книги из ГПНТБ / Новое в изготовлении и службе подин

вого силиката при меньшем содержании доломита в смеси.

При 1600°С скорость взаимодействия компонентов увеличивается. При этом становится заметным взаимо­ действие образующегося расплава и периклаза.

Растворение периклаза в расплавленной связке в случае малого содержания доломита в смеси переводит расплав в область первичной кристаллизации мервинита. Этот же процесс при 1450°С протекает значительно медленнее, вследствие чего мервинит обнаруживается при нагревании в этих условиях лишь в течение трех часов.

Ca3MgSi208—Ca2MgSi20 7— CaMgSi04 диаграммы рав­ новесного состояния Si02—СаО—MgO.

В присутствии окислов железа изменения протекают

магнезиту проявляется при 1450°С и выше. При 1300°С в областях, бедных СаО, окислы железа присутствуют главным образом в форме магнетита; лишь в областях с преимущественным содержанием доломита при 1300°С присутствует не магнетит, а ферриты кальция.

При дальнейшем нагревании область существования ферритов кальция существенно увеличивается и лишь при содержании окалины около 50% между кристалла­ ми периклаза наблюдается значительное количество маг­ нетита.

Присутствие свободных окислов железа при ограни­ ченном содержании СаО в силикатной связке способстствует образованию монтичеллита и ферромонтичеллита, образующих твердые растворы с низкой температурой расплава (около 1250 °С).

Применение шлака в качестве спекающей добавки в магнезиально доломитовые смеси не обеспечивает пол­ ного связывания свободной извести, как и не способст­ вует существенному росту кристаллов периклаза. Для развития процессов рекристаллизации в магнезиально­ доломитовые смеси со шлаком целесообразно вводить ильменит.

Замена шлака окалиной, кроме некоторого измене­ ния характера минералогических превращений в Н4-

10

ростью в среднем 80 кадров в минуту при увеличении 80. Материалы и температуры эксперимента приведены в табл. 1.

Таблица 1

Материалы и режим термообработки препаратов при киносъемке

Из наблюдений следует, что кристаллы периклаза, контактируя с расплавленными силикатами в течение нескольких секунд (20—50), покрываются эвтектической пленкой, после чего одинаковый характер излучения ошлакованных зерен и расплава не позволяет обнару­ жить различия между ними оптическими средствами. В связи с этим изменили метод исследования. Нагретые до плавления силикаты и зерна магнезита подвергали термической обработке по регламентированному режи­ му, после чего закаливали и полировали. Полировки рассматривали под микроскопом (рис. 5, 6). В табл. 2 показаны составы твердой и жидкой фаз и параметры термообработки.

Наблюдение под микроскопом позволило выявить существенное различие в поведении магнезиальных ма­ териалов при их контактировании с железистыми и безжелезистыми силикатами. Обломки, состоящие из от­ дельных кристаллов периклаза, в безжелезистом сили­ катном расплаве насыщаются им весьма быстро. Рас­ плав проникает по границам кристаллов и раздвигает их на расстояние 0,001—0,005 мм.

Частицы, представляющие собой обломки монокрис­ талла периклаза (электроплавленый периклаз), не расчленяются на отдельные кристаллики. Несмотря на это, растворение наблюдается во всем объеме монокри­ сталла и проявляется в образовании каверн, отчетливо видимых в сечении обломка. В течение 30 с силикатный

13

Т а б л и ц а 2

Материалы и термообработка препаратов для микроисследования

Макси­ Длительность

мальная выдержки при Твердая фаза Расплав темпера­ максимальной

тура, °С температуре, с

расплав в районе магнезиального зерна предельно на­ сыщается. периклазом на расстоянии 0,05—0,07 мм, о чем свидетельствует вторичная кристаллизация дендритов периклаза.

Если зерно сложено кристаллами периклаза с высо­ ким содержанием окислов железа, то наряду с разъеди­ нением кристаллов их растворение протекает с наиболь­ шей скоростью в местах включений магнезиоферрита, что предопределяет «дырчатую» структуру корродиро­ ванных зерен (см. рис. 5). Железистый силикатный рас­ плав не проникает интенсивно в обломки периклаза, про­ никновения его с последующим разъединением частиц не происходит даже в очень трещиноватых обломках (см. рис. 6,6). Растворение наблюдается лишь с поверх­ ности зерен. Во всех случаях на периферии обломков видны тонкие каемки с высокой отражательной способ­ ностью; такие же каемки обнаружены в зернах по гра­ ницам кристаллов из магнезиально-железистых смесей

(см. рис. 6, в).

• Описанное выше согласуется с положениями о высо­ кой смачиваемости периклаза безжелезистыми силика­ тами и о существенном снижении ее при повышении со­ держания окислов железа в силикатном расплаве.

15

Проведенные наблюдения позволяют считать, что взаимодействие конгломерата из кристаллов периклаза с безжелезистыми силикатами сопровождается разъеди­ нением кристаллов расплавом. Растворению в первую очередь подвергаются участки с наиболее дефектной структурой кристаллической решетки, например, в ме­ стах выпадения кристаллов магнезиоферрита в магнези­ ально-железистых смесях. Зерно, представленное об­ ломком монокристалла периклаза, безжелезистыми си­ ликатами на частицы не разъединяется. Растворение в этом случае протекает с периферии обломка и в мень­ шей степени в наиболее дефектных участках его объема.

Взаимодействие магнезиальных материалов с желе­ зистыми силикатами протекает по периферии без разъ­ единения кристаллов расплавом, однако проникновение его по границам кристаллов возможно, поскольку меж­ ду ними наблюдаются каемки с высокой отражательной способностью.

Результаты исследования позволяют считать, что для повышения износоустойчивости магнезиальных ма­ териалов грубозернистая составляющая шихты должна состоять из обломков монокристаллов периклаза, а ее количество должно обеспечивать наличие прочного ске­ лета из таких обломков.

Повышению износоустойчивости должно также спо­ собствовать существенное увеличение размера кристал­ лов периклаза, что значительно затруднит их разъеди­

нии состава спекающих добавок упоминалось более по­ лувека тому назад [14—17], однако широкое распрост­ ранение их применение получило лишь в начале второй половины текущего столетия [18]. Замена шлака окис­ лами железа при профилактических исправлениях поди­

слоя [19—26].

16

Процесс этот в магнезиально-железистых подинах заключается в заполнении пустот между зернами про­ гретого порошка расплавленными окислами железа, по­ сле чего или одновременно с этим развиваются диффу­ зионные процессы. Взаимодействие периклаза с окисла­ ми железа протекает преимущественно в твердой фазе. В результате такого взаимодействия образуется магнезиовюстит (MgO-FeO) с различным соотношением вюстита и периклаза; значительно реже в результате взаимодействия образуется магнезиоферрит.

При температуре ремонта подин магнезиовюстит склонен к рекристаллизации, вследствие чего взаимодей­ ствие зерен магнезитового порошка с окислами железа сопровождается интенсивным ростом кристаллов магнезиовюстита.1

Использование окислов железа в качестве спекаю­ щего материала при изготовлении и реставрации подин из магнезитовых или магнезиально-доломитовых порош­ ков предопределило существенное изменение технологии формирования рабочего слоя подины и привело к созда­ нию технологии так называемых однослойных скорост­ ных ремонтов [27].

При этом происходит предварительное жидкостное пропитывание слоя из магнезитового или магнезито-до­ ломитового порошка окислами железа, протекающее с высокой скоростью. Затем окислы железа перемеща­ ются от периферии к центру зерен порошка путем обра­ зования твердых растворов и благодаря поверхностной диффузии. Периклаз частично растворяется в окислах железа.

Скорость перемещения расплавленных окислов ме­ жду зернами в десятки раз превышает скорость проник­ новения их от периферии к центру зерен. Скорость раст­ ворения периклаза (для порошков, практически не со­ держащих дисперсные фракции) в железистом распла­ ве также меньше скорости заполнения им пустот в ра­ бочем слое подины. Это создает благоприятные условия

1 биЯлИотвнв С С С г

лами железа, кроме растрескивания и изменения цвета, существенных изменений структуры не претерпевает. Цвет порошка меняется от коричневого до зеленовато­ серого, что свидетельствует о преимущественно восста­ новительной атмосфере над подиной при ее прогреве. В местах контакта с остатками шлака наблюдается от­ носительно небольшое насыщение кристаллов периклаза железистыми включениями [28].

После пропитывания подины окислами железа на глубину до 50—70 мм степень насыщения ими магнези­ товых обломков увеличивается; насыщаются в первую очередь периферийные участки. В районах насыщения наблюдается значительная интенсификация роста крис­ таллов периклаза (до 0,3 мм). Включения магнезиоферрита в них не обнаруживаются или наблюдаются очень редко. Это, так же как и цвет порошка, после его про­ грева свидетельствует о восстановительных условиях над подиной при ее изготовлении или ремонте.

Несмотря на значительный рост кристаллов перикла­ за, наблюдаются крупные поры как в обломках, так и в цементирующей связке.

Рекристаллизация и увеличение количества мелких кристаллов твердого раствора закиси железа в периклазе (магнезиовюстита) в связующей части подины спо­ собствуют развитию контактов между рекристаллизованными периферийными кристаллами периклазовых агрегатов и мелкими • кристаллами магнезиовюстита дисперсной составляющей. Развитие такой структуры по­ вышает прочность кристаллического сростка подины [29].

Растворение мелких зерен периклаза в железистом расплаве и насыщение периферийных участков крупных периклазовых агрегатов окислами железа усредняет со­ став на контакте обломков магнезитового порошка и вы­ сокожелезистой связки. Это приводит к исчезновению четких границ между железистой связкой и магнезиаль­ ным заполнителем [30].

Уплотнение рабочего слоя, вызываемое интенсивно протекающими процессами рекристаллизации кристал­ лов периклаза при минимальном содержании силикат­ ной неогнеупорной связки между ними, способствует об­ разованию подины, устойчивой в эксплуатации, при ми­ нимальной затрате времени на ремонт.

При изготовлении или исправлении подины металлур­ гическими порошками, насыпаемыми одним слоем, с