Огнеупорные материалы

Огнеупорные материалы (огнеупоры) — неметаллический материал с огнеупорностью не ниже температуры 1580 °C, используемый в агрегатах и устройствах для защиты от воздействия тепловой энергии и газовых, жидких, твердых агрессивных реагентов.^[1] Изготавливаются на основе минерального сырья и отличаются способностью сохранять без существенных нарушений свои функциональные свойства в разнообразных условиях службы при высоких температурах. Применяются для проведения металлургических процессов (плавка, отжиг, обжиг, испарение и дистилляция), конструирования печей, паровых и водогрейных котлов, высокотемпературных агрегатов (реакторы, двигатели, конструкционные элементы и др), футеровки газоходов и топок. Огнеупоры бывшие в употреблении называются огнеупорным ломом и используются в переработке.

Большинство огнеупорных изделий выпускают в виде простых изделий типа прямоугольного параллелепипеда массой в несколько килограммов. Это универсальная форма для выполнения футеровки различной конфигурации. На сегодня в огнеупорной промышленности происходит уменьшение выпуска огнеупоров в виде простых изделий и соответствующее увеличение производства огнеупорных бетонов и масс.

Огнеупорные материалы отличаются повышенной прочностью при высоких температурах, химической инертностью. По составу огнеупорные материалы это керамические смеси тугоплавких оксидов, силикатов, карбидов, нитридов, боридов. В качестве огнеупорного материала применяется углерод (кокс, графит). В основном это неметаллические материалы, обладающие огнеупорностью не ниже 1580 °C, применяются практически везде где требуется ведение какого-либо процесса при высоких температурах.

История

Ещё 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 современных доменных, сталеплавильных, медеплавильных, цементно-обжигательных, стекловаренных и других печей.

Огнеупоры в виде кирпичей, изготовляемых из огнеупорных глин и каолинов, стали производить после появления доменных печей. В России — приблизительно в середине XVII века. При Петре I значительное количество такого кирпича делали из подмосковных глин. На протяжении первой половины XIX вв. производство огнеупоров развивалось преимущественно на металлургических заводах, будучи дополнением к общей направленности. По данным БСЭ, первое специализированное производство огнеупоров было организовано в Германии в 1810 году.

С резким развитием промышленности, Российская империя интересуется уже не кустарным производством огнеупорных материалов, а специализированной ветвью, которая должна быть основой огнеупорной промышленности. Первыми шагами в данном вопросе стало создание первых заводов: Белокаменский огнеупорный завод в Брянцевке (ныне г. Соледар) (1893 г.) и огнеупорный завод в Латной (1897 г.) имеющие узкую огнеупорную специализацию.

Производство огнеупоров в бывшем Советском Союзе сосредоточено в трёх основных промышленных районах: Южном (Белокаменка, Часов Яр), Центральном (Подольск) и Уральском (Первоуральск, Богданович).

На сегодняшний момент, наличие огнеупорной промышленности и качество огнеупоров в той или иной стране характеризует степень её индустриализации. Из более 212 стран мира, огнеупорная промышленность имеется только в 35 странах. Более половины мирового производства приходится на долю СНГ и США.

Классификация

Огнеупорные материалы бывают штучными изделиями (блоками) и неформованными. К последним относят наварочные материалы, мертели, засыпки и другие специальные набивные и формуемые массы, в том числе применяемые для производства огнеупорных бетонов и торкретирования.

Огнеупоры разделяют по следующим признакам:

формы и размеры
способу формования
огнеупорность
пористость
химико-минеральный состав
область применения

Классификация по формам и размерам

прямые и клиновые нормальных размеров, малого и большого форматов;
фасонные простые, сложные, особо сложные, крупноблочные, массой выше 60 кг
специальные: промышленного и лабораторного назначения (тигли, трубки и т. д.)

Классификация по способу формования

пиленые из естественных горных пород или из предварительно изготовленных блоков;
литые, изготовленные способом литья из жидкого шликера, пеношликера и т. д.;
пластичного формования, изготовленные из масс в пластичном состоянии машинной формовкой, с последующей допрессовкой;
полусухого формования из порошков;
плавленные литые из расплава, получаемого путём электроплавки;
термопластичнопрессованные;
горячепрессованные;

Классификация по огнеупорности

огнеупорные (огнеупорность от 1580 до 1770 °C)
высокоогнеупорные (от 1770 до 2000 °C)
высшей огнеупорности (от 2000 °C до 3000 °C)
сверхогнеупорные (более 3000 °C)

Классификация по пористости

особоплотные (открытая пористость до 3 %)
высокоплотные (открытая пористость от 3 до 10 %)
плотные (открытая пористость от 10 до 16 %)
уплотненные (открытая пористость от 16 до 20 %)
среднеплотные (открытая пористость от 20 до 30 %)
низкоплотные (пористость от 30 % до 45 %)
высокопористые (общая пористость от 45 до 75 %)
ультрапористые (общая пористость более 75 %)

Классификация по химико-минеральному составу

Следует различать кислые (например динасовские), нейтральные и основные (например смолодоломитовые) огнеупоры. Более детальная классификация производится по их химическому составу:

Кремнеземистые
Алюмосиликатные
Глиноземистые
Глиноземоизвестковые
Магнезиальные
Магнезиально-известковые
Известковые
Магнезиально-шпинелидные
Магнезиально-силикатные
Хромистые
Цирконистые
Оксидные
Углеродистые
Оксидоуглеродистые
Карбидкремниевые
Бескислородные

Область применения

Огнеупоры имеют очень много областей применения, но всех их можно разбить на две основные группы, это огнеупоры (огнеупорные изделия, например, кирпич) общего назначения, и огнеупоры, спроектированные специально для какого-либо теплового агрегата. Огнеупорные материалы применяются в металлургической, стекольной, сахарной, машиностроительной, химической промышленности, а также во всех других отраслях, где проходит работа с применением доменных, шахтных и вращающихся печей.