ТЕХНОЛОГИЯ ОГНЕУПОРОВ

МАКРОСТРУКТУРА (ТЕКСТУРА) ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Под макроструктурой, или текстурой, понимают количественное соотношение и взаимное распределение зерен вещества и пор. Мак­
роструктура характеризуется пористостью, газопроницаемостью, удельной поверхностью и типом структуры.

1. ПОРИСТОСТЬ

Большинство огнеупорных материалов пористы. Порй могут за­нимать от нуля до 90% общего объема изделий.

Большая часть пор в огнеупорных изделиях сообщается между собой, выходит на поверхность и может быть заполнена водой; та­кие поры считают открытыми. Небольшая часть пор изолирована, недоступна для заполнения водой; эти поры называют закрытыми.

В связи с этим различают общую пористость изделий, которую составляют закрытые и открытые поры, и кажущуюся или открытую, которую составляют только открытые поры.

Поры, которые сами впитывают воду (расплав), находясь в кон­такте с ней, называют капиллярными.

Крупные капиллярные диаметром более 5 мкм выделяют в осо­бую группу так называемых канальных пор. Нижний предел каналь­ных пор 5 мкм принят потому, что металлургические шлаки, реа­гируя со стенками алюмосиликатных изделий, в поры крупнее 5 мкм практически не проникают. Общая классификация пористости по принципу проницаемости приведена ниже.

Общая (истинная) пористость

Открытая (кажущаяся) і

Проницаемая (эффективная) — Яп ров

Непроницаемая: тупиковые поры типа «опрокинутой пробирки», «мешки», мертвое пространство и т. п.

Капиллярная, в том числе гравита­ционные и иегравита - ционные поры

I

Некапилляриая, в том числе «запирае­мые» поры

Неканальная < 5 мкм

Проницаемость вообще зависит не только от размеров и геомет­рии пор, но и от свойств флюида. Пористость огнеупорных изделий обусловливается составом шихт, массы и особенностями технологи­ческого процесса: качеством смешения, режимом прессования и обжига.

Открытая пористость определяется объемом жидкости, погло­щенной порами при кипячении или вакуумировании. Если насыщение материала производилось водой, то открытую пористость вычисляют ПО формуле

Лотк=[(а2 — Aj)/V]100, (ИЛ)
где Яоте—открытая пористость,%; а( — масса абсолютно сухого об­разца, г; а2 — масса того же образца, насыщенного водой, г; V — объем образца, см3.

Объем образца определяют путем гидростатического взвешива­ния. Отношение массы поглощенной воды к массе образца называ­ют водопоглощением:

В = [(%-—%) Лц] 100. (п. 2)

Отношение открытой пористости к водопоглощению будет равно кажущейся плотности

Ркаж = Я отк /В = Ях /У. (И. З)

Для определения общей пористости необходимо знать плотность материала р (масса единицы объема-материала в истинно плотном состоянии без пор).

Отношение кажущейся плотности материала ркаж к его плотно­сти р характеризует долю объема, приходящуюся на совершенно плотное тело, не содержащее пор. Иначе говоря, это отношение ха­рактеризует степень плотности изделия.

Зная степень плотности, легко определить общую пористость Повт, так как она соответствует разности объемов пористого и спло­шного тела, следовательно:

Яобщ = 100(1 - Ркаж/р)- (II. 4)

Закрытая пористость Я3 определяется как разность между об­щей н открытой пористостью:

П3=П0бщ~П0Тк. _ (U.5)

Для подробной характеристики пористой структуры применяют следующие показатели: фактор лабиринта X, фактор структуры К и коэффициент извилистости пор 6:

X = Яобщ /Япрон', (И. 6)

К = Х(1-Яобщ)/(1-Х)! «1.7)

Ь=1/Н, (П.8)

Где Я — высота образца; / — длина капилляра.

Размер пор колеблется от долей миллиметра до нескольких де­сятков ангстрем. В материалах зернистого строения средний размер пор dпор зависит от размера зерна Д3:

Rfnop = °.l5Ds. (П.9)

Где с — экспонента, зависящая от содержания связки, т. е. мелких зерен.

В монофракционных уплотненных порошках при пористости Я выше 30% зависимость размера пор от размера монофракции порош­ка выражается уравнением

3Пор«А,[Я/(1-Я)]1/3 • (И-10)

Сугубо ориентировочно размер пор принимают в пределах 0,3— 0,6 размера частиц и для плотных изделий ОД—0,15. '

Более точно размер пор в изделиях с монодисперсной структу­рой, т. е. в таких изделиях, у которых на кривых распределения пор
имеется один явно выраженный максимум, можно вычислить по га­зопроницаемости:

Dc р я п, ъУкт,

Где rfcp — средний (эффективный по воздуху) диаметр пор, мкм; К—коэффициент газопроницаемости, нПм; П — открытая пори­стость, %.

Поскольку, как правило, с ростом пористости увеличивается и размер пор, то в формулу (11.11) при 50% вводят поправку:

Rfcp « [Я/(100-/7)]17,8)ЛШ7;

Форма пор чрезвычайно сложная. При длительном воздействии высоких температур поры в аморфных изотропных телах стремятся сфероидизироваться, в чисто кристаллических анизотропных приоб­ретают огранку кристаллов («отрицательные кристаллы»).

Распределение пор как по величине, так и по форме в объеме зернистых изделий неравномерно. Крупные и средние поры сосре­доточены между крупными зернами и мелкими, называемыми связ­кой, а также между мелкими зернами, т. е. в связке. Тонкие обычно сфероидальные поры находятся в самых крупных и мелких зернах.

Ансамбль пор образует поровые каналы, которые сугубо упро­щенно рассматриваются как цилиндрические трубки постоянного диаметра, идущие параллельно друг другу (цилиндрическая модель). Поровые каналы переменного сечения называют четочными. Поры, образующиеся между округлыми зернами и соединяющиеся между собой в трех взаимно перпендикулярных направлениях, называют глобулярными.

Особую группу пор составляют поры-трещины, образующиеся в процессе обжига и при службе огнеупоров в различных печах.