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

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 5.1 продолжение

Периклазошпинелидные MgO

MgO

40 – 80

15 – 55

25 – 40

Шпинельные Al

55 – 70

Магнезиальносиликат-

ные

Периклазофорстерито-

вые

MgO

SiO

65 – 80

Не менее 10

Форстеритовые MgO

SiO

50 – 65

25 – 35

Форстеритохромитовые MgO

SiO

Сr

45 – 60

20 – 30

5 – 15

Углеродистые Углеродистые графити-

рованные

С Не менее 98

Углеродистые неграфи-

тированные (угольные)

С Не менее 85

Углеродсодержащие С 5 – 70

Карбидкремниевые Карбидкремниевые рек-

ристаллизованные

SiC >90

Карбидкремневые SiC >70

Карбидкремнийсодер-

жащие

SiC 20 – 70

Цирконистые Циркониевые (бадделеи-

товые)

ZrO

>90

Бадделеитокорундовые ZrO

>30

До 65

Цирконовые ZrO

SiO

>35

>18

Оксидные Оксидные различного

состава

Максимально высокая

доля определяющего

оксида

Бескислородные Специальные Максимально высокая

доля бескислородных

соединений

Под вяжущим веществом огнеупорных бетонов принимают дисперси-

онную систему, состоящую из тонкозернистого (крупностью<0,09 мм ) огне-

упорного цемента и химической связки. В зависимости от типа вяжущего ве-

щества огнеупорные бетоны разделят на:

1. Гидратационные вяжущие, дисперсной фазой которых являются

цементы, твердеющие при добавлении воды.

2. Силикатные вяжущие, в качестве химической связки которых вво-

дят щелочные силикаты, этиленсиликат и др.

3. Фосфатные вяжущие, в качестве химической связки которых вводят

фосфорную кислоту или водные растворы ее солей.

4. Сульфатно-хлоридные вяжущие, в которых в качестве цемента чаще

всего применяют периклазовый тонкомолотый порошок, а связкой

служат водные растворы MgCl

MgSO

, FeSO

и др.

5. Органические вяжущие, у которых в дисперсный порошок огне-

упорного цемента добавлены смолы, пеки и другие органические

соединения.

Огнеупорные бетоны классифицируют также на: изделия, смеси и мас-

сы. Огнеупорные порошки, разделенные на фракции, называют заполните-

лями

Заполнитель шамотный ЗША, ЗШБ

ГОСТ 23037 - 99 кл 4, 5, 6, 7

Выпускаемые фракции: (по ТУ 14-204-22-97)

от 0 до 1 мм

от 0 до 2 мм

от 2 до 5 мм

от 5 до 15 мм

от 5 до 20 мм

от 0 до 25 мм

Заполнителями в огнеупорных бетонах служат зернистые порошки ог-

неупорных материалов. Заполнители подразделяют в соответствии с ГОСТ

23037-78 (табл. 5.2).

Порошки, содержащие все фракции, необходимые для бетона и вяжущие

вещества в сухом виде называют сухими бетонными смесями. Сухие смеси, за-

творенные водой или жидкими вяжущими веществами, называют готовыми бе-

тонными смесями.

Усадка бетонов при обжиге и некоторые другие свойства зависят от зер-

нового состава заполнителей. Усадка тем меньше, чем

более крупнозернистые

заполнители, использованы при изготовлении.

Таблица 5.2

Химико-минералогический состав заполнителей

Тип заполнителя Ма

ка Заполнитель

Кремнеземистый

ЗКС

Кварцевое стекло

ЗКВ-97 Ква

цитовый ≥97%SiO

ЗКВ-95 Ква

рц

итовый

≥

SiO

-92

инасовый

≥

92%SiO

ЗД-87 Динасовый ≥87%SiO

Алюмосиликатый

ЗПКА Полукислый огнеупорностью ≥1710°С

ЗПКБ

≥

1670

ЗПКВ

≥

l58O

ЗШО Шамотный огнеупорностью ≥175О°С

ЗША // //

≥

1730°С

ЗШБ // //

≥

I670°C

ЗШВ // // ≥ 1580°С

ЗМКР М

ллиток

емнеземистый

ЗМЛ М

ллитовый

ЗМК М

ллитоко

ру

ндовый

Глиноземистый ЗК

–

97 Ко

ру

ндовый ≥ 97% Al

ЗК

–

95 /

≥ 95% Al

ЗК

–

90 /

≥ 90% Al

Магнезиальный ЗППЛ

–

95 Пе

иклазовый плавленый ≥ 95% M

ЗППЛ

–

98 Пе

иклазовый плавленый ≥ 98% M

ЗПСП - 90 Пе

иклазовый спеченый ≥ 90% M

ЗПСП

–

85 Пе

иклазовый спеченый ≥ 85% M

ЗПИ

–

80 Пе

иклазоизвестковый ≥ 80% M

Магнезиальноиз-

вестковый

ЗПИ – 75 Периклазоизвестковый (магнезитодоломито-

вый) ≥ 75% MgO

ЗПИ – 50 // ≥ 50% MgO

ЗПИ – 35 Известковопериклазовый (доломитовый) ≥ 35%

MgO

Магнезиальнош-

пинелидный

ЗПХ Периклазохромитовый (магнезитохромитовый)

ЗХП Х

омитопе

иклазовый

(

омитомагнезитовый

)

ЗХ – 45 Хромитовый ≥ 45% Cr

(из хромитовой руды

Кемпирсайского месторождения)

ЗХ – 40 Хромитовый ≥ 40% Cr

(из хромитовой руды

Кемпирсайского месторождения)

ЗХ – 30 Хромитовый ≥ 30% Cr

(из хромитовой руды

Саранского месторождения)

Магнезиальноси-

ликатный

ЗФ Фо

сте

итовый

Н Обожженный д

нит

Цирконистый З

–

кониевый

(

ба

дд

елеитовый

)

≥ 3%ZrO

+HfO

ЗЦ – 90 Циркониевый (бадделеитовый) ≥ 0%ZrO

+HfO

Армирование огнеупорных бетонов различными волокнами (стеклян-

ными, углеродистыми, асбестовыми, стальными и др.) способствуют повыше-

нию прочности, устойчивости к механическим нагрузкам и термическим уда-

рам.

Термообработку бетонных изделий осуществляют в автоклавах пропа-

риванием, если применяют гидратационные вяжущие. Или в специальных су-

шилах, или связующим являются жидкое стекло, фосфорные и другие связки.

5.1 Виды огнеупорных бетонов

Бетоны из динасовых огнеупоров кварцитоглинистых, кварцитовых, ди-

насокварцитовых и динасовых не дают усадки при высоких температурах. Не-

которые составы бетонов приведены в табл. 5.3.

Бетоны с динасовым заполнителем применяют в тепловых агрегатах с

продолжительным циклом работы. Для агрегатов, работающих непродолжи-

тельное время, используют кварцитовый заполнитель. При использовании жид

кого стекла для ускорения процесса твердения в бетон вводят кремнефтори-

стый натрий Na

SiF

в виде тонкозернистого порошка. Кварцитовые бетоны

растут при обжиге. Для снижения роста массы при нагревании вводят огне-

упорную глину, а для повышения прочности – ортофосфорную кислоту в коли-

честве 2 – 5 %. Для повышения шлакоустойчивости иногда в состав масс вводят

графит в количестве до 10%.

Таблица 5.3

Состав кремнеземистых бетонов, %

Составляющие бе-

тона

Квар-

цито-

вый на

орто-

фос-

форной

кисло-

те

Кварцитоглини-

стый

Динасо-

кварци-

товый

Динасовый

На ор-

тофос-

форной

кислоте

На гли-

нисто-

фосфат-

ной

связке

На жид-

ком

стекле

На

жид-

ком

стекле

На ор-

тофос-

форной

кислоте

Динасовый зерни-

стый заполнитель

фракции, мм:

Кварцит зернистый

фракции 3-0мм

80 80 – 85 80 – 85 - - -

Кварцит тонкомо-

лотый

20 - - 19 - 10

Динас тонкомоло-

тый

- - - - 19 -

Глина тонкомоло-

тая фракции <0,1

мм

- 15 – 20 15 – 20 - - -

Жидкое стекло,

плотность 1,30-1,32

г/см

- - - 10 – 11 10 –

Глинистофосфатная

связка

- - 6 – 8 - - -

Ортофосфорная ки-

слота

2 – 3 2 – 3 - - - 15

Кремнефтористый

натрий

- - - 0,5 – 1,0 0,5 –

1,0

Сушку бетонов осуществляют горячим воздухом с температурой 110 –

200°С в туннельных сушилах или в процессе разогрева футеровок. Основные

свойства кремнеземистых бетонов приведены в табл. 5.4.

Таблица 5.4

Основные свойства некоторых кремнеземистых бетонов

Марка бетона Химический состав,

Огнеупорность,

°С,

не менее

Рост при обжиге

1400 °С и вы-

держке 2ч, %

Кажущаяся по-

ристость, %

Область приме-

нения

SiO

, не

менее

, не

более

не бо-

лее

O не

более

ВБП 41 –

кварцитовый

на алюмо-

фосфатной

связке

95,4

0,88

0,67

0,17

1700

2,0

Пла-

вильные

печи

ВБП-41

квартоглини-

стый

на алюмо-

фосфатной

связке

93,5

2,79

0,62

0,15

1700

0,8

Стале-

разли-

вочные и

чугуно-

возные

ковши

КВБП2 –

динасоквар-

цитовый

на жидком

стекле

93,7

0,25

1,45

1620

3,0

Нагрева-

тельные

печи

БП21 –

динасовый

на жидком

стекле

92,5

0,59

1,49

1620

1,2

Нагрева-

тельные

печи

Примечание. Предел прочности при сжатии бетона всех марок – 15

Н/мм

Алюмосиликатные бетоны (АСБ) изготавливают на основе алюмоси-

ликатного заполнителя, с использованием в качестве вяжущего глиноземистого

и высокоглиноземистого цементов, при взаимодействии которых с водой про-

исходит твердение бетонной смеси. Алюмосиликатные бетоны в зависимости

от состава применяют при температуре 800-1800 °С. Изготовляют их также на

жидком стекле и фосфатных связующих. Твердение бетонов происходит при

температурах 260°С и выше. В зависимости от заполнителя и вяжущего со-

ставы некоторых бетонов приведены в табл. 5.5.

Таблица 5.5

Составы некоторых алюмосиликатых бетонов, масс %

Марка

бетона

Запол-

нитель

Цемент Химическая

связка

Добавка

кремне-

фтори-

стого

ат

ия

Алюмо -

силикат-

ный

Высоко -

глинозе-

мистый

ПКБП-441 -

полукислый на алю-

мофосфатной связке

57,6 14,4 9.9

ШБВ-611 -шамотный 77,3 - 13,6 9,1 -

ШБВ-321-шамотный

на связке жидкого

стекла

68,2 17,1 - 13,8 0,9

МКрБВ-611-

Муллитокремнеземи-

стый

72,1 • 18 9,9 -

МЛБВ-321 - муллнто-

вый на связке жидко-

го стекла

67,1 16,8 15,5 0,8

МКБВ-611-

муллитокорундо-

вый

72,1 18 9,9

КБВ-611-корундовый 72,7 - 18,2 9.1 -

Гидратационные вяжущие снижают огнеупорные свойства АСБ из-за

образования легкоплавких соединений в системе Аl

– SiO

- CaO. При произ-

водстве пластифицированных бетонов в состав шихты, кроме заполнителя, це-

мента, связки, вводят пластифицирующую добавку. Для получения плотных

бетонов и уменьшения их пористости следует снизить водоцементное отноше-

ние до 0,5-0,6.

Жидкое стекло твердеет при введении отвердителя при повышенной тем-

пературе (40-60°С), в противном случае возможно твердение только с поверхно-

сти и деформация изделий после распалубки. Количество жидкого стекла в со-

ставе алюмосиликатных бетонов должно быть ограниченным, так как в системе

O - SiO

- AI

образуются легкоплавкие стекла, резко снижающие огне-

упорные свойства бетонов и ограничивающие максимальную температуру их

службы. Считается, что жидкое стекло нецелесообразно использовать для бето-

нов, содержащих > 60% Аl

Фосфатные связки используют в композиции с огнеупорной глиной. В

бетонах на фосфатной связке отмечается ее взаимодействие с металлическими

включениями, с металлическими формами и деталями. При этом выделяется во-

дород, что приводит к вспучиванию бетона. Для предотвращения вспучивания

следует или нейтрализовать связку, или создать газопроницаемую структуру

бетона либо ввести добавки, предотвращающие взаимодействие фосфатов с ме-

таллом.

Периклазовые, периклазоизвестковые, периклазошпинелидные, перикла-

зосиликатные, периклазоцирконистые, периклазоуглеродистые и другие бето-

ны содержат не менее 15% MgO или его бескислородных соединений.

Цементы для периклазовых бетонов изготовляют из периклазового

порошка фракцин< 0,5 мм. Количество вводимой химической связки определя-

ется способом изготовления бетона.

Периклазовые бетоны (ПБ) содержат более 85% MgO. Для изготовле-

ния ПБ используют периклазовые заполнители (бой периклазовых изделий,

бетонных блоков, недоплав и свары периклаза), периклазовые цементы, хими-

ческие связки (полифосфат натрия, жидкое стекло, сернокислый магний, СДБ)

и добавки (феррохромовый и электроплавильные шлаки, портландцемент и др.),

которые являются ускорителями твердения.

После сушки магнезиальные блоки покрывают водостойкими пленками

церизина, парафина или других соединений, что позволяет складировать блоки

на открытом воздухе.

Магнезиальноизвестковые (МИБ) бетоны содержат ≥10%СаО. Для

изготовления МИБ используют заполнители (периклазовые свары, бой магне-

зитосодержащих изделии и блоков, обожженный доломит, известняк и т.д.) це-

менты (периклазовый, периклазокальци-нированные смеси и т.д.), связки (смо-

лы, пеки, технические масла, парафин и др.) и добавки (корунд, углеродсодер-

жащие материалы).

Основным недостатком магнезмальноизвестковых бетонов является гид-

ратация СаО, приводящая к разрушению бетонов.

Магнезиальношпинелидные (МШБ) бетоны содержат оксиды магния,

хрома и алюминия в сумме ≥ 35 %. Для изготовления МШБ используют запол-

нители (плавленый периклаз, недоплав, бой изделий и блоков, свары, электро-

корунд и др.), цементы (периклазовый, хромитовый, высокоглиноземистый и

др.), химические связки (полифосфат натрия, жидкое стекло, сернокислый маг-

ний) и добавки, ускоряющие твердение (феррохромный шлак, портландцемент,

доломит и др.) и спекающие добавки (огнеупорная глина, окалина и др.)

Магнезиальносиликатные (МСБ) бетоны содержат ≥ 25 % MgO и ≥10

% SiO

. Они подразделяются на периклазофорстеритовые, форстеритовые,

форстеритохромитовые и хромитофорстеритовые. Для изготовления МСБ ис-

пользуют заполнители (спеченный дунит, бой магнезиальносиликатных изде-

лий и блоков, асбестовые отходы, некондиционные хромиты и т.д.), цементы

(периклазовый, форстеритовый и различные смеси), химические связки (по-

лифосфат натрия, жидкое стекло) и добавки, ускоряющие твердение (ферро-

хромный шлак, портландцемент) и регулирующие структуру бетона (кварцит,

электрокорунд, графит).

После сушки блоки покрывают водостойкими пленками.

Керамобетоны изготовляют для печей отжига стали и машин непрерывного

литья заготовок (МНЛЗ): кварцевые оболочки, стаканы и трубы. В качестве исход-

ного сырья применяют лом кварцевого стекла с массовой долей не менее 99,5 %

SiO

и Fe

не более 0,05 %, а также в небольшом количестве жидкое стекло.

5.2. Мертели и растворы

Огнеупорными мертелями называют смеси огнеупорных отощаюших и свя-

зующих материалов, которые после затворения водой в виде растворов применяют

для кирпичной кладки и заполнения швов. Огнеупорные растворы и мертели обыч-

но классифицируют по свойствам отощающего компонента на динасовые в

табл.5.6., алюмосиликатные (полукислые, шамотные, высокоглиноземистые),

табл. 5.7, 5.8 периклазовые, периклазохромитовые, углеродистые и др.

Таблица 5.6.

Мертель огнеупорный динасовый

Наименование показателей Норма для марок

МД 90-1 МД 92-1 МДК

Массовая доля, %:

SiO

, не менее

, в пределах

ЛСТ, в пределах

3,5 – 6

0,1 – 0,15

0,07 –

0,12

2,5 – 4,0

0,1 – 0,15

0,07 – 0,12

3,5 – 5,0

0,1 – 0,15

Потери массы при прокаливании, %, не бо-

лее

0,9 – 1,7 0,5 – 1,3 2

Массовая доля влаги, %, не более 5 5 5

Зерновой состав, %, размер частиц, мм:

менее 2, не менее

менее 1, не менее

менее 0,2, в пределах

менее 0,09, в пределах

100

65 – 85

45 – 65

100

65 – 85

45 – 65

100

65 – 80

50 – 65

Огнеупорность, С, не ниже до 1500 1550 1610

Плотность, г/см

, в пределах - - 2,54 – 2,58

Кладочные свойства толщины шва, при

растекаемости раствора мертеля 105-110

мм, в пределах

- - 3 – 5

Назначение для связывания динасовых изделий в огнеупорной кладке:

МД 90-1 – для связывания динасовых изделий в огнеупорной кладке;

МД 92-1 – агрегатов с рабочими температурами до 1550 °С;

МДК – коксовых печей.

Таблица 5.7

Мертели огнеупорные алюмосиликатные МШ – 28, 31 ГОСТ 6137 – 97

МШ – 36, 39 ТС

Физико-химические свойства

Наименование показателей Марка изделий

МШ-28 МШ-31 МШ-36 МШ-39

Массовая доля, % - - - -

, не менее 28 31 36 39

, не более - - 1,6 1,8

Изменение массы при прокалива-

нии в пределах, %

1,3-3,0 1,8-3,2 1,3-3,0 1,3-3,2

Огнеупорность, °С , не ниже 1650 1690 1730 1730

Применение: Порошки предназначены для связывания алюмосиликат-

ных изделий в огнеупорной кладке, для приготовления огнеупорных обмазок.