Когда говорят про огнеупорные кирпичи, многие представляют просто красные блоки для камина. На деле же это сложные композиты, где состав шихты и режим обжига определяют, выдержит ли материал 1600°C в доменной печи или рассыплется после первого цикла нагрева.
Начну с шамота — того самого, что идет на кирпичи марки ШАК. Вроде бы классика, но если глину из Латненского месторождения не вылеживать минимум два года, готовые изделия будут трескаться по углам. Мы в 2017 году попались на этом — сэкономили на складских площадях, получили партию с 23% брака.
С высокоглиноземистыми материалами другая история. Тот же корунд или муллит-корундовые композиции требуют тонкого помола — но если переусердствовать, пресс-порошок начинает слеживаться. Как-то раз пришлось останавливать линию из-за забитых матриц, хотя по паспорту фракция была в норме.
А вот карбид бора — особая тема. Не для массовых огнеупоров, конечно, но для спецзаказов типа тигелей иногда используем. Коллеги из ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив как-то делились опытом: их марка ?Хуангэн? идет в защитные элементы сталеразливочных желобов. Важно там не столько огнеупорность, сколько стойкость к эрозии.
Гидравлический пресс против механического — вечный спор. Для шамотных кирпичей до 1000°C механический еще куда ни шло, но когда речь о марках УГЛ-1 или периклазовых изделиях — только гидравлика с плавным ростом давления. Иначе неизбежные градиенты плотности по высоте изделия.
Влажность шихты — тот параметр, который в нормативах дают в диапазоне 4-6%, но по факту для каждой пардии сырья приходится подбирать заново. Запомнился случай с динасовым кирпичом, где из-за партии кварцита с повышенной водопоглощающей способностью пришлось снижать влажность до 3.8%. Прессовалось тяжело, зато сушилась партия без трещин.
Вакуумирование при прессовании — казалось бы, мелочь. Но без него в толстостенных изделиях остаются поры-ловушки, которые при нагреве работают как концентраторы напряжений. Проверяли на резке бракованных кирпичей — в вакуумированных образцах поры равномерно распределены, в обычных есть каверны до 2 мм.
Современные туннельные сушила — хорошо, но дорого. Многие небольшие производства до сих пор используют камерные, где перепад температур по высоте тележки достигает 30°C. Результат — разная усадка и коробление. Как-то пришлось переделывать целую партию поддонов для печей коксования, потому что кирпичи ?велочкой? пошли.
Скорость сушки — отдельная головная боль. Для шамота можно 12 часов выдержать, для магнезита — минимум 36. Однажды пробовали ускорить процесс подогревом воздуха до 140°C — поверхность потрескалась, хотя сердцевина еще сырая была. Вернулись к старому доброму правилу: не более 1.5% влаги в час удалять.
Контрольные взвешивания — скучно, но необходимо. Мы каждые 2 часа берем образцы с разных ярусов. Заметил интересное: если кирпич теряет больше 4% массы за первые 4 часа — жди проблем с трещинами. Видимо, влага слишком активно мигрирует к поверхности.
Температурные кривые для разных составов — это как медицинские карты: у каждого своя. Шамотные кирпичи греем до °C, высокоглиноземистые — до 1500, а некоторые корундовые композиции и до 1750 требуют. Главное — не пропустить момент спекания, когда открытая пористость резко падает.
Выдержка при максимальной температуре — тот параметр, который в учебниках дают в часах, а на практике считают по цвету пламени и состоянию пробников. Для шамота хватает 6-8 часов, а вот для периклазовых кирпичей с добавкой хромита иногда и 12 мало — нужно, чтобы успела пройти твердофазная реакция.
Охлаждение — этап, которому редко уделяют внимание, а зря. Резкий перепад в интервале 800-600°C для динасовых кирпичей критичен — кварц переходит в другую модификацию с изменением объема. Как-то потеряли 15% партии из-за того, что заслонку печи заклинило в открытом положении.
Огнеупорность и температура деформации под нагрузкой — обязательные тесты. Но мы дополнительно всегда проверяем термостойкость методом водяного охлаждения. Бывает, кирпич по основным параметрам в норме, а после 15 циклов нагрева-охлаждения теряет 40% прочности.
Химический анализ — дорого, но необходимо. Особенно когда работаешь с разными поставщиками глин. Однажды поймали партию с повышенным содержанием щелочей — оказалось, карьер сменили, а нам не сообщили. Хорошо, что проверили до запуска в производство.
Разрушающий контроль — жалко, но нужно. Раз в квартал режем по кирпичу из каждой печи, смотрим на структуру черепка, распределение пор, границу спекания. Только так можно вовремя заметить, что шихта стала сегрегировать или температура в печи неравномерная.
Карбид бора в огнеупорах — экзотика, но для особых условий незаменим. Помню, делали футеровку для экспериментальной установки — там нужна была стойкость к расплавам алюминия плюс нейтронная защита. Использовали композит на основе корунда с 8% B4C. Помогли рекомендации от специалистов ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив — у них как раз карбид бора профильный продукт.
Ремонтные смеси — отдельная история. Тут важна не столь огнеупорность, сколько скорость схватывания и адгезия к старому материалу. Разрабатывали как-то состав для аварийного ремонта ковшей — нужно было, чтобы за 2 часа набирал прочность, достаточную для начала работы.
Изделия сложной формы — всегда лотерея. Для фасонных кирпичей аргонно-кислородных печей иногда приходится делать индивидуальные оснастки. И даже тогда процент брака выше — усадочные напряжения распределяются неравномерно.
Себестоимость огнеупорных кирпичей на 60% определяется ценой сырья и энергоносителей. С газом проблемы — его подорожание за последние три года сделало нерентабельными некоторые позиции. Пришлось пересматривать рецептуры, искать возможности снижения температуры обжига.
Импортозамещение — модный тренд, но не все так просто. Европейские высокоглиноземистые материалы действительно качественнее, но в 2-3 раза дороже. Китайские — дешевле, но с стабильностью параметров проблемы. Нашли компромисс — берем базовое сырье местное, а добавки импортные.
Перспективы вижу в композиционных материалах — не просто шамот или корунд, а сложные системы с управляемыми свойствами. Тот же карбид бора, о котором упоминал, может давать интересные эффекты в сочетании с карбидом кремния. Но это уже тема для отдельного разговора.
