Воронов Г.В., Старцев, В.А. Огнеупорные материалы и изделия в промышленных печах и объектах вспомогательного назначения

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального обра-

зования «Уральский государственный технический университет – УПИ»

Г.В. Воронов, В.А. Старцев

Огнеупорные материалы и изделия в промышленных печах и объектах вспомога-

тельного назначения

Учебное пособие

Научный редактор –

Екатеринбург

2006

ББК 35.41

В75

УДК 666.76

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Авторы: Г.В. Воронов, В.А. Старцев

В75 ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ В ПРОМЫШЛЕННЫХ

ПЕЧАХ И ОБЪЕКТАХ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ: учебное посо-

бие/Г.В.Воронов, В.А.Старцев. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006. с.

ISBN 5 – 230 – 06584 – 2

ISBN 5 – 230 – 06529 – X

Учебное пособие предназначено для использования студентами всех форм

обучения металлургического факультета

при изучении дисциплины «Огнеупорные

материалы». Представлены материалы по классификации огнеупоров, видов сырья,

технологии получения огнеупорных изделий и их свойства. Дана информация по

современным видам огнеупоров, теплоизоляционным, волокнистым и тканевым ма-

териалам, огнеупорным бетонам. Рассмотрена служба огнеупорных изделий в про-

мышленных печах и во вспомогательном оборудовании и установках. Изложены

источники образования

и пути уменьшения загрязнения окружающей среды при

производстве и эксплуатации огнеупорных материалов.

Библиогр. Назв. Табл. Рис.

ISBN 5 – 230 – 06584 – 2 Уральский государственный

ISBN 5 – 230 – 06529 – X технический университет, 2006

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................................ 5

ГЛАВА 1. ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ СВОЙСТВА ........................................ 6

КЛАССИФИКАЦИЯ ОГНЕУПОРОВ ................................................................................. 6

1.2. СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОГНЕУПОРОВ ...................................................... 13

1.2.1. Природное сырье ..................................................................................................... 14

1.2.2. Специальные виды сырья ....................................................................................... 20

1.3. ПОДГОТОВКА ШИХТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОГНЕУПОРОВ ....................... 23

1.4. СВОЙСТВА ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ............................... 26

1.4.1. Рабочие свойства ..................................................................................................... 26

1.4.2. Физические свойства ............................................................................................... 36

ГЛАВА 2. ВИДЫ ОГНЕУПОРОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ПРОМЫШЛЕННЫХ

ПЕЧАХ ..................................................................................................................................... 44

2.1. Кислые огнеупорные материалы ................................................................................. 44

2.2. АЛЮМОСИЛИКАТНЫЕ ОГНЕУПОРНЫЕ

МАТЕРИАЛЫ ................................... 48

2.3. ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТЫЕ ИЗДЕЛИЯ ................................................................. 51

2.4. ОСНОВНЫЕ ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ........................................................ 56

2.5. УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИЕ ОГНЕУПОРЫ ................................................................ 64

2.6. МАТЕРИАЛЫ ВЫСШЕЙ ОГНЕУПОРНОСТИ ........................................................ 72

ГЛАВА 3. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ............................... 76

ГЛАВА 4. ВОЛОКНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ НИХ ................................ 82

4.1. Свойства изделий из волокнистых материалов ......................................................... 92

ГЛАВА 5. Огнеупорные бетоны ............................................................................................ 98

5.1 Виды огнеупорных бетонов ........................................................................................ 104

5.2. Мертели и растворы .................................................................................................... 109

5.3. Торкрет-массы и торкрет-бетоны .............................................................................. 113

ГЛАВА 6. СЛУЖБА ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И

ИЗДЕЛИЙ В

ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧАХ РАЗЛИЧНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

НАЗНАЧЕНИЯ ...................................................................................................................... 121

6.1. Служба огнеупоров при производстве чугуна ......................................................... 122

6.1.1. Доменная печь ........................................................................................................ 122

6.1.2. Воздухонагреватель доменной печи .................................................................... 133

6.1.3. Миксеры и чугуновозные ковши миксерного типа ........................................... 149

6.2.Служ6а огнеупоров в сталеплавильном производстве ............................................. 161

6.2.1 Мартеновская печь ................................................................................................. 161

6.2.2 Электродуговая печь .............................................................................................. 198

6.2.3. Футеровка кислородных конвертеров ................................................................. 202

6.2.4. Индукционные печи .............................................................................................. 220

6.2.5. Огнеупоры в сталеразливочных ковшах ............................................................. 223

6.2.7. Применение огнеупоров в установках внепечного вакуумирования стали .... 241

6.2.8. Влияние огнеупоров на

неметаллические включения в стали ......................... 246

6.3. Служба огнеупоров в нагревательных печах ........................................................... 250

6.3.1. Огнеупоры в нагревательных колодцах .............................................................. 250

6.3.2. Огнеупоры в кольцевой печи ............................................................................... 252

6.3.3. Огнеупоры в электрической низкотемпературной печи ................................... 261

ГЛАВА 7. Мероприятия по защите огнеупорной футеровки ........................................... 276

ГЛАВА 8. Прогноз развития производства и применения огнеупоров .......................... 282

ГЛАВА 9. Образование вредных веществ и пути уменьшения загрязнения

окружающей среды при производстве и

эксплуатации огнеупорных материалов и

изделий ................................................................................................................................... 286

ВВЕДЕНИЕ

Огнеупорными называют неметаллические материалы, предназначенные

для использования в условиях высоких температур в тепловых агрегатах и имеющие

огнеупорность не ниже1580°С.

Без огнеупоров практически нет другого способа ограничить распростране-

ние теплоты в окружающую среду и поддержать длительное время высокие темпе-

ратуры в рабочем объеме теплоагрегатов. Огнеупоры в этом случае используют как

высокотемпературные теплоизоляторы. В других случаях, наоборот, огнеупоры

должны обладать высокой теплопроводностью, использоваться как проводники

электрического тока или как электроизоляторы.

Многообразие условий службы обусловило необходимостью создания

большого ассортимента огнеупоров с различными свойствами.

Мировое производство огнеупорных материалов достигло 25,3 млн.т/год,

стоимость огнеупоров в индустриально развитых странах составляет около 0,1 %

валового национального продукта.

Производство огнеупоров на Урале сосредоточено в Сатке, Первоуральске,

Н-Тагиле, Богдановиче, Магнитогорске, Сухом Логу и т.д.

Огнеупорные материалы применяют почти во всех отраслях промышленно-

сти. Распределение огнеупоров по отраслям промышленности, % от общего потреб-

ления:

Общий выпуск стали в мире в 2000 г. оценивают в 1400 млн.т., в том числе

конверторной 800 млн. т (57%) и электростали 500 млн. т (36%). По прогнозам ме-

таллургов основными агрегатами производства стали являются кислородные кон-

верторы с верхним и нижним дутьем емкостью 300 - 400 т и более и дуговые стале-

Черная

металлургия

Цветная

металлур-

гия

Машино-

строение

Строитель-

ные материа-

лы

Химия

Прочие

потреби-

тели

Экспорт

60,1 4,0 10,3 8,1 4,7 10,9 1,9

плавильные печи 100, 200 и 300-400т.

Ожидается, что доменные печи останутся в XXI веке в числе основного ме-

таллургического оборудования.

Поскольку огнеупоры играют вспомогательную роль при производстве ста-

ли, цемента и т.п., то чем меньше их расход на единицу продукции, тем производст-

во основной продукции более эффективно. Поэтому не ставится задача выпуска ог-

неупоров как можно больше, а ставится задача выпуска в необходимом количестве

и ассортименте таких огнеупоров, расход которых на единицу основной продукции

был бы наименьшим, а стоимость их была экономически приемлемой.

Классификацию огнеупоров производят по общим и специальным призна-

кам

ГЛАВА 1. ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ

СВОЙСТВАКЛАССИФИКАЦИЯ ОГНЕУПОРОВ

Огнеупоры подразделяют на:

- огнеупорные материалы природного происхождения и искусственно полу-

ченные;

- огнеупорные изделия (формованные), имеющие определенную геометри-

ческую форму и размеры;

- неформованные, выпускаемые в виде порошков, употребляемые после

смешения с другими компонентами в виде масс, готовых к применению.

Классификация огнеупоров по химико-минералогическому составу (на типы

и группы) представлена в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Классификация огнеупоров по химико-минералогическому составу

№

п/п

Химико-минералогическая

группа

Наиболее важные виды Химическая ос-

нова на прока-

ленное вещест-

во, %

1 Кремнеземистые (кислые) Из кварцевого стекла

Динасовые

Динасовые с добавками

Кварцевые (бетонные и

безобжиговые)

SiO

≥97

SiO

≥93

80<SiO

<93

SiO

≥85

2 Алюмосиликатные (ней-

тральные)

Полукислые

Шамотные

Муллитокремнеземистые

Муллитовые

Муллитокорундовые

Из глиноземокремнеземи-

стого стекла (волокнистые)

SiO

<85;

<28

28≤Al

≤45

45≤Al

≤62

62≤Al

≤72

72≤Al

≤90

40≤Al

≤90

3 Глиноземистые Корундовые Al

>90

4 Глиноземизвестковые Алюминаткальцевые Al

>65

10<CaO<35

5 Магнезиальные(основные) Периклазовые MgO≥85

6 Магнезиально-известковые Периклазоизвестковые

Периклазоизвестковые ста-

билизированные

Известковопериклазовые

(доломитовые)

50<MgO<85

10<CaO<45

35<MgO<75

15<CaO<40

10<MgO<50

45<CaO<85

7 Известковые Известковые CaO≥85

8 Магнезиальношпинелидные Периклазохромитовые

Хромитопериклазовые

Хромитовые

Периклазошпинелидные

Периклазошпинельные

Шпинельные

MgO≥60

5≤Cr

≤20

40≤MgO<60

15≤Cr

≤35

MgO<40

>30

50≤MgO≤85

5≤Cr

≤20

≤25

MgO>40

5≤Al

≤55

25≤MgO≤40

55<Al

<70

Таблица 1.1 продолжение

9 Магнезиальносиликатные Периклазофорстеритовые

Форстеритовые

Форстеритохромитовые

65<MgO<85

SiO

50≤MgO≤65

25≤SiO

≤40

45≤MgO≤60

20≤SiO

≤30

5≤Cr

≤15

10 Хромистые Хромокислые Cr

11 Цирконистые Бедделеитовые

Бадделеитокорундовые

Цирконовые

ZrO

>90

20≤ZrO

≤90

≤65

ZrO

>50

SiO

>25

12 Оксидные Специальные из огнеупор-

ных оксидов: BeO, MgO,

CaO, Al

, Cr

оксиды Y

, Sc

, SiO

SnO

, ZrO

, HfO

, ThO

, Cs

O и др.

Максимально

достижимое со-

держание пере-

численных ок-

сидов, соедине-

ний из твердых

растворов на ос-

нове этих окси-

дов ( не ниже

98%) по сухой

массе

13 Углеродистые Графитированные

Угольные

Углеродсодержащие

С>98

С>85

8≤С≤82

14 Карбидкремнеевые Карбидкремниевые

Карбидкремнийсодержащие

SiC>70

15<C≤70

15 Бескислородные Из нитридов, боридов, кар-

бидов, силицидов и других

бескислородных соедине-

ний (кроме углеродистых)

Максимально

достижимое со-

держание бески-

слородных со-

единений

В зависимости от огнеупорности материалы подразделяют на огнеупоры:

средней (1580-1770 °С); высокой (1770-2000 °С) и высшей (свыше 200 °С) огне-

упорности.

Учитывая зависимость многих физических свойств огнеупоров от пористо-

сти, установлено 8 градаций их по пористости (табл.1.2).

Таблица 1.2

Классификация огнеупоров по пористости

Наименование

классификационных группировок

Пористость, %

открытая общая

Особоплотные До 3 -

Высокоплотные 3 – 10 -

Повышенноплотные 10 – 16 -

Уплотненные 16 – 20 -

Среднеплотные 20 – 30 -

Низкоплотные Свыше 30 Менее 45

Высокопористые - 45 – 75

Ультрапористые - Свыше 75

Огнеупорные изделия в зависимости от способа упрочнения подразде-

ляют на:

 бетонные, состоящие из огнеупорного заполнителя, связки (гидра-

тационной или химической) и добавок, приобретающие заданные

свойства в результате твердения при нормальной температуре или

при нагреве не выше 600 °С (бетонные блоки);

 безобжиговые, приобретающие заданные свойства при сушке или

коксовании до температур не выше 600 °С;

 обожженные, подвергнутые спеканию в процессе обжига;

 горячепрессованные, подвергнутые спеканию в процессе прессо-

вания;

 плавленолитные, затвердевшие из расплава.

Огнеупорные бетонные и безобжиговые изделия в зависимости от типа связки

подразделяют на изделия:

- с гидратационной связкой (глиноземистый и высокоглиноземистый це-

менты и др.), твердеющие при взаимодействии с водой;

- с химической связкой (фосфатной, сульфитной, жидким стеклом, крем-

нийорганической др.), твердеющие в результате физико-химических ре-

акций связки с наполнителем;

- с коагуляционной связкой (огнеупорная глина, бентонит и др.), твердею-

щие в результате коагуляционных процессов;

- с органической связкой (смоляной, смолопековой, битумной, сульфатно-

дрожжевой бражке, клеях и т.п.), твердеющие в результате полимериза-

ции, поликонденсации и коксования.

Изделия в зависимости от способа формования подразделяют на:

- полусухого прессования;

- пластичного формования;

- литые и вибролитые из текучих масс;

- горячего прессования;

- плавленолитые;

- пиленые из предварительно приготовленных блоков или естественных

горных пород.

Неформованные огнеупоры в зависимости от назначения подразделяют в соответ-

ствии с табл. 1.3.

Таблица 1.3

Классификация неформованных огнеупоров

Наименование клас-

сификационных

групп

Характеристика

Назначение

Бетонные массы и

смеси

Материалы, готовые к применению

(массы) или требующие введения

затворителя (смеси), состоящие из

заполнителей, связок и различных

добавок (пластифицирующих,

структурообразующих и т.д.).

Изготовление бетонных

изделий, монолитных фу-

теровок и их элементов, а

также ремонта огнеупор-

ной кладки

Массы и смеси

Массы и смеси, содержащие, в от-

личие от бетонных, коагуляцион-

ную или органическую связки

Изготовление безобжиго-

вых изделий, монолитных

футеровок и их элементов,

а также ремонта огнеупор-

ной кладки