Основные свойства огнеупорных материалов

Огнеупорность это свойство материала противостоять воздействию высоких температур. Она соответствует температуре размягчения материала под действием собственной массы.
Однако возможность применения огнеупорных изделий для кладки деталей печи принято определять температурой начала деформации под нагрузкой 196 кПа, не превышающей фактические нагрузки в металлургических печах. Например, шамотные изделия, имеющие огнеупорность не менее 1580—1700° С и температуру деформации (1200—1400° С) под нагрузкой 196 кПа, применяют в печах, где температура не превышает 1100—1300° С, динасовые изделия, имеющие огнеупорность не менее 1710° С, но значительно более высокую температуру (1640—1650° С) деформации под нагрузкой 196 кПа, применяют в печах с рабочей температурой 1600° С.
Химическая стойкость огнеупорных материалов— это способность их сопротивляться химическому воздействию образующихся в печи продуктов: шлаков, штейнов, металлов, пыли, паров и газов.
По отношению к действию шлаков огнеупоры могут быть разделены на группы: кислые, основные, нейтральные.
К кислым огнеупорам относятся динасовый кирпич и кварц. Динасовые изделия весьма стойки к кислым шлакам, однако они быстро разъедаются основными шлаками, содержащими значительное количество CaO и MgO.
К основным огнеупорам относятся доломитовый и магнезитовый кирпич. Эти огнеупоры устойчивы к действию основных шлаков, но разъедаются кислыми.
Нейтральные огнеупоры могут применяться в металлургических печах при кислых и основных шлаках. К нейтральным огнеупорам относится хромитовый железняк, содержащий в качестве основной составляющей FeO*Cr2O3.
Термической стойкостью называется способность огнеупоров сопротивляться резким изменениям температуры. Это особенно важно для огнеупоров, применяемых для печей с периодическим нагревом и охлаждением.
Термическая стойкость огнеупорных изделий определяется количеством теплосмен, т. е. количеством нагревов до 850° С и охлаждений в проточной воде с температурой 20° С до потери 20% массы изделия вследствие его растрескивания. Динасовые и магнезитовые изделия имеют наименьшую термостойкость (1—2 тепло-смены), магнезитохромитные (MXC) изделия — наибольшую (12—15 теплосмен). Низкая или недостаточная термостойкость огнеупорных изделий служит частой причиной их быстрого износа.
Механическая прочность — способность огнеупоров выдерживать механические нагрузки в обычных температурных условиях. Чем выше предел прочности при сжатии, тем лучше качество огнеупоров. При обычной температуре предел прочности на сжатие составляет 7,8—98 МПа, но с повышением температуры он значительно понижается.
Огнеупорные изделия в металлургических агрегатах подвергаются сжатию под действием собственной массы огнеупорной кладки обычно не выше 0,2 МПа и в редких случаях достигают 0,3—0,4 МПа. Истирающему действию твердыми и жидкими материалами огнеупорные изделия подвергаются в отражательных печах, конверторах и вращающихся печах.
Теплопроводность — свойство огнеупоров проводить тепло. Чем выше теплопроводность огнеупоров, тем больше тепла будет теряться через кладку печи. В большинстве случаев огнеупорные изделия обладают небольшой теплопроводностью, т. е. являются плохими проводниками тепла [ee размерность Дж/(м2*ч*°С)].
Пористость. Все огнеупоры пористы. Для большинства обычных огнеупоров пористость колеблется в пределах 15—28%. Пористость легковесных огнеупоров 50—80%. Большая часть пор в огнеупорных изделиях сообщается между собой, выходит на поверхность изделия и может быть заполнена водой, тaкиe поры называются открытыми. Часть пор изделий изолирована и недоступна для заполнения водой, такие поры считают закрытыми. В связи с этим различают истинную или общую пористость изделий, которую составляют открытке и закрытые поры, и кажущуюся или открытую пористость, которую составляют только открытые поры. Истинная пористость определяется отношением суммы объемов всех открытых и закрытых пор к общему объему изделия. Кажущаяся пористость определяется отношением объема пор, сообщающихся между собой и внешней атмосферой, к общему объему изделий Как кажущаяся, так и истинная пористость выражается в процентах. Чем выше пористость огнеупорных изделий, тем, как правило, меньше их шлакоустойчивость.
Электропроводность. Огнеупорные изделия при нормальной температуре, как правило, являются плохими проводниками электрического тока. При высоких температурах, когда в огнеупорах образуется жидкая фаза, они становятся в большей или меньшей степени проводниками электричества. Так, при температуре 1000° С коксовые и графитовые изделия становятся хорошими проводниками электричества.
Постоянство формы и объема — одно из важнейших требований, предъявляемых к огнеупорам. Если объем кирпичей значительно изменяется во время нагрева, то нельзя рассчитывать на сохранение устойчивости кладки стен и свода печи. Наибольшим постоянством обладают углеродистые изделия, наименьшим — динас. Например, при нагревании шамотные изделия дают некоторую усадку, динасовые изделия — расширение (рост).
Внешние признаки определяют правильную форму огнеупоров, отсутствие кривизны, трещин, оплавлений, отбитости углов и кромок. В изломе качество огнеупоров характеризуется однородностью состава и отсутствием расслоений.
Для кладки металлургических печей огнеупорные изделия поставляются в виде простого (прямого) фасонного кирпича и порошка.
Прямые и клиновые огнеупорные изделия (кирпичи) различают малого формата — прямые размером 230х(113; 115)х(65; 75) мм, клиновые 230х(113; 115)х(65х55), 65х(45; 75)х65 мм. Большого формата прямые размером 250х(123; 125)X(65; 75) мм, 300x150x75; 460x150x75 и 520x150x75 мм.
Огнеупорные изделия в России стандартизованы и делятся на классы и сорта. В металлургии применяются следующие огнеупорные изделия.