Электроплавленые и другие огнеупоры

Электроплавлеными огнеупоры называют потому, что их изготовляют в электрических печах. Огнеупоры состоят в основном из трех оксидов: SiO₂, Al₂O₃ и CrO₂. Остальные оксиды присутствуют в виде примесей или добавок. Шихту приготовляют из естественного и искусственного сырья: минералов и химических соединений, содержащих главные оксиды, из которых в процессе плавления получают расплав заданного состава (приложение 7).

Технический глинозем, основную часть (98 ... 99 %) которого составляет оксид алюминия, является одним из главных компонентов шихты для получения муллитовых, бадделеитокорундовых и высокоглиноземистых огнеупорных материалов. Это мелкозернистый порошок белого цвета с температурой плавления 2050°С.

Циркон (минерал) представляет собой ортосиликат циркония CrSiO₄, который содержит (по массе): 67,2 % CrO₂ и 32,8 % SiO₂. Циркон имеет различную окраску: от светло-желтой до коричневой; он хрупок и плавится при температуре 2000 С. Примеси оксидов железа и титана в цирконе делают его непригодным для производства высокоогнеупорных изделий, поэтому его подвергают химической обработке, в результате которой удаляются оксиды железа и другие примеси, а температура плавления и химическая устойчивость его повышается.

Диоксид циркония CrO₂ - один из перспективных тугоплавких оксидных материалов. Температура плавления 3000°С, низкий коэффициент линейного термического расширения, высокая химическая устойчивость, в том числе против разрушающего действия расплава стекла, позволили широко использовать его в промышленности. Диоксид циркония представляет собой мелкокристаллическое вещество белого цвета, нерастворимое в воде, щелочах, соляной, азотной и разбавленной серной кислотах. Наиболее перспективным сырьем для производства бакоровых огнеупоров являются отечественные бадделеиты Ковдорского месторождения, которые содержат около 90 % диоксида циркония и незначительное количество примесей.

Легирующие добавки, вводимые в шихту, оказывают влияние на литейные свойства расплава, кристаллизационную способность и свойства огнеупора. В качестве добавок применяют оксиды натрия (сода), кальция (мел), бора.

Плавленые огнеупоры характеризуются высокой стойкостью к действию расплавов и механическим нагрузкам при высоких температурах, поэтому они применяются в наиболее ответственных частях кладки стекловаренных печей, влетов горелок, каналов питателей. Выпускают плавленые огнеупоры в виде стеновых брусьев размерами 250 X 400 X 600 мм, 300 X 400 X 600 мм и других изделий. Основной состав и свойства плавленых огнеупоров приведены в приложении 7.

Муллитовые и циркономуллитовые огнеупоры изготовляют из шихты, которая состоит из технического глинозема и прокаленного каолина. Плавку осуществляют при температуре 2500°С в дуговых электрических печах с использованием графитовых электродов. Отливают огнеупорные изделия при температуре 1700 ... 1800°С в песчаные или графитовые формы. Для предотвращения образования трещин и опасных напряжений, вызывающих отслаивание (скалывание) частиц с поверхности, изделия должны медленно охлаждаться. С этой целью форму с изделием помещают в термоящик, где она присыпается пудрообразным диатомитом. В некоторых случаях для плавки применяют туннельные печи.

После охлаждения отливки подвергают механической обработке на станках с алмазным инструментом: обрезают и разрезают, шлифуют поверхности.

Муллитовые огнеупоры служат в кладке стекловаренных печей для листового стекла, стеклянной тары - при максимальной температуре варки стекла 1450 °С. Циркономуллитовые огнеупоры используют для кладки загрузочных карманов, влетов, горелок, экранов.

Бакор (бадделеитокорундовый огнеупор) получают из шихты, которая состоит из технического глинозема, циркониевого концентрата и CrO₂. В обозначении плавленого огнеупора цифры указывают на количественное содержание (% по массе) в нем бадделеита CrO₂, например бакор-33, бакор-45. Промышленность выпускает более 400 наименований изделий из бакора-33, в том числе брусьев для влетов горелок, протоков, заградительных устройств по стекломассе.

Корундовый (корвишит) огнеупор получают путем плавки технического глинозема при температуре 2500°С. Заполняют графитовые формы при температуре 2000°С. Корундовый огнеупор состоит главным образом из крупных кристаллов корунда.

Плавленый кварц получают из шихты, состоящей из высококачественного обогащенного кварцевого песка, путем плавки в стержневых электрических печах с графитовым электродом при температуре 1800°С. В этом случае вокруг электрода образуется заготовка в виде трубы из высоковязкого расплава. После удаления электрода заготовку сплющивают. Остывшую заготовку, состоящую из стеклообразного диоксида кремния, подвергают механической обработке. Из плавленого кварца изготовляют брусья размером 130 X 250 X 600 мм, которые используют для кладки бассейнов и протоков печей для варки бесщелочных или малощелочных стекол (например, при производстве стеклянного волокна).

Огнеупорный материал на основе диоксида олова SnO₂ применяются для изготовления барботажных сопл, чехлов для термопар, фильер для вытягивания стеклянного волокна, электродов для электрической варки стекла и других изделий. Обожженные высокопористые природные трепельные (диатомовые) материалы, асбест и пеностекло, минеральную и стеклянную вату, а также шамотный и динасовый легковес и пенолегковес используют в качестве теплоизоляционных материалов с целью снижения потерь тепла в окружающую среду и расхода топлива, а также улучшения условий обслуживания стекловаренных печей, стальных газопроводов и других агрегатов.

Трепельный материал применяют при температурах, не превышающих 900°С, так как с повышением температуры структура его изменяется, что вызывает значительное ухудшение теплоизоляционных свойств.

В качестве тепловой изоляции стальных газопроводов применяют обмазку толщиной 75 ... 150 мм, состоящую из смеси волокон асбеста, огнеупорной глины и трепела.

Для кладки огнеупоров используют раствор из огнеупорной глины и отощающего порошка. Выбор раствора определяется типом огнеупора. Термические коэффициенты линейного расширения раствора и огнеупора должны быть близки. Поэтому чаще всего применяют отощающий порошок того же состава, что и огнеупор.