Химико-термическая обработка стали

Химико-термической обработкой называют технологические процессы, при которых происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя деталей различными элементами. Целью химико-термической обработки является повышение твердости, износоустойчивости, жаростойкости или коррозионной стойкости.

Химико-термическая обработка протекает в три стадии.

На первой стадии происходят химические реакции в исходной (окружающей) среде. В результате образуются диффундирующие элементы в атомарном состоянии.

На второй стадии эти элементы усваиваются поверхностью металла в процессе адсорбции или хемосорбции.

Третья стадия связана с диффузионным проникновением элемента вглубь насыщаемого металла.

В результате химико-термической обработки образуется диффузионный слой, который по химическому составу, структуре и свойствам отличается от исходного металла [3].

В промышленности наибольшее распространение получили процессы диффузионного насыщения из активных жидких и газовых сред. Предпочтительной является газовая среда.

Наиболее распространенными видами химико-термической обработки стали являются: цементация, азотирование, нитроцементация (цианирование) и диффузионная металлизация.

 

Цементация стали

Цементацией (науглероживанием) называют такой вид химико-термической обработки, при котором происходит насыщение поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в специальной среде – карбюризаторе.

Цементацию проводят при температурах 930…950 °С, то есть выше точки А_С3. Аустенит устойчив при данных температурах и может растворять углерод в большом количестве.

Целью цементации с последующей закалкой и низким отпуском является получение твердой и износостойкой поверхности. Цементации подвергают низкоуглеродистые стали, содержащие 0,1…0,25 % С. После обработки поверхностные слои содержат 0,8…1 % С, а сердцевина изделий остается вязкой. На цементацию детали поступают после механической обработки.

Стальные изделия цементируют различными методами. При цементации в твердом карбюризаторе источником углерода являются древесный уголь, каменноугольный полукокс или торфяной кокс. Для ускорения цементации добавляют активизаторы: углекислый барий (BaCO₃) и кальцинированную соду (Na₂CO₃).

Детали помещают в железные ящики, засыпают их карбюризатором и накрывают крышкой. Затем ящики помещают в печь и выдерживают 5…10 часов при температуре 930…950 °С. Глубина цементации зависит от времени и температуры выдержки деталей. Она обычно составляет 0,5…3 мм. После цементации ящики охлаждают на воздухе до 400…500 °С, а потом открывают.

Газовую цементацию осуществляют нагревом изделий в среде газов, содержащих углерод. В качестве карбюризатора чаще всего используют эндотермическую атмосферу с добавкой природного газа, а также жидкие углеводороды (керосин, уайт-спирит и др.). Газовую цементацию производят в герметически закрытых печах при температуре 900…950 °С.

Преимуществами газовой цементации являются: возможность получить заданную концентрацию углерода в слое, уменьшить длительность обработки [4].

Окончательные свойства изделия, прошедшего цементацию, получают путем термической обработки. После цементации детали подвергают закалке (однократной или двойной) и низкому отпуску. Термическая обработка повышает твердость и износостойкость поверхностных слоев, исправляет структуру и измельчает зерно как сердцевины, так и цементованного слоя, так как зерно вырастает при длительной выдержке стали в области высоких температур.

 

Азотирование стали

Азотирование – это насыщение поверхностного слоя детали азотом. В результате этот слой приобретает высокую твердость, повышенную износостойкость и сопротивление некоторым агрессивным средам. Азотирование основано на выделении активного азота при диссоциации (разложении) аммиака:

2NH₃®2N+3H₂.

Обычно азотированию подвергают среднеуглеродистые легированные стали, содержащие титан, ванадий, вольфрам, молибден или хром (38Х2МЮА, 35ХЮА и др.). Азотирование углеродистой стали не дает нужной твердости.

Для улучшения механических свойств сердцевины детали перед азотированием деталь подвергают закалке и высокому отпуску, то есть улучшению.

Азотирование осуществляется в печах при температуре 500…600 °С. Активный азот, выделяющийся при диссоциации аммиака, диффундирует в поверхностный слой и с легирующими элементами и железом образует очень твердые химические соединения – нитриды.

Основным недостатком азотирования является большая длительность процесса. Азотирование на глубину 0,2…0,5 мм продолжается 25…60 часов [3].

Но азотирование имеет ряд преимуществ перед цементацией. Температура нагрева сравнительно низкая, а твердость азотированного слоя выше. Причем хрупкость меньше, чем у цементованного и закаленного слоя. Кроме того, у азотированных изделий повышенная стойкость против коррозии и усталости. После азотирования не требуется дополнительной термической обработки.

 

Нитроцементация и цианирование сталей

Нитроцементация и цианирование – насыщение поверхностного слоя изделий одновременно углеродом и азотом. Если оно проводится в жидких цианистых солях, что процесс называют цианированием, если же в газовой среде, то нитроцементацией.

Жидкостное цианирование производится в ваннах с расплавами цианистых солей (NaCN, KCN, Ca(CN)₂ и др.) при температуре, достаточной для их разложения с выделением активных атомов углерода и азота.

Низкотемпературное цианирование осуществляется при температурах 550…600 °С. Оно применяется для повышения стойкости инструментов из быстрорежущей стали.

Высокотемпературное цианирование производят при температурах 800…850 °С в ваннах, содержащих 20…40 % цианистых солей с нейтральными солями NaCl, Na₂CO₃ и др.

Продолжительность жидкого цианирования составляет от 5 мин до 1 часа. Глубина слоя равна 0,2…0,5 мм. После цианирования детали подвергают закалке и низкому отпуску. Цианирование применяется, как и цементация, для различных изделий. Но при цианировании коробление деталей значительно меньше, а износостойкость и коррозионная стойкость более высокие. Недостатком жидкостного цианирования является ядовитость цианистых солей и их высокая стоимость.

Нитроцементация отличается от газовой цементации тем, что к цементирующему газу добавляют аммиак. Газовое цианирование разделяют на низкотемпературное и высокотемпературное.

При низкотемпературном (500…600 °С) газовом цианировании в сталь преимущественно диффундирует азот с образованием нитридов. Углерод диффундирует в небольшом количестве. Этот вид нитроцементации используют для обработки инструментов из быстрорежущей стали.

При высокотемпературном (800…850 °С) газовом цианировании в основном в сталь диффундирует углерод. После него детали подвергают закалке и низкому отпуску.

При нитроцементации не применяются ядовитые соли и можно обрабатывать более крупные детали [4].

 

Диффузионная металлизация

Диффузионная металлизация – это процесс поверхностного насыщения стали металлами. Насыщение алюминием называется алитированием, хромом – хромированием, кремнием – силицированием, титаном – титанированием и т.д.

Для многих деталей теплоэнергетического оборудования требуются жаростойкие покрытия. Их поверхность должна сопротивляться действию рабочей или окружающей среды. Традиционным способом получения таких покрытий является диффузионная металлизация.

При насыщении стали металлами с низкой температурой плавления (алюминий, цинк) чаще применяют их расплавы. Для более тугоплавких металлов (кремний, ванадий) используют контакт стали с их порошковыми ферросплавами или летучими хлоридами металлов (AlCl₃, CrCl₂, SiCl₄ и др.)

Алитирование обычно проводят отжигом в порошкообразных смесях или методом напыления с последующим диффузионным отжигом при 900…1100 °С.

В результате окисления алюминия после алитирования на поверхности стали образуется пленка Al₂O₃. Она предохраняет сталь от окисления. Сталь приобретает повышенную коррозионную стойкость. Толщина алитированного слоя составляет 0,2…1,0 мм. Алитированию подвергают детали, которые длительное время работают при высоких температурах.

Хромирование изделий, как правило, проводят в порошкообразных смесях (например, в смесях, содержащих 50 % феррохрома, 49 % оксида алюминия и 1 % хлористого аммония). При температуре 1000…1050 °С хром испаряется из феррохрома и диффундирует в сталь. В последнее время используют глубокое хромирование. Оно осуществляется при высоких температурах (1400…1450 °С) на глубину от 2 до 8 мм. Хромирование применяют для деталей, работающих на износ в агрессивных средах (детали паросиловой аппаратуры).

Силицирование проводят для повышения стойкости изделий в морской воде и различных кислотах. Оно осуществляется в порошкообразных смесях, состоящих из 75 % ферросилиция, 20 % шамота и 5 % HCl, а также в газообразной среде (SiCl₄) при 950…1000 °С. Силицированный слой представляет собой твердый раствор кремния в a -железе. Силицированию подвергают детали оборудования для химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Для получения высокой твердости и износостойкости поверхности стали применяют титанирование. Его проводят в порошковых смесях (например, 75 % порошка низкоуглеродистого титана, 15 % плавикого шпата, 4 % фтористого натрия и 6 % соляной кислоты). Процесс титанирования идет при 800…1000 °С [4].

Разработаны также способы многокомпонентного насыщения поверхности стали несколькими металлами и металлоидами.

Скорость процессов диффузионной металлизации различна в углеродистых и легированных сталях. При этом легирующие элементы могут как ускорять, так и замедлять процесс диффузии.

 

 

ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Свойства огнеупоров

При сооружении различных нагревательных устройств применяют огнеупорные материалы, которые должны защищать конструкцию от длительного воздействия высоких температур, расплавов и печных газов, сохранять или отдавать теплоту.

Огнеупорными называют неметаллические материалы, которые могут длительное время выдерживать разрушающие воздействия, оказываемые на них в различных огнетехнических установках при высоких температурах.

Огнеупорные изделия общего назначения представляют собой гетерогенный материал, отдельные зерна (компоненты) которого имеют иногда совершенно различные химические, термомеханические и теплофизические свойства.

Макроструктура огнеупоров характеризуется твердой частью и порами. Твердая часть имеет крупные зерна (частицы), часто полностью состоящие из кристаллических фаз, называемые заполнителем, и более мелкие по размеру зерна, называемые связкой. Связка состоит из стекла, аморфных и кристаллических частиц [5].

Поры являются неотъемлемой частью огнеупоров. Они расположены в крупных зернах, между зернами в связке и оказывают как отрицательное, так и положительное влияние на эффективность огнеупоров в службе.

В огнеупорах преобладают тугоплавкие оксидные и другие соединения в кристаллическом состоянии.

При выборе огнеупоров необходимо знать их основные характеристики, которые приводятся в справочниках.

Огнеупорность. Огнеупорностью называют свойство материала противостоять воздействию высоких температур в определённых условиях, не расплавляясь. Огнеупорность выражают в градусах Цельсия (°С) или номером пироскопа. Огнеупорность определяют стандартным методом с помощью пироскопа (трёхгранной усеченной пирамидки 30×80×2 мм), который деформируется при определённых температурах. Например, огнеупорность – ПК №170. Номер пироскопа, умноженный на 10, соответствует огнеупорности 1700 °С.

Огнеупор представляет собой смесь химических соединений и не имеет определённой температуры плавления. Существует температурный интервал плавления, внутри которого лежит температура огнеупорности. Максимальной рабочей температурой службы огнеупора является такая температура, выше которой огнеупор быстро изнашивается в характерных условиях эксплуатации. Эта температура значительно ниже температуры огнеупорности.

Пористость. Пористостью материала называют отношение общего объёма всех содержащихся в материале пор к общему объёма материала. Пористость обычно выражается в процентах по объёму.

В огнеупорах пористость изменяется в широких пределах: от 1% в плавленых до 90 % в теплоизоляционных материалах.

Поры могут быть закрытыми, то есть разобщёнными, или открытыми, сообщающимися между собой.

От пористости зависит механическая прочность, газопроницаемость и шлакоустойчивость огнеупора.

Газопроницаемость. Характеризует возможность фильтрации газов через открытые поры огнеупора. Газопроницаемый огнеупор может насыщаться парами металлов или газами. В результате этого происходит разъединение зёрен огнеупора и снижение его прочности. Для материалов ответственного назначения газопроницаемость нормируется.

Термомеханические свойства. К термомеханическим свойствам огнеупоров относятся: прочность при нормальной и высокой температуре, хрупкость, температура деформации под нагрузкой, ползучесть, сопротивление истиранию, усталость, термостойкость, старение, нормированное постоянство объема при высоких температурах.

Механическая прочность при нормальной температуре характеризуется пределом прочности при сжатии s_сж =20…50 МПа. Для плотных огнеупоров s_сж достигает 100 МПа. При деформациях изгиба s_изг =(0,3…0,2) s_сж, а при растяжении s_раст =(0,16…0,12) s_сж.

В результате нагрева прочность некоторых огнеупоров возрастает. При дальнейшем повышении температуры в огнеупорах появляется жидкая фаза и прочность резко снижается, огнеупор деформируется. Деформация характеризуется температурой деформации под нагрузкой. Эта температура определяется стандартным методом под нагрузкой 0,2 МПа. Важным фактором является интервал температур деформации, при котором происходит разрушение огнеупора.

Ползучесть – необратимая пластическая деформация материала под воздействием напряжений меньших предела прочности. В некоторых случаях эта характеристика является определяющим условием выбора огнеупора.

Сопротивление истиранию. Огнеупоры часто испытывают истирающее действие шихты, пыльных газов и т.п. Сопротивление их истиранию определяется прочностью контакта связки с наполнителем и открытой пористостью.

Усталость огнеупоров. Усталостное разрушение представляет собой накопление дефектов и развитие нарушений сплошности нагруженного материала. Предполагается, что в огнеупорах процесс усталостного разрушения аналогичен таковому в металлах [5].

Термическая стойкость – способность огнеупоров выдерживать без разрушения резкие изменения температуры. Значительная часть огнеупоров разрушается из-за недостаточной термостойкости при температурах ниже, чем их огнеупорность. Термостойкость определяется числом теплосмен. Теплосмена включает цикл нагрева и последующего охлаждения.

Старение огнеупоров. При длительной службе огнеупоры разрушаются в результате старения. При старении происходит коренное перерождение структуры. Оно сопровождается изменением пористости, прочности, ползучести, термостойкости и других свойств.

Нормирование постоянства объема при высоких температурах. При длительной службе огнеупоров при высоких температурах происходит необратимое изменение объема. Оно может быть положительным (дополнительный рост) и отрицательным (дополнительная усадка). Незначительное изменение объема не вызывает особых осложнений, а заметное изменение объема недопустимо. Поэтому значения дополнительного роста или усадки нормируют в зависимости от вида изделия и назначения.

Теплофизические свойства. Теплофизические свойства являются важнейшими параметрами огнеупоров, определяющими их расход, область применения, конструкцию и качество работы агрегатов, расход топлива [6]. Основными показателями теплофизических свойств огнеупора являются: удельная теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность, термический коэффициент линейного расширения, химическая стойкость.

Теплоёмкость огнеупоров С [кДж/(кг·К)] зависит от их химического состава. Знание теплоёмкости необходимо при расчётах печей для определения теплоты, аккумулируемой кладкой. Теплоёмкость огнеупоров незначительно изменяется в зависимости от температуры, поэтому в расчётах обычно используют среднее значение теплоёмкости. Большинство огнеупоров имеют теплоёмкость в пределах 0,8…0,97 кДж/(кг·К).

Теплопроводность зависит от вида огнеупора, его температуры и пористости. Она характеризуется коэффициентом теплопроводности λ [Вт /( м·К)]. С ростом температуры коэффициент теплопроводности λ у большинства огнеупоров снижается. Значение λ для огнеупоров составляет (0,9…16) Вт /( м·К).

Температуропроводность огнеупоров характеризуется коэффициентом температуропроводности а = λ / (с × ρ) [м² / с]. Она влияет на скорость распространения тепла (температуры).

Большое изменение размеров огнеупора при нагревании может привести к растрескиванию, выпучиванию и разрушению футеровки. Для характеристики линейного расширения огнеупоров используют термический коэффициент линейного расширения a [1 / К]. Значение a зависит от кристаллической структуры вещества и связи между структурными элементами.

Химическая стойкость характеризует способность огнеупоров не разрушаться в результате различных химических реакций взаимодействия их со шлаками, расплавами металла, пылью, газами, окалиной.

 

Классификация огнеупоров

Огнеупоры – это многокомпонентные соединения, которые изготавливают по следующей технологической схеме:

1) подготовка исходных материалов, целью которой является очистка от вредных примесей и получение путем обжига устойчивых соединений, их измельчение и сортировка;

 

 

2) приготовление исходной шихты, заключающееся в перемешивании определенных количеств исходных компонентов и увлажнение смеси;

3) формовка изделий;

4) сушка изделий, которая производится медленно с целью равномерного удаления гигроскопической влаги по всей толщине изделия до влажности 1…1,5 %. Наличие небольшой влажности необходимо для сохранения прочности изделия;

5) обжиг изделий – это наиболее ответственная операция в производстве огнеупоров. Основной целью обжига является получение твердого кристаллического тела. Большинство изделий обжигают в специальных печах.

В процессе обжига происходит расплавление связующих соединений и шлакование ими основных соединений, их растворение в полужидкой фазе и перекристаллизация с образованием новых прочно сросшихся кристаллов.

В зависимости от условий работы изделия из огнеупоров должны быть прочными, иметь высокую температуру плавления, не разрушаться при резких изменениях температуры, не взаимодействовать со шлаками и газами, иметь нужную теплопроводность, точные размеры и требуемую форму. Многочисленность требований и сложность их выполнения обусловили создание большого числа различных огнеупоров. Это определило необходимость классификации огнеупоров.

В настоящее время огнеупоры делят на огнеупорные формованные изделия (имеющие определённую геометрическую форму, размеры) и неформованные.

Огнеупоры также классифицируют по общим и специальным признакам. К общим классификационным признакам относят огнеупорность, химико-минеральный состав, пористость, область применения.

По огнеупорности огнеупоры делят на три вида: огнеупоры средней огнеупорности с огнеупорностью от 1580 до 1770 °С; высокой огнеупорности с огнеупорностью свыше 1770 до 2000 °С; и высшей огнеупорности с огнеупорностью более 2000 °С [7].

В зависимости от пористости огнеупоры подразделяют на особоплотные (до 3 % открытой пористости), высокоплотные (свыше 3 до 10 %), повышенноплотные (свыше 10 до 16 %), уплотнённые (свыше 16 до 20 %), среднеплотные (свыше 20 до 30 %), низкоплотные (свыше 30 % при общей пористости менее 45 %), высокопористые (от 45 до 75 % общей пористости), ультрапористые (свыше 75 % общей пористости). Огнеупоры с общей пористостью менее 45 % объединяют под общим названием «плотные», от 45 % и выше – под общим названием «теплоизоляционные».

В зависимости от области применения огнеупоры делятся на огнеупоры общего назначения и для определённых тепловых агрегатов и устройств.

Огнеупорные изделия также классифицируют по специальным признакам.

По способу изготовления огнеупоры делят на:

1) изделия пластичноформованные, изготовленные из масс в пластичном состоянии методом машинной формовки или прессованием на механических или других прессах;

2) сухоформованные, изготовленные из полусухих или сухих порошкообразных масс методами механического, гидравлического прессования, вибропрессования и т.п.;

3) изделия, изготовленные литьём из текучих масс;

4) термопластичнопрессованные, изготовленные методом прессования из масс с применением термопластичных добавок (парафина, воска и др.);

5) горячепрессованные, изготовленные горячим прессованием из нагретых до термопластичного состояния огнеупорных масс;

6) изделия плавленолитые, изготовленные литьём из расплавов;

7) изготовленные методом механической обработки из естественных горных пород или плавленых блоков.

В зависимости от термической обработки огнеупоры подразделяют на:

1) обожженные, подвергнутые спеканию в процессе обжига;

2) безобжиговые, состоящие из огнеупорных компонентов и связки, приобретающие заданные свойства при сушке, а в ряде случаев при нагреве до 250…400 °С;

3) горячепрессованные, подвергнутые спеканию в процессе прессования;

4) затвердевшие из расплава.

По форме и размерам огнеупорные изделия делят на:

1) нормальных размеров прямые (например, 230×114×65 мм) и клиновидные (например, 230×114×65 / 45 мм);

2) фасонные простые, сложные и особосложные;

3) блочные массой от 10 до 1000 кг;

4) крупноблочные массой более 1000 кг [8].

По химико-минеральному составу огнеупоры делятся на следующие типы:

1) кремнеземистые;

2) алюмосиликатные;

3) магнезиальные;

4) магнезиально-известковые;

5) магнезиально-шпинелидные;

6) магнезиально-силикатные;

7) углеродистые;

8) карбидкремниевые;

9) цирконистые;

10) окисные;

11) бескислородные.

В свою очередь каждый из типов включает в себя несколько групп.

Огнеупорные изделия

Кремнеземистые огнеупоры

К кремнеземистым огнеупорам относятся динасовые (SiO₂ ≥ 93 %) и кварцевые (SiO₂ > 85 %). Сырьём для изготовления динаса служит чистый кварцит. Он содержит > 95 % SiO₂ и 1,5…2 % извести.

Огнеупорность динаса 1700…1730 °С, то есть сравнительно невысокая. Но динас способен выдерживать большие механические нагрузки до температур, близких к температуре его огнеупорности. Температура начала деформации динаса высокая и составляет 1650 °С. Термостойкость динаса мала до температуры ~700 °С. При более высоких температурах она возрастает.

Динас применяют для кладки стен, сводов и подин сталеплавильных печей, а также для кладки стен высокотемпературных нагревательных печей.

Динас является основным материалом для коксовых печей, где служит 15…20 лет. Динас устойчив против кислых расплавов. Для повышения качества динаса разработано производство высокоплотного динаса с повышенным содержанием SiO₂ (98 %) и сниженным содержанием примесей. Такой динас имеет повышенную химическую стойкость, низкую газопроницаемость и повышенную огнеупорность. Его используют в сводах электропечей [8].

Алюмосиликатные огнеупоры

Огнеупоры содержат более 15 % корунда (Al₂O₃) и не более 85 % кремнезёма SiO₂. Они делятся на полукислые (Al₂O₃ – 15…28 %), шамотные (Al₂O₃ – 28…45 %), муллитокремнеземистые (Al₂O₃ – 45…62 %), муллитовые (Al₂O₃ – 62…72 %), муллитокорундовые (Al₂O₃ – 72…90 %) и корундовые (Al₂O₃ >90 %).

Огнеупоры этой группы являются самыми распространёнными. Они изготавливаются на основе огнеупорных глин и каолинов. Чем больше Al₂O₃ в глине, тем выше огнеупорность изделий.

Полукислые огнеупоры по своему химическому составу являются промежуточными между динасовыми и шамотными. Огнеупорность полукислых огнеупоров несколько ниже, чем шамотных, но плотность выше. Поэтому они обладают более высокой шлакоустойчивостью. Дополнительная усадка не превышает 1…1,5 %. Эти огнеупоры используют для футеровки различных нагревательных устройств, работающих при температуре выше 1500 °С. Они хорошо служат в сводах нагревательных печей.

Шамотные изделия обладают высокой плотностью, прочностью и малой усадкой (0,5…1 %). Огнеупорность шамотных изделий находится в пределах 1580…1750 °С. Термостойкость высокая и зависит от состава масс и способа изготовления. Шамотные изделия применяют для футеровки стен и сводов нагревательных колодцев, где они служат в течение 2…3 лет.

Муллитокремнеземистые изделия имеют улучшенные свойства по сравнению с обычными шамотными. Их используют для футеровки сводов дуговых сталеплавильных печей, крышек нагревательных колодцев и т.д.

Плавленый муллит обладает высокой термостойкостью. Но сложность технологии изготовления и высокая стоимость делает его применение ограниченным. Плавленый муллит применяется в основном для мелких изделий и футеровок индукционных печей.

Муллитокорундовые и корундовые огнеупоры отличаются наибольшей прочностью. Температура начала размягчения этих огнеупоров ~1850 °С. Плавленые изделия из муллитокорунда применяют в наиболее ответственных местах: подины нагревательных печей, где они выдерживают давление и удары тяжелых слитков и не взаимодействуют в процессе эксплуатации с оксидами железа. Эти огнеупоры также используют в условиях, где огнеупоры должны иметь малую газопроницаемость [9].

Магнезиальные огнеупоры

В этих огнеупорах содержится не менее 85 % оксида магния (MgO), их называют периклазовыми. Периклазовые огнеупоры изготавливают из дефицитного природного магнезита (MgCO₃). Технические свойства огнеупорных изделий определяются качеством магнезиального порошка, которое зависит от состава и структуры исходного материала. Огнеупорность этих изделий достигает 2000…2200 °С, но температура начала размягчения – 1550 °С. Из-за значительного количества стекловидной связки периклазовые изделия имеют невысокую термостойкость. Они устойчивы против оснóвных и не стойки против кислых и средних расплавов.

Периклазовые изделия используют при строительстве мартеновских, электросталеплавильных и методических печей.

Магнезиально-известковые огнеупоры

Включают: магнезитодоломитовые (периклазоизвестковые) (50 %<MgO<85 %; 10 %<CaO<45 %), доломитовые (известковопериклазовые) (10 %<MgO≤50 %; 45 %≤СаО<85 %); известковые (СаО>70%).

Свойства этих огнеупоров несколько хуже по сравнению с периклазовыми. Их используют для футеровки кислородных конвертеров.

Магнезиально-силикатные огнеупоры

В зависимости от химико-минерального состава подразделяются на три группы:

1) периклазофорстеритовые (МgО – 65…80 %; SiO₂³7 %);

2) форстеритовые (MgO – 50…65 %; SiO₂ – 25…40 %);

3) форстеритохромитовые (MgO – 45…60 %; SiO₂ – 20…30 %; Cr₂O₃ – 5…15 %).

Огнеупорной основой является минерал форстерит (2MgO·SiO₂). Форстеритовые огнеупоры имеют высокую огнеупорность – более 1800 °С. Устойчивы против оснóвных расплавов. Противостоят механическим воздействиям. Используются в цементо-обжиговых печах, насадках рекуператоров мартеновских печей и других устройствах.

Магнезиально-шпинелидные огнеупоры

Включают: периклазохромитовые (MgO>60 %;Cr₂O₃ – 5…18 %); хромитопереклазовые (MgO – 40…60 %; Cr₂O₃ – 15…35 %); хромитовые (MgO<40 %; Cr₂O₃>30 %); периклазошпинелидные (MgO – 50…85 %, Cr₂O₃ – 5…20 %, Al₂O₃ £ 25 %); периклазошпинельные (MgO ³40 %; Al₂O₃ – 5…55 %); шпинельные (MgO – 25…40 %; Al₂O₃ – 55…70 %).

Огнеупоры изготавливают из хромистой руды, основу которой составляет минерал хромит (FeO·Cr₂O₃) с температурой плавления 2180 °С. Магнезиально-шпинелидные огнеупоры проявляют нейтральные свойства и устойчивы к оснóвным и кислым расплавам. Они имеют высокую огнеупорность (более 2000 °С) и термостойкость. Предназначаются для кладки сводов мартеновских и электросталеплавильных печей, для футеровки конвертеров и других тепловых агрегатов.

Углеродистые огнеупоры

Включают: углеродистые графитированные (С>98 %); углеродистые неграфитированные (С>85 %); углеродосодержащие (С – 8…82 %). Их изготавливают из малозольного кокса или термоантрацита. Связкой является каменноугольный пек или смола.

Углеродистые огнеупоры обладают большой прочностью, высокой термостойкостью, тепло- и электропроводимостью. Огнеупорность – 2500 °С. При нагреве не размягчаются и не смачиваются шлаками. Но при температуре 700 °С они начинают гореть в окислительной среде. Поэтому эти огнеупоры используют в смеси с другими (глинисто-графитовые, графито-шамотные и т.п.). Углеродистые огнеупоры применяют для футеровки доменных печей и электрических печей для плавки цветных металлов и ферросплавов.

Карбидкремниевые огнеупоры

Карбидкремниевые огнеупоры подразделяются на две группы: карбидкремниевые (SiC>70 %), карбидкремнийсодержащие (SiC – 15…70 %).

Они изготавливаются из искусственного карбидкремния, который получают из чистого кварца и кокса путём плавки в электропечи при 1600…2100 °С. Карбидкремниевые огнеупоры не размягчаются и не расплавляются, но в присутствии кислорода начинают окисляться при 1000 °С и очень интенсивно при 1700 °С. Огнеупорность находится в пределах 1770…1920 °С.

Эти огнеупоры устойчивы против средних и кислых расплавов, нестойки против оснóвных. Применяются в зажигательных поясах топок, керамических рекуператорах и футеровке электролизных ванн.

Цирконистые огнеупоры

Делятся на три группы: бадделеитовые (ZrO₂>90%), бадделеитокорундовые (ZrO₂ – 20…90 %, Al₂O₃£65 %) и цирконовые (ZrO₂>50 %, SiO₂>25 %). Цирконовые огнеупоры изготавливают из минерала бадделеит и цирконовой руды, содержащей диоксид циркония (ZrO₂) с температурой плавления 2700 °С. Это высокоогнеупорные изделия, которые выдерживают температуру более 2300 °С. Они имеют большую устойчивость к кислым и средним расплавам, высокую прочность и высокие термические свойства. Применяются в высокотемпературных установках атомной промышленности и ракетной технике.

Окисные и бескислородные огнеупоры

Эти огнеупоры изготавливают из чистых химических соединений. Они имеют высокое качество и разнообразные свойства.

Окисные изделия производят из окислов (BeO, MgO, CaO, Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂ и др.), а бескислородные из нитридов, боридов, карбидов (SiC), силицидов и других некислородных соединений. Технология производства огнеупоров включает приготовление порошков бескислородных соединений, формование изделий с добавлением связки и последующий обжиг при высоких температурах.

С целью увеличения стойкости огнеупоров на их поверхность методом плазменного напыления наносят покрытия. В качестве покрытия используют чистые тугоплавкие порошки Al₂O₃, MgO, ZrO₂ и др. Покрытия значительно увеличивают срок службы огнеупоров.