Когда говорят про глину для огнеупорного кирпича, часто думают, что главное — просто найти материал с высоким содержанием глинозёма. На деле же Al?O? в сырье — это только полдела. Вот, к примеру, в прошлом году мы брали партию из карьера под Челябинском — по сертификатам всё идеально, а на обжиге пошла трещиноватость. Оказалось, проблема в карбонатных включениях, которые не увидишь без тонкого шлифа.
Содержание оксида алюминия, конечно, критично — для марки ША-5 нужно минимум 30%, но если в глине есть даже следы щелочных металлов, вся партия может поплыть при температурах выше 1300°C. Я всегда смотрю не только на химию, но и на пластичность. Помню, на одном из подмосковных месторождений глина была словно песок — при формовании крошилась, хоть добавь связующих. Пришлось мешать с бентонитом, но это уже удорожание.
Ещё важный момент — однородность фракции. Если в шихте есть комки крупнее 3 мм, они создают внутренние напряжения при сушке. Мы как-то потеряли 12% кирпича из-за этого — казалось бы, мелочь, а итог — браковочные акты.
Сейчас многие гонятся за каолинами с Урала, но там своя специфика — повышенное содержание кварца. Для шамотного кирпича это не смертельно, но если делать высокоглинозёмистые марки, кварц даёт стеклофазу раньше времени. Приходится точно выдерживать температурный режим, плюс добавлять шамотный бой в шихту — так стабильнее.
С обжигом вообще отдельная история. Многие технологи думают: раз глина огнеупорная, можно гнать температуру до 1500°C без последствий. На деле пережог для некоторых составов хуже недожога — появляется остекленение поверхности, а внутри остаются незапечённые зоны. Потом такой кирпич в кладке печи работает неравномерно.
У нас был случай на линии ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив — ставили эксперимент с ускоренным обжигом для шамотного кирпича из местной глины. Сократили цикл с 72 до 48 часов, вроде бы вышло быстрее, но в печах металлургов такой кирпич начал крошиться через два месяца. Разобрались — не успевали уйти летучие.
Сейчас для особо ответственных партий мы всегда делаем пробные обжиги в лабораторной печи. Да, это затягивает процесс на 2–3 дня, зато нет сюрпризов при отгрузке. Кстати, по опыту, китайские производители часто экономят именно на этом этапе — отсюда и разговоры про 'нестабильное качество'. Хотя у того же карбида бора марки 'Хуангэн' от Шимань Босэн репутация вполне достойная.
Чистая глина — это хорошо, но для сложных профилей без связок не обойтись. Раньше широко использовали жидкое стекло, но оно даёт гигроскопичность — кирпич впитывает влагу при хранении. Сейчас перешли на лигносульфонаты, хотя и у них есть минус — при длительном нагреве выше 1000°C может появиться рыхлость.
Интересный опыт был с добавкой тонкомолотого шамота — думали, улучшим термостойкость, а получили обратный эффект. Оказалось, мелкая фракция создаёт слишком плотную структуру, парообразование при нагреве идёт с микроразрывами. Пришлось вернуться к классическому гранулометрическому составу: 40% — 0.5 мм, 60% — до 3 мм.
Для высокоглинозёмистых марок иногда добавляют корунд — но это уже для спецзаказов, где температура выше 1700°C. Кстати, на том же заводе в Яане, где делают карбид бора, используют как раз огнеупоры с корундовыми добавками — для печей синтеза.
Сычуаньские глины, например, часто содержат повышенный процент железа — для кирпича марки ШБ это допустимо, но если нужно ШУК, уже проблемы. Железо даёт желтоватый оттенок и снижает огнеупорность на 20–30°C. Мы как-то пробовали отмучивать — экономически невыгодно, проще везти с Дальнего Востока.
Уральские каолины хороши, но там своя беда — природная радиоактивность. Для промышленных печей это некритично, но если кирпич идёт на пищевое оборудование, могут быть вопросы по сертификации. Приходится делать дополнительный радиометрический контроль каждой партии.
Самые стабильные по составу — месторождения в Ленинградской области, но там другая проблема — высокая влажность сырца. Сушка требует особого режима, иначе коробление неизбежно. Мы нашли компромисс — добавляем 5–7% опилок в шихту, они выгорают и создают микропоры для выхода пара.
Многие ограничиваются проверкой на огнеупорность и прочность при сжатии, но для кирпича в динамичных условиях (например, в печах с циклическим нагревом) важнее термостойкость. Мы проводим дополнительные испытания на теплосопротивление — нагреваем образец до 1000°C и резко охлаждаем, смотрим, после какого цикла появляются трещины.
Ещё один важный параметр — остаточная линейная усадка. Если после обжига кирпич 'садится' больше чем на 2%, в кладке будут проблемы с швами. Особенно критично для арок и сводов — там даже миллиметры играют роль.
Кстати, на сайте https://www.cn-boroncarbide.ru есть хорошие описания по контролю качества для абразивов — многие принципы применимы и к огнеупорам. Тот же карбид бора ведь тоже работает в высокотемпературных условиях, хоть и в другом качестве.
Самый простой способ снизить себестоимость — оптимизировать транспортные расходы. Если карьер в 300 км от завода, а местная глина всего на 5% хуже — часто выгоднее брать ближний вариант. Мы считали: разница в качестве компенсируется экономией на логистике, плюс меньше брака при перевозке сырья.
Второй момент — утилизация брака. Битый кирпич не стоит выбрасывать — его можно дробить и добавлять в шихту до 15% без потери свойств. Мы даже специально дробим старую футеровку из демонтированных печей — после прокалки это отличное вторичное сырьё.
Энергозатраты на обжиг — вот где настоящий резерв экономии. Современные туннельные печи с рекуперацией позволяют снизить расход газа на 20–25% compared to старым кольцевым. Кстати, на том же производстве в Яане, судя по описанию, используют как раз энергоэффективные технологии — не згод же они вышли на 100 миллионов юаней в год.
Сейчас много говорят про наномодифицированные глины — добавляют всякие дисперсные оксиды для улучшения свойств. Пробовали мы это дело — да, прочность растёт, но стоимость сырья увеличивается втрое. Для массового производства пока не вариант, разве что для специальных заказов.
А вот направление с легковесными огнеупорами перспективное — уменьшение плотности при сохранении прочности. Мы экспериментировали с вспученным перлитом в составе — получилось снизить вес на 30%, но пришлось пожертвовать термостойкостью. Надо искать другие порообразующие добавки.
Из явных тупиков — попытки использовать отходы других производств в больших объёмах. Зольные уносы, шламы — всё это меняет структуру и предсказуемость поведения материала при высоких температурах. Лучше работать с проверенным сырьём, как та же глина для огнеупорного кирпича из традиционных месторождений.
