Огнеупорный кирпич и материалы: свойства и характеристики

Основными свойствами огнеупорных материалов являются:

  1. Огнеупорность. Огнеупорностью называется способность материалов выдерживать высокие температуры, не деформируясь под действием собственного веса.  Классификация по огнеупорности:

– огнеупорные (огнеупорность от 1580 до 1770 ° С);

– высокоогнеупорные (от 1770 до 2000 ° С);

– высшей огнеупорности (более 2000 ° С);

  1. Термическая стойкость. Термической стойкостью называется способность огнеупоров не разрушаться при резких изменениях температуры;
  2. Химическая стойкость. Под химической стойкостью огнеупорных материалов понимается способность их противостоять разрушению от химического и физического воздействия образующихся в печи продуктов — металла, пыли, золы, паров и газов;
  3. Теплопроводность. В зависимости от целей, для которых используется огнеупор, теплопроводность его должна быть высокой или низкой;
  4. Шлакоустойчивость. Зависит от скорости химических реакций огнеупора со шлаком и от вязкости шлака;
  5. Электропроводность. Электропроводность является определяющим параметром огнеупоров, применяемых для футеровки электрических печей;
  6. Теплоемкость. Теплоемкость огнеупоров определяет скорость нагрева и охлаждения футеровки и затраты тепла на нагрев;
  7. Плотность и пористость. Плотность материала — это отношение массы образца к занимаемому им объему за вычетом объема пор. Чем плотнее кирпич, тем он менее порист, и наоборот. Классификация по пористости:

– особоплотные (открытая пористость до 3 %);

– высокоплотные (открытая пористость от 3 до 10 %);

– плотные (открытая пористость от 10 до 16 %);

– уплотненные (открытая пористость от 16 до 20 %);

– среднеплотные (открытая пористость от 20 до 30 %);

– низкоплотные (пористость от 30 % до 45 %);

– высокопористые (общая пористость от 45 до 75 %);

– ультрапористые (общая пористость более 75 %);

  1. Газопроницаемость. Газопроницаемость зависит от природы огнеупора, величины открытой пористости, однородности структуры изделия, температуры и давления газа.

По методу формования шамотные огнеупорные изделия разделяются на:

  • литые из шликера;
  • формованные пластичным или полусухим способом;
  • плавленые;
  • термопластичнопрессованные;
  • горячепрессованные.

По технологии термообработки кирпич может быть:

  • безобжиговым;
  • обожженным (спеченным в печи);
  • плавленолитым.

Огнеупорные материалы  имеют  много областей применения. Они  применяются в металлургической (до 60% всего объёма выпускаемых огнеупоров), машиностроительной, стекольной, сахарной, химической промышленности, а также во всех других отраслях, где проходит работа с применением доменных, шахтных и вращающихся печей.  Применяются они и в жилищно-коммунальном хозяйстве при строительстве бань и котельных. В последнее время огнеупоры широко стали применять в быту при кладке печей и каминов.

В соответствии с ГОСТом 28874-2004  в зависимости от химико-минерального состава огнеупоры классифицируются на следующие типы и группы

Тип огнеупоров Группа огнеупоров
1 Кремнеземистые Из кварцевого (кремнеземистого) стекла
Динасовые
Динасовые с добавками
Кварцевые
2 Алюмосиликатные Полукислые
Шамотные
Муллитокремнеземистые
Муллитовые
Муллитокорундовые
Из глиноземокремнеземистого стекла
3 Глиноземистые Корундовые
Корундовые с добавками
4 Высокомагнезиальные Периклазовые
5 Магнезиальносиликатные Периклазофорстеритовые
Форстеритовые
Форстеритохромитовые
6 Магнезиальношпинелидные Периклазохромитовые
Хромитопериклазовые
Хромитовые
Периклазошпинелидные
Периклазошпинельные
Шпинельные
7 Магнезиальноизвестковые Периклазоизвестковые
Периклазоизвестковые стабилизированные
Известковопериклазовые
8 Глиноземоизвестковые Алюминаткальциевые
9 Известковые Известковые
10 Хромистые Корундохромоксидные
Хромоксидкорундовые
Хромоксидные
11 Цирконистые Оксидциркониевые
Бадделеитокорундовые
Цирконовые
Корундооксидцирконийсиликатные
Корундохромоксидцирконийсиликатные
Периклазооксидцирконийсиликатные
12 Углеродистые Графитированные
Угольные
13 Оксидоуглеродистые Кремнеземоуглеродистые
Шамотноуглеродистые
Алюмоуглеродистые
Корундокарбидкремнийуглеродистые
Периклазоуглеродистые
Шпинельнопериклазоуглеродистые
Периклазошпинельноуглеродистые
Алюмопериклазоуглеродистые
Периклазоизвестковоуглеродистые
Известковоуглеродистые
14 Карбидкремниевые Карбидкремниевые
Карбидкремнийсодержащие
15 Оксидные Оксидные
Кислородсодержащие
16 Бескислородные Бескислородные

 

Рассмотрим некоторые характеристики и области применения огнеупоров из выше приведённой таблицы.

  1. Кремнеземистые.

Самые распространённые кремнеземистые изделия – это динасовые. Изготовляются из кремнезёмистых пород, главным образом кварцитов, с добавкой 2—2,5% извести. Сырую породу измельчают и смешивают с известковым молоком, изделия формуют на прессах, сушат и обжигают при 1400—1460°С Динас содержит более 93% SiO2 и относится к   кислым огнеупорам. Обладает высокой строительной прочностью, высокой температурой начала деформации под нагрузкой и соответственно рабочей температурой службы 1650–1700 °С. Устойчив к воздействию кислых расплавов и газовых сред, но не выдерживает контакта с основными расплавами металлов и их оксидов. Термостойкость динаса по стандартной методике не превышает 1-2 водяных теплосмен. Однако, если колебания температуры происходят в области значений выше 300 °С и особенно выше 600 °С, то термостойкость динаса исключительно высока.

Динас широко применяют для изготовления высокотемпературной части насадки доменных воздухонагревателей и регенераторов нагревательных колодцев,   для кладки распорных сводов.

Изготавливаются динасовые изделия в соответствии со следующими ГОСТами:

ГОСТ 4157-79 Изделия огнеупорные динасовые.

ГОСТ 3910-75 Изделия огнеупорные динасовые для кладки стекловаренных печей.

ГОСТ 1566-96 Изделия огнеупорные динасовые для электросталеплавильных печей

 

  1. Алюмосиликатные (шамотные).
  2. Глиноземистые.

Сырьём для изготовления этого кирпича служат огнеупорные, и тугоплавкие глины, характеризующиеся высоким содержанием оксида алюминия Al2O3 или глинозёма. С  высокой связующей способностью и пластичностью, они служат сырьём для различных керамических производств, в первую очередь для производства санитарно-технического фаянса, огнеупорных и кислотоупорных изделий. Оксид алюминия Al2O3 — в природе распространён как глинозём. По названию становится понятно, что изделия из глинозёма имеют высокое содержание глины. Они хорошо сопротивляются влиянию щелочей, хорошо реагируют на различные температурные скачки. Достаточно легко изготавливаются и широко распространены в местах, где  предполагается температура от 1000°С до 1800°С.

По содержанию  оксида алюминия Al2O3  огнеупоры относят к следующим группам:

  • Полукислые                                     10-28%
  • Шамотные                                     28-45%
  • Муллитокремнеземистые           Св. 45            %
  • Муллитовые                                              62-72%
  • Муллитокорундовые                    72-95%
  • Корундовые                                  Св. 95%

Шамот относится к алюмосиликатным огнеупорам, содержащим кроме SiO2 до 45% Al2O3. Обладает  высокой термостойкостью (10-20 водяных теплосмен), но низкой шлакоустойчивостью. Наиболее широко применяется в печестроении при температурах до 1350 °С, для строительства стен, сводов, не контактирующих с оксидами металлов, для низкотемпературной части регенеративной насадки. Не выдерживает истирающего действия при высоких температурах.

Шамотный кирпич, без сомнения, является самым широко используемым и распространённым огнеупорным изделием. В последнее время, кроме промышленности, он активно используется в частном домостроении. Его  применяют при изготовлении многих бытовых тепловых агрегатов:  различных печей (от русской до банной); каминов; барбекюшниц , сандалов, тандыров и т.д.  См. эссе.     

Изготавливаются шамотные изделия по многим  ГОСТам, но всегда в названии марки присутствует буква Ш. Шамотный кирпич общего назначения производят, относительно физико-химических показателей, в соответствии с ГОСТом 390-96, а по форме и размерам по ГОСТу 8691-73. Только по последнему ГОСТу существует  111 типоразмеров кирпича. Формы кирпича бывают разные: прямой (в том числе, плита и брус); клиновой; трапецеидальный; пятовый; оконный; подвесной;   горелочный и лекальный. По физико-химическим показателям самые распространённые марки – ША и ШБ. У шамотного кирпича марки ША массовая доля Al2O3 составляет не ниже 30 %, а у ШБ не ниже 28% и, соответственно, огнеупорность кирпича марки ША выше, чем марки ШБ.

Ниже на фото представлены некоторые шамотные изделия с номером  согласно ГОСТу 8691-73.

shamotnyj3

shamotnie-kirpichi

 

  1. Высокомагнезиальные.

Периклаз (или магнезит) содержит не менее 89% MgO. Температура начала размягчения под нагрузкой значительно ниже огнеупорности. Максимальная рабочая температура 1700 °С. Термостойкость изделий невысока и составляет 1-2 водяных теплосмены. Шлакоустойчивость по отношению к основным расплавам – металлам и шлакам, богатым оксидами металлов и известью, исключительно высока. Поэтому периклазовые кирпичи используются для кладки элементов печей черной и цветной металлургии, которые контактируют с расплавами металлов и основных шлаков. Изготавливается этот кирпич в соответствии с ГОСТом 4689-94. Конкретно по маркам:

П-89 – применяется для кладки подин, откосов и стен мартеновских печей преимущественно выше шлакового пояса;

П-90 — применяется для кладки подин, откосов и стен мартеновских и электросталеплавильных печей, а также нижних рядов подин ферросплавных печей и кладки миксеров;

П-91 — применяется для кладки подин, откосов и стен мартеновских и электросталеплавильных печей, футеровки подин и стен ферросплавных печей.

Магнезитовый порошок используют для заполнения швов при кладке подин плавильных печей. Изготавливается по ГОСТу 1216-87. Марки: ПМК-90; ПМК-87; ПМК-83; ПМК-75; ПМКМК-80; ПМКМК-75.

  1. Магнезиальносиликатные.

Огнеупорной основой этих изделий служит минерал форстерит 2MgO*SiO2.    Разновиднвостью форстеритовых огнеупоров являются периклазофорстеритовые и форстеритохромитовые изделия, в которых наряду с основным компонентов (форстеритом) содержатся периклаз и хромит.

Производят эти изделия в соответствии с ГОСТом 14832-96.

В зависимости от химико-минералогического состава и термической обработки изделия подразделяют на марки.

Марка изделия Характеристика Применение
Ф1 Изделия форстеритовые обожженные Для кладки насадок, стен и сводов регенераторов мартеновских печей, работающих в повышенном режиме интенсификации (интенсивность продувки кислородом св. 3000 м3/ч)
Ф Изделия форстеритовые обожженные Для кладки насадок, стен и сводов регенераторов, стен и сводов шлаковиков мартеновских печей, работающих в умеренном режиме интенсификации (интенсивность продувки кислородом до 3000 м3/ч) и без применения кислорода, а также для других тепловых агрегатов
ФД Изделия форстеритовые обожженные с повышенным содержанием дунита
ФБ Изделия форстеритовые безобжиговые Для кладки стен шлаковиков мартеновских печей, нагревательных колодцев и других тепловых агрегатов, верхних рядов насадок регенераторов мартеновских и других печей
ФХ Изделия форстеритохромитовые обожженные Для кладки насадок, стен и сводов регенераторов, стен и сводов шлаковиков мартеновских печей
  1. Магнезиальношпинелидные.

Эти изделия, содержат шесть групп:  периклазохромитовые — свыше 60% MgO, 5 — 18% Cr2O3;  хромитопериклазовые — 40 — 60% MgO, 15 — 30% Сr2O3; хромитовые — до 40% MgO, свыше 25% Сr2О3; периклазошпинелидные — 40- 80% MgO, 15-55% Al2O3; периклазошпинельные – 50-85% MgO, 4-8% Al2O3. шпинельные — 25-40% MgO, 5-70% Al2O3.

Периклазохромитовые и хромитопериклазовые огнеупоры содержат в качестве основы MgO и хромит Cr2O3. Свойства этих огнеупоров существенно отличаются от периклазовых и зависят от соотношения хромита и магнезита. Максимальная термостойкость соответствует отношению Cr2O3:MgO = 30:70. Шлакоустойчивость выше при содержании хромита 20 %. В сводах сталеплавильных печей наибольшую стойкость имеют изделия с содержанием хромита 20-30 %. Они изнашиваются из-за образования трещин и сколов, к которым приводят термические напряжения, возникающие при колебании температуры в рабочем пространстве печи.

 

Периклазохромитовый кирпич изготавливается   в соответствии с ГОСТом 10888-93 Используется для кладки сводов сталеплавильных печей.

Марки: ПХСП; ПХСУТ; ПХСУ; ПХСС; ПХССТ.

Хромитопериклазовый кирпич изготавливается   в соответствии с ГОСТом 5381-93. Конкретно по маркам:

ХП-1 –применяется для сводов мартеновских печей, сводов малотоннажных дуговых электропечей и тепловых агрегатов с тяжёлыми условиями службы;

ХП-2 – применяется для сводов электросталеплавильных печей и других тепловых агрегатов, работающих при температуре 1700-1750°С;

ХП-3 и ХП-4 — применяется для  кладки тепловых агрегатов, работающих при температуре 1500-1700°С;

ХП-5 — применяется для  кладки тепловых агрегатов различных отраслей промышленности, работающих при температуре до 1500°С.

 

Кирпич высокоогнеупорный для футеровки вращающихся печей изготавливается   в соответствии с ГОСТом 21436-75.

Хромитопериклазовый ХПЦ – применяется для   кладки периферийных участков зоны спекания вращающихся печей диаметром 3,6м и менее, работающих по мокрому способу;

Периклазохромитовый ПХЦ – применяется для   кладки центральных участков  зоны спекания вращающихся печей диаметром 3,6м и более, работающих по мокрому способу, печей диаметром менее 3,6м, работающих по сухому способу, а также периферийных участков печей, работающих по сухому способу.

 

Кроме кирпичей, изготавливаемых по ГОСТу, существует большое количество марок кирпича выпускаемых в соответствие с ТУ в основе, которых содержатся MgO и хромит Cr2O3. Например, кирпич хромитопериклазовый термостойкий для футеровки тепловых агрегатов цветной металлургии, марок ХПТУ и ХПТС, и другие.

 

Основой для производства периклазошпинелидных, периклазошпинельных и шпинельных изделий является спеченный периклаз MgO и плавленная алюмомагнезиальная шпинель. Эти изделия выпускаются в соответствии с ТУ и применяются для футеровки тепловых агрегатов в черной, цветной металлургии и вращающихся печей цементной промышленности.

 

  1. Магнезиальноизвестковые.

Магнезиальноизвестковые    изделия изготавливают     на    основое     оксидов магния и кальция — МgО и СаO.   Огнеупоры магнезиально-известковые используют в черной металлургии (в мартеновском, электросталеплавильном, конверторном производствах) благодаря их высокой устойчивости к воздействию жидкой стали и шлака.

 

  1. Глиноземоизвестковые.

Глинозёмоизвестковые огнеупоры содержат в своём составе         свыше 65% Al2O3 и от 7 до 35% СаО.  Именно к этим огнеупорам относится глиноземистый цемент,   состоящий преимущественно из алюминатов кальция. Это высокопрочный и быстротвердеющий на воздухе и в воде цемент, предназначенный для приготовления строительных растворов, а так же для производства жаростойких бетонов.

 

  1. Известковые.

Известковые  огнеупоры  изготавливают на основе оксида кальция с содержанием CaO  не менее 85% по массе. Сырьем для производства служат природные горные породы  — мел, известняк, а также химически переработанные материалы — металлический или углекислый кальций, гидроксид кальция. У известковых огнеупоров высокая температура плавления и высокая термостойкость.  По химической стойкости и шлакоустойчивости   это одни из лучших огнеупоров.

 

  1. Хромистые.

Огнеупоры этой группы содержат минерал хромит РеО∙Сr2О3.  Отличительной чертой этих огнеупоров  является шлакоустойчивость и нейтральность.

 

  1. Цирконистые.

Цирконистые огнеупоры   — огнеупоры, на основе бадделеита ZrO2 и циркона (ZrSiO4).   Цирконистые огнеупоры отличаются высокой огнеупорностью (до 2600°С), хорошей стойкостью при взаимодействии с расплавами металлов и шлаков, высокой прочностью при 2200-2400°С,  и высокой термостойкостью.

 

  1. Углеродистые.

Углеродистый кирпич представляет собой спрессованный кокс или графит. Он   содержат до 92 % С, обладает самой  высокой огнеупорностью, до 3500 °С. Он не получил широкого распространения и используется в промышленных печах требующих  самых высоких температур. Углеродистый кирпич не смачивается расплавами и поэтому устойчив против них, имеет высокую термостойкость, но начинают окисляться в продуктах горения топлива при температуре  600 °С. Поэтому их используют для службы в восстановительной среде: в электрических печах для производства ферросплавов, алюминия, свинца, для кладки лещади доменных печей,, в качестве припаса для разливки металлов, для изготовления электродов дуговых плавильных печей.

 

  1. Оксидоуглеродистые.

Оксидоуглеродистые  огнеупоры  изготавливаются   в соответствии с ГОСТом   Р 53933-2010 и предназначены для футеровки рабочего слоя  сталеразливочных печей, печей-ковшей для внепечной обработки стали и других агрегатов сталеплавильного производства. Среди широкой гаммы огнеупоров этой группы, наибольшее распространение получили изделия периклазоуглеродистые,  изготовленные на основе плавленого периклаза.

 

  1. Карбидкремниевые.

Карбидкремниевые огнеупоры изготовляются из карбида кремния (карборунда) с добавками и содержат от 20—35 до 70—98% SiC. Эти огнеупоры различаются по способу связывания зёрен карбида кремния: на кремнезёмистой (образующейся при окислении карбида), нитридной (Si3N4),  и  алюмосиликатной связках. Карбидкремниевые огнеупоры  изготавливают в соответствии с ГОСТом 10153-70. Огнеупоры этой группы обладают высочайшей термической стойкостью, отличной теплопроводностью, механической прочностью в нагретом состоянии, способностью не смачиваться и не реагировать со многими цветными металлами, инертность к большинству кислот и оснований. Применяются   при производстве цветных металлов, в печах термической обработки стали машиностроительной отрасли, химической и электронной промышленности, в порошковой и черной металлургии. Из-за   своей механической прочности в нагретом состоянии карбидкремниевые  плиты на алюмосиликатной связке марки КА  применяется для кладки рабочей части пода в электропечах, а  плиты на основе нитридной связки марки КН в качестве направляющих для электропечей с цементационной средой.

Среди карбидкремниевых огнеупоров особо следует выделить группу  карбидкремниевых нагревателей (КЭН). КЭН получают путём спекания высокочистого крупнозернистого  карбидкремниевого порошка при температуре свыше 2400оС. Они представляют собой огнеупорные неметаллические изделия в форме трубки или круглого стержня. Карбидкремниевые нагреватели применяются в электропечах периодического и непрерывного действия.

 

  1. Оксидные.

Оксидные огнеупоры, содержащие > 97 % высокоогнеупорных оксидов (BeO, MgO, CaO, Al2O3, Cr2O3, ZrO2, ThO2 и др.) или их соединений и твердых растворов. Формованные оксидные огнеупоры изготовляют преимущественно из тонкозернистых порошков прессованием или литьем из суспензий с последующим обжигом, а неформованные оксидные огнеупоры — измельчением оксидов, обычно после предварительного обжига, и введения необходимых добавок. В металлургии оксидные огнеупоры применяют в виде изделий из технической керамики для аппаратуры при измерении высоких температур, датчиков контроля масс, доли кислорода в стали, тиглей для лабораторных плавильных печей, вкладышей в разливочных устройствах.

 

  1. Бескислородные.

Бескислородные огнеупоры  изготовливаются из тугоплавких бескислородных соединений: карбидов, нитридов, боридов, силицидов, сульфидов. Технология бескислородных огнеупоров включает приготовление порошков бескислородных соединений, формование из них изделий с добавлением связки и последующим обжигом при высоких температураx. Применение бескислородных огнеупоров при высоких температураx в окислительной атмосфере ограничено.

 

Задать вопрос

Оставьте Ваши контактные данные и мы свяжемся с Вами для уточнения деталей заказа