать 1 — 1,5 %, а дополнительный рост 0,3 - 0,4 %. Рост объема динаса способствует уплотнению швов и, следовательно, повышению прочности и плотности кладки.

Стойкость динаса к структурному растрескиванию при насыщении кислыми шлаками и механическая прочность при высоких температурах хорошие и , как правило, не являются причиной его разрушения.