Краткие сведения о применении огнеупоров.
Условия, в которых работают огнеупорные изделия, отличаются большим разнообразием. Поэтому, чтобы решить, какой огнеупорный материал в данных конкретных условиях является наиболее подходящим, необходимо прежде всего изучить факторы, обусловливающие его разрушение и выход из строя, а затем подобрать изделия с такими свойствами, которые обеспечат наилучшую службу его в данных условиях работы. Эта задача является далеко не такой простой, как может показаться с первого взгляда, так как при регулировании технологического процесса производства огнеупорных изделий они приобретают не только какое-нибудь заданное, но и многие другие свойства, нередко вредные для данного случая применения. Следовательно, задача подбора огнеупорных изделий лучше всего отвечающих данной цели, сводится к подбору оптимального комплекса свойств, которые должны обеспечить максимальный срок службы материалов.
Шамотные изделия благодаря химически нейтральному характеру, большей, сравнительно с другими огнеупорами, термической стойкости, достаточно высокой огнеупорности и шлакоустойчивости, находят широкое применение во многих промышленных тепловых агрегатах.
Они применяются для кладки доменных печей, кауперов, печей для обжига фарфоровых, фаянсовых, кислотоупорных и огнеупорных изделий, для футеровки газогенераторов, топок паровозных и стационарных котельных установок, кладки известковообжигательных стекловарочных и других печей. Из шамотных масс изготовляются также сифонные изделия для разливки стали, капсели для обжига фарфора и фаянса, реторты для плавки цинка, горшки для варки стекла и пр.
С освоением у нас производства многошамотных изделий отличающихся наибольшей точностью формы и размеров, а также предельно-достижимыми для шамота физико-химическими показателями качества выявилась эффективность применения указанных изделий для футеровки сталеразливных ковшей, в которых многошамотные кирпичи служат 25—45 плавок против службы 15—20 плавок для кирпича, изготовленного на базе низкожженого шамота, и 10 — 12 плавок для обычного шамотного кирпича. Также эффективным оказалось применение многошамотных стеновых и донных брусьев для ванных стекловарочных печей. Эти брусья служат в 2 — 3 раза дольше брусьев, изготовленных обычным способом.
В самое последнее время многошамотный кирпич начали применять для доменных печей, кладка лещади, горна и шахты которых требует точных размеров кирпича и минимальных швов.
Сроки службы шамотных изделий в различных тепловых агрегатах колеблются весьма значительно. В доменных печах шамотные изделия служат 4 — 8 лет, в куполе каупера -5 — 10 лет, в стенах его -10 — 15, а в отдельных случаях и более 25 лет, в шахте горения — 4 — 10 лет. Кладка шахтных печей для обжига извести служит 1,5 — 2 года. Срок службы шамотного кирпича в топках паровозов соответствует пробегу последних 35 — 40 тыс. км.
Большое разнообразие применяемого для изготовления шамотных изделий сырья и особенности организации технологического процесса производства предопределяют значительное различие срока службы шамотных изделий даже в однотипных тепловых агрегатах.
Полукислые изделия, отличающиеся большим постоянством объема, применяются главным образом для кладки стен и насадки нижней части коксовых печей, где они служат 12 — 15 лет, для пода шлаковиков мартеновских печей, для футеровки вагранок и для насадки кауперов. Полукислые огнеупорные массы с добавкой каолинов, повышающих термическую стойкость изделий, в последнее время нашли применение при изготовлении сифонного сталеразливочного припаса.
Динасовые изделия вследствие высокой температуры начала деформации и некоторого роста их при продолжительном воздействии высокой температуры наиболее широко применяются в качестве сводового материала.
Малая термическая стойкость динаса требует постепенного и медленного нагрева динасовой кладки при пуске печей непрерывного действия и вовсе исключает применение динаса в тепловых агрегатах с резко меняющимся тепловым режимом.
Главнейшее применение динас находит для кладки сводов рабочего пространства мартеновских печей. Срок службы его в 150 — 200-тонных печах достигает у нас 220 плавок, в США — 350 плавок.
Динас применяется также для сводов регенераторов, шлаковиков, головок и арок завалочных окон мартеновских печей, для сводов ванных и горшечных печей для варки стекла, для кладки верхней части коксовых печей, начиная от пода камеры, в сводах электропечей и печей цветной металлургии.
Срок службы динаса в сводах стекловарочных печей определяется в 3 — 5 лет; в сводах электропечей емкостью до 15 т при основной плавке стали динас служит в течение 20—25 плавок и выше, в 25-тонных электропечах динас служит обычно не более 10 плавок.
Проведенные в последнее время опыты показывают, что динас может применяться также для кладки верхних рядов насадки каупера.Магнезитовый кирпич, обладающий основным характером, хорошей устойчивостью против действия основных шлаков и высокой огнеупорностью, употребляется главным образом для кладки подины мартеновских печей, где он служит 2 — 3 года, для кладки откосов, передних и задних стен и арочек завалочных окон и выпускных отверстий этих печей. Магнезитовый кирпич применяется также для футеровки конвертеров медеплавильной промышленности, кладки подин ватержакетных печей и в других печах цветной и черной металлургий. Расширение области применения магнезитовых изделий лимитируется ничтожной термостойкостью, а также и сравнительно высокой стоимостью их.
Хромомагнезитовые изделия, обладающие большей термической стойкостью, чем магнезитовые, применяются в перед-них и задних стенах, а также в вертикальных газоходах мартеновских печей для футеровки зоны спекания вращающихся печей для обжига цемента, металлургического магнезита и доломита, при кладке сводов печей для обжига магнезитовых и других высокоогнеупорных изделий.
В футеровке вращающихся печей срок службы хромомагнезитового кирпича определяется в 2—6 месяцев, в сводах газокамерных печей для обжига магнезита он служит до одного года.
Изменение технологии производства, хромомагнезитовых изделий, направленное к повышению термической стойкости последних, определило эффективное применение хромомагнезита в качестве сводового материала для основных мартеновских и других плавильных печей.
Практика эксплоатации 8- и 15-тонных электропечей показывает, что в сводах этих печей термостойкий хромомагнезит при основной плавке стоит в 3—4 раза дольше динасового.
Хромитовый кирпич, обладающий нейтральным характером и хорошей устойчивостью как против кислых, так и основных реагентов, применяется для футеровки конвертеров и стен медеплавильных отражательных печей, а также для кладки стен мартеновских печей выше уровня стояния шлака. Этот кирпич имеет более низкую температуру начала деформации под нагрузкой, чем магнезитовый и хромомагнезитовый, что пока и лимитирует его применение.
В последнее время у нас проведены заводские опыты по изготовлению и применению доломитового кирпича. В ряде случаев этот материал является полноценным заменителем магнезита, например в стенах основных ; электросталеплавильных печей.
Форстеритовые огнеупорные изделия, изготавливаемые на базе дунитов, оливинов и серпентинитов, отличаются шлакоустойчивостью, высокой температурой начала деформации под нагрузкой, а также постоянством объема; термическая стойкость их выше динаса.
Благодаря указанным свойствам они могут употребляться для кладки сводов отражательных медеплавильных печей, торцевых стен, головок, газовых и воздушных каналов мартеновских печей, подин кузнечных печей и в других тепловых агрегатах, заменяя в одних, случаях динас, в других — магнезит, а также шамот.
Графитовые и карборундовые изделия отличаются хорошей шлакоустойчивостью, термической стойкостью и повышенной теплопроводностью, что в основном и определяет область их применения.
Из графитовых изделий наибольшим распространением пользуются тигли для плавки стали и цветных металлов, а также сталеразливочные стаканы и пробки, которые благодаря малому разъеданию черепка показывают лучшую стойкость, чем шамотные при разливке марганцовистой и других специальных сталей.
Карборундовые высокоогнеупорные изделия, обладающие теплопроводностью в 5—7 раз большей, чем остальные огнеупоры, и высокой стойкостью против механических воздействий, применяются главным образом для кладки муфельных и закалочных печей, в которых тепло передается рабочей среде через стенку печи, а также при устройстве высокотемпературных рекуператоров.
При эксплоатации карборундовых муфельных печей достигается экономия в расходе топлива на 50—75% против расхода топлива в тех же печах, выложенных шамотным кирпичом.
Коксовые блоки находят наиболее эффективное применение в электропечах для карбид-кальция, ферросплавов и алунда, в которых срок службы углеродистого кирпича достигает трех лет.Коксовый кирпич применяют кроме того, в печах для выплавки алюминия, свинца и сурьмы, а также в доменных печах для кладки горна и лещади, учитывая химическую инертность и высокую огнеупорность этого кирпича.
Высокоглиноземистые огнеупорные материалы, отличающиеся хорошей термической стойкостью, шлакоустойчивостъю и огнеупорностью, применяются для кладки котельных топок высокого напряжения, футеровки сталеразливочных ковшей и др.
С введением 150—200-тонных ковшей для разливки стали выявилась необходимость замены шамотных пробок более стойкими вследствие большого разъедания их струей вытекающего металла и связанного с этим нарушения нормальных условий разливки.
Применение в этих случаях высокоглиноземистых пробок, изготовленных из шамота и глины с добавкой андалузитов Семиз-Бугу, обеспечило нормальный процесс разливки стали Гатфильда из ковшей большой емкости.
Легковесные огнеупорные изделия могут быть применены в нагревательных, отжигательных, сварочных печах, кузнечных горнах, печах для обжига грубой и тонкой керамики, для обмуровки паровых котлов, а также и в некоторых печах для плавки металлов.
Этот весьма эффективный вид огнеупорных изделий позволяет значительно сократить потери тепла, ускорить период разогрева в печах периодического действия, повысить рабочую температуру в печных установках и обеспечить равномерное ее распределение.
Однако применение этих изделий ограничивается их небольшой-механической прочностью и высокой пористостью, что исключает возможность употребления легковеса при наличии механических воздействий на огнеупорную футеровку или при соприкосновении ее с жидкой средой и шлаками.
Огнеупорные набивные массы и бетоны применяются у нас для набивки подов мартеновских и нагревательных печей, для футеровки плавильного пояса вагранок, дверей коксовых печей, днищ бессемеровских и томасовских конверторов и пр.
Источник: Технология огнеупоров. — Москва; Гос. науч.-тех. изд. лит. по чер. и цв. пром. 1944. — С.505-508.
