Шамотные огнеупоры. Алюмосиликатные огнеупоры. Высоко- и глиноз. огнеуп

Алюмосиликатные огнеупорные изделия делятся на: полукислые; шамотные; высокоглиноземистые, изготовленные керамическим способом; высокоглиноземистые, изготовленные литьем из расплава.

Структура, свойства и область применения алюмосиликатных огнеупорных материалов зависят от содержания Al₂O₃ и SiO_2. Характеристики огнеупоров возрастают с ростом содержания Al₂O₃, что обусловлено образованием соединений с более высокими температурами плавления.

Шамотные огнеупоры выпускаются в количестве 65–70% от объемов производства всех огнеупоров. Их широкое распространение обусловлено их доступностью и низкой стоимостью, хорошей термической устойчивостью (до 50 теплосмен), небольшой усадкой при обжиге. Их используют для кладки бассейнов ванных печей (донный брус), питателей, регенераторов, отдельных элементов горшковых печей.

К шамотным относятся изделия с содержанием Al₂O₃ от 28 до 45%, к полукислым – с содержанием Al₂O₃ 15–25% и SiO₂ более 65%_. Шамотные и полукислые огнеупоры состоят из мелких кристаллов муллита 3Al₂O₃×2SiO₂, кристаллических модификаций кремнезема (кварца, кристобалита) и стеклофазы со значительным содержанием Al₂O₃.

Сырьем для производства шамотных огнеупоров являются огнеупорные глины и каолины.

Глину, каолин или их смеси обжигают на шамот при температуре 1200–1350^оС. Шамот играет роль отощителя в керамических массах для огнеупоров, и в отличие от других отощителей (например, кварцевых песков) не снижает огнеупорность и другие свойства изделий. В зависимости от способа формования керамические массы для огнеупоров содержат 60–85% шамота, остальное – огнеупорная глина. Многошамотные массы состоят из 85% шамота и 15% связующей глины.

Свойства алюмосиликатных огнеупоров зависят как от состава, так и от способа формования. Минимальные значения пористости (18–20%), усадки, максимальная прочность (в 3 раза выше) обеспечиваются при непластичном формовании.

Шамотные огнеупоры разделяют по огнеупорности на четыре класса: класс А имеет огнеупорность не ниже 1690^оС, класс Б – 1650^оС, класс В – 1630^оС.

Температура начала деформации под нагрузкой (температура применения) шамотных изделий составляет 1250–1450^оС. Шамотные изделия характеризуются плавным пластическим характером деформации – интервал деформации составляет 200–250^оС (рис.1). Образец не разрушается при испытаниях, а лишь деформируется. Это связано с тем, что в шамотных изделиях с повышением температуры непрерывно увеличивается количество жидкой фазы и повышается ее вязкость вследствие растворения кремнезема и глинозема. Широкий интервал деформации шамотных огнеупоров позволяет сохранить устойчивость кладки печи при кратковременном превышении температуры деформации.

При длительной службе в печах шамотные огнеупоры дают дополнительную усадку, причем при температурах, превышающих температуру их обжига, кладка деформируется и теряет строительную прочность.

Термостойкость шамотных огнеупоров зависит от состава масс, способа формования, температуры обжига, структуры изделий и может изменяться в широких пределах – от 7 до 50 теплосмен. С увеличением содержания шамота в составе масс термостойкость изделий повышается и у многошамотных изделий может достигать до 150 теплосмен.

Шамотно-каолиновые огнеупоры по технологии производства мало отличаются от шамотно-глинистых изделий. Сырьем для их производства служат каолины. В зависимости от огнеупорности сырья каолиновые изделия делятся на два класса: класс 0 – огнеупорность не ниже 1750^оС; класс А – не ниже 1730^оС. Каолиновые огнеупоры обладают высокой термостойкостью – до 26 теплосмен; температура начала деформации составляет 1450–1550^оС, температура разрушения 1600–1650^оС.

Стеклоустойчивость алюмосиликатных огнеупоров снижается с ростом содержания в составе стекла оксидов щелочных и щелочноземельных металлов.

Выпускаются огнеупоры следующих марок для кладки дна и бассейна стекловаренных печей, каналов студочных и выработочных частей: ШСУ-33, ШСУ-36, ШСУ-40 – шамотные уплотненные с содержанием Al₂O₃ не менее 33, 36 и 40% соответственно; ШСП-40 – шамотные повышенно-плотные с содержанием Al₂O₃ не менее 40%.Выпускаются шамотные изделия общего назначения марок ША, ШБ, ШАК с температурой применения 1350–1400^оС. Изготавливаются изделия, предназначенные для кладки регенераторов марок ШВ-37, ШН-38, ШВ-42 с температурой применения не ниже 1330, 1400 и 1500^оС соответственно.

Высокоглиноземистые огнеупоры содержат более 45% Al₂O₃ и в зависимости от содержания глинозема подразделяются на муллитокремнеземистые (МКРС)(силлиманитовые), содержащие 45–62% Al₂O₃; муллитовые (МЛС) (62–72% Al₂O₃); муллитокорундовые (МКС)(72–90% Al₂O₃) и корундовые (КС).

Муллитовые огнеупоры изготавливают из смеси технического глинозема и огнеупорной глины. При изготовлении керамических высокоглиноземистых огнеупоров применяется высокоглиноземистый шамот. Используются методы полусухого прессования, шликерного литья и изостатического формования. Температура обжига – до 1700^оС.

Высокоглиноземистые огнеупоры отличаются от шамотных большим содержанием тугоплавких фаз (муллита, корунда), меньшим количеством стеклофазы и более высокой температурой ее размягчения. В связи с этим они характеризуются большей огнеупорностью, температурой службы под нагрузкой, химической устойчивостью, термостойкостью, малой пористостью и усадкой в процессе службы. Их используют для кладки различных участков печи и регенераторов.

Муллитовые огнеупоры являлись первыми плавлеными изделиями, используемыми в стекольной промышленности. Однако в настоящее время плавленолитые муллитовые изделия практически не выпускаются, т.к. при воздействии щелочных компонентов происходит разложение муллита на корунд и стеклофазу. Этот процесс сопровождается уменьшением объема изделий, что создает значительные напряжения.