Шамотные огнеупоры
Из известных огнеупоров шамотные являются самыми распространенными огнеупорами, применяемыми во всех областях промышленной теплотехники. Часто, когда речь идет об огнеупоре без уточнения его специальные свойств, подразумевают шамотные огнеупоры.
Содержание А12О3 в шамотных огнеупорах, как это было указано, колеблется от 30 до 46%, а содержание SiO2 – соответственно от 70 до 54%.
Сырьем для производства шамотных огнеупоров являются огнеупорные глины и их наиболее чистые разновидности – каолины.
Как известно, огнеупорные глины и каолины при затворении водой превращаются в пластичное тесто, из которого можно легко формовать изделия. Однако изготовлять из такого теста качественные огнеупорные изделия нельзя вследствие того, что при сушке и, особенно при обжиге такие изделия будут претерпевать большую усадку, потеряют форму и растрескаются.
Для уменьшения усадки при сушке и обжиге в глиняную массу необходимо ввести большое количество инертного материала, заранее обожженного и не претерпевающего никаких изменений при сушке и обжиге. Таким материалом, снижающим чувствительность массы к сушке и обжигу, является обожженная и измельченная в порошок глина – шамот. Отсюда происходит название этих изделий и масс.
Обожженную глину – шамот подвергают помолу и дроблению с рассеиванием на фракции. Полученный шамотный порошок смешивают с огнеупорной глиной и затворяют водой. Из полученной массы, которая в зависимости от влажности и содержания глины характеризуется различной пластичностью, формуют изделия. При формовке применяют два метода: пластичное формование и сухое прессование.
Шамотные изделия в зависимости от свойств сырья (глины и шамота) обжигают при температурах 1300–1400°С в пламенных печах различных типов (чаще всего в тоннельных).
Для частиц шамота обжиг изделий является уже вторичным, для связующей массы этот обжиг – первичный. При нагревании огнеупорных глин происходит целый ряд процессов, приводящих к их спеканию и стабилизации определенных кристаллических форм.
Исходя из состава основной массы огнеупоров – глин, соответствующего формуле 2SiO2•А12О3•2Н2О (каолинит), они претерпевают ряд превращений.
Взаимодействие SiO2 и Al2O3 с примесями – обычно с окислами Са, Mg и щелочных металлов (К, Na) – начинается также при 900–1000°С. Чаще всего при этом образуются легкоплавкие эвтектики, застывающие в стекловидном состоянии.
Большое количество примесей переводит значительную долю кремнезема и глинозема в стекловидную фазу, вследствие чего снижается количество 2SiO2 – 3Al2O3 (муллита), кристаллический скелет которого придает ценные свойства шамотным огнеупорам. Количество образующегося муллита повышается по мере увеличения содержания в сырье Аl2О3.
Шамотный порошок является наиболее стабильной, устойчивой и плотной частью огнеупора. Поэтому увеличение содержания шамота в массе повышает термостойкость, точность размеров и плотность изделий. Однако с повышением содержания шамотного порошка в массе формовка изделий затрудняется.
В настоящее время наиболее высококачественными считаются так называемые многошамотные изделия, в которых количество шамота доведено до 80–95%. Возможность изготовления изделий из таких масс достигается подбором гранулометрического состава шамота, создающего высокую плотность укладки зерен; введением связующей глины в виде шликера, т.е. текучей водной суспензии глины, которая легко обволакивает зерна шамота, благодаря чему полностью используется вся связующая способность глины; подбором хорошо спекающихся глин для связки; пневматическим трамбованием при формовке.
Вследствие высокого содержание шамота и трудоемкого метода формовки многошамотные изделия дороже прочих. Однако это вполне окупается высоким качеством этих изделий. Стоимость изделий за последнее время снижена благодаря применению метода прессования при формовке многошамотных масс. Количество вводимой связки при этом составляет 15%.
Шамотные изделия шлакоустойчивы только по отношению к кислым шлакам, к которым можно отнести большинство топливных, кислые мартеновские шлаки и расплавы типа стекол.
Области применения шамотных огнеупоров столь обширны, что можно перечислить лишь наиболее крупные из них. Шамотные изделия применяют в металлургии для кладки стен доменных печей и кауперов, насадок регенераторов мартеновских печей, для сталеразливочного припаса, футеровки нагревательных и термических печей; в энергетике – для футеровки топок котельных агрегатов; в стекловарении – для стен и пода ванных печей и изготовления стекловаренных горшков и др.
