книги / Неформованные огнеупоры. Т. 1 Общие вопросы технологии

газ еще больше увеличит себестоимость формованных огнеупоров, обжигаемых в га­ зовых печах при высоких температурах. В этой связи производство безобжиговых ог­ неупорных масс окажется еще более выгодным. С другой стороны, снижение стоимо­ сти производства электричества, потребляемого для тонкого помола или диспергиро­ вания порошков (в производстве НЦОБ и СНЦОБ) или получения ВКВС (в техноло­ гии керамобетонов), с точки зрения сопоставительных удельных энергозатрат окажется в данном случае более выгодным. Поэтому и в рассмотренном аспекте неформован­ ные огнеупоры окажутся еще более привлекательными.

1.4. Библиографический список

1.1.Пургин А. К , Цибин Я. Я., Жуков А. В., Дьячков П. Я. Кремнеземистые бетоны и блоки.

—М.: Металлургия, 1975. — 216 с.

1.2.Замятин С. Р., Пургин А. К., ХорошавинЛ. Б. и др. Огнеупорные бетоны. Справочник. —

М.: Металлургия, 1982. — 192 с.

1.3.Пивинский Ю, Е. Керамические вяжущие и керамобетоны. — М.: Металлургия, 1990. — 270 с.

1.4.ХорошавинЛ. Б. Магнезиальные бетоны. — М.: Металлургия. — 167 с.

1.5.Пивинский Ю. Е. Новые огнеупорные бетоны. — Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1996. — 148 с.

1.6.Огнеупоры для промышленных печей и топок. Справочник. Книга 1. Производство огне­ упоров / Под ред. Я. Д. Кащеева. — М.: “Интермет Инжиниринг”, 2000. — 662 с.

1.7.ТесЬпо1оёУ оГшопоШЫс гейгасЮпез. —РНЬпсо Дарап Сотр. 1Дс1. Токуо, 1996.

1.8.РеПоМА., ШЪпсЫЗ. РеиегЬеЮпипбЪе№пагб§еГеиегГез1е МаззеипбМа1епа1еп. —ОеШзсЬег

1.10.Сербезов С. А. Неформувани огнеупорни материали. Справочник. — София, 2001. — 638 с.

1.11.КейасЮгу Еп§тееппв: Ма1епа1зЭез^п - СопзПпсйоп. —Уи1кап- Уег1а§, Еззеп, 1996. —

355 з.

1.12.Моззег У. А., КагНш С. Яей-асЮпез а! 1Ье Шт оГ 1Ье МШепшт // 1Ж1ТЕСЯ*99. ВегНпСегшапу, 6-9 Зер!етЬег 1999. — Р. ХХУ-ХХХ

1.13.Суворов С. А. Современные проблемы производства огнеупоров для металлургической промышленности // Новые огнеупоры. 2002. № 3. С. 38-44.

\.\4. Аксельрод Л. М., Пивинский Ю. Е. Огнеупорная промышленность Китая на подъеме // Огнеупоры и техническая керамика. 2001. № 10. С. 44-49.

1.15.Пивинский Ю. Е. Огнеупоры XXI века. — Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1999. — 149 с.

1.16.Аксельрод Л. М. Огнеупорная промышленность России на переломе // Новые огнеупоры. 2002. № 1 (апрель). С. 8-13.

1.17.Аксельрод Л. М. Огнеупорные бетоны нового поколения в производстве чугуна и стали // -Огнеупоры и техническая керамика. 1999. № 10. С. 41-44.

1.18.Очагова Я. Г Мировая практика производства и применения огнеупоров в сталеплавиль­ ном производстве // Новые огнеупоры. 2002. № 1. С. 117-119.

1.19.Кащеев Я. Д. Высокоэффективные огнеупоры в производстве стали // Новые огнеупоры. 2002. № 2. С. 34-35.

1.20.Буланов Ю. В., Чайка Ф. Н. Состояние отечественного производства огнеупорной про­ дукции // Огнеупоры и техническая керамика. 2002. № 6. С. 10-15.

1.21.МаЫп СИ. С. КеГгас1оге Ьо1 Нпе //Ашег. Сегаш. Зое. Ви11. 1999. У. 78. N 3. Р. 20.

1.22.Вапецсе 5., АЬгаНат ТН, Сап<3т§ 1Ье Гасе оГ1Ье §1оЬа1 геГгасЮпез тбизЦу // Ашег. Сегат. Зое. Ви11. 1999. N 5. Р. 55-58.

1.23.Сборник информационно-аналитических материалов Международного союза металлур­ гов. — Москва, 2002. — 178 с.

1.24.Козицын А, А . Российская металлургия в современных условиях: проблемы и пути реше­ ния // Доклады на Международном союзе металлургов. — Москва, 2002. — С. 76-81.

1.25.Шедогубов В. Д Анализ состояния производства и потребления огнеупоров // Новые ог­ неупоры. 2002. № 1 (апрель). С. 111-114.

1.26.Кононов В. А , Производство огнеупорных материалов в России и перспективы его разви­ тия. Часть I. Структура и сырьевая база огнеупорных предприятий // Огнеупоры и техническая керамика. 2001. № 12. С. 30-41.

1.27.Энтин С, В А н ж еур о в Я. Л/. Новые виды огнеупорной продукции для ведущих отрас­ лей промышленности // Новые огнеупоры. 2002. № 1. С. 77-80.

1.28.Богдан О, В. Прогноз рынка огнеупоров. Возможные итоги 2002 г. // Огнеупоры и техни­ ческая керамика. 2002. № 6. С. 17-20.

1.29.Сакулин В. Я., Мигаль В. П., Гершкович В. Я., Скурихин В. В. Производство перспектив­ ных видов огнеупоров в ОАО “Боровичский комбинат огнеупоров” // Сталь. 2001. № 1. С. 26-28.

1.30.Сакулин В. Я. В ногу со временем // Новые огнеупоры. 2002. № 3. С. 6-13.

1.31.Производственная статистика//Металл-курьер. 2002. № 17. С. 14-15.

1.32.Производственная статистика // Металл-курьер. 2002. № 2. С. 20.

1.33.Производственная статистика//Металл-курьер. 2002. № 18. С. 10.

1.34.ПроскуровД, Е. Импорт сокращается. Что будет с ценами (борьба украинских производи­ телей огнеупоров за внутренний рынок сбыта продукции) // Огнеупоры и техническая керами­ ка. 2002. № 6. С. 48-52.

1.35.Иванова Н ,Д . Совещание металлургов и огнеупорщиков Украины // Новые огнеупоры. 2002. № 3. С. 72.

1.36.Гришпун Е. М,, Пивинский Ю. Е Р ож ков Е. В. и др. Производство и служба высокогли­ ноземистых керамобетонов. 1. Набивные массы на основе модифицированных ВКВС боксита

//Огнеупоры и техническая керамика. 2000. № 3. С. 37-41.

1.37.Рожков Е, Я., Пивинский Ю, Е., Ногинский М. 3. и др. Производство и служба высоко­ глиноземистых керамобетонов. 2. Свойства и служба виброналивных желобных масс на основе модифицированных ВКВС боксита // Огнеупоры и техническая керамика. 2001. № 5. С. 37-44.

1.38.Пивинский Ю, Е. Керамобетоны — заключительный этап эволюции низкоцементных ог­ неупорных бетонов // Новые огнеупоры. 2002. № 1. С. 96-101.

1.39.Гришпун Е, М,, Пивинский Ю, Е, ВКВС и керамобетоны — прорыв в технологии огне­

упоров XXI века // Новые огнеупоры. 2002. № 2.

1.40.Вислогузова Э, А, Сотрудничество металлургов и огнеупорщиков — путь к успеху // Но­ вые огнеупоры. 2002. № 1 (апрель). С. 18-21.

1.41.Патент 2153480 РФ. Способ изготовления огнеупорных масс для монолитных футеровок / Ю, Е, П ивинский, Е, М. Гришпун, Е, В, Рожков ИИзобретения. Заявки. Патенты. 2000. № 21.

1.42.Во1$>ег К, ЫоПЬ Атепсап КеГгас1опез. АН СНап^ез а11Ье Тор // 1пс1из1па1 Мтега1з. 1999.

№1.Р. 25-35.

1.43.Стрелое Я. К, Терретические основы технологии огнеупорных материалов. — М.: Ме­ таллургия, 1985. — 480 с.

1.44.ЛякишевН, И , Николаев А, В, Энергетические аспекты производства стали // Сталь. 2002.

№3. С. 66-73.

Глава 2.

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ОНЕФОРМОВАННЫХ ОГНЕУПОРАХ

2.1.Определения и терминология

в области неформованных огнеупоров

Вопросы классификации неформованных огнеупоров и вяжущих (связок) для их получения рассмотрены во многих работах [2.1-2.8]. Однако по целому ряду аспектов в этой области еще не установлены общие точки зрения, общая терминология и опре­ деления.

Известно высказывание великого ученого Декарта: “Определяйте значения слов, и вы избавите человечество от многих заблуждений”. Применительно к рассматривае­ мой области это высказывание представляется актуальным в связи с тем, что специ­ альная терминология зачастую допускает различное толкование одного и того же тер­ мина или дает одному понятию разные терминологические обозначения. Происходит это потому, что наряду с научно определенными терминами, на практике используют­ ся исторически привнесенные и даже бытовые [2.41]. В этой связи предпринята по­ пытка более широкого освещения круга этих вопросов как в этой главе, так и в главе, касающейся вяжущих систем (гл. 3).

Под неформованными огнеупорами обычно подразумеваются огнеупорные смеси или

массы, поставляемые потребителю в исходном (необожженном) состоянии. При этом их формование (укладка, изготовление монолитной футеровки) и термообработка (об­ жиг, упрочнение) осуществляется непосредственно в тепловом агрегате перед его экс­ плуатацией.

Между неформованными огнеупорами и формованными (прежде всего — прессо­ ванными с последующей сушкой и высокотемпературным обжигом) промежуточное положение занимают предварительно отформованные крупные фасонные бетонные изделия или блоки, изготавливаемые из бетонных масс с последующей сушкой и уп­ рочнением для достижения монтажной (первичной) прочности. При этом масса таких бетонных изделий может колебаться от 50-100 кг (гнездовые блоки сталеразливоч­ ных или промежуточных ковшей) до нескольких тонн (своды электропечей, днище стальковшей и т.д.). Последние перед монтажом (установкой) подвергаются, как пра­ вило, относительно низкотемпературной термообработке (например, с целью дегид­ ратации в случае низкоцементных бетонов) или обжигу при пониженных температу­ рах (в случае бесцементных бетонов). Данная группа огнеупоров (английский термин

— ргеса$1 геГгас*огу сопсге*е зЬарез оёег Ыоскз; немецкий — РеиегЬе1опМоп&зеГегй^еПе) традиционно также относится к неформованным огнеупорам. К этой группе огнеупоров относят и бетонные теплоизоляционные материалы гидротер­ мального (автоклавного) упрочнения [2.5].

Неформованные огнеупоры, как правило, состоят из огнеупорного заполнителя, вя­ жущего (связки) и добавок. Они могут поставляться потребителю как в виде, готовом к применению, так и в виде сухих смесей. В зависимости от способа применения (за­ ливка, виброукладка, обмазка, набивка, трамбование, торкретирование) непосредствен­

но перед футеровкой соответствующего теплового агрегата огнеупорную массу дово­ дят до требуемой консистенции посредством введения воды и вяжущего на месте по­ требления. Неформованные огнеупоры могут содержать добавки металлических, орга­ нических или керамических волокон, а также добавки, регулирующие их технологичес­ кие свойства (разжижающие, пластифицирующие, ускоряющие или замедляющие твердение и т.д.).

Изготовленные на основе неформованных огнеупоров футеровки могут характери­ зоваться как низкой пористостью, так и повышенной (теплоизоляционные бетоны или торкрет-покрытия).

Для неформованных огнеупоров за рубежом часто применяется термин — “моно­ литные огнеупоры ” (топоШЫс гебгас1опез) [2.4, 2.6, 2.7]. Последний вполне оправ­ дан, так как значительная доля неформованных огнеупоров расходуется на изготовле­ ние массивных монолитных футеровок (сталеразливочные и промежуточные ковши, желоба доменных печей и т.д.).

Неформованные огнеупоры в различных случаях классифицируют по общим и спе­ циальным признакам.

Подобно формованным огнеупорам, к общим классификационным признакам не­ формованных огнеупоров относятся: химико-минеральный состав; огнеупорность; пористость; область применения; максимальная температура применения; макрострук­ тура [2.2, 2.5].

К специальным классификационным признакам неформованных огнеупоров отно­ сятся: область применения или назначения; вид продукта; тип связки или вяжущего; способ формования, укладки или уплотнения; форма и размеры (с учетом массы); предельная крупность зерен; физическое состояние при поставке; способ дополни­ тельной обработки; условия упрочнения.

2.2. Классификация неформованных огнеупоров по общим признакам

Очевидно, что свойства неформованных огнеупоров в наибольшей степени опреде­ ляются их химико-минеральным составом. Согласно классификации по химическому составу в справочнике [2.2, с. 118] выделены следующие группы неформованных ог­ неупоров: на основе системы А120 3- 8Ю2 (т.е. алюмосиликатные), из основных мате­ риалов (магнезит, доломит, хромомагнезит), углеродсодержащие и специальные ма­ териалы.

В соответствии с классификацией, принятой в Германии [2.5, с. 20] по химико-мине­ ральному составу и природе огнеупорного заполнителя различают огнеупорные бето­ ны и массы:

•на основе корунда и высокоглиноземистого заполнителя (А120 3 > 45 %);

•на основе алюмосиликатного заполнителя (А120 3 в пределах 10-45 %);

•на основе кислых оксидов (ЗЮ2 > 85 %, А120 3 < 10 %);

•на основе основных заполнителей;

•на основе смешанных заполнителей и специальных смесей.

Вследствие того, что номенклатура уже существующих в настоящее время нефор­ мованных огнеупоров очень обширна, а их разновидности будут создаваться и в буду­ щем, представляется целесообразной более детализированная (обширная) их класси­ фикация по химико-минеральному составу. В этой связи следует признать, что клас­ сификация огнеупорных бетонов по данному признаку, предложенная в справочнике [2.2, с. 8] в соответствии с аналогичной классификацией формованных огнеупоров [2.42] по современному уровню развития неформованных огнеупоров является впол­ не приемлемой.

Таким образом, предлагаемая классификация неформованных огнеупоров по их хи­ мико-минеральному составу (табл. 2.1) соответствует таковой для традиционных ог­ неупоров в соответствии с ГОСТ 28874-90 [2.9].

По большинству из типов этой классификации уже созданы или производятся раз­ личные виды неформованных огнеупоров соответствующего химико-минерального состава. С другой стороны, учитывая бурное развитие этой области, неизбежно появ­ ление новых их видов, которые уже предусмотрены в классификации, но пока реаль­ но отсутствуют.

Следует отметить, что наибольшее практическое применение в настоящее время находят неформованные огнеупоры первых трех типов классификации. В группе крем­ неземистых известны огнеупорные бетоны и керамобетоны на основе кварцевого стек­ ла, динасовые, динасо-кварцитовые, кварцитовые, кварцитоглинистые огнеупорные бетоны, набивные и торкрет-массы [2.1,2.3,2.8, 2.10, 2.11,2.12, 2.13].

Неформованные огнеупоры алюмосиликатного типа нашли еще большее распрост­ ранение и практическое применение. В частности, многие типы низкоцементных и сверхнизкоцементных огнеупорных бетонов (НЦОБ, СНЦОБ) по своему химико-ми­ неральному составу относятся к шамотной, муллитокремнеземистой, муллитовой и муллитокорундовой группам [2.3-2.8]. Разработаны также керамобетоны аналогич­ ного состава [2.14-2.17] и многие из них уже нашли практическое применение. Мно­ гие разновидности торкрет-масс также относятся к рассматриваемому типу неформо­ ванных огнеупоров. Подавляющее количество известных теплоизоляционных бето­ нов [2.5] также относится к рассматриваемому типу неформованных огнеупоров. К этому же типу относятся и многие виды пластичных масс [2.18,2.19].

Глиноземистые (корундовые) неформованные огнеупоры, например, НЦОБ, СНЦОБ, а также керамобетоны получили в настоящее время самое широкое распространение. Для мокрого торкретирования сталеразливочных ковшей в Японии получили широ­ кое распространение бетоны с содержанием 92 % А120 3 [2.20].

Многие типы огнеупорных масс для факельного торкретирования, характеризую­ щиеся содержанием М^О в пределах 50-60 % и СаО — 16-32 % [2.20] относятся к магнезиально-известковому типу неформованных огнеупоров. Весьма эффективны огнеупорные бетоны магнезиально-известкового состава для футеровки шлакового пояса сталеразливочных ковшей [2.21].

Известны периклазовые низкоцементные бетоны фирмы “РИЪпсо” — “РНта§ С99” с содержанием 96 % М §0 [2.22] и периклазовые керамобетоны с содержанием 98 % М^О [2.23]. Весьма перспективны некоторые типы магнезиально-шпинелидных неформо­ ванных огнеупоров. В частности, шпинельные, шпинелеобразующие и шпинельсо­ держащие НЦОБ рассматриваются в качестве наиболее перспективных огнеупоров

для монолитных футеровок сталеразливочных ковшей [2.8]. Перспективны и керамобетоны шпинельного состава.

Значительный объем исследований в области периклазовых, периклазоизвестковых, известковых, периклазохромитовых, хромитопериклазовых, хромитовых, периклазофорстеритовых, форстеритовых, форстеритохромитовых огнеупорных бетонов выпол­ нен сотрудниками Восточного института огнеупоров [2.1,2.2,2.24].

Керамобетоны на основе 2г02,2г8Ю 4 применительно как к плотным, так и к пори­ стым материалам изучены в работах [2.3,2.25,2.26].

Углеродсодержащие набивные массы для футеровок желобов доменных печей [2.27] являются традиционными и в настоящее время на многих заводах продолжают при­ меняться.

Карбидкремнийсодержащие набивные массы или наливные огнеупорные бетоны в системе А120 3- 8Ю28Ю - С применительно к монолитным футеровкам желобов до­ менных печей в настоящее время являются наиболее распространенными [2.6, 2.7, 2.8]. Особенно эффективны в этой области керамобетонные виброналивные бетоны аналогичного состава на основе ВКВС боксита [2.15-2.17]. Из приведенных приме­ ров очевидно, что по химико-минеральному составу неформованные огнеупоры отли­ чаются широким разнообразием. В будущем следует ожидать разработку новых групп

иподгрупп этих огнеупоров.

Из изложенного следует также, что составы неформованных (как и формованных)

огнеупоров содержат, прежде всего, огнеупорные оксиды 8Ю2, А120 3, Сг20 3, М§0, СаО и $Ю2 в различном сочетании и пропорции, как это следует из диаграммы оксидно­ углеродистой системы (рис. 2.1), приведенной по данным [2.28].

Наибольший интерес применительно к неформованным огнеупорам при Этом пред­ ставляют системы 8Ю2-А120 3 (алюмосиликатные, муллитовые, муллитокорундовые огнеупорные бетоны и другие неформованные огнеупоры, система А120 3- С а 0 (все виды гидравлических вяжущих — от портландцемента до ВГЦ с содержанием 8590 % А120 3), система А120 3- М§0 (высокоэффективные шпинельные бетоны). Все боль­ шее распространение получают композиционные неформованные огнеупоры, содер­ жащие как углерод С, так и карбид кремния (область 14, 75, рис. 2.1).

Рис. 2.1. Диаграмма оксидно-углеродистой системы С - М$»0 - СаО - 2Ю2А1,03Сг20 3- $Ю2 (по Н.Ваг<Ье1 [2.8]): 1 — периклазоуглеродистые; 2 — доломитовые; 3 — периклазодоломитовые; 4 — периклазоцирконовые; 5 — периклазошпинельные; б — периклазохромитовые; 7 — хромитопериклазовые; 8 — хромитовые; 9— хромитокорундовые; 10— корундоуглеродистые; 11— высокоглиноземистые; 12— алюмосиликатные; 13 — цирконовые; 14— карбидкремниевые; 15— алюмокарбидкремниевые; 16 — бадделеитокорундовые; 17 — алюмокальциевые цементы; 18 — шпинельные; 19

— магнезиальносиликатные

Следует отметить, что в последние годы за рубежом, в частности, в Китае [2.29] разрабатываются и уже применяются огнеупоры, содержащие добавки нитрида крем­ ния 813Ы4, сиалонов и характеризующиеся повышенными эксплуатационными харак­ теристиками.

В табл. 2.2 приведены по данным [2.27] некоторые характеристики основных огне­ упорных оксидов, их соединений, а также бескислородных материалов, которые уже применяются или являются перспективными применительно к технологии неформо­ ванных огнеупоров.

Конкретные наименования композиционных неформованных огнеупоров, содержа­ щих различные группы заполнителей, устанавливают с учетом наименования и содер­ жания компонентов, например, динасокварцитовые (при преобладающем содержании динасового компонента), шамотнокорундовые, муллитовые с добавкой оксида хрома и т.д. [2.1].

По аналогии с формованными огнеупорами неформованные огнеупоры по огнеупор­ ности подразделяют на три группы: средней огнеупорности 1580-1770 °С; высокой огнеупорности 1770-2000 °С; высшей огнеупорности >2000 °С.

По показателям пористости неформованные огнеупоры объединяют под названи­ ем “плотных ”с общей пористостью ниже 45 % и “теплоизоляционных ” — с таковой выше 45 %. При этом пористость неформованных огнеупоров определяют после на­ грева при 800 °С с выдержкой в течение 2 ч. Последнее условие обусловлено тем, что неформованные огнеупоры на гидравлических вяжущих (портландцемент, высокогли­ ноземистый цемент) в исходном состоянии характеризуются существенно меньшей пористостью ввиду образования кристаллогидратов, которые при нагреве до 800 °С полностью дегидратируются, что позволяет определить их реальную пористость.

По аналогии с традиционными (формованными) огнеупорами для неформованных целесообразна их классификация и по более узким интервалам пористости. При этом неформованные огнеупоры можно подразделить на следующие группы:

Имеются реально существующие неформованные огнеупоры различных типов, ко­ торые по показателям пористости соответствуют приведенным выше классификаци­ онным группам. К высокоплотным относятся керамобетоны на основе плавленого кварца, характеризующиеся значением Я 6-8 % [2.16, 2.31]. Показатели П%в преде­ лах 3-9 % характерны также для магнезиальных торкрет-масс после их факельного нанесения. К группе повышенноплотных относятся керамобетоны на основе ВКВС кварцевого песка, динаса, боксита (с корундовым заполнителем), муллита, а также отдельные типы НЦОБ и СНЦОБ с корундовым заполнителем.