Фазовый состав высокоглиноземистых изделий

В зависимости от содержания глинозема они подразделяются на: муллитокремнеземистые (силлиманитовые), содержащие 45—62 % А1 2 О 3 ; муллитовые (62—72 % А1₂О₃); муллитокорундовые (72—90 % А1₂О₃) и корундовые (>90 % А1 2 О 3 ).

Огнеупорной основой высокоглиноземистых огнеупоров являются муллит и корунд

Фазовый состав высокоглиноземистых изделий

Огнеупор	Основные кристаллические фазы, %		Массовая доля стеклофазы, %
	муллит	корунд
Домуллитовые (или муллитокремнеземистые)...	60 - 85	≤ 15	35 - 12*
Муллитокорундовые (или корундомуллитовые)...	≤ 90		12 - 6
Корундовые...	3 - 5	≤ 95	6 - 0

• Снижается с увеличением содержания глинозема

По мере увеличения содержания А1 2 О 3 в огнеупорах, содержащих более 45 % А1₂О₃, как правило, улучшаются все механические свойства. Одновременно повышается предельная температура службы.

Огнеупорность высокоглиноземистых огнеупоров зависит от содержания в них глинозема и на 50–80 °С ниже соответствующих температур ликвидус по диаграмме состояния системы А1 2 О 3 –SiO 2 (рис.6.1). Домуллитовые изделия (45–60 % А1₂О₃) имеют огнеупорность 1750–1820 °С, муллито-корундовые (при 70–95 % А1 2 О 3 ) 1780–1850 °С и корундовые 1900–2000 °С.

Повышение содержания глинозема в высокоглиноземистых изделиях способствует росту их химической устойчивости по отношению к разнообразным агрессивным агентам. Но по отношению к основным шлакам не только высокоглиноземистые, но и корундовые огнеупоры менее устойчивы по сравнению с периклазовыми.

Корундовые огнеупоры являются как бы вершиной прочности в системе А12О3–SiO2. Большую термостойкость имеют специальные плотные и термостойкие корундовые изделия (крупнокристаллические корундовые зерна) на муллитокорундовой связке.

Анализ данных по интегральной излучательной способности высоко- глиноземистых и корундовых огнеупоров показывает, что как и в случае шамотных огнеупоров, происходит сильное уменьшение излучательной способности с ростом температуры. Из данных видно, что в твердом растворе муллита в корунде с увеличением доли корунда излучательная способность высокоглиноземистых и корундовых огнеупоров понижается. Сравнивая данные по излучательной способности муллита МЛС-62 с данными для оксидов кремния и алюминия, можно отметить, что излучательная способность МЛС-62 выше каждого из оксидов.

Для определения содержания муллита в высокоглиноземистых и корундовых огнеупорах, как известно, пользуются правилом фаз (правилом рычага). Например, для корунда МКЦП-82 (содержание Al 2 O 3 =82 %) доля муллита составляет 73 %, а остальные 27 % составляет корунд. Поэтому обосновывать значение излучательной способности высокоглиноземистых огнеупоров, представляющих собой твердые растворы, необходимо по правилу фаз.

Для теоретического определения излучательной способности шамотных, полукислых и каолиновых огнеупоров необходимо знать содержание в них Al₂O₃ и SiO₂ (в % по массе) и излучательную способность муллита, Al 2 O 3 и SiO 2 в зависимости от температуры. Затем согласно правилу фаз по диаграмме Al₂O₃ - SiO₂ определяется содержание муллита (3Al 2 O 3 ⋅ 2SiO 2 ) и второй фазы: кристобалита SiO 2 или корунда Al 2 O 3 .

Выражение для интегральной излучательной способности шамотных, полукислых и каолиновых огнеупоров системы Al 2 O 3 - SiO 2 может быть записано в виде:

для домуллитовых огнеупоров (Al 2 O 3 < 72 %):

ε мул+ кр = m мул ε мул + m кр ε кр ,

для муллитокорундовых огнеупоров (Al 2 O 3 > 72 %):

ε мул+ кор = m мулε мул + m корεкор, где εмул, εкр, εкор – соответственно интегральные излучательные способности муллита, кристобалита и корунда; m мул, m кр, m кор – массовые доли муллита кристобалита и корунда в составе огнеупора.

В области температур Т = 600…2000 К экспериментальные значения интегральной излучательной способности можно аппроксимировать уравнениями: для муллита МКС-72 ε _мул= 26,186Т^-0,555 (достоверность аппроксимации R²=0,9738), для корунда КЛ-1,3 ε кор = 5,6674Т^-0,3664 (достоверность аппроксимации R²=0,9827) (рис. 1).

Рис.1 Аппроксимация данных по излучательной способности муллита МКС-72 и корунда КЛ-1,3

На рис. 2 представлены экспериментальные и расчетные, по формуле (2) (с использованием аппроксимирующих уравнений), данные по излучательной способности ε для муллитокорунда МКЦП-82 (содержание Al 2 O 3 =82 %).

Рис.2 Интегральная излучательная способность муллитокорунда МКЦП-82

Содержание муллита в МКЦП-82, согласно диаграмме системы Al₂O₃ – SiO 2 , составляет 64 % по массе, корунда – 36 %.

Смещение максимума излучения в сторону коротких длин волн 2…4 мкм, в которой спектральная излучательная способность корундовых огнеупоров невысока, является основной причиной снижения интегральной излучательной способности огнеупоров с ростом температуры. Повышение спектральной излучательной способности корундовых огнеупоров в области длин волн 2…4 мкм с ростом температуры от 700 до 1400 К составляет в среднем 50 %, в то время, как излучательная способность при переходе из длинноволновой области спектра 6…10 мкм в коротковолновую 2…4 мкм падает в 3 раза.