Огнеупорные материалы

Огнеупорные материалы (огнеупоры) — неметаллический материал с огнеупорностью не ниже температуры 1580 °C, используемый в агрегатах и устройствах для защиты от воздействия тепловой энергии и газовых, жидких, твердых агрессивных реагентов.[1] Изготавливаются на основе минерального сырья и отличаются способностью сохранять без существенных нарушений свои функциональные свойства в разнообразных условиях службы при высоких температурах. Применяются для проведения металлургических процессов (плавка, отжиг, обжиг, испарение и дистилляция), конструирования печей, паровых и водогрейных котлов, высокотемпературных агрегатов (реакторы, двигатели, конструкционные элементы и др), футеровки газоходов и топок. Огнеупоры бывшие в употреблении называются огнеупорным ломом и используются в переработке.

Большинство огнеупорных изделий выпускают в виде простых изделий типа прямоугольного параллелепипеда массой в несколько килограммов. Это универсальная форма для выполнения футеровки различной конфигурации. На сегодня в огнеупорной промышленности происходит уменьшение выпуска огнеупоров в виде простых изделий и соответствующее увеличение производства огнеупорных бетонов и масс.

Огнеупорные материалы отличаются повышенной прочностью при высоких температурах, химической инертностью. По составу огнеупорные материалы это керамические смеси тугоплавких оксидов, силикатов, карбидов, нитридов, боридов. В качестве огнеупорного материала применяется углерод (кокс, графит). В основном это неметаллические материалы, обладающие огнеупорностью не ниже 1580 °C, применяются практически везде где требуется ведение какого-либо процесса при высоких температурах.

История

Ещё на заре человеческой культуры с получением огня появилась необходимость в огнеупорных материалах. В результате тысячелетий развития человеческого общества и его культуры огнеупорные материалы стали основой современных доменных, сталеплавильных, медеплавильных, цементно-обжигательных, стекловаренных и других печей.

Огнеупоры в виде кирпичей, изготовляемых из огнеупорных глин и каолинов, стали производить после появления доменных печей. В России — приблизительно в середине XVII века. При Петре I значительное количество такого кирпича делали из подмосковных глин. На протяжении первой половины XIX вв. производство огнеупоров развивалось преимущественно на металлургических заводах, будучи дополнением к общей направленности. По данным БСЭ, первое специализированное производство огнеупоров было организовано в Германии в 1810 году.

С резким развитием промышленности, Российская империя интересуется уже не кустарным производством огнеупорных материалов, а специализированной ветвью, которая должна быть основой огнеупорной промышленности. Первыми шагами в данном вопросе стало создание первых заводов: Белокаменский огнеупорный завод в Брянцевке (ныне г. Соледар) (1893 г.) и огнеупорный завод в Латной (1897 г.) имеющие узкую огнеупорную специализацию.

Производство огнеупоров в бывшем Советском Союзе сосредоточено в трёх основных промышленных районах: Южном (Белокаменка, Часов Яр), Центральном (Подольск) и Уральском (Первоуральск, Богданович).

На сегодняшний момент, наличие огнеупорной промышленности и качество огнеупоров в той или иной стране характеризует степень её индустриализации. Из более 212 стран мира, огнеупорная промышленность имеется только в 35 странах. Более половины мирового производства приходится на долю СНГ и США.

Классификация

Огнеупорные материалы бывают штучными изделиями (блоками) и неформованными. К последним относят наварочные материалы, мертели, засыпки и другие специальные набивные и формуемые массы, в том числе применяемые для производства огнеупорных бетонов и торкретирования.

Огнеупоры разделяют по следующим признакам:

• формы и размеры
• способу формования
• огнеупорность
• пористость
• химико-минеральный состав
• область применения

Классификация по формам и размерам

• прямые и клиновые нормальных размеров, малого и большого форматов;
• фасонные простые, сложные, особо сложные, крупноблочные, массой выше 60 кг
• специальные: промышленного и лабораторного назначения (тигли, трубки и т. д.)

Классификация по способу формования

• пиленые из естественных горных пород или из предварительно изготовленных блоков;
• литые, изготовленные способом литья из жидкого шликера, пеношликера и т. д.;
• пластичного формования, изготовленные из масс в пластичном состоянии машинной формовкой, с последующей допрессовкой;
• полусухого формования из порошков;
• плавленные литые из расплава, получаемого путём электроплавки;
• термопластичнопрессованные;
• горячепрессованные;

Классификация по огнеупорности

• огнеупорные (огнеупорность от 1580 до 1770 °C)
• высокоогнеупорные (от 1770 до 2000 °C)
• высшей огнеупорности (от 2000 °C до 3000 °C)
• сверхогнеупорные (более 3000 °C)

Классификация по пористости

• особоплотные (открытая пористость до 3 %)
• высокоплотные (открытая пористость от 3 до 10 %)
• плотные (открытая пористость от 10 до 16 %)
• уплотненные (открытая пористость от 16 до 20 %)
• среднеплотные (открытая пористость от 20 до 30 %)
• низкоплотные (пористость от 30 % до 45 %)
• высокопористые (общая пористость от 45 до 75 %)
• ультрапористые (общая пористость более 75 %)

Классификация по химико-минеральному составу

Следует различать кислые (например динасовские), нейтральные и основные (например смолодоломитовые) огнеупоры. Более детальная классификация производится по их химическому составу:

• Кремнеземистые
• Алюмосиликатные
• Глиноземистые
• Глиноземоизвестковые
• Магнезиальные
• Магнезиально-известковые
• Известковые
• Магнезиально-шпинелидные
• Магнезиально-силикатные
• Хромистые
• Цирконистые
• Оксидные
• Углеродистые
• Оксидоуглеродистые
• Карбидкремниевые
• Бескислородные

Область применения

Огнеупоры имеют очень много областей применения, но всех их можно разбить на две основные группы, это огнеупоры (огнеупорные изделия, например, кирпич) общего назначения, и огнеупоры, спроектированные специально для какого-либо теплового агрегата. Огнеупорные материалы применяются в металлургической, стекольной, сахарной, машиностроительной, химической промышленности, а также во всех других отраслях, где проходит работа с применением доменных, шахтных и вращающихся печей.

См. также

• Карбофракс

Примечания

1. ГОСТ Р 52918-2008 Огнеупоры. Термины и определения

Литература

• Тюлькин Д. С. Разработка составов и технологии получения огнеупорных материалов на основе корунда и муллита с повышенной стойкостью к высокотемпературным деформациям: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: спец. 05.17.11. — Томск, 2016. — 186 с.
• Стрелов К. К., Мамыкин П. С. Технология огнеупоров
• Кащеев И. Д. Свойства и применение огнеупоров