Классификация огнеупорных материалов, их свойства

Модуль 5. Материалы и строительные элементы печей.

Тема 5.1. Огнеупорные и теплоизоляционные материалы.

Классификация огнеупорных материалов, их свойства.

При сооружении печей и сушил наряду с обычными строительными материалами применяются материалы, предназначенные для работы при высоких температурах в условиях воздействия расплавленных металлов и шлаков и активных газовых атмосфер - это керамические материалы (огнеупорные и теплоизоляционные), а также жаростойкие металлы и сплавы.

Огнеупорными называют материалы, способные противостоять продолжительному воздействию высоких температур (свыше 1000⁰С), а также физико-химическим процессам, протекающим в печах.

Классификация огнеупорных материалов производится по шести основным признакам:

1) по химическо-минералогическому составу – огнеупоры делятся на кремнеземистые, алюмосиликатные (низко-, средне-, высокоглиноземистые), магнезиальные, магнезиально-известковые, магнезиально-шпиндельные, магнезиально-силикатные, углеродистые, карбидкремниевые, цирконистые, оксидные и некислородные;

2) по огнеупорности – делят на огнеупорные (1580-1770⁰С), высокоогнеупорные (1700-2000⁰С) и высшей огнеупорности (свыше 2000⁰С);

3) по плотности - на особоплотные (с открытой пористостью до 3%), высокоплотные (3-10%) и далее, вплоть до легковесных (45-85%) и ультралегковесных (свыше 85%);

4) по способу формования – пластично-формованные, сухоформованные, шликернолитые, термопластично-прессовые, горячепрессованные, плавлено-литые и пиленые;

5) по термообработке – на обжиговые и безобжиговые;

6) по форме и размерам – на прямые и клиновые нормальных размеров, фасонные простые, сложные, особосложные, фасонные крупноблочные массой свыше 60 кг и специальные промышленного и лабораторного назначения.

Огнеупоры оценивают по их физическим и рабочим свойствам.

Физические свойства:

- пористость (%) и плотность – взаимосвязаны между собой: чем выше пористость, тем ниже плотность и наоборот. Если поры сообщаются с атмосферой, то пористость называют открытой, если поры расположены внутри изделия – то пористость кажущаяся закрытая; общая пористость равна сумме вышеназванных пористостей. Повышенная пористость является причиной повышенной газопроницаемости и пониженной шлакоустойчивости и механической прочности;

- газопроницаемость находится в прямой зависимости от наличия сквозных пор в изделии, ее определяют коэффициентом газопроницаемости;

- удельная теплоемкость (кДж/(кг К) имеет особое значение для печей периодического действия: чем меньше теплоемкость огнеупоров, тем меньше потери теплоты на разогрев футеровки до рабочей температуры;

- теплопроводность (Вт/ (м К), зависит от природы материала, его пористости, температуры и состояния. Зависимость теплопроводности от температуры:

λ_t = λ_o bt, где b – эмпирический коэффициент, t – температура, ⁰С,

т.е. чем выше температура, тем больше теплопроводность;

- электропроводность – имеет большое значение для футеровки электропечей (большинство огнеупоров неэлектропроводны);

- магнитная проницаемость μ – представляет собой отношение абсолютной магнитной проницаемости материала к магнитной проницаемости вакуума;

- тепловое расширение – при нагреве зависит от природы материала и температуры (для компенсации теплорасширения в кладке футеровки печи предусматривают температурные швы (зазоры), закрывающиеся по мере разогрева футеровки.

Рабочие свойства:

- огнеупорность – свойство материала противостоять переходу в пластичное или жидкотекучее состояние при высоких температурах;

- деформация под нагрузкой – способность противостоять одновременному воздействию высоких температур и нагрузке на сжатие;

- шлакоустойчивость – свойство материалов противостоять химическому и физическому воздействию шлаков;

- термостойкость – свойство противостоять резким изменениям температуры без разрушения и растрескивания;

- сопротивление истиранию и удару – это свойство обусловлено твердостью основного огнеупорного компонента и материала, цементирующего отдельные зерна кристаллов (особое значение имеет для вагранок);

- сопротивление воздействию печной атмосферы - очень важное свойство, зависит от химического состава огнеупоров, все огнеупоры хорошо противостоят действию нейтральной атмосферы.