Характеристика магнезитовых огнеупорных кирпичей

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

Для строительства печей используют огнеупорные и изоляционные материалы, обыкновенный красный кирпич, бутовый камень и бетон, металлы. Огнеупорными называют материалы, которые без оплавления и значительного размягчения выдерживают температуру 1580° С и более. Они должны хорошо противостоять объемным тепловым изменениям при нагреве и охлаждении, иметь достаточную прочность при нормальных и высоких температурах, быть механически стойкими по отношению к дымовым газам. Кроме этого, материал пода печи должен хорошо противостоять разъеданию окалиной и шлаками, ударным нагрузкам и истиранию от механического воздействия заготовок.

Для внутренней кладки печи применяют огнеупорный кирпич, для внешней — теплоизоляционные материалы и красный кирпич; фундаменты крупных печей делают из бутового камня и бетона. В качестве огнеупоров широко используют шамотный, динасовый, магнезитовый и тальковый кирпичи.

Шамотный кирпич — основной строительный материал для клад, ки нагревательных печей, работающих при температуре до 1400 °С, Кирпичи прессуют из смеси огнеупорной сырой и обожженной глины после чего их сушат и обжигают при 1350 °С. Этот кирпич для кладки пода печей не применяют из-за низкой химической стойкости при взаимодействии с окалиной.

Динасовый кирпич изготовляют из кварцитов и песчаников, содержащих 94—96% окиси кремния. Его используют для печей, работающих длительное время без остановок, так как при быстрых нагревании и охлаждении он разрушается. Динасовый кирпич сохраняет температурную стойкость и необходимые механические свойства при нагреве до 1700—1720 °С.

Магнезитовый кирпич содержит не менее 85% окиси магния MgO, при быстрых переменах температур имеет низкую стойкость. Огнеупорность кирпича достигает 2000—2200 °С при высокой стойкости против окалины.

Хромомагнезитовый кирпич изготовляют из смеси хромистого железняка (26—28%), обезвоженного магнезита (65—67%) и железной руды (7%). По сравнению с магнезитовым этот кирпич имеет более высокую термическую стойкость при колебании температур и используется для кладки свода, пода и стен печей.

В качестве теплоизоляционных материалов при строительстве печей используют диатомовый кирпич, пеношамот, стеклянную и шлаковую вату, асбест, котельный шлак и др. Главное назначение этих материалов заключается в уменьшении тепловых потерь при работе печи и защите обслуживающих печь людей от большого теплового излучения.

Пеношамот — легковесный огнеупор. Выше 800 °С нагревать его не рекомендуется. По сравнению с шамотом пеношамот имеет в 4—5 раз меньшую теплопроводность.

Асбест — огнестойкий материал из природного минерала. Он обладает низкой теплопроводностью и изготовляется в виде листов, шнура и крошки.

Для заполнения швов при кладке печей используют огнеупорные растворы, изготовляемые из тех же компонентов, что и огнеупорные кирпичи, и обладающие вяжущими свойствами. Каркас печи изготовляют из конструкционной стали, а части арматуры и детали печей, работающие при высоких температурах, — из окалиностойких и жаропрочных сталей и чугунов.

Магнезит и магнезитовые плиты, их основные свойства и применение

Магнезит служит основой для производства вяжущих и огнеупорных веществ, в частности, огнеупорных кирпичей. Его задействует химическая, фармацевтическая и даже ювелирная промышленность.

Что представляет собой магнезит

Под термином «магнезит» имеют в виду карбонат магния. Внешне он чем-то напоминает мрамор.

Формула вещества — MgCO3. Реальный состав минерал очень близок к формальному. Почти половину массу составляет оксид магния, немного больше – углекислый газ. В магнезите есть такие примеси, как железо, кальций, магний.

Минерал может иметь серую, белую, буроватую или желтоватую окраску. У него стеклянный или матовый отблеск. Кристаллы довольно плотные и могут иметь различную зернистость. Существуют даже фарфоровидные кристаллы, в которых есть примеси силиката магния и опала.

Одним из самых востребованных типов является каустический магнезит, который формируется при обжиге сырья при температуре в районе 700 градусов. Главную долю в его составе занимает оксид магния.

Каустический магнезит делится на три класса, исходя из состава. Материал 1-го класса задействует химическая промышленность, 2-го и 3-го – строительная.

Фото разных видов магнезита

Магнезитовые плиты

Принципиально новым стройматериалом, изготовленным на основе магнезита, являются магнезитовые плиты. Они выполняются в форме листов толщиной 3-12 мм. Выпускаются длиной 1,83-2,44 м и в ширину составляют 0,9-1,22 м.

Магнезитовая плита включает в себя несколько слоев:

1. внешний;
2. сетка из стекловолокна, которая обеспечивает хорошую устойчивость и прочность;
3. наполнитель;
4. армирующий стекловолоконный слой;
5. наполнитель с внутренней стороны.

Наполнителем служит композитный материал, который делают путем смешивания оксидов и хлоридов магния, силикатов, органических волокон, пластификаторов и т. д.

Свойства и характеристики

Магнезит – довольно хрупкий материал. Его твердость составляет 4-4,5. Твердость фарфоровидного материала немного выше – примерно 7. Плотность варьируется от 2,97 до 3,10 г/см3. Он плохо растворяется в воде, но хорошо – в хлоре.

Для затворения каустического магнезита используют не воду, а раствор сернокислого или хлористого магния. В итоге получается магнезиальный цемент. Если материал затворить водой, он будет долго затвердевать, и прочность его будет не очень хорошей.

Итоговая прочность вещества довольно высока. Раствор каустической магнезии имеет прочность до 100 кг/см2. Максимальная прочность приобретается примерно через неделю, если затвердение происходит в обычных условиях.

Особенности магнезитовых плит

Магнезитовые плиты вобрали в себя все лучшие качества магнезита. Их плотность составляет примерно 0,95 г/см3. Коэффициент теплопроводности равен 0,21 Вт/м. Они способны выдержать нагревание до 1200 градусов. Уровень звукоизоляции достигает 46 Дб. Водонепроницаемость доходит до 95%.

Достоинствами магнезитовых плит являются:

• влагостойкость – попадая в воду, не разбухают до 100 дней;
• огнеупорность – лист толщиной 6 мм удерживает огонь на протяжении 2 часов;
• экологичность – даже при нагревании не выделяется токсинов;
• морозоустойчивость;
• хорошая звуко- и теплоизоляция;
• большая степень пластичности – их можно сгибать, достигая радиуса кривизны до 3 м;
• ударопрочность;
• небольшой вес – 1 м2 средней толщины весит около 6,04 кг.
• отсутствие запаха;
• возможность применения для отделки общественных помещений.

Магнезитовые плиты — строительный материал будущего:

Производство магнезита

Производство материала включает в себя добычу сырья, дробление, обжиг и помол. Этот минерал обычно встречается в месторождениях с метаморфизованным доломитом. Также вместе с гипсом он есть в соленосных породах осадочного типа и отдельных породах магматического типа.

Добывают магнезит в таких странах Европы, как Чехия, Германия, Италия, некоторых областях Польши и Австрии. Есть залежи магнезита в Северной Корее, Китае, Индии, Мескике и Соединенных Штатах. В нашей стране этот минерал добывают в Оренбургской, Челябинской областях, в Среднем Поволжье, на Дальнем Востоке. Савинское месторождение в Иркутской области является самым крупным в России и мире.

Добычу обычно ведут в карьерах с помощью взрывного метода. Глыбы дробят на фрагменты диаметром от 150 до 300 мм прямо на месте добычи, после чего сортируют по твердости и чистоте на три сорта. Обжиг выполняют в печах различного типа. Обычно используют вращающиеся или шахтные устройства с выносными топками.

После обжигания при 700-1000 градусов теряется до 94% углекислот, и формируется каустическая магнезия в форме химически активного порошка. Если температуру обжигания увеличить до 1500 градусов, получится обожженная магнезия. У нее невысокая активность, но очень большой уровень огнеупорности.

После обжига сырье перемалывают в шаровых или иных мельницах. Каустический магнезит должен быть измельчен так, чтобы при прохождении через сито № 02 оставалось не больше 2%, а через сито № 008 – максимум 25%. Чтобы предупредить гидратацию вещества, его пакуют в металлические барабаны.

Как делают магнезитовые плиты можно посмотреть на видео:

Применение

Магнезит используют как тонкодисперсный наполнитель в строительных смесях. Из него делают огнеупорные кирпичи, которые выдерживают нагревание до 3000 градусов, искусственный мрамор, магнезитовую штукатурку, огнеупорные краски.

Каустический магнезит служит для производства вяжущих цементов, искусственного каучука, вискозы, пластмассы. Он является важной составляющей в изготовлении термоизоляционных материалов, в процессе варки целлюлозы, хорошим удобрением и т. д.

Обожженную магнезию задействуют, прежде всего, в металлургической промышленности. С помощью специальных печей из нее делают плавленый периклаз. Это материал с отличными тепло- и электроизоляционными параметрами, который используют в изготовлении керамики.

С помощью магнезиального цемента выполняют теплые бесшовные полы, наполнителем в которых являются опилки. Они устойчивы к истиранию, имеют малую теплопроводность, долговечны и характеризуются полной гигиеничностью.

Огнеупорный кирпич: характеристики

В строительном деле существует немало направлений, в которых главная роль отводится уникальным характеристикам огнеупорного кирпича, основной упор делается на высокой жаростойкости и способности выдерживать длительный нагрев. Печи, камины, дымоходы — это всего лишь малая часть конструкций, требующих использования качественного жаростойкого материала.

Разновидности огнеупорных материалов

Промышленность выпускает 12-16 основных разновидностей огнеупорных материалов в виде плит, блоков, кирпичей, поддонов, фасонных изделий и деталей, в большей части рассчитанных на использование в промышленном оборудовании, печах и энергоустановках. В номенклатуру огнеупоров широкого применения входит 8 разновидностей кирпича, из которых только 2-3 наименования используются в бытовом строительстве.

Свойства и характеристики огнеупорного кирпича в первую очередь зависят от химического состава сырья, используемого при производстве кирпича. Существует четыре основных класса огнеупорных материалов:

• Кремнеземистые огнеупоры;
• Огнеупорные материалы на основе алюминий-силикатов;
• Углеродистые огнеупорные блоки и кирпичи;
• Огнеупоры на основе окислов тугоплавких металлов.

Например, углеродистые блоки изготавливают из смеси графитового порошка, кокса и смолы. После высокотемпературного обжига углеродистые блоки выдерживают нагрев до 1800 о С, но только в восстановительной среде.

Чемпионами в линейке огнеупорных кирпичей считаются блоки, изготовленные из окислов хрома, циркония, тантала и молибдена. Огнеупоры из спеченных окислов способны выдержать нагрев до 1900-2000 о С без потери несущей способности материала.

Характеристики наиболее распространенных видов огнеупоров

Основная группа огнеупорных материалов включает:

• Динасовый кирпич, состоящий на 90-95% из окиси кремния с небольшой добавкой извести. Динасы относятся к кислым огнеупорным материалам с относительно высокой пористостью в 12-16% и огнеупорностью 1650-1750 о С. Прочность кирпича составляет 600 кг/см 2 ;
• Шамотный кирпич, изготавливается на основе огнеупорных глин и каолинов с добавлением 60-70% шамотной основы, материал выдерживает нагрев 1600-1710 о С, обладает вдвое более высокой пористостью, чем динас, и прочностью 100-150 кг/см 2 ;
• Высокоглинозёмный кирпич изготавливается на основе природных материалов, содержащих высокий процент окиси алюминия, 50-90% от общей массы. Огнеупорный материал способен выдерживать нагрев до 1950 о С без деформации и разрушения. Прочность материала, в зависимости от технологии, составляет 150-1500 кг/см 2 ;
• Огнеупоры на основе практически чистого оксида алюминия , с содержанием более 95%, такой материал обладает прочностью 550-2500 кг/см 2 и теплостойкостью в 2000 о С.

Кроме перечисленных вариантов, широко используются магнезитовые кирпичи, изготавливаемые на основе доломита путем обжига и гидратации. Магнезитовый блок обладает высокой огнеупорностью 1800 1900 о С, при пористости 23-24%. Предел прочности на сжатие составляет 200 кг/см 2 .

Для определения тепловых потерь в облицовке из кирпича также используют показатель теплоемкости материала. Самым холодным остаётся магнезитовый и глинозёмный шамотный материал. Для их нагрева потребуется в полтора-два раза больше тепла и времени, чем на прогрев обычного карборундового и высокоглиноземистого материала.

Огнеупорный кирпич из шамота или магнезита отлично подойдет для облицовки топочных камер, тогда как кварцевые, корундовые или высокоглиноземистые огнеупоры используются для футеровки свода. Кварцевым блоком можно выкладывать печные трубы, дымоходы там, где требования жаростойкости не столь высокие, а низкая теплоемкость обеспечивает равномерный прогрев конструкции.

Основной магнезитовый кирпич используется в первую очередь в металлургии, для облицовки литейных поверхностей ковшей и печей. Динас применяется в стекловарении, в обжиговых печах, где требуется высокая прочность и способность огнеупорной обмуровки выдерживать длительный нагрев на максимальной температуре.

Глиноземные и корундовые огнеупорные кирпичи используют совместно с хромистыми и хром-магнезитовыми блоками и кирпичами для камер сгорания, где требуется высокая прочность материала.

Шамотные огнеупорные кирпичи

Из всего перечисленного ассортимента огнеупорных материалов для домашних целей используют преимущественно шамот и динас. Большинство каменщиков и печников предпочитают работать с динасовыми огнеупорными кирпичами только в случае, если размеры камеры горения печи требуют применения материалов повышенной прочности, в остальных случаях большая часть огнеупорной обмуровки выкладывается из шамотного кирпича.

Работать с динасовым кирпичом достаточно сложно по ряду причин:

• Огнеупорный материал сложно резать или колоть на меньшие фрагменты. Единственным инструментом, способным справиться с твердой и плотной матрицей, является дорогостоящий алмазный диск;
• При размере огнеупорного кирпича 230х114х65 мм вес одинарного блока в 1,5-2 раза выше, чем у шамота или кремнистого огнеупорного камня. Материал выпускают в виде блока с прямоугольными гранями, но по ГОСТ № 1566-96 огнеупорный кирпич фото может быть и клиновидной формы.
  
• Несмотря на высокую контактную прочность огнеупорного кирпича, в качестве строительного материала динас не очень подходит, так как при неправильном обращении легко раскалывается на куски.

Кроме того, изготовители динаса могут не придерживаться норм ГОСТа, а руководствоваться ТУ, разработанными на основе требований заказчика. Нередко излишки таких огнеупоров попадают на рынок под стандартной маркировкой и часто становятся причиной возникновения проблем при выполнении футеровки, рассчитанной под стандартный размер огнеупора.

Шамот, наиболее популярный тип огнеупора

В зависимости от плотности и химического состава, огнеупорный кирпич шамот делится на четыре класса огнеупорности, от самого легкого, с максимальной температурой 1580 о С, до тяжелого с Т=1750 о С. В отличие от динаса, огнеупорный кирпич из шамотной смеси обладает почти в 3 раза меньшим коэффициентом теплового расширения. Это значит, что топочная камера из шамота имеет меньше шансов дать трещину, чем при любом другом виде огнеупорного материала.

Шамотный кирпич изготавливают из смеси каолина и шамотной глины. В отличие от динаса, состоящего на 98% из кварца, содержание окиси кремния находится в пределах 55-60%, для окиси алюминия – 30-45%. Термостойкий блок не боится резких тепловых ударов, скачков температуры и воздействия агрессивной среды.

Если кому-либо придет в голову потушить водой камин с топочной камерой из шамота, очаг, скорее всего, останется цел, без трещин, хотя «здоровья» такое испытание явно не добавит. Для огнеупорной облицовки из кирпича других марок термический удар может стать причиной полного выхода из строя.

Наиболее популярная марка шамотного кирпича, используемого для обмуровки стенок и поддона топки в домашнем печном строительстве, — «ША 5», для дымохода используют огнеупоры марки ПБ.

Размер и вес шамотного огнеупорного кирпича определяется ГОСТом № 8691-73, согласно которому материал выпускается в 11 типоразмерах. Длина кирпича составляет от 230 мм для легкой серии до 340 для наиболее тяжелых марок материала. Ширина и высота – 65-105 мм и 40-75 мм соответственно.

Как и в случае с огнеупорным динасом, на рынке присутствует шамотный кирпич с очень большим разбросом по весу. При верхней норме для одинарного блока в 3,7 кг может встречаться огнеупорный материал в 2,9 кг и 4,1 кг, что говорит о нестандартной величине пористости. Легкие материалы отлично подходят для сводов топок печей, тяжелые огнеупорные кирпичи применяют в деталях дымоходов и камер с наибольшим показателем газовой и тепловой эрозии.

Маркировка жаростойких блоков

Сведения о марке термостойкого материала и его производителе наносятся на каменный блок в виде круглого клейма. Наибольшим спросом для самодеятельного строительства пользуются марки ША, ШБ, ШВ, ПВ.

«Ш» обозначает материал, в данном случае шамот, вторая буква — класс огнеупорности. Отличие между марками жаростойкого кирпича марки ША от ШБ заключается в том, что «А» рассчитана на максимальную температуру 1350 о С, серия «Б» выдерживает нагрев до 1400 о С.

Если в маркировке жаростойкого блока приводится сокращенное обозначение типа «Ш5», то это означает, что материал был выпущен не в рамках требований ГОСТа, а на основе технических условий завода-производителя огнеупоров.

Цифра внутри маркировки определяет геометрические размеры блока. В данном случае пятерка по ГОСТу №8691-73 соответствует габаритам 230х114х65 мм. В том же документе приведены все основные формы и габариты стандартного блока и фасонных изделий, используемых для футеровки камер и топок. Последние две буквы являются кодировкой наименования производителя термостойких блоков.

Вырезать вручную деталь нестандартной формы из огнеупорного шамота еще труднее, чем из динаса. Некоторые кустари используют мокрый способ нарезки блоков. Для этого нужно всего лишь обработать поверхность мыльным раствором и в процессе резки абразивным диском подавать воду в зону резанья. Способ достаточно сложный и требует умелого обращения с болгаркой. Кроме того, чрезмерное увлажнение шамота может привести к деградации матрицы.

При этом кирпич не режут в полный профиль, как металл или обычный керамический блок, а прорезают на глубину 20-25 мм по контуру линии реза. Далее в пропил вставляют клин из алюминия или твердой древесины и резким ударом откалывают необходимую часть блока. Правда, на то, чтобы отрезать часть огнеупора, иногда уходит целый диск. Выполнить более сложную деталь из шамота в домашних условиях невозможно.

Заключение

Еще более запутанная ситуация с огнеупорами иностранного производства, особенно китайского и турецкого производства, в которых вместо буквенно-цифрового кода указывается клеймо производителя с номером партии. Расшифровать информацию о конкретной партии без сертификатов достаточно сложно, хотя, по заявлениям специалистов, общая система классификации жаростойких блоков примерно соответствует российской схеме. Тем более что шамот всегда легко отличить от других марок огнеупоров по нежно-кремовому и песочному оттенку поверхности.

Свойства магнезитового кирпича П-91, ХП, ПХСУ, ПХСС

П-91 – марка огнеупорных кирпичей группы магнезитовых (периклазовых), высокомагнезиального типа. Сфера применения: кладка подины, откосов, стены мартеновской и электросталеплавильной печей, футеровка стенок и подин ферросплавной печи. Общей особенностью магнезитовой группы является количество оксида магния в продукте – не меньше 89%. П-91 имеет в составе 91%, что вынесено в наименование марки. Согласно ГОСТу 4689-94, в материале подобного рода, помимо 91% MgO, присутствуют оксид кальция и диоксид кремния (не более 3% оба), оксид железа (не более 2.5%). Уровень открытой пористости – не превышает 22%. Предельный показатель прочности под воздействием сжатия – не менее 60 Н/мм 2 . Температура начала деформации (Т_max) при нагрузке гораздо ниже температуры огнеупорности (Т_огн) и равна 1650-1700 о С. Т_огн = 2200-2400 о С. Согласно нормам ГОСТа от 01.01.1996, Т_max = 1550 о С. Массовую долю оксида железа и диоксида кремния отдельно определяли до 01.01.1996. Уровень термостойкости магнезитовых кирпичей невысок – 1-2 теплосмен. Продукт обладает необычайной шлакоустойчивостью относительно металлов и шлаков с высоким содержанием оксида металла, извести, поэтому периклаз часто используется в сооружении элементов металлургии, которые имеют контакт с расплавом металла или шлака.

ХП – хромитопериклазовая группа, тип — магнезиальношпинелидный. Группа насчитывает пять разновидностей маркировки.

ХП-1 – используется при сооружении свода мартеновской печи, малотоннажной дуговой электропечи, тепловых агрегатов, функционирующих в сложных условиях. Согласно ГОСТу 5381-93, действительному с 01.01.1997 продукт данной марки имеет: MgO не меньше 46%; Cr₂O₃ – 22%; SiO₂ – не больше 6%; уровень пористости не превышает 20%, кажущейся плотности – не менее 2.95 г/см 3 (данный показатель равен для всех марок хромитопериклазов, за исключением ХП-4 и ХП-5, где он вообще не учитывается либо же не нормируется), прочности под воздействием сжатия – 30 Н/мм 2 , термоустойчивости – 2 теплосмены (параметры действия показателя аналогичны параметрам плотности). Размягчение начинается при температуре не меньше 1550 о С. Т_max для всех марок хромитопериклазовой группы – 1700 о С.

ХП-2 – применяют для конструкции свода электросталеплавильной печи и иных агрегатов, что осуществляют работу в условиях до 1700-1750 о С. Химико-минеральный состав почти аналогичен продукции марки ХП-1, за исключением SiO₂, количество которого не должно превышать 7%. Пористость – 22%, прочность – 27.5 Н/мм 2 . Минимальная температура деформации – 1520.

ХП-3-ХП-4: кладка агрегатов, что работают при 1500-1700°С. MgO – 42% (как и для ХП-5); Cr₂O₃ – для ХП-3 = 20%, ХП-4-5 = 15%, SiO2 = 8% для ХП-3-5. Пористость – 23-24%, предельная прочность – 25 Н/мм 2 . Т_min = 1500 о С.

ХП-5: кладка агрегатов, которые работают в условиях до 1500°С. Пористость – 25%, прочность – 20 Н/мм 2 , Т_min = 1450 о С.

ПХСУ, ПХСС

ПХСУ, ПХСС — периклазохромитовые сводовые уплотненные и периклазохромитовые сводовые среднеплотные. Имеют не менее 65% MgO, 7-15% Cr₂O₃. Предел прочности – 32.5 (для ПХСУ), 27.5 Н/мм 2 (для ПХСС), открытая пористость – 20 и 22% соответственно. Т_min – 1540 о и 1520 о С.

ПХСУ: для свода мартеновской печи вместимостью 200-300т, работающей при повышенной интенсивности продувки кислородом, печи вместимостью 400-650т при умеренной интенсивности, электросталеплавильной печи вместимостью до 50т.

ПХСС: для свода мартеновской печи вместимостью 200-300т, что работает с умеренной интенсивностью продувки.