Условия работы огнеупоров и требования к ним

Огнеупоры — материалы и изделия, изготовляемые главным образом на основе минерального сырья, обладающие огнеупорностью — способностью противостоять, не расплавляясь, действию высокой температуры (не ниже 1580°С, по стандартам ряда стран - не ниже 1500°С). Огнеупоры выпускают в виде штучных изделий (фасонные и нормальные кирпичи), порошков, обмазок. В зависимости от технологии изготовления огнеупоры подразделяются на керамические (получаемые путем спекания) и плавленые (формуемые из расплава), от основного состава — на шамотные, динасовые, магнезиальные. По химической природе различают кислые, основные, нейтральные огнеупоры.

При эксплуатации в стекловаренных печах огнеупоры испытывают различные нагрузки. В стенах и сводах печей — сжатие, в стенах стекловаренных горшков — растяжение, в зубьях ванной печи — поперечный изгиб, в стенах ванной печи (при большой высоте кладки) и сводах — продольный изгиб, во вращающихся деталях питателей — кручение. Однако больше всего огнеупоры изнашиваются в бассейне печи от действия стекольной массы, в пламенном пространстве и регенераторах от конденсатов шихтной пыли и веществ, испаряющихся из шихты и с поверхности стекломассы. Наиболее агрессивное действие на огнеупоры оказывают шихта, и стекломасса с повышенным содержанием щелочей, а также содержащие фтористые, свинцовые и бариевые соединения.

Все огнеупорные материалы имеют некоторую критическую температуру, ниже которой их коррозионная стойкость довольно высока. С повышением температуры выше критической они начинают разрушаться с возрастающей скоростью. Так, в интервале 1450 ... 1550°С повышение температуры варки стекла на каждые 50°С снижает срок службы огнеупоров примерно в два раза, а на 75°С - в три раза. Охлаждение кладки считается одним из главных факторов, позволяющих продлить кампанию стекловаренной печи.

Брусья бассейна стекловаренной печи подвержены наибольшему разрушению вблизи поверхности стекломассы. При этом существенное влияние на более интенсивное разъедание брусьев оказывает колебание уровня, вызывающее расширение участка с максимальной величиной разъедания, а также применение сульфата натрия в качестве осветлителя стекломассы или для введения в стекло оксида натрия. Благодаря низкому поверхностному натяжению сульфат хорошо смачивает огнеупорный материал, легко проникает в его поры и активно диффундирует внутрь с разложением многих химических соединений. Структурные и текстурные особенности брусьев зачастую оказывают на их стойкость при эксплуатации большее влияние, чем химический состав.

Значительная коррозия огнеупоров наблюдается в горизонтальных швах. Нем тоньше швы, тем меньше разрушение брусьев. Уменьшения толщины швов достигают за счет правильной геометрической формы брусьев, их тщательной обработки и подгонки. Предельная толщина горизонтального шва составляет 2 мм. На некоторых ответственных участках бассейна печи брусья кладут насухо, «впритир».

В пламенном пространстве печи в большей степени разрушаются влеты горелок.

Огнеупоры, работающие в таких условиях, должны прежде всего обладать высокой стеклоустойчивостью, достаточной термостойкостью, выдерживать механические нагрузки при высоких температурах, а также резкие колебания температуры, сохранять постоянство объема, правильность формы и точность размеров. Высококачественные огнеупоры позволяют резко сократить брак стекломассы и вести варку стекла при температуре 1550°С и выше.

Стеклоустойчивость или стойкость огнеупоров к коррозии — важнейшее свойство огнеупоров. Процесс коррозии огнеупорных материалов — сложное явление. Он состоит в том, что, во-первых, составляющие компоненты расплава стекла химически реагируют с материалом/огнеупора, во-вторых, компоненты огнеупора физически растворяются в расплаве, сначала межзерновое вещество, что вызывает образование «свили» в стекломассе, а затем - зерна, которые образуют в стекломассе такой порок, как «камень».

Особенно высокой стеклоустойчивостью и термической стойкостью должны обладать огнеупорные детали питателя (чаша, секция лотка, цилиндр, плунжер, очко), так как загрязнение стекломассы на заключительной стадии технологического процесса устранить в дальнейшем практически невозможно.