ТЕХНОЛОГИЯ ОГНЕУПОРОВ

ТЕХНОЛОГИЯ ОГНЕУПОРОВ

Огнеупорами называют материалы, изготовляемые на основе ми­нерального сырья и отличающиеся способностью сохранять без суще­ственных нарушений свои функциональные свойства в разнообразных условиях службы при высоких температурах[1].

Еще 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 грандиозных сооружений — совре­менных доменных, сталеплавильных, медеплавильных, цементно-об - жигательных, стекловаренных и других печей, без продукции кото­рых немыслима сейчас жизнь.

Без огнеупоров нет другого практически приемлемого способа получить и поддерживать длительное время высокие температуры в больших объемах.

Наличие огнеупорной промышленности и качество огнеупоров 6 Той или иной стране характеризуют степень ее индустриализации. Из более чем 212 самостоятельных и зависимых стран мира разви­тая огнеупорная промышленность имеется только в 35 странах. Бо­лее половины мирового производства огнеупорных материалов при­ходится, однако, на долю двух стран: СССР и США.

Огнеупорные материалы применяют почти во всех отраслях промышленности. Применяют их и в областях новой техники, в атом­ной промышленности и ракетостроении.

Развитие новых способов получения электрической энергии в магнитных гидродинамических генераторах и топливных элементах в значительной мере определяется свойствами огнеупоров.

Основное количество огнеупоров потребляется черной металлур­гией, поэтому народнохозяйственный расход огнеупоров условно от­носят иа тонну стали. В среднем мировой выпуск огнеупорных мате­риалов составляет 2,5—6% от массы выплавляемой стали, в инду­стриальных странах стоимость огнеупоров составляет около 0,1% валового национального продукта.

Поскольку огнеупоры играют служебную, вспомогательную роль при првизводстве стали, цемента и т. п., то чем меньше их расход, тем производство основной продукции более эффективно. Поэтому в народном хозяйстве не ставится задача выпускать огнеупоров как можно больше, а ставится задача выпускать в необходимом коли­честве такие огнеупоры, расход которых на единицу основной про­дукции был бы наименьшим, и чтобы стоимость огнеупоров была экономически приемлемой.

Производство огнеупоров в Советском Союзе сосредоточено в трех основных промышленных районах: Южном (Часов-Яр, Панте - леймоновка, Запорожье и др.), Центральном (Семилуки, Подольск и др.) и Уральском (Сатка, Первоуральск, Нижний Тагил, Богдано­вичи и др.). В настоящее время создается четвертый район в Сибири (Новокузнецк, "Восточно-Сибирский огнеупорный завод под Иркут­ском, проектируется Сибирский магнезитовый завод и др.).

Отличительной особенностью отечественной огнеупорной промыш­ленности является большая производственная мощность отдельных заводов. Современные отечественные огнеупорные заводы — крупные

Механизированные предприятия, оснащенные новой техникой; для их технологических схем характерна поточності производства. За пос­ледние годы успешно внедряется автоматизация технологических процессов.

Концентрация нроизводства в СССР выше, чем в капиталисти­ческих странах. Более 85% всей огнеупорной продукции в СССР про­изводится на 24 специализированных заводах, 6 из которых имеют

Годовую мощносоть более 500 тыс. т каждый, 12—от 20 до 500 тыс. т и 17 — от 15 до 200 тыс. т. Остальная часть огнеупорной продукции

Изготовляется в цехах металлургических, стекольных и* других заво­дов. Мощность крупных огнеупорных цехов металлургических пред­приятий 200—400 тыс. т/год.

Динамика роста огнеупорной промышленности СССР характери­зуется данными, приведенными в табл. 1. Распределение огнеупоров между главными потребителями приведено в табл. 2.

История техники характеризуется непрерывным повышением температур технологических процессов. Уровень температур опреде­ляется источником энергии. Когда источником энергии служили дро­ва, температура была около 1000°С; с применением каменного угля температура поднялась до 1500° С; нефть и природный газ обеспе­чивают получение температур до 2000° С; электрическая энергия вольтовой дуги до 3000° С и, наконец, в современных промышлен­ных плазменных металлургических печах температура плазмы состав­ляет 25000° С.

Параллельно с развитием энергетики идет и развитие технологии огнеупорных материалов. Когда топливом были дрова, огнеупоры получали из красной строительной глины. При сжигании каменного угля (древесного угля) огнеупоры стали изготовлять из огнеупорных глин, каолинов, естественных песчаников, кварцитов. С применением нефти, кокса, природного газа основным сырьем для производства огнеупоров стали доломиты, магнезиты, графит и высокоглиноземи­стые породы. В плазменных устройствах, атомной и ракетной техни­ке применяют чистые тугоплавкие оксиды, карбиды, нитриды и т. п.

Огнеупоры должны не только выдерживать высокие температуры не расплавляясь, но и обладать комплексом других свойств и преж­де всего экономить тепло, т. е. быть хорошими теплоизоляторами (а в некоторых случаях, наоборот, проводниками тепла), не разру­шаться под действием химического и механического воздействий

Многообразие условий службы вызывает необходимость произ­водства большого и все увеличивающегося ассортимента огнеупоров с различными свойствами. Выпуск главных разновидностей огнеупо­ров приведен в табл. 3.

Большинство огнеупорных изделий выпускают в виде простых изделий тина прямоугольного параллелепипеда массой в несколько килограммов — это универсальная форма для выполнения кладки

Tаблйца З

Различной конфигурации. Однако такая кладка — ручная и тяжелая работа, требующая длительного времени. В настоящее время ставит­ся задача заменить там, где это эффективно, кладку из мелкоштуч­ных изделий вручную монтажом футеровки из крупных огнеупорных бетонных блоков и монолитных бетонных набивных или формуемых огнеупорных масс. Это позволит индустриализировать печестроение и сократить сроки кладки печных агрегатов. В огнеупорной промы­шленности происходит уменьшение выпуска огнеупоров в виде про­стых изделий и соответствующее увеличение производства огнеупор­ных бетонов и масс.

Научной основой производства огнеупоров является физическая химия тугоплавких оксидов и силикатов. Технология огнеупоров опи­сывается реологическими закономерностями.

Краткие исторические сведения о производстве важнейших огнеупоров

Огнеупоры в виде кирпичей, изготовляемых из огнеупорных глин и каолинов, стали производить после появления доменных печей. В России — приблизительно в середине XVII в. При Петре I значи­тельное количество такого кирпича делали из гжельских подмосков­ных глин. На протяжении XVIII и первой половины XIX вв. производ­ство огнеупоров развивалось преимущественно на уральских метал­лургических заводах.

Первое специализированное производство шамотных огнеупоров было организовано в Германии в 1810 г.

В России первый шамотный завод был основан в 1856 г. в Бо­ровичах (Новгородской области); затем были построены шамотные заводы в Часов-Яре (1887 г.), в Латиой (1897 г.) и др.

Динасовые огнеупоры были впервые изготовлены в 1822 г. в Ан­глии (Уэлс).

У В России производство динаса было организовано в 80-х годах л1Х в., тогда он изготовлялся на Обуховском заводе в Петербурге, на Пермских пушечных заводах, на Златоустовском заводе и др.

Первый специализированный динасовый завод (Деконский) был По­строен в Донбассе в 1889 г.

Доломитовые огнеупоры впервые были применены в Англии в 1878 г., магнезитовые — в Австрии (Штирия) в 1860 г., а промыш­ленное их производство было организовано там же в 1882 г.

В России первый магнезитовый завод был построен на Урале (Сатка) в 1900 г.

Хромитовые огнеупоры появились в коице XIX в. В качестве естественного огнеупорного материала они были впервые применены в России на Александровском сталелитейном заводе в Петербурге в 1879 г.

Хромомагнезитовые огнеупоры появились приблизительно в на­чале XX в. Безобжиговые хромомагнезитовые огнеупоры впервые были изготовлены в 1913 г. в США. Другие виды огнеупоров — кар­борундовые, из диоксида циркония, оксида бериллия, борида цирко­ния и т. п. — начали производить и применять только во второй по­ловине XX в.

* * *

По прогнозам металлургии температуры в промышленных печах поднимутся до 2000—2500° С. Поэтому ведущее значение Si02, СаО, MgO, А1203, SiC, Y2O3, Zr02 и углерода, как исходных материалов для изготовления огнеупоров, сохранится до конца нашего века.

Задачей огнеупорной промышленности, исходя из решений XXV съезда КПСС, является: сокращение доли ручного труда при про­изводстве, а также и при применении огнеупоров; снижение мате­риалоемкости и удельных расходов. Преимущественное развитие получат огнеупорные бетоны, волокнистые материалы, электроплав­леные, новые высокоогнеупорные изделия, получаемые из обогащен­ного сырья. Чем меньше простои металлургических агрегатов (до­менных печей, конвертеров и т. п.) на ремонтах огнеупорной футе­ровки, тем эффективнее огнеупоры. Пути повышения эффективности зависят от условий службы. Какая должна быть технология произ­водства огнеупоров, чтобы свойства получаемых изделий соответство­вали условиям службы, — описано в предлагаемой читателю книге.

К. К. СТРЕЛОВ П. С. МАМЫКИН