Магнезиальные огнеупоры, их применение. Оксидные огнеупоры

Из группы магнезиальных огнеупоров в стекловаренных печах используются периклазовые, периклазохромитовые, хромитопериклазовые и форстеритовые изделия. Для производства магнезиальных огнеупоров используется обожженный природный магнезит MgСО₃.Магнезиальные изделия – огнеупоры основного характера, поэтому обладают высокой устойчивостью к щелочным компонентам, улетучивающимся при варке стекла. Это определяет их применение для изготовления насадок регенераторов.

Периклазовые огнеупоры содержат не менее 85% MgO. Их огнеупорной основой служит периклаз. Основные примеси – CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃. При производстве периклазовых огнеупоров по керамической технологии формование изделий из измельченного предварительно обожженного магнезита ведут методом полусухого прессования с обжигом при температуре 1600–1750^оС. Периклазовые огнеупоры характеризуются большой разницей между огнеупорностью (2300^оС) и температурой деформации под нагрузкой (1550^оС), а также небольшим интервалом деформации (рис.1). Кристаллы периклаза не образуют кристаллического сростка, они сцементированы неогнеупорными стекловидными связками. Плавление связки происходит при температуре 1450–1550^оС, при этом с повышением температуры вязкость расплава существенно снижается. Огнеупоры имеют высокий ТКЛР (13–15×10^-6 К^-1) и относительно невысокую теплопроводность, поэтому при резких перепадах температур на изделиях появляются трещины. Периклазовые изделия чувствительны к парам воды: при взаимодействии с ними MgO гидратируется с образованием Mg(OH)_2.

Выпускаются периклазовые изделия марок П-91, П-90, П-89, содержащие соответственно 91, 90 и 89% MgO; содержание СаО и SiO₂ не более 4%. Периклазовые изделия характеризуются следующими средними показателями: огнеупорность, ºС 2300; температура применения, ºС, не менее 1500; предел прочности при сжатии, Мпа, не менее 40; кажущаяся пористость, % 22-26. Для производства изделий ответственного назначения применяют плавленый периклаз, который получают путем плавки в дуговых электропечах спеченного периклазового порошка. Свойства изделий из плавленого периклаза: температура деформации под нагрузкой 1680–1750^оС; кажущаяся плотность 3,5 г/см³; предел прочности при сжатии 150 МПа; термостойкость 20 теплосмен; высокая коррозионная стойкость. Выпускает огнеупоры марок ППЛУ (ППЛУ-95, ППЛС-97) – изделия периклазовые из плавленого периклаза (уплотненные или среднеплотные).

Магнезиально-шпинелидные огнеупоры в зависимости от содержания оксида магния делятся на две группы: хромитопериклазовые с относительно низким содержанием MgO (40–50%) и высоким Cr₂O₃ (15–35%); периклазохромитовые, содержащие не менее 60% MgO при низком содержании Cr₂O₃ (5–18%). Такое разделение достаточно условно и иногда все изделия этого типа называются хромитопериклазовыми.

Хромсодержащие огнеупоры получают при использовании магнезита и хромита. Технология производства изделий аналогична технологии периклазовых огнеупоров.

Хромитопериклазовые изделия характеризуются высокой огнеупорностью (не менее 1900^оС) и термостойкостью, составляющей 2–9 теплосмен. Однако температура начала размягчения под нагрузкой составляет 1450–1550^оС, что ограничивает область их применения. Хромсодержащие огнеупоры достаточно разнообразны по составу и показателям, что дает возможность широкого выбора материалов. В стекловаренных печах рекомендуется применять изделия, содержащие не более 3% Fe₂O₃, с хорошими показателями термостойкости. Эффективным методом повышения качества периклазохромитовых огнеупоров является использование в производстве плавленых периклазохромитовых и периклазовых порошков. Изготовление изделий из таких порошков производится по керамической технологии.

Форстеритовые огнеупоры – материалы, в которых основным компонентом является форстерит Mg₂SiO₄ (до 85%). Прочие минералы (периклаз, магнезиоферрит) содержаться в небольшом количестве. Форстеритовые огнеупоры относятся к нейтральным огнеупорным материалам. Сырьем для производства форстеритовых огнеупоров служат магнезиально-силикатные породы – оливины, серпентиниты, дуниты.

Минерал форстерит имеет большую анизотропию ТКЛР по осям, что обусловливает низкую термостойкость этих огнеупоров. Форстеритовые огнеупоры обладают пределом прочности при сжатии 25–30 МПа, пористостью 22–28%, температурой начала деформации под нагрузкой 1610°С, термостойкость 7 воздушных теплосмен.