10

1. МАКРОСТРУКТУРА ВОГНЕТРИВКИХ ВИРОБІВ

Макроструктура вогнетривів характеризується твердою частиною і порами. Тверда частина виробів, отриманих напівсухим пресуванням має зернисту будову. Крупні зерна служать як наповнювач, а дрібні - як зв'язка. Топлено-литі і сильно спечені вироби, які отримують шлікерним литвом, при візуальному спостереженні мають суцільну монолітну будову. Пори виявляють як негативний, так і позитивний вплив на властивості вогнетривів. Макроструктура характеризується газопроникливістю, пористістю, питомою поверхнею та іншими показниками.

1.1. ГАЗОПРОНИКЛИВІСТЬ

Газопроникливість характерна для пористих вогнетривких матеріалів і є властивістю пропускати газ при перепаді тиску. Газопроникливість залежить від кількості відкритих пор, їх розміру і структури. Найбільша газопроникливість матеріалу відповідає розміру пор 20-100 мкм. Газопроникливість оцінюють кількістю газу, що пройшов через зразок за одиницю часу (м³/с).

1.2. ПОРИСТІСТЬ

В залежності від виду і призначення вогнетривів їх пористість коливається від 0 до 90%. Більша частина пор сполучається між собою, виходить на поверхню і може бути заповнена водою; такі пори вважають відкритими. Невелика частина пор є ізольованою, недоступною для заповнення водою; ці пори називають закритими. Пори, які самі всмоктують воду (розтоплену масу), знаходячись в контакті з нею, називають капілярними. Крупні капілярні пори діаметром більше 5 мкм виділяють в окрему групу так званих канальних пор. Нижня межа канальних пор 5 мкм прийнята тому, що металургійні шлаки, реагуючи із стінками алюмосилікатних виробів, в пори менше 5 мкм практично не проникають.

1.3. Питома поверхня

Розрізняють зовнішню і повну питому поверхню пористих і порошкових тіл. Під зовнішньою питомою поверхнею (S_g) розуміють сумарну поверхню частинок, а повна питома поверхня (S_v) складається з зовнішньої та поверхні відкритих пор всередині частинок. Зовнішню питому поверхню виражають в квадратних метрах на 1 кг речовини (м²/кг), повну - квадратних метрах на 1 м тіла (м²/м³). Обидві величини зв'язані між собою співвідношенням:

S_v = S_g  М_v ,

де М_v - середня густина (об'ємна маса).

Для монофракційних порошків практично з достатньою точністю зовнішню питому поверхню визначають за формулою:

S_g = 6/   ,

де  - густина, кг/м³;  - довжина ребра куба (розмір частинки порошку), м.

Повна питома поверхня, якщо прийняти циліндричну модель пор, буде рівна:

S_v = 2  / r,

де  - пористість в долях одиниці.

Повну питому поверхню порошків і виробів визначають адсорбційними методами. Повна питома поверхня складає для виробів:

шамотних - 140 м²/кг або 280000 м²/м³ (відкрита пористість 23%; М = 2000 кг/м³);

динасових - 100 м²/кг або 190000 м²/м³ (відкрита пористість 16,6%; М = 1900 кг/м³);

периклазових - 180 м²/кг або 504000 м²/м³ (відкрита пористість 22%; М = 2800 кг/м³);

цегла глиняна - 1500-3500 м²/кг (пористість 12-34%).

2. ТЕРМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

2.1. ВОГНЕТРИВКІСТЬ

Вогнетривкістю називають властивість матеріалу протистояти в певних умовах, не топлячись, дії на нього високих температур. В силікатних матеріалах при певній температурі починає утворюватись рідка фаза. З підвищенням температури внаслідок збільшення кількості рідкої фази і зменшення її в'язкості матеріал втрачає зв'язність і при певній температурі деформується. Температура вогнетривкості матеріалу залежить від його хеміко-мінералогічного складу, дисперсності частинок, швидкості нагріву зразка, його форми і розмірів. Тому вогнетривкість є не фізичною константою, а технічною, значення якої залежить від дотримання низки умов при її визначенні.

Для визначення вогнетривкості з тонкодисперсного порошку матеріалу (прохід через сито 900 отв/см²) готують зразок у вигляді тригранної зрізаної піраміди висотою 30 мм з нижньою основою 8 і верхньою 2 мм. Існує також метод приготування зразків механічним випилюванням їх з виробів. Однак внаслідок значної складності процесу випилювання цей метод не знайшов широкого застосування. Крім того вогнетривкість не характеризує будівельної міцності вогнетривких виробів в умовах їх служби і визначення її на випиляних пірамідках не має практичного значення.

Температуру вогнетривкості визначають з допомогою стандартних піроскопів, які встановлюють в піч поряд з дослідним зразком. Стандартні піроскопи готують з матеріалу відомого хемічного складу, підібраного так, що, деформуючись в стандартних умовах нагрівання, вони торкаються своєю вершиною основи підставки при температурі, позначеній на них. В'язкість матеріалу, яка відповідає цьому моменту коливається в межах 1·10²-1·10³ Па·с. Температура падіння піроскопу виражається його номером, помноженим на 10. Наприклад ПК № 165 відповідає температурі 1650 ^оС.

Умови визначення вогнетривкості виробів регламентуються відповідним стандартом і будь яке відхилення від них обумовлює похибку результатів. Так, якщо швидкість підвищення температури буде вищою від передбаченої стандартом, то значення вогнетривкості будуть більшими, при сповільненні підйому температури вони знизяться. У випадку, коли матеріал містить певну кількість оксидів заліза вогнетривкість буде залежати від газового середовища печі (у відновному середовищі вогнетривкість буде нижчою).

В окремих випадках температуру деформації дослідних піроскопів допускається визначати за показами термопари чи пірометра.