ТЕХНОЛОГИЯ ОГНЕУПОРОВ

ОБЖИГ ШАМОТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

При обжиге шамотных изделий происходят спека­ние, а также изменение фазового состава, обратимое термическое расширение и необратимое изменение объ­ема изделия.

Основные физико-химические процессы при обжиге изделий происходят в связующей глине, однако и в ша­моте некоторые процессы также продолжаются. В пре­делах 150—200° С из сырца выделяется остаточная вла­га (вода затворения, гигроскопическая вода). В этот период обжига при недостаточной тяге и большом вы­делении паров воды может возникнуть их конденсация на изделиях, приводящая к образованию посечек и тре­щин. Чем выше остаточная влажность сырца и больше трещина изделия, тем медленнее следует подогревать сырец. Скорость обжига в этот период зависит от кон­струкции печи, массы и влажности не только сырца, но и глины-связки и шамота. Наблюдаются случаи, когда при использовании шамота с низким водопоглощением глина-связка оказывается переувлажненной и при суш­ке в туннельных печах на изделиях образуются трещи­ны. При дальнейшем нагревании шамотных изделий при 400—600° С в глине-связке происходит разложение као­линита с выделением химически связанной воды: при этом возникает лишь незначительная линейная усадка (до 0,5%). В интервале 600—900°С происходит равно­мерное и небольшое объемное изменение, в общем со­ответствующее линейной усадке 2—2,5%, и дальнейшее повышение прочности изделий. При этих же температу­рах окисляются углеродные примеси и сульфиды, раз­лагаются карбонаты кальция и магния.

При повышении температуры обжига ДО 1000—

16—298

1І00°С начинается спекание изделий. В этом темпера­турном интервале возможно образование трещин.

Объемные изменения при обжиге рассчитываются по уравнению

Р=[р0(1-80)]/[р1(1-81)], (VI. 6)

Где р — объемная усадка, доли единицы; е0, еі — истин­ная пористость до и после обжига, доли единицы; р0, pi — плотность до и после обжига.

Уравнение (VI.6) может быть представлено также в виде

P = l_(Fn + FM), (VI. 7)

Где Vn, Vu — объемы пор и материала после обжига, рассчитанные из условия, что их сумма до обжига рав­на единице.

Использование высокожженого шамота, многоша­мотных масс, совместного помола глины и шамота и применение высоких давлений при прессовании умень­шают усадку при обжиге.

Допустимая скорость повышения температуры при обжиге в интервале 1000—1300°С зависит в основном от соотношения количества глины и шамота в массе и температуры обжига последнего. Чем больше шамота в массе и чем при более высокой температуре он обож­жен, тем выше может быть скорость роста температуры в печи для изделий одинакового типоразмера. Обжиг шамотных изделий завершают обычно при температу­ре, превышающей на 100—150° С температуру полного спекания связующей глины. При коротком температур­ном интервале спекания связующей глины температуру обжига принимают на 50—100° С выше температуры спекания связки. Конечная температура обжига изде­лий, изготовленных из каолинитовых глин, богатых глиноземом, составляет 1350—1400° С. Дальнейшее по­вышение ее до 1430—1450°С способствует более полно­му спеканию и снижению дополнительной усадки. Од­нако наступающее при этом размягчение материала вызывает деформацию изделий, особенно в нижних на­груженных рядах садки, а чрезмерное уплотнение изде­лий при потере зернистой структуры материала приво­дит к снижению термостойкости. Каолиновые изделия обжигают при 1450—1500° С. При использовании низко - спекающихся огнеупорных глин может возникать пере­
жог изделий, выражающийся в уменьшении их кажу­щейся плотности, сильном увеличении закрытой порис­тости и появлении вспучивания на поверхности изделий.

В интервале 1300—1400° С для выравнивания темпе­ратуры в печи скорость доводят до 10—16° С/ч в зави­симости от типа садки. Выдержка при конечной темпе­ратуре обжига шамотных изделий составляет 5—6 ч.

Процесс охлаждения шамотных изделий сопровож­дается уменьшением объема материала, поэтому до 800—1000° С охлаждение проводят со скоростью 25— 45° С/ч. Ниже этих температур скорость охлаждения не­сколько замедляют вследствие наличия в печах боль­шого количества тепла, аккумулированного кладкой.

При обжиге шамотных изделий в них возникают на­пряжения двух видов: первые связаны с линейным рас­ширением и разностью температур по толщине изделий, вторые — с превращениями, протекающими в связую­щей глине и отощителе. На величину первых напряже­ний оказывают влияние в основном размеры и формы изделий, от которых зависит температурный градиент. На величину вторых напряжений влияют объемные из­менения сырца во время обжига, которые зависят от природы глины и шамота, их количества в шихте и от температуры обжига изделий. Оба вида напряжений зависят также от скорости подъема температуры в печи.

В настоящее время шамотные изделия обжигают главным образом в туннельных печах. В периодических и кольцевых печах допустимо обжигать разнообразные фасонные и крупногабаритные изделия, требующие дифференцированного режима обжига. Садка таких из­делий получается довольно сложной. Иногда необходи­ма защита фасонных изделий от непосредственного воздействия пламени. Устойчивость садки из фасонных изделий значительно ниже, чем из нормальных изделий, поэтому первые садят на подсад (нижняя треть садки) из нормальных изделий, которых требуется 30—40%, а иногда и больше.

Современные туннельные печи позволяют полностью автоматизировать процесс обжига. Их применение ис­ключает ручной труд в тяжелых условиях при садке и выгрузке изделий.

Ниже дана характеристика типовой туннельной пе­чи для обжига нормальных и близких к ним по разме­рам простых и сложных фасонных изделий:

Производительность (по нормальным издели­ям), т/год 120000

Длина, м:

Печи................................................................................ 131,93

TOC o "1-3" h z сушила............................................................... 29,9

Размеры, м:

Вагонетка в плане.................................................... 3,0x3,1

Высота от пода вагонетки до свода... 2,1

Масса нзделнй на одной вагонетке, т. . . . 13 Число вагонеток:

В печи.................................................................................. 44

В сушнле............................................................................. 10

Температура обжига, °С........................................................ 1450

График обжига ковшовых изделий в туннельных пе­чах приведен в табл. VI.5.

Для выравнивания температур во внутренних и в периферийных участках садки необходимо, чтобы отно­шение площадей поперечного сечения периферийных каналов (у стен и свода) к внутренним составляло 1,3— 1,5 (рис. VI.10).

Брак при обжиге шамотных изделий составляет по нормальным изделиям 0,5—2% и по фасонным издели­ям до 5%.

Во избежание свариваемости изделий между собой применяют подсыпку из чистого кварцевого песка, про-

Сеянного через сито с отверстиями 1—2 мм; песок не должен спекаться при температурах обжига. В тун­нельных печах подсыпку не применяют.

Изменение пористости при обжиге не так велико в сравнении с изменением пористости при прессовании, поэтому можно сделать вывод, что «структура изделий закладывается в сырце». Однако структура сырца при обжиге меняется качественно: размер пор увеличивает­ся, а удельная поверхность уменьшается (табл. VI.6).

Таблица VI.6

Изменение размера пор при прессовании и обжиге шамотных изделий

При обжиге шамотных изделий образуются харак­терные поры размером 0,1—1,0 мкм в результате отры­ва глины от шамота вследствие ее усадки. Такие поры не появляются при применении низкожженого шамота, так как в этом случае шамот и глина имеют примерно одинаковую усадку. Изделия на низкожженом шамо­те, естественно, более плотные. Каолиновые изделия ха­рактеризуются более крупными порами.

Шамотные, полукислые и каолиновые изделия, кро­ме полусухого и пластического прессования, получают также методом термопластического прессования, шли - керного литья, гидростатического прессования и др.