Магнезиальношпинелидные огнеупоры: периклазохромитовые и хромопериклазовые

Периклазохромитовыми и хромопериклазовыми называют огнеупоры, получаемые из хромита и спеченного магнезита, их огнеупорной основой является периклаз и хромошпинелиды. Эти огнеупоры называют еще магнезитохромитом и хромомагнезитом. В магнезитохромите > 55 % MgO и > 8 % Cr2O3, в хромомагнезите > 20 % Cr₂O₃, и > 40 % MgO.

Название хромит имеет минерал хромистый железняк Cr₂O₃*FeO, к которому при производстве огнеупоров добавляют необходимое количество обожженного магнезита и глинозема. Хромистый железняк в чистом виде встречается редко, чаще совместно с оксидами Al и Mg и др. элементов. Соединения оксидов двух и трехвалентных металлов называют шпинелями. Отсюда и общее название – шпинелидные огнеупоры.

Температура плавления хромита 2180^oС, примеси, содержащиеся в хромитовых рудах, снижают температуру плавления. Чистый хромит при нагревании до 1700^oС не претерпевает никаких изменений. А при более высокой температуре дает небольшую усадку. Для производства огнеупоров пригодны руды с содержанием Cr₂O₃ не ниже 33 %. При меньшем содержании руды загрязнены силикатами и в производстве не используются.

При производстве хромопериклазовых изделий магнезит взаимодействует с хромитом, а неогнеупорные примеси переходят в огнеупорные соединения в результате взаимодействия с избытком магнезита. Одной из примесей в хромитовой руде является змеевик 3MgO*2SiO₂*2H₂O. При обжиге руды он теряет гидратную влагу (650-700^oС) затем разлагается (1000-1100^oС).

В присутствии избыточного магнезита (1350-1450^oС) протекает реакция

и образуется высокоогнеупорной форстерит.

Одновременно хромит взаимодействует с магнезитом, что приводит к замещению закиси железа оксидом магния. В дальнейшем освободившаяся закись железа в окислительной среде переходит в оксид Fe₂O₃, который, в свою очередь взаимодействует с MgO с образованием магнезиоферрита MgO*Fe₂O₃.

MgO образует шпинели MgO*Cr₂O₃, MgO*Al₂O₃. Ни хромит, ни периклаз отдельно не термостойки. Их сочетание придает огнеупорам высокую термостойкость.

Наиболее низкоплавкими соединениями являются силикаты кальция, поэтому SiO₂ и CaO для хромопериклазовых изделий являются наиболее вредными примесями.

Относительное содержание хромита и магнезита для получения изделий с максимальной термостойкостью соответствует соотношению 30:70. Шлакоустойчивость же повышается с уменьшением хромита до 20 %.

При производстве изделий рассматриваемого типа большая роль в обеспечении требуемого уровня свойств принадлежит зерновому составу исходных материалов. Для периклазохромитовых изделий марки ПХ используется хромит с размером зерен < 0,5 мм, а магнезит < 0,2 мм. Разновидностью периклазохромитовых (магнезитохромитовых) огнеупоров являются периклазошпинелидные огнеупоры. Они имеют тот же химсостав, но в результате использования периклаза тонкого помола все зерна хромита в процессе обжига связываются шпинелями типа MgO*Cr₂O₃, MgO*Al₂O₃, MgO*Fe₂O₃. Эти изделия имеют огнеупорность более 2000^oС, устойчивы против воздействия основных и железистых шлаков.

Прессование магнезитохромитовых и хромомагнезитовых изделий осуществляется по полусухой технологии под давлением 150 МПа. Сушат при температуре 100 150_oС, обжигают при температуре 1650-1750^oС.

Для сводов мартеновских и электродуговых печей промышленность выпускает изделия таких марок:

• ПХСО – периклазохромит сводовый обычный;
• ПХСП – периклазохромит сводовый плотный;
• ПШСО – периклазошпинелидный сводовый обычный;
• ПШСП – периклазошпинелидный сводовый плотный;
• ПШСУ – периклазошпинелидный сводовый уплотненный.

Наряду с обожженными производятся и безобжиговые изделия. Они имеют примерно такой же химсостав. В качестве связки, кроме ССБ, применяют водный раствор MgSO₄. Изделия прессуют и сушат при температуре 100-120^oС. Их можно использовать в кладке стен шлаковиков и регенераторов, вертикальных каналов, они испытаны в сводах мартеновских печей вместимостью 50-100 шт.

Кроме сводов мартеновских и электродуговых печей периклазохромит применяют для кладки передней и задней стенок выше шлакового пояса, стен головок и вертикальных каналов, сводов шлаковиков и регенераторов.

Хромитопериклаз также используют для кладки стен головок и вертикальных каналов, им облицовывают стены шлаковиков и регенераторов мартеновских печей. Эти огнеупоры применяют при сооружении отражательных печей для плавки медного штейна, для футеровки конвертеров цветной металлургии.