ТЕХНОЛОГИЯ ОГНЕУПОРОВ

ИЗМЕНЕНИЯ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В ГЛИНАХ ПРИ ОБЖИГЕ

При обжиге в глинах и каолинах происходят слож­ные и глубокие изменения: проявляется огневая усадка, изменяется минералогический состав, при нагревании до 400° С постепенно удаляется слабосвязанная вода из кристаллической решетки каолинита (эти потери в но - воселицком каолине достигают 3,2%).

В интервале 450—600° С удаляется химически свя­занная вода вследствие разложения каолинита по реак­ции

Al,03-2Si02.2H20-> [А1203 + 2SiO„l + 2Н20.

Реакция идет с поглощением тепла (первый эндотер­мический эффект, см. рис. VI.2) [АЬОз+ЭЮг] —аморф­ный продукт, представляющий собой не механическую, а более тесную смесь глинозема и кремнезема с взаим­ным проникновением компонентов и частичным сохране­нием структуры каолинитовой решетки. Аморфный про­дукт состава [Al203-2Si02] называют метакаолинитом. Каолинит, лишенный химически связанной влаги, необ­ратимо теряет пластичность.

При 400—1000° С карбонаты диссоциируют с выделе­нием углекислоты, сульфиды окисляются с образовани­ем сернистого газа, органические примеси выгорают. Пе­речисленные процессы сопровождаются значительной по­терей массы, некоторым увеличением пористости и уменьшением объема. Механическая прочность при этом не уменьшается, а увеличивается. При температу­ре 1100° С с выделением тепла метакаолинит перестраи­вается с образованием в конечной стадии муллита 3Al203.2Si02:

3 [Al203.2Si02] 3Al203-2Si02 + 4Si02.

С ростом температуры количество муллита непре­рывно увеличивается и достигает максимума при 1250— 1350°С. Длительная выдержка при температурах свыше 1200° С не влияет на увеличение выхода муллита, но спо­собствует росту его кристаллов. Теоретически весь гли­нозем, содержащийся в глине или каолине, должен пе­рейти в муллит, практически выход муллита никогда не достигает теоретического. В чистых и богатых глиноземом материалах фактически выход муллита по сравнению с теоретическим выше, чем в материалах, содержащих больше примесей.

Ниже приведен выход, %, муллита для некоторых глин и каолинов при различных температурах, опреде­ленный методом рационального анализа:

1300°С 1500°С

Часов-ярская 41 . 33,4 —

Латненская ЛТ1 ................................................ 50,3 54,8

Боровичско-любытинская:

Пластичная....................................... 42,3 48,3

Полусухарная............................................. 40,1 52,1

Сухарная...................................................... 31,6 - 58,10

Троицко-байновская:

Полдневская............................................... 42,5 44,5

Межниковская............................................ 39,0 —

Различие, наблюдаемое в выходе муллита при 1300 и 1500° С, в основном обусловливается различной вели­чиной его кристаллов: при 1300°С кристаллы относи­тельно мелкие и в ходе анализа частично растворяются в плавиковой кислоте. Одновременно с образованием муллита идет процесс спекания. Температура начала спекания соответствует резкому изменению усадки. За температуру окончания спекания принимают ту, при ко­торой усадка практически прекращается, а водопогло - щение спекшейся глины будет около 2% (рис. VI. 1).

Температура начала и окончания спекания зависит не от огнеупорности глин, а от их химического и мине­ралогического составов и дисперсности. У монотермито­вых глин более низкая температура спекания, чем у ка - олинитовых; чистые каолины обычно являются трудно- спекающимися.

У большинства огнеупорных глин огневая усадка на­чинается при 600—650° С и протекает медленно и рав­номерно до 900—1000° С. Выше этой температуры усад­ка идет интенсивно и заканчивается при 1250—1400° С.

Увеличение в объеме, наблюдаемое у часов-ярской, а также у некоторых других глин при температуре вы­ше 1300° С, вызывается вспучиванием. Последнее обус­ловливается выделением газообразных продуктов и их
расширением, что наблюдается при пережоге глины, т. е. при обжиге выше температуры спекания. Присутст­вие кремнезема вследствие его роста при обжиге в зна­чительной степени компенсирует усадку глин.

Муллит, образующийся при обжиге глин и каолинов, содержит различные примеси и этим отличается от син­тетического.

В решетке муллита име­ются пустоты радиусом

О

0,6А, в которые могут внед­ряться ионы меньшего и близкого радиусов: А13+, Ti4+, Fe3+, Сг3+ и др. Коли­чество внедренного А13+ мо­жет достигать 6%, Ti4+ 1,5% и Fe3+ 3%. Вследствие бли­зости ионных радиусов А13+

И Fe3+ (0,57 и 0,67 А) проис­ходит частичное изоморф­ное замещение А13+ в решет­ке муллита на Fe3+.

Общее количество железа в решетке муллита (внед­рение и замещение) зависит от температуры обжига. При 1200° С все железо находится в стеклофазе, при 1350° С Fe3+ частично входит в решетку муллита, а стек­ло обедняется железом; при температуре выше 1350° С железо частично выходит обратно из решетки. Внедре­ние Са2+ и Mg2+ неосуществимо, так как влечет за со­бой распад муллита на корунд и соответственно анор­тит и сапфирин. Точно так же КгО и другие щелочи уже при 1200° С разлагают муллит.

Отдельные кристаллы муллита не образуют между собой прямой связи. Муллит встречается в двух кри­сталлографических формах: игольчатой и короткоприз - матической.

Игольчатый муллит армирует стекловидную фазу, поэтому огнеупорность материала, содержащего иголь­чатый муллит, выше огнеупорности материала, содер­жащего короткопризматический муллит, при одинако­вом химическом составе материалов. Образование той или иной формы муллита зависит от температурных ус­ловий. При очень медленном нагреве до сравнительно невысоких температур муллит образуется в призматиче-
ской изометричной форме, так как эта форма термоди намически более устойчива. При быстром нагреве до высоких температур (1300—1400° С и выше) образуется игольчатый муллит. Очень мелкие кристаллики мулли­та этой формы при длительном нагревании и срав­нительно невысоких температурах (1200° С) могут переходить в короткопризматический муллит. А он в игольчатый не переходит.

При обжиге глин и каолинов в них одновременно с муллитом образуется кристобалит, аморфная часть и жидкая фаза (после охлаждения — стеклофаза). Ще­лочи сильно взаимодействуют с кристобалитом и пере­водят его в жидкую фазу, количество которой прямо за­висит от содержания щелочей в алюмосиликатах. Соот­ношением и составом фаз, получающихся при обжиге глин и каолинов, определяются важнейшие свойства алюмосиликатных огнеупоров. На основании физико - химических представлений об устойчивости считается, что кристаллическая часть наиболее стабильна, так как потенциальная энергия у нее более низкая. Стекловид­ная часть, которая, помимо собственно стекловид­ной фазы, включает некоторое количество аморф­ного вещества, метастабильна, так как ее потенци­альная энергия более высока. С этой точки зрения следует стремиться к получению алюмосиликатных - из­делий с возможно меньшим содержанием стекловид­ной части.

Однако вследствие гетерогенности строения разру­шение изделий обычно идет по более слабому месту — стеклофазе, поэтому состав стеклофазы имеет сущест­венное значение. Нельзя считать, что из двух одинако­вых по химическому составу и пористости алюмосили­катных изделий будет устойчивее то, в котором больше содержится муллита.

Стекловидная часть образуется в результате плавле­ния примесей и частичного растворения кристобалита в его метастабильной субмикроскопической форме. Хими­ческий состав стекловидной части зависит от общего со­става глины или каолина до обжига и количества обра­зующегося муллита. При выходе муллита, близком к теоретическому, содержание глинозема и кремнезема в стекловидной части приближается к эвтектическому со­ставу глинозема и кремнезема в системе А1203—ЭЮг (температура плавления эвтектики 1595°С).

Характерный состав стекловидной части следующий; %• -80,0 Si02; 10,0—17,7 АЬОз; 0,7—2,6 Fe203; 1,1—3,2 Т1О2; 0,4—1,7 СаО; 0,4—0,9 MgO и 1,3—5,4 Ме20.

ТЕХНОЛОГИЯ ОГНЕУПОРОВ

ХИМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ

Под химической стойкостью понимают способность огнеупоров не разрушаться в результате различных химических реакций — кор­розии. Коррозия заключается в раствореннн огнеупоров, т. е. в пере­ходе его из твердого состояние в жидкое. …

СУШКА

Сушка представляет собой процесс удаления влаги из твердых пористых материалов путем испарения при температуре обычно ниже точки кипения. Необходимость сушки очевидна для изделий пластич­ного формования вследствие незначительной механи­ческой прочности сырца, …

ОГНЕУПОРНЫЕ ГЛИНЫ И КАОЛИНЫ

Огнеупорными глинами называют землистые обломоч­ные горные породы осадочного происхождения, которые состоят в основном из высокодисперсных гидроалюмо­силикатов, дают с водой пластичное тесто, сохраняющее при высыхании форму, и приобретают после обжига проч­ность …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.