Огнеупорные бетоны
Огнеупорные бетоны классифицируют по общим и специальным признакам. К общим классификационным признакам, относят: химико-минеральный состав, огнеупорность, пористость, максимальную температуру применения. К специальным относятся: тип вяжущего, способ формования и др. Лучший бетон - с харьковского бетонного завода.
В зависимости от химико-минерального состава огнеупорного заполнителя огнеупорные бетоны подразделяются на типы и группы (табл. 1).
Тип | Группа | Массовая доля определяющих химических компонентов (на прокаленное вещество) в заполнителе, % | |
Кремнеземистые | Кварцевые | SiO2 | не менее 99 |
Кварцитовые | SiO2 | не менее 96 | |
Динасокварцитовые | SiO2 | не менее 90 | |
Динасовые | SiO2 | не менее 80 | |
Алюмосиликатные | Полукислые | Al2O3 | не менее 28 |
SiO2 | 65 - 85 | ||
Шамотные | Al2O3 | 28 - 45 | |
Муллитокремнеземистые | Al2O3 | 45 -62 | |
Муллитовые | Al2O3 | 62 - 72 | |
Муллитокорундовые | Al2O3 | 72 - 90 | |
Корундовые | Al2O3 | >90 | |
Корундсодержащие | Хромоглиноземистые | Al2O3 | не менее 72 |
Cr2O3 | 8 - 13 | ||
Титаноглиноземистые | Al2O3 | не менее 68 | |
TiO2 | 14 - 22 | ||
Магнезиальные | Магнезитовые (периклазовые) | MgO | не менее 80 |
Магнезиально-известковые | Магнезитодоломитовые (периклазоизвестковые) | MgO | не менее 50 |
CaO | не менее 10 | ||
Доломитовые (известковопериклазовые) | MgO | 35 - 50 | |
CaO | 45 - 65 | ||
Доломитовые стабилизированные (периклазоалитовые) | MgO | 35 - 65 | |
SiO2 | 6 - 15 | ||
CaO | 15 - 40 | ||
CaO:SiO2 |
2,7 - 2,9 | ||
Известковые | CaO | не менее 70 | |
Магнезиально-шпинелидные | Магнезитохромитовые (периклазохромитовые) | MgO | не менее 60 |
Cr2O3 | 5 - 18 | ||
Хромомагнезитовые (хромитопериклазовые) | MgO | 40 - 60 | |
Cr2O3 | 15 - 30 | ||
Хромитовые | MgO | до 40 | |
Cr2O3 | не менее 25 | ||
Периклазошпинелидные | MgO | 40 - 80 | |
Al2O3 | 15 - 55 | ||
MgO | 25 - 40 | ||
Шпинельные | Al2O3 | 55 - 70 | |
Магнезиально-силикатные | Периклазофорстеритовые | MgO | 65 - 80 |
SiO2 | не менее 10 | ||
Форстеритовые | MgO | 50 - 65 | |
SiO2 | 25 - 35 | ||
Форстеритохромитовые | MgO | 45 - 60 | |
SiO2 | 20 - 30 | ||
Cr2O3 | 5 - 15 | ||
Углеродистые | Углеродистые графитированные | C | не менее 98 |
Углеродистые неграфитированные (угольные) | C | не менее 85 | |
Углеродосодержащие | C | 5 - 70 | |
Карбидкремниевые | Карбидкремниевые рекристаллизованные | SiC | > 90 |
Карбидкремниевые | SiC | > 70 | |
Карбидкремнийсодержащие | SiC | 20 - 70 | |
Цирконистые | Циркониевые (бадделеитовые) | ZrO2 | > 90 |
Бадделеитокорундовые | ZrO2 | > 30 | |
Al2O3 | до 65 | ||
Цирконовые | ZrO2 | > 35 | |
SiO2 | > 18 | ||
Оксидные | Оксидные (различного состава) | Максимально высокая доля определяющего оксида | |
Некислородные | Специальные | Максимально высокая доля некислородных соединений |
В зависимости от огнеупорности бетоны по аналогии с огнеупорными изделиями и материалами подразделяются на огнеупорные, высокоогнеупорные и высшей огнеупорности.
В зависимости от открытой пористости огнеупорные бетоны подразделяют: плотные (до 16 %); повышенной плотности (от 16 до 20 %); обычной плотности (от 20 до 30 %); пониженной плотности (от 30 до 45 %) и низкой плотности (от 45 до 85 %).
В зависимости от максимальной температуры применения огнеупорные бетоны делят на 8 групп:
Группа бетонов | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII |
Температура применения, С | 1100 | 1200 | 1300 | 1400 | 1500 | 1600 | 1700 | 1700 |
За максимальную температуру применения огнеупорных бетонов принимают температуру, при которой в течение 5 ч без нагрузки линейная усадка не превышает 1 %.
Под вяжущим веществом огнеупорных бетонов понимают дисперсионную систему, состоящую из тонкозернистого крупностью менее 0,09 мм огнеупорного цемента и химической связки.
В зависимости от типа вяжущего огнеупорные бетоны разделяют на 5 видов:
- гидратационные вяжущие, дисперсной фазой которых являются цементы (высокоглиноземистый, портландский, глиноземистый, периклазоалюминатный и др.), твердеющие при добавлении воды;
- силикатные вяжущие, которые представлены также разными цементами, а вместо воды в качестве химического связующего вводят щелочные силикаты, этилсиликат, кремнезоль и др.;
- фосфатные вяжущие, в которых в качестве химической связки в огнеупорные цементы вводят ортофосфорную кислоту или водные растворы ее солей, например фосфаты алюминия;
- сульфатно-хлоридные вяжущие, у которых в качестве цемента чаще всего применяют периклазовый тонкомолотый порошок, а связкой служат водные растворы солей MgСl2, MgSO4, FeOSO4, Al2(SO4)3 и др.;
- органические вяжущие, у которых в дисперсный порошок огнеупорного цемента добавлены смолы, пеки и другие органические соединения.
Выбор вяжущего во многом определяется типом наполнителя, способом формования, соблюдением объемопостоянства и прочности бетона при высоких температурах службы. Оптимальное содержание вяжущего на практике подбирают опытным путем.
Способ формования имеет большое значение в технологии бетонов. По способу укладки и уплотнения различают огнеупорные бетоны: полусухого формования, изготовляемые методом прессования, вибропрессования, трабмования, виброуплотнения и т.п.; пластического формования, изготовляемые из пластических масс различными способами – выдавливанием, допрессовкой и т.п.; литые и вибролитые из текучих масс.
Огнеупорные бетоны классифицируют также по типу изделий: бетонные блоки, бетонные смеси, бетонные массы, по виду вяжущих и другим признакам (крупности зерен, физическому состоянию при поставке и др.).
Заполнители огнеупорных бетонов – это огнеупорные порошки, разделенные на фракции. Огнеупорные порошки, содержащие все необходимые для бетона фракции и вяжущие вещества в сухом виде называют сухими бетонными смесями.
Затворенные водой или жидкими вяжущими веществами сухие смеси называют бетонными смесями.
С целью повышения прочностных свойств, устойчивости к механическим нагрузкам и тепловым ударам в состав бетонных смесей вводят армирующие волокна (стеклянные, асбестовые, каолиновые, стальные и др.).
Процесс приготовления бетонов состоит из дозирования всех компонентов смеси, перемешивание их до получения однородной массы и формования.
Формование может осуществляться из пластических и полусухих масс на прессах или трамбованием, из жидкотекучих масс – методом литья. Т.е. из бетонов можно изготавливать как штучные изделия нужных размеров (блоки, изделия сплошной формы), так и монометные футеровки.
Термообработку проводят путем прогревания, если используют гидравлические вяжущие (цементы), или в сушилках, если используют жидкое стекло, фосфатные и другие связки.
В таб. 2 приведены примеры использования неформованных огнеупоров, в т.ч. и бетонов в черной металлургии.
Агрегаты и процессы | Область применения | Наиболее распространенный тип материала |
Доменные печи | Колошник печи | Шамотные бетоны |
Желоба на литейном дворе | Al2O3 - SiC - C(60-75; 10-25; 1-4 %), илиAl2O3 - SiO2 - C Al2O3 - Cr - бетоны, пластичные массы сухоговиброуплотнения или предварительно литые фасонные блоки |
|
Горн | Al2O3 - Cr или MgO - Cr - бетоны | |
Верхняя часть шахты | Высокоглиноземистые торкрет-массы | |
Фурменный пояс | Высокоглиноземистые предварительно литые блоки Al2O3 - SiO2 - Cr | |
Летка | SiC или Cr | |
Ремонтные материалы для шахты | Алюмосиликатные глины с добавкой (или без) SiC или Cr; андалузитовые пластичные массы на полимерной связке | |
Чугуновозные ковши | Набивка конических частей | Шамотные пластичные массы |
Горловина | Высокоглиноземистые Al2O3 - SiO2 бетоны | |
Материалы для ремонта футеровки | Торкрет-массы с 50% Al2O3 на цементной основе | |
Фурмы для десульфурации | Высокоглиноземистые бетоны с добавкой (или без) стальной проволоки SiO2, шпинели и др> | |
Кислородные конвертеры | Уплотнение горловины | Магнезиальные набивные массы; пластичные массы с 85% Al2O3 |
Защитные плиты в зоне завалки | Высокоглиноземистые предварительно литые блоки | |
Сталевыпускное отверстие | Пластинчатые массы пластинчатого глинозема | |
Ремонтные смеси | Магнезиальные на смоляной связке или MgO - Cr - торкрет-массы | |
Электродуговые печи | Сводовые блоки и кольца для уплотнения электродов | Высокоглиноземистые (70-97% Al2O3 ) или Al2O3 - Cr набивные массы, бетоны или предварительно литые блоки |
Рабочий слой подины | Магнезиальные набивные массы или бетоны | |
Сталевыпускное отверстие | Пластинчатые массы пластинчатого глинозема | |
Защитные плиты в зоне завалки | Высокоглиноземистые предварительно литые блоки | |
Ремонтные смеси | Торкрет-массы на основе спеченного MgO | |
Ковши внепечного рафинирования (сталеразливочные) | Защитная плита в зоне падения струи | Глиноземистые (80% Al2O3 ), глиноземно-шпинелидные или Al2O3 - Cr бетоны или предварительно литые блоки |
Гнездо для стакана | Высокоглиноземистые (90%) или Al2O3 - Cr пластичные массы | |
Защитный слой футеровки | Высокоглиноземистые (60-85% Al2O3) бетоны/пластичные массы | |
Рабочий слой футеровки | 80-90% Al2O3 + 10-20% шпинели, Al2O3 - Cr или цирконовые бетоны и предварительно литые блоки | |
Крышка | Высокоглиноземистый (75-90% Al2O3) предварительно литой огнеупор | |
Шлаковый пояс | 90% MgO - 10% Zr - бетон | |
Ремонтные смеси | Глиноземошпинельная смесь для торкретирования | |
Вакууматоры | Рабочий слой футеровки купола | Высокоглиноземистый (94-95% Al2O3) бетон |
Опорный слой футеровки купола | Легковесный теплоизоляционный бетон | |
Футеровка нижней части | Высокоглиноземистый (94-95% Al2O3) бетон | |
Футеровка патрубков | Бетон на основе пластичного глинозема | |
Промежуточный ковш | Сменная футеровка | Глиноземистые (60% Al2O3) пластичные массы или бетоны |
Обновляемая / расходуемая футеровка | Торкретирование материалов на магнезиальной основе | |
Внутренний защитный слой | Глиноземистый бетон | |
Покрытие | Глиноземистые (60% Al2O3) бетоны | |
Перегородки, пороги, экраны | Глиноземистые (60% Al2O3) предварительно литые блоки | |
Участок падения струи | Высокоглиноземистые предварительно литые блоки |
Источник:
"Огнеупоры и их эксплуатация"
Дюдкин Д.А., Ухин В.Е.