Огнеупорные материалы

ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ (огнеупоры), материалы на основе минерального сырья, отличающиеся способностью сохранять свои свойства в условиях эксплуатации при высоких температурах; служат в качестве конструкционных материалов и защитных покрытий. Сырье для О. м. - простые и сложные оксиды (например, SiO2, A1₂O₃, MgO, ZrO₂, MgO-SiO₂), бескислородные соединения (например, графит, нитриды, карбиды, бориды, силициды), а также оксинитриды, оксикарбиды, сиалоны.

Эксплуатационные свойства О. м. определяются комплексом химических, физико-химических и механических свойств. Основное свойство О. м. - огнеупорность, т.е. способность материала противостоять, не расплавляясь, действию высоких температур. Огнеупорность характеризуется температурой, при которой стандартный образец из материала в форме трехгранной усеченной пирамиды высотой 30 мм и сторонами оснований 8 и 2 мм (конус Зейгера) размягчается и деформируется так, что его вершина касается основания. Определенная таким образом температура обычно выше максимально допустимой температуры эксплуатации О. м. Различают собственно О. м. (огнеупорность 1580-1770 °С), высокоогнеупорные (1770-2000 °С) и материалы высшей огнеупорности (выше 2000 °С).

Другие важные свойства О. м. - пористость, термическая стойкость, теплопроводность, температура начала деформации под нагрузкой и химическая стойкость в различных средах. По пористости (объемной доле пор в %) различают особоплотные О. м. (пористость менее 3%), высокоплотные (3-10%), уплотненные (16-20%), материалы повышенной пористости (20-30%), легковесные (45-75%) и ультралегковссные (75-90%). К последним обычно относят волокнистые О. м. высокоогнеупорные О. м. и материалы высшей огнеупорности обладают, как правило, малой пористостью. Их микроструктура представляет собой контактирующие друг с другом крупные зерна, между которыми располагаются более мелкие зерна и большая часть пор. О. м. могут быть формованными-кирпичи, бруски, трубы, фасонные изделия и неформованными-порошки, обмазки, смеси для огнеупорных бетонов и др. Технология получения О. м. обычно включает приготовление порошка определенного гранулометрического состава, обеспечивающего малое уменьшение объема (усадку) в процессе обработки, формование (для формованных материалов) и термическую обработку.

Формование О. м. 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. При изготовлении легковесных и ультралегковесных О. м. прибегают к введению газа, выгорающих добавок и др. способам. Неформованные О. м. обычно упрочняют введением минерального (например, жидкое стекло) или органическое (органические или элементоорганические полимеры) связующих.

По характеру термической обработки различают безобжиговые и обожженные О.м. Температура термической обработки безобжиговых материалов не превышает 600 °С; дальнейший обжиг совмещают с нагревом теплового агрегата, в котором используется данный материал. Для обожженных О. м. температура обжига превышает 600 °С и определяется достижением необходимых физико-химических свойств материала. Обжиг О. м. проводят в плазменных или электрических печах периодического или непрерывного действия - камерных, кольцевых, туннельных, шахтных и др.

Формованные О. м. применяют для изготовления огнеупорных кладок стен, сводов, подов и др. 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. Огнеупорные массы из огнеупорного порошка, связываемого каменноугольной смолой, растворимым стеклом или полимерным связующим, используют преим. для изготовления рабочего слоя подов и откосов сталеплавильных печей и футеровки конвертеров; огнеупорный бетон, состоящий из огнеупорного наполнителя, вяжущего и добавок (затвердевает при т-ре ниже 600 °С), - для изготовления монолитных конструкций, заменяющих кладку из формованных О. м. Разновидностью огнеупорных бетонов являются пластичные обмазки (так называемые торкрет-массы), содержащие органические или фосфатные вяжущие и послойно наносимые под давлением сжатого воздуха (торкретирование) на внутреннюю поверхность тепловых агрегатов.