1404

Влияние дисперсной фазы на пластичность проявляется глав­ ным образом за счет величины и формы частиц глины, а также развитости их поверхности, влияние дисперсионной среды сказы­ вается за счет характера, содержащихся в ней ионов.

Таким образом, пластичность глиняного теста объясняется на­ личием в качестве дисперсной фазы каолинита и других родствен­ ных ему минералов, частицы которых характеризуются пластин­ чатой формой (величина пластин примерно несколько микрон) и шероховатой поверхностью, обеспечивающих образование вокруг частиц жидких пленок с большим поверхностным натяжением. Пластинчатая форма частиц обеспечивает легкое скольжение их относительно друг друга при давлении, а образовавшиеся пленки воды обеспечивают сцепление частиц.

Для каждой глины существуют нижний и верхний пределы содержания влаги. При переходе нижнего предела глина стано­ вится хрупкой, а при переходе верхнего предела глина теряет пластичность и становится текучей.

Глиняное тесто при высушивании его при температуре 110° С теряет пластичность, но с прибавлением к нему воды снова при­ обретает пластичные свойства.

При прокаливании теста, при температуре 700° С оно теряет пластичность, которая уже не восстанавливается при его увлаж­ нении.

Пластичность малопластичных глин может быть повышена путем:

отмучивания глины или ее помола; удаления воздушных пузырьков из глиняного теста (дезаэра­

ции); добавки к ним высокопластнчных глин, в частности бетонито-

вых глин; выдерживания глиняного теста во влажных и прохладных под­

валах (влажная атмосфера и умеренно низкая температура спо­ собствует гидролизу тонкодисперсных частиц массы с образова­ нием веществ, находящихся в коллоидном состоянии).

В случае надобности, пластичность глиняного теста может быть понижена путем введения в него непластичных отощающих мате­ риалов (песка, молотого черепка, дегидратированной или сухарной глины и т. п.).

Понижение пластичности теста при введении в него отощающих

вокруг коллоидных глинистых частиц), вследствие чего понижается общая сила сцепления частиц и затрудняется их скольжение отно­ сительно друг друга.

П од с в я з у ю щ е й с п о с о б н о с т ь ю г л ин понимают величину сил сцепления частиц влажной глиняной массы. Чем больше связующая способность глины тем большее количество непластичных материалов она может связать в общую достаточно

прочную и однородную массу, годную для последующего формо­ вания из нее изделий.

Вглиняном тесте частицы глины притягиваются друг к другу

ссилой, которая зависит от различных факторов, например, от кривизны поверхности частиц глины, радиуса кривизны поверхно­

сти водных пленок, поверхностного натяжения воды и др.

Сила сцепления частиц зависит также от количества точек касания частиц, т. е. от размеров частиц и плотности их укладки. Чем мельче частицы глины, тем больше точек касания приходится на единицу объема сухого вещества глины и тем больше сила сцепления частиц, а следовательно, тем большую связующую спо­ собность имеет глина.

Ниже приведена зависимость между радиусом частиц и вели­ чиной сцепления:

Глиняные массы для сухого прессования с влажностью 8—10% представляют собой рыхлую сыпучую массу, однако, если такую массу поместить в стальную форму и подвергнуть давлению, то связанность ее возрастает по мере увеличения давления и при надлежащем давлении можно получить весьма прочный образец, сохраняющий приданную ему форму после выемки из прессформы. Это явление объясняется тем, что в процессе сжатия массы, уве­ личилось число точек касания частиц, в связи с чем увеличилась кривизна поверхности влаги у каждой точки касания, а следова­ тельно, увеличилась и сила сцепления частиц.

Присутствие в глиняном тесте пузырьков воздуха уменьшает число точек касания частиц, а следовательно, и силу их сцепления. Вакуумированием глиняной массы можно удалить значительную часть воздуха из нее и таким образом увеличить силу сцепления частиц и повысить пластичность массы.

У с а д к о й г лины называется изменение ее объема в сторону уменьшения при сушке и обжиге.

Изменение объема глиняного теста, происходящее в процессе

под влиянием возрастающей силы поверхностного натяжения пле­ нок воды по мере испарения ее излишка.

Огневая усадка происходит вследствие удаления в процессе обжига остатков гигроскопической влаги и химически связанной воды.

В п р о ц е с с е о б ж и г а г л и н ы проходят реакции, в ре­ зультате которых вновь полученный продукт резко отличается по внешнему виду и по своим свойствам от исходной глины.

При нагревании глины до температуры 110° С из нее полностью удаляется гигроскопическая влага, а при дальнейшем повышении температуры начинает выделяться химически связанная вода, основная масса которой удаляется при температуре 400—600° С и остатки ее — при температуре 800—900° С.

При температуре 600—900° С происходит окисление содержа­ щихся в глине углерода и соединений железа, разложение суль­ фидов и карбонатов.

При температуре 900—1450° С обазуется жидкая стеклообраз­ ная фаза, заполняющая поры черепка, в этом же периоде обра­ зуется муллит, а также тридимит и сложные тугоплавкие сили­ каты.

Состояние наибольшего уплотнения керамического черепка, при котором все открытые поры его заполнены жидкой стеклообразной фазой, называется с п е к а н и е м черепка.

Для некоторых керамических изделий момент спекания черепка является целью обжига, т. е. обжиг черепка на этом заканчивается, для других керамических изделий и в частности для производства строительного кирпича, доведение обжига до спекания черепка нежелательно.

Производство строительного кирпича

Сырьем для производства строительного кирпича служат по­ всеместно распространенные кирпичные глины.

Добыча глины производится в открытых карьерах одночерпаковыми или многочерпаковыми экскаваторами.

Добытая глина транспортируется вагонетками на кирпичный завод, где выгружается в ящичный подаватель, регулирующий подачу глины на бегуны для размола.

Бегуны являются одной из главнейших машин всякого кера­ мического производства. Они представляют собой пару верти­ кально поставленных чугунных или каменных жерновов, вращаю­ щихся на горизонтальной оси, укрепленной на вертикальном валу, находящемся в центре чугунной чаши. Жернова бегают по дну чаши, раздавливая и растирая материал, подаваемый в чашу.

Измельченная бегунами глина продавливается через отверстия, имеющиеся в дне чаши и попадают в корытообразный двухвальный смеситель, где глина перемешивается и увлажняется водой или паром.

Хорошо перемешанная глинистая масса подается в ленточный пресс, представляющий собой чугунный цилиндр, внутри которого вращается шнековый вал.

Глиняная масса, подаваемая в воронку пресса, подхватывается спиралями шнека и передвигается к суживающемуся выходному отверстию цилиндра — мундштуку. При этом масса дополнительно

перемешивается и уплотняется, а затем выдавливается через мундштук в виде непрерывной глиняной ленты, которая разре­ зается специальным резательным аппаратом на отдельные кир­ пичи. Размеры кирпича — сырца несколько больше размеров гото­ вого обожженного кирпича, так как кирпич-сырец в процессе сушки и обжига дает усадку.

Имея различной формы пресса, можно получить керамические изделия различного фасона.

Рис. 109. Кольцевая камерная печь для обжига кирпича (пл^н)

Сформированный кирпич-сырец автоматически укладывается на сушильные деревянные доски и специальными полочными ваго­ нетками транспортируется в камерные или туннельные сушилки, где подвергается сушке до остаточной влажности 6—8%.

Высушенный кирпич-сырец загружается в кольцевую камерную печь (печи такого типа получили наиболее широкое распростра­ нение для обжига кирпича), где обжигаются при температуре 900—1000° С в зависимости от свойств глины, из которой изготов­ лен кирпич.

Рабочей частью кольцевых печей (рис. 109) является замкнутый кольцевой обжигательный канал (объем 300—2000 ж3, ширина 9—12 м, общая длина 80—100 м). В канал через боковые ходки сажается для обжига кирпич-сырец. Топливо забрасывается в печь сверху через отверстия в своде печи и сжигается непосредственно в посадке сырца. Огонь перемещается непрерывно вдоль канала. При садке кирпича-сырца в канале создаются как бы отдельные камеры (у каждого ходка), отделяемые друг от друга во время загрузки бумажными щитками, которые затем сгорают. Во время обжига сырца ходки закладываются кирпичом.

Режим обжига устанавливается выделением на каждый пе­ риод обжига определенного числа камер (обычно печи делят на 16—20 камер). На обжиг 1000 штук стандартного кирпича расхо­ дуется около 150 кг условного топлива. Средняя продолжитель­

ность цикла обжига кирпича 140—180 ч. С 1 м3 рабочего объема печи в месяц снимают 1000—1500 штук кирпича.

Получили промышленное признание также газокамерные печи,, в которых кольцевой обжигательный канал разделен на камеры капитальными стенками и применяется газовое отопление, а так­ же туннельные печи, представляющие длинный прямой обжига­ тельный канал (60—160 м), по которому продвигаются вагонетки, загруженные обжигаемыми изделиями.

Для рационализации обжига кирпича в кольцевых печах, кир­ пич подают из сушилок и сажают в печь в специальных пакетах. Укладка кирпичей в пакеты осуществляется автоматами, которые могут укладывать кирпичи в ряды по заданному рисунку. Большая экономическая эффективность обжига кирпича в пакетах может быть получена при транспортировании его непосредственно из печи на строительные площадки. В печи вводят огнестойкие передвиж­ ные экраны, металлические двери и т. д. Рационализация произ­ водства на действующих кирпичных заводах дает ощутимый тех­ нико-экономический эффект.

В последнее время получает распространение производство строительного кирпича по полусухому способу. Поступающая с карьера глина измельчается на зубчатых вальцах до крупности кусков 3—5 см и подается в сушильный барабан, где подсуши­ вается до влажности 6—8%. Подсушенную глину размалывают бегунами или в дезинтеграторах, просеивают через сито с отвер­ стиями 2—3 мм и подают в бункер, снабженный дозирующим аппаратом. Из дозирующего аппарата молотая глина поступает

вдвухвальный смеситель, где увлажняется до влажности 9—11%

инаправляется в бункер, питающий пресс.

Прессование кирпича из порошкообразной массы производится в механических прессах с вращающимся столом (типа СССМ-538), обеспечивающих давление прессования кирпича 120—150 кГ/см2.

Кирпич, сформованный методом полусухого прессования, не подвергается сушке, а сразу после формования направляется в печь для обжига.

Производство керамических блоков

Технологический процесс этого производства аналогичен про­ изводству строительного кирпича. Блоки чаще всего делают пу­ стотелыми (объемный вес полнотелого кирпича 1,7—1,9 т/м3, то же, пустотелых изделий 1,3—1,5 т/м3).

Для производства х и м и ч е с к и сто й к и х к е р а м и ч е с к и х и з д е л и й применяют материалы, в составе которых преобладают кислотные окислы — сложные алюмосиликаты.

§ 5. Производство огнеупоров

без существенных нарушений свои функциональные свойства в разнообразных условиях службы при высоких температурах.

Огнеупорные материалы классифицируются:

по степени огнеупорности (огнеупорные— 1580—1770°, высокоогнеупорные— 1770—2000°, высшей огнеупорности — 2000°);

по форме и размерам (кирпичи прямые и клиновые, простые, сложные, крупноблочные фасонные изделия);

по составу — кремнеземистые (динасовые, кварцевые), алюмо­ силикатные (полукислые, шамотные, высокоглиноземистые), маг­ незиальные (магнезитовые, доломитовые, форстеритовые, шпинельные), хромистые (хроматовые, хромомагнетитовые), углеродистые (графитовые, коксовые), цирконистые (цирконовые, циркониевые), окисные (окисные специальные), карбидные, нитридные, карборун­ довые, прочие.

Огнеупоры применяются в различных отраслях промышленно­ сти для изготовления огнеупорных стенок, слоев, футеровок, дета­ лей и других конструкций, работающих под воздействием высоко­ температурной газовой среды, расплавленной золы, шлака, ме­ талла" и т. д.

Около 70% всех вырабатываемых огнеупоров потребляет ме­ таллургическая промышленность. В большом количестве огнеупор­ ные материалы требуются также для коксовой, химической, сили­ катной и других отраслей промышленности.

К огнеупорам предъявляются разнообразные требования по их физико-химическим свойствам — огнеупорности, теплопроводности, температуропроводности, электропроводности, пористости, способ­ ности сопротивления окислительным, или восстановительным сре­ дам и т. д., а также и к геометрическим формам и размерам самих огнеупорных изделий — кирпичу для футеровки печей, фасонным изделиям для футеровки и устройству сводов.

Из огнеупоров изготовляются и специальные изделия — ванны, чаши, тигли и т. д. Огнеупорные материалы требуются для изго­ товления электродов для электротермических печей и других целей.

О г не у п о р н о с т ь ю называется свойство материала проти­ востоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Свой­ ство огнеупорности прежде всего зависит от состава данного ма­ териала, а потому, определяя огнеупорность, можно определить

иего чистоту. Огнеупорность важнейших огнеупорных материалов

иизделий и температура плавления входящих в их состав кристал­ лических веществ приведены в табл. 32, 33.

Огнеупорность определяется на стандартном образце — конусе из испытуемого материала, представляющем собой трехгранную пирамиду высотой 30 мм, со стороной нижнего основания 8 мм и верхнего 2 мм.

Под влиянием высоких температур материал конуса размяг­ чается и последний склоняется своей вершиной к основанию. Тем­ пература, при которой вершина конуса коснется подставки, на ко-

* Плавится инконгруэнтио с образованием расплава и нового кристаллического вещества.

торой он стоит, принимается за температуру огнеупорности. Для определения температуры, характеризующей огнеупорность дан­ ного материала, можно пользоваться стандартными конусами — пироскопами, помещаемыми совместно с испытуемыми конусами в печь и одновременно с ними размягчающимися.

Пироскопы нумеруются в соответствии с показателями их огне­ упорности.

Огнеупорность изделий, употребляемых металлургической про­ мышленностью, должна быть не ниже 1580° С. При этом различают огнеупорные изделия, имеющие огнеупорность в пределах 1580— ]770°С, и высокоогнеупорные, имеющие огнеупорность выше 1770°С (для применения в зонах особо высоких температур).

С т р о и т е л ь н а я п р о ч н о с т ь огнеупорных материалов ха­ рактеризуется температурой размягчения при определенной вели-

чине деформации материала под действием статической нагрузки 2 кГ/см2. Реальная нагрузка, выдерживаемая огнеупорной кладкой,

баниям не разрушаясь, экспериментально определяют на образце, подвергаемом нагреву в электрической печи до температуры 850° С и последующему охлаждению в проточной воде. Термостойкость материала оценивается по потере в весе (не более 20%) от числа теплосмен.

Для огнеупоров, применяемых в металлургической промышлен­ ности, важна их шлакоустойчивость. Образующиеся в различных металлургических производствах шлаки вступают в химическое взаимодействие с огнеупорными материалами, из которых делается футеровка печей. Интенсивность ошлаковывания огнеупорной фу­ теровки зависит от природы вещества, составляющего .шлак и футеровку, и от температуры в печи. Начинающееся ошлаковывание огнеупора переходит в разъедание его и в конечном счете приводит к разрушению футеровки. Для характеристики возмож­ ного для данного огнеупора шлакоразъедания производят рас­ четы, пользуясь формулами, определяющими скорость растворения твердого тела в жидкости (шлаке), а также проводят лаборатор­ ные испытания материала, определяя отдельные факторы общего шлакоразъедания — структуру черепка, химический состав и т. п.

Подобные испытания дают лишь качественно сравнимые отно­ сительные показатели.

Производство главных видов огнеупоров

Главными видами огнеупоров являются: динасовые, глинозе­ мистые— полукислые, шамотные и высокоглиноземистые, магнези­

Si02. Обжиг их производят при температуре, обеспечивающей переход кремнезема в тридимит и кристобалит. По характеру материала, применяемого для связи измельченного кремнезема, динасовые изделия делят на известковые, железистые (черный динас), глинистые и на кремнеземистой связке.

Для производства динаса применяют кварциты и песчаники, содержание не менее 95% БЮг и добавки из чистого кварцевое песка и динасового боя (зерна не менее 3 мм).

Отличительной чертой производства динасовых изделий срав­ нительно с описанным выше производством керамических изделий является то, что здесь используется непластичное и очень твердое