Применяемые для изготовления футеровки огнеупорные материалы и их важнейшие свойства, страница 15

MgSiО₃+MgO→Mg₂SiО₄.

Рис. 12. Диаграмма состояния системы MgO—SiО₂

Эта реакция протекает в твердой фазе при температуре около 1450 °С. Хотя реакция образования форстерита заканчивается уже при обжиге до 1450—1500 °С, практически для достижения хорошего спекания температура должна быть гораздо выше: 1600—1650 °С, если применяются оливиниты, серпентиниты и тальки, и около 1700 °С, если применяются дуниты.

Получаемые после обжига форстеритовые огнеупоры имеют примерно следующий химический состав: 54,3 % MgO; 35,4 % SiО₂; 2,3% А1₂О₃; 6,9 % Fe₂О₃; 0,6 % FeO; 0,3 % СаО. Их свойства приведены ниже.

Плотность, г/см³                                                                    42,—2,9

Пористость кажущаяся, %                                                         22—28

Предел прочности при сжатии, кг/см²   .                                 . 200—300

Огнеупорность, °С                                                             1790—1880

Температура деформации под нагрузкой 2 кг/см², °С:

начало деформации                                                            1580—1620

разрушение                                                                        1650—1710

Термостойкость, воздушные теплосмены                                    15—14

Дополнительная усадка при 1700 °С (выдержка 1 ч), %.            0,8—1,4

Коэффициент линейного расширения, 1/град                              ~11∙10^–6

Форстеритовые огнеупоры сравнительно плохо спекаются даже при введении добавок. При высоких температурах обжига их свойства мало изменяются, кроме пористости, поэтому их часто применяют в безобжиговом состоянии. Они обладают высокой устойчивостью к основным и особенно к железистым шлакам. Особенно положительным свойством является высокая температура деформации под нагрузкой.

Исследования показали, что форстеритовые огнеупоры с успехом могут заменять магнезитовые, особенно в условиях воздействия окислов железа.

Для получения более термостойких огнеупоров возможно изготовление комбинированных магнезитофорстеритовых материалов. Форстеритовые огнеупоры обеспечивают хорошую службу в набивных монолитных футеровках.

7. Цирконийсодержащие огнеупоры

Эти огнеупоры, главной составляющей которых является двуокись циркония, можно разделить на три группы: двуокись циркония (бадделеит), ортосиликат циркония (циркон) и сложные соединения циркония (силикаты и циркономуллитовые). Двуокись циркония в природном состоянии встречается сравнительно редко. Небольшое распространение в природе имеет минерал циркон, в котором теоретически содержится 67,3 % Zr0₂ и 32,9 % SiО₂. Плотность циркона колеблется в пределах от 3,9 до 4,9 г/см³.

Циркон является единственным соединением в системе ZrО₂—SiО₂. По данным последних исследований и как видно из диаграммы рис. 13, циркон стабилен до температуры 1740 °С.

Рис. 13. Диаграмма состояния системы ZrO₂—SiO₂

При 1775 °С он плавится инконгруэнтно с образованием моноклинной кристаллической ZrО₂ и аморфной SiО₂. При более высоких температурах частично возгоняется. Циркон — химически очень стойкий материал. Он растворяется лишь в плавиковой кислоте и с трудом — в концентрированной серной. Наиболее распространенные действующие месторождения циркона находятся в районе в Украине и на южном Урале. Химический состав циркона некоторых из указанных месторождений колеблется в следующих пределах: 57,9—63,5 % ZrО₂ + HfО₂; 32,6—34,8 % SiО₂; 0,9— 1,2 % TiО₂; 0,4—2,9 % А1₂О₃; 0,9––1,9 % Fe₂О₃; 0,12––1,8 % СаО; 0,01—0,07 % MgO; 0,5—1,1 % R₂О₃; 0,1—0,4 % п. п. п.

Чистый циркон (концентрат) является высококачественным сырьем для производства огнеупоров. Температура плавления его достигает 2000 °С. Меньшее значение, чем двуокись циркония и циркон, имеют сложные цирконийсодержащие материалы (силикаты и др.), в которых содержится 11—20 % ZrО₂.

Из циркона и цирконийсодержащих минералов можно получить двуокись циркония, которая является ценным огнеупорным материалом. Свойства ZrО₂ подробно излагаются ниже.