книги / Неформованные огнеупоры. Свойства и применение неформованных огнеупоров Сост. И. Д. Кащеев [ др.]; Под ред. И. Д. Кащеева

1.3. Набивные массы

Набивные массы представляют собой смеси огнеупорных отощающих и связую­ щих материалов, применяемые в увлажненном или сухом виде для выполнения футеровок печей вместо огнеупорных изделий. Набивные массы отличаются малой плас­ тичностью и укладываются под большим давлением с помощью вибротрамбовок. По сравнению с пластичными массами в набивных содержится мало связующих глин, вяжущих веществ и влаги. Преимуществом набивных футеровок является отсутствие швов.

В различных печах широко используют алюмосиликатные и высокоглиноземистые набивные массы на различных связках.

Фосфатная связка применяется в различных алюмосиликатных набивных массах. Массовая доля Р20 5 составляет 3-6,5 %. Влажность масс не более 9 %. Алюмосили­ катные набивные массы на фосфатной связке марок: ММКФ-80 и мертель ММКФ-72

— массы муллитокорундовые, содержание А120 3 соответственно не менее 80 и 72 %; ММКРФ-60 — масса муллитокремнеземистая и МШФ-28 — масса шамотная, содер­ жание А120 3 соответственно 60 и 28 %. Набивные массы ММКФ-80, ММКФ-72, ММКРФ-60, МШФ-28, а также ММКР-45, предназначены для футеровок тепловых агрегатов с рабочей температурой до 1530 °С.

Состав и физико-химические показатели некоторых алюмосиликатных и высоко­ глиноземистых набивных масс приведены в табл. 1.4 и 1.5.

На связке из ортофосфорной кислоты изготавливаются муллитокорундовые набив­ ные массы марок ММК-75 и ММК-85, а на высокотиноземистом цементе — корун­ довые гидравлически твердеющие набивные массы марок МКН-90 и МКН-94.

Кроме того, применяются всевозможные набивные массы: кремнеземистые, периклазовые, периклазохромитовые, хромитовые, доломитовые, форстеритовые, углеро­ дистые, углеродсодержащие, цирконистые, карбидкремниевые и др. Типичные свой­ ства некоторых набивных масс приведены в табл. 1.6.

Т а б л и ц а 1.4

Набивные алюмосиликатные массы на фосфатной связке

Т а б л и ц а 1.5

Набивные высокоглиноземистые массы для футеровок печей

*' Марки МЛМ-1, МЛ-2 и МЛ-3 выпускаются по ТУ 14-8-119-74; ММКГ-72 — по ТУ 14-8-342-80; МК-90— по ТУ 14-8-457-84; МК-80 — по ТУ 14-8-269-78.

1.4. Мертели и растворы для огнеупорных кладок

Мертели представляют собой измельченные смеси огнеупорных отощающих и свя­ зующих материалов, которые после затворения их водой используют в качестве огне­ упорных растворов, применяемых для связывания отдельных элементов кладки огне­ упорных конструкций тепловых агрегатов.

Огнеупорные мертели в зависимости от особенностей процесса затвердевания де­ лятся на три группы: твердеющие при высоких температурах, воздушно-твердеющие

игидравлически твердеющие.

Твердеющими при высоких температурах являются мертели, которые приобретают

прочность при нагреве. Естественная сушка для этих мертелей недостаточна, она не дает полного затвердевания.

Воздушно-твердеющие мертельные растворы схватываются и твердеют при ком­ натной температуре благодаря химическим связующим веществам (огнеупорные связ­ ки, огнеупорный цемент). При нагреве кладки образуется керамическая связка, обес­ печивающая герметичность и прочность шва кладки.

Гидравлически твердеющими называют мертельные растворы с добавкой гидрав­ лически твердеющего вяжущего компонента в виде цемента, приобретающего проч­ ность в процессе гидратации. Эти растворы являются, по сути, разновидностью огне­ упорных бетонов.

Существует много разнообразных составов мертелей и растворов для огнеупорной кладки, но все они должны удовлетворять некоторым общим требованиям, вытекаю­ щим из основного их назначения — обеспечить плотный шов, прочно связывающий элементы кладки:

Типичные свойства набивных масс

ф1 Высокоглиноземистые массы твердеют при нагреве, обладают устойчивостью против термического растрескивания, износостойкостью и коррозионной стойкостью. *2 Периклазовые массы твердеют при нагреве, устойчивы против разъедания, износостойкие. *3 Карбидкремниевые массы твердеют при нагреве, шлакоустойчивы, износо- и термостойки. Эти массы бездымные, без запаха; при кратковременной сушке и незначительном расширении обладают высокой прочностью. *4Доломитовые массы на углеродистой и смоляной связках. *5 Периклазовые массы на углеродистой и смоляной связках. * При температуре 1450 °С.

- химический состав мертеля и растворов, как правило, должен быть близок к хи­ мическому составу связываемых изделий. Небольшое различие допустимо, если при этом повысятся качество шва, его плотность и прочность без существенного ухудше­ ния других важных свойств: усадки, огнеупорности й т.п.;

-качественный раствор должен образовывать шов, незначительно отличающийся своей пористостью от самой кладки;

-в процессе применения растворы дают ту или иную усадку (воздушную и огне­ вую), которая влияет на стойкость кладки. Поэтому чрезмерная воздушная или огне­ вая усадка будет вызывать в кладке образование трещин и снижать прочность огне­ упорной кладки. С этой целью усадочные компоненты вводят в них в возможно мень­ шем, но достаточном количестве для обеспечения раствору необходимой пластичнос­ ти, связанности и способности хорошо спекаться;

-при работе кладки при высоких температурах между веществом раствора и изде­ лиями кладки наблюдается химическое взаимодействие. В связи с этим образование жидкой фазы и процессы на границе раздела изделия-раствор должны компенсиро­ вать внутреннее напряжение. При этом усадка не должна превышать определенные пределы, устанавливаемые экспериментально;

-зерновой состав порошка зависит от минимально допустимой толщины шва кладки;

-для получения прочного шва необходимо, чтобы размер наиболее крупных зерен был, по крайней мере, в 2-3 раза меньше толщины шва. Следовательно, термическое расширение шва и связываемых им изделий должно быть всегда достаточно согласо­ ванным. В противном случае может происходить полный отрыв раствора от изделий кладки.

Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) огнеупоров примерно соответствует ТКЛР ведущих оксидов, но зависит от природы исходного сырья (табл. 1.7).

Шамотные, периклазовые, высокоглиноземистые в отличие от динасовых и полукислых характеризуются равномерным линейным расширением.

Зная величину а, можно рассчитать величину температурного шва. Длину темпера­ турного шва огнеупорной кладки (мм) на 1 м длины рассчитывают по формуле:

1 = Ш 103,

где Ь — величина температурного шва в направлении расширения кирпича; а — ТКЛР, К"1; I — максимальная температура службы, °С.

Например, ТКЛР периклазовой кладки а = 14КГ6 К"1, температурный шов при мак­ симальной температуре 1800 °С составит

Ь = 14-КГ6-1800-103 = 25,2 мм/м.

Рабочие свойства мертелей и растворов для получения качественной кладки имеют важное значение. Качественный раствор должен быть устойчивым и одновременно податливым, т.е. при надавливании изделием заполнять все неровности поверхности кладки, обеспечивая при этом легкое перемещение последнего по раствору в процес­ се укладки. Кроме того, раствор не должен обезвоживаться раньше времени, сохраняя свою пластичность, и не расслаиваться до кладки на него изделия.

Огнеупорные мертели и растворы бывают пластифицированными и непластифицированными. Пластифицированные растворы, как правило, содержат в 1,5-2 раза мень­ шее количество воды, позволяют выполнять кладку с минимальной толщиной шва, обладают постоянством объема при нагревании, большей плотностью и шлакоустойчивостью.

На практике применяют следующие растворы при толщине шва, мм: густой (анало­ гичный вязкой сметане) — 3-4; полугустой — 2; жидкий <1,0.

В табл. 1.8 приведены составы и области применения наиболее употребительных мертельных растворов различной консистенции.

1.5. Огнеупорные обмазки

Обмазки и покрытия (в том числе и наружные газоуплотнительные) служат для за­ щиты огнеупорной кладки и продления срока ее службы. Обмазки наносят слоем тол­ щиной до 10 мм на поверхность кладки. Они могут применяться до температуры 1900 °С, их состав и рабочие температуры обычно предусматриваются проектом.

Уплотнительные обмазки (и мастики) служат главным образом для уменьшения га­ зопроницаемости кладки; кроме того, они улучшают ее прочность. Обмазки готовят на воде и водных растворах жидкого стекла, ортофосфорной кислоты и т.п. с целью повышения прочности сцепления их с кладкой и предупреждения растрескивания и отслаивания. Мастики могут наноситься более толстым слоем — до 20-25 мм. Такие обмазки наносят, например, на огнеупорную часть свода для предупреждения утечки тепла через температурные швы и неплотности кладки и для дополнительного упроч­ нения свода.

Обмазки обычно готовятся на месте производства работ путем тщательного переме­ шивания в течение 10-15 мин их компонентов в растворосмесителях принудительно­ го действия. Все компоненты обмазок, как правило, тонкомолотые. Хранить приго­ товленные обмазки не допускается.

Некоторые составы обмазок и их применение приведены в табл. 1.9.

1.6. Волокнистые огнеупорные материалы

Ассортимент и общие свойства волокнистых материалов и изделий. Особо вы­ деляют группу волокнистых материалов, обладающих высокой пористостью и низкой теплопроводностью. Структура этих материалов состоит из круглых, тонких и изви­ листых волокон, сцепленных связкой в отдельных точках. Вследствие значительного теплового сопротивления таких контактов доля теплового потока, передающегося теп­ лопроводностью по волокнам, мала.

Составы обмазок и их применение

В настоящее время из волокнистых материалов приготовляют более 50 различных изделий. По мере расширения мест применения номенклатура волокнистых огнеупо­ ров постоянно увеличивается.

Волокнистые изделия подразделяются на мягкие, полужесткие и жесткие. Основ­ ное свойство — гибкость — в большей степени присуще мягким материалам. Буду­ щее, как утверждают специалисты, принадлежит ковровым материалам. Переход на жесткие материалы из волокна считается нецелесообразным.

Наиболее доступны алюмосиликатные стекловолокнистые материалы каолинового состава (50 % А120 3, 50 % 8Ю2), которые применяют в виде каолиновой ваты огне­

упорностью 1850 °С и кажущейся плотностью 1,70 кг/м3, а также в виде изделий. Оте­ чественное алюмосиликатное волокно имеет температуру применения 1100-1260 °С.

Каолиновое волокно и изделия из него легки по массе, эластичны, упруги, имеют низкую теплопроводность, низкое аккумулирование тепла, исключительно термостой­ ки, обладают хорошими звукоизоляционными свойствами, прекрасной химической стойкостью (за исключением плавиковой и фосфорной кислот и сильных щелочей), не подвержены воздействию масел, пара, воды, хорошо задерживают вибрацию. Ког­