Применяемые для изготовления футеровки огнеупорные материалы и их важнейшие свойства

Лекция 7

Глава III

Применяемые для изготовления футеровки огнеупорные материалы и их важнейшие свойства

Применяемые для изготовления футеровки огнеупорные материалы по своему химическому характеру делятся на кислые, основные и нейтральные. К кислым огнеупорным материалам относятся кремнеземистые, в основном состоящие из окиси кремния (SiО₂). К основным материалам относятся огнеупоры, которые состоят главным образом из окислов магния или кальция, т. е. из основных окислов. К нейтральным огнеупорным материалам относятся такие огнеупоры, для которых характерно преимущественное содержание амфотерных окислов алюминия, циркония, а также окиси хрома.

1. Кремнеземистые огнеупоры

К этим огнеупорам относятся природные материалы: жильный кварц, кварциты, халцедон, песчаники, содержащие SiО₂ в пределах от 96,0 до 99,0 %. Эти материалы широко применяют в технике в природном виде, а также в виде изготовленных из них таких огнеупоров, как динасовые, полукислые и др.

Кремнеземистые материалы при одном и том же химическом составе не являются равноценными и одинаково широко распространенными в природе. Наиболее распространенными и лучшими по качеству являются кварциты — цементные или кристаллические.

Цементные кварциты — это твердые породы, в состав которых входят зерна кварцевого песка, связанные кварцевым цементом. Содержание цемента в этих кварцитах сильно колеблется и составляет 10—15 % при контактной структуре и доходит до 70—85 % при базальтной. Цемент состоит из зернышек вторичного кварца размером 0,001—0,003 мм. В небольшом количестве в цементе встречаются опал и халцедон. Химический состав и свойства цементных кварцитов сильно колеблются. Первоклассные разности содержат 97,0—98,0 % SiО₂ (по ГОСТ 9854—61).

К кристаллическим кварцитам относятся породы, состоящие из сплошной массы кварцевых зерен, возникших путем метоморфизации кремнеземисто––кварцевых песчаников. Это — бесцементные или содержащие очень малые количества цемента кварциты. Кристаллические кварциты являются важнейшим материалом для изготовления футеровки. Лучшие его разновидности содержат 98— 99,0 % SiО₂. Характерной примесью в этих кварцитах является пирофиллит в количестве 1—2 % Кварциты в зависимости от преобладания (более 60 %) зерен различного размера, мм, делятся на следующие четыре группы:

Грубозернистые . . .          2—1

Крупнозернистые . . .       1—0,5

Среднезернистые . . .     0,5—0,25

Мелкозернистые . . .      0,25—0,1

По механическим свойствам кварциты в зависимости от их твердости делят также на четыре группы. Если при 15 минутном  стандартном помоле в шаровой мельнице относительная поверхность зерен увеличивается в 6,5 раз, то кварциты считаются очень твердыми, в 6,5—9 раз твердыми, в 9,5—13 раз — средней твердости, в 13 раз и более — мягкими.

Наиболее ценными кварцитами считаются такие, которые обладают плотной структурой, так как рыхлые кварциты дают пористый материал и большое количество мелких фракций при помоле.

В отечественной металлургии применяют, как правило, кварциты месторождений: Первоуральского (Свердловская обл.), Тарасовского (Ростовская обл.). Характеристика кварцитов этих месторождений представлена в табл. 5.

Таблица 5

Свойства кварцитов

Из табл. 5 видно, что кристаллические кварциты первоуральские имеют самые высокие огнеупорность и плотность, но после обжига при 1600 °С они разрыхляются больше, чем цементные кварциты, в результате чего увеличивается пористость и уменьшается плотность; тем не менее кристаллические кварциты сохраняют достаточно плотную структуру и после обжига.

Большая пористость и разрыхление структуры нежелательны, так как при этом снижается сопротивление к механическим и химическим воздействиям.

2. Магнезитовые огнеупоры