книги из ГПНТБ / Аристов, Глеб Георгиевич. Формовщик-прессовщик огнеупорных изделий учебное пособие для подготовки квалифицированных рабочих на производстве

жженный динас попадает вместе с хорошо обожженым в какой-

либо участок свода мартеновской печи, то этот участок уже при разогреве печи после ремонта вырастет больше остальной части свода. Произойдет местное вспучивание. Это нарушит прочность свода.

Недостаточная термостойкость пробки может вызвать отка­ лывание отдельных ее кусочков и даже ее растрескивание и всплывание в ковше, наполненном расплавленной сталью. В слу­ чае откалывания отдельных кусочков пробки стопор будет пе­

рекрывать канал стакана неполностью, сталь будет подтекать,

что вызовет некоторую потерю металла, отливку слитков, брако­ ванных по пленам, необходимость чистки изложниц, залитых металлом, что в свою очередь вызовет задержку выпуска сле­ дующей плавки.

В случае всплывания пробки отверстие ковшового стакана не будет перекрываться совсем, что вызовет аварийную разливку,

потерю большого количества металла, порчу изложниц. Недостаточная механическая прочность огнеупорных изде­

лий приводит к выкрашиванию углов и ребер при транспортиро­ вании, вследствие чего кирпич становится непригодным для кладки ответственных участков печей и других тепловых агре­ гатов.

рода.

Неплотная кладка шахты и особенно торна и лещади домен­

ной печи оказывает значительное'влияние на длительность кам­ пании печи и может быть причиной аварии. Поэтому для домен­

ного кирпича установлены особенно жесткие допуски отклонений

по размерам.

Отклонение от заданных размеров у сифонного кирпича час­ то приводит к неправильному стыку, что вызывает потерю ме­ талла при разливке, загрязнение его неметаллическими включе­

ниями. К этому же приводит и недостаточная термическая стой­ кость сифонного припаса.

Таким образом, соответствие свойств огнеупоров нормам

ГОСТ одинаково важно в отношении как всех физико-химических

показателей, так и признаков внешнего вида и размеров.

Все огнеупорные материалы, согласно ГОСТ 4385—48, клас­ сифицируются по различным признакам.

Взависимости от степени огнеупорности материалы подраз­ деляются на:

огнеупорные с огнеупорностью от 1580 до 1770°, высокоогнеупорные с огнеупорностью от 1770 до 2000°,

высшей огнеупорности с огнеупорностью выше 2000°.

Взависимости от химико-минералогического состава и тех­

нологии производства огнеупорные изделия подразделяются на группы. Отдельные группы по их химической природе объеди­ нены общим наименованием. Наиболее часто применяются огне­

упорные изделия следующих групп:

кремнеземистые динасовые с содержанием SiO2 92—96%, полукислые с содержанием А12О3 менее 30%, шамотные с содержанием А12О3 30—45%,

высокоглиноземистые с содержанием А12О3 более 45%,

магнезитовые с содержанием MgO не менее 85%, форстеритовые, хромомагнезитовые,

магнезитохромитовые.

Многие из огнеупоров, приведенных в классификации, допол­ нительно подразделяются по назначению.

12 Сырые материалы, применяемые для производства огнеупоров

дения устанавливается соответствующими ТУ. Обычно оно со­ ставляет 1,5—3,0%. Для глин, наиболее загрязненных соедине- <ниями железа, верхний допустимый предел содержания их в пе­ ресчете на окись железа не превышает 5—5,5%. Глины с более высоким содержанием окислов железа в производстве шамотных

изделий не применяются. Эти глины, во-первых, не обладают достаточной огнеупорностью, во-вторых, окислы железа при об­ жиге образуют черные железистые выплавки.

Глины, загрязненные в значительной степени окислами желе­

за, сравнительно легко распознаются по внешнему виду, так как

бывают окрашены в оранжевый, красный или светло-коричневый

цвета. Если железо находится в глинах в виде пирита, то цветной окраски может и не быть, но в этом случае пирит часто может

быть обнаружен в виде скопления блестящих золотистых кри­

сталлов.

Пластичность глин. Частички глинистого вещества, образующего глины, имеют очень небольшие размеры — не круп­ нее 5 р (микрон — одна тысячная доля миллиметра).

Благодаря высокой дисперсности и некоторым особенностям строения частиц глины обладают способностью при затворении водой давать пластичное тесто.

Под пластичностью понимают способность материала под

действием внешних усилий изменять свою форму без появления трещин и сохранять полученную форму после прекращения дей­ ствия внешних сил. Пластичность глин зависит от ряда факто­ ров, главнейшие из которых:

1) малые размеры частиц глинистого вещества;

2)пластинчатое строение частиц глины;

3)наличие уплотненных пленок воды вокруг глиняных ча­

стиц.

Глины обладают пластичностью только во влажном состоя­ нии; при постепенном добавлении воды к сухой глине пластич­ ность сначала выражается слабо, затем, при дальнейшем повы­ шении влажности, возрастает, доходя до наибольшего предела, затем опять начинает снижаться и, наконец, исчезает вовсе вслед­ ствие перехода глиняного теста в жидкое состояние. Состояние глиняного теста, при котором оно имеет максимальную пластич­

ность, называют нормальной консистенцией, определяющейся

количеством воды или, как принято называть, нормальным водосодержанием.

Практически нормальной консистенцией считают то макси­

мальное влагосодержание глины, при котором глиняное тесто еще не прилипает к рукам; незначительная (1%) добавка воды уже делает тесто липким.

Определение пластичности глин производится по способу Зе-

мятченского.

Из глиняного теста нормальной консистенции делают шарики диаметром 4,5 см, укладывают их поочередно под головку стерж­ ня прибора Земятченского (рис. 1) и, насыпая на верхнюю пло­ щадку дробь, повышают нагрузку до тех пор, пока шарик, сжи­ маясь, не даст трещины на боковой поверхности.

Показатель пластичности вычисляется по формуле

D

где D — первоначальный диаметр образца, см;

D[ — размер шара при появлении трещин после сжатия, см;

р— нагрузка, вызывающая появление трещин при дефор­ мации шарика, кг.

Для глин высокой пластичности показатель, определенный по способу Земятченского, должен быть выше 3,6; для глин средней пластичности — 2,5—3,6; для малопластичных глин — ниже 2,5.

Определение пластичности по способу Земятченского недо­ статочно точно, так как разница между результатами испытания для глин различной пластичности незначительна.

Точнее пластичность может быть выражена числом пластич­

ности. Определение числа пластичности основано на том, что у глин, обладающих высокой пластичностью, пластическое состоя­ ние сохраняется при значительных изменениях влажности глиня­

ного теста, тогда как у малопластичных глин этот возможный предел колебания влажности небольшой. В соответствии с этим свойством глиняного теста пластичность глины определяется ко­ личеством воды, выраженным в процентах, в пределах которого глина сохраняет пластическое состояние.

Минимальная влажность, при которой глина приобретает пла­ стическое состояние, называется нижним пределом пластичности, или пределом раскатывания. Для характеристики этого состоя­

ния увлажненную глину раскатывают ладонью на гладком сто­ ле, покрытом бумагой, до образования тонких шнуров. При раз­ рыве и последующем сближении шнуры должны соединяться вместе. Минимальная влажность, при которой это возможно для данной глины, выраженная в процентах, характеризует нижний предел ее пластичности.

Верхним пределом пластичности считают предел, когда глина при добавлении 1 % воды переходит в текучее состояние. Для определения верхнего предела пластичности в фарфоровую чаш­ ку кладут 5—10 г глины, просеянной через сито со стороной от­ верстия 0,2 мм (900 отверстий на 1 см2), прибавляют дистил­ лированную воду и тщательно перемешивают до получения одно­ родной массы. Затем с помощью полированного шпателя рассти­ лают массу по дну чашки слоем толщиной около 1 см, разреза­ ют шпателем массу на две части так, чтобы между этими частя-

14 Сырые материалы, применяемые для производства огнеупоров

ми был канал, после чего ударяют ладонью по дну чашки два-

тинские полусухарные и Вознесенские.

Чем мельче частички глинистого вещества, тем больше воды может связать глина — тем больше водосодержание ее нормаль­ ного теста, тем она пластичнее.

В глинах, находящихся в пластичном состоянии, содержится гигроскопическая вода, вода затворения, или свободная, и хи­

мически связанная вода.

Г игроскопической называют воду, поглощенную глиной из атмосферы. Поглощение глиной воды из воздуха, в котором

всегда присутствуют пары воды, происходит вследствие притяже­ ния поверхностными частицами глины частичек водяного пара. Количество гигроскопической воды, поглощаемой глиной из воз­ духа, зависит от влажности его и от величины частичек глини­ стого вещества. Чем выше относительная влажность воздуха и

чем мельче частички глинистого вещества, тем больше гигроско­ пической воды поглощает глина. Если такую глину замешивать с водой, то она приобретает способность давать пластичное тес­ то. При увеличении содержания воды выше определенного для

каждой глины процента пластичность ее уменьшается, тесто ста­ новится липким. Содержание воды, при котором глина обладает наибольшей пластичностью, называют водой затворения.

Для наиболее пластичных глин ЧО вода затворения составляет

27%.

Химически связанная вода входит в состав глини­ стого вещества. Количество ее не зависит от влажности окружа­ ющей атмосферы. Эта вода не может быть удалена из глины

сушкой при 100°; она удаляется при нагревании от 400 до 600°.

При этом свойства глины резко меняются: она теряет способ­ ность при затворении с водой давать пластичное тесто.

Поскольку химически связанная вода является составной частью глинистого вещества, содержание ее в глинах обычно воз­ растает с повышением содержания глинозема.

Отношение глин к нагреванию. При нагревании глина претерпевает значительные изменения.

При нагревании до 105° и выдержке при этой температуре из глины удаляется свободная и гигроскопическая влага — глина

высыхает, становится непластичной, но при затворении водой вновь приобретает пластичность. При удалении воды глина дает усадку, что выражается уменьшением ее первоначального объема и линейных размеров ее кусков. При дальнейшем нагревании до высоких температур (1200—1350°) глина продолжает давать усадку. Усадку глины, полученную при сушке, называют воздуш­ ной, а усадку, полученную при обжиге, — огневой. Сумма воз­ душной и огневой усадок составляет общую усадку.

В зависимости от природы глины и ее влажности воздушная

усадка колеблется в широких пределах. Можно считать, что гли­ ны, имеющие свободную влажность до 10%, при высыхании не дают воздушной усадки. При сушке глин с 15% свободной вла­

ги линейная воздушная усадка составляет 4—5%; с 20% свобод­

20%. Наибольшую усадку дают глины высокой пластичности.

При высыхании глины теряют пластичность, становятся твер­ дыми и часто растрескиваются, что обусловливается удалением

влаги с поверхности, при котором высыхающий поверхностный слой дает усадку, тогда как внутренние части кусков глины со­ храняют прежние размеры или дают меньшую усадку.

Кроме растрескивания, изделия, сделанные из глины, в про­ цессе сушки искривляются. Аналогичные явления — образование трещин и искривление — происходят с глинами и при обжиге.

16 Сырые материалы, применяемые для производства огнеупоров

Если воздушная усадка глины происходит вследствие удале­

ния воды, то огневая усадка при обжиге зависит от образования

при высоких температурах жидкой фазы, которая способствует сближению частичек глинистого вещества. Глина, обожженная при температуре выше 900°, наряду с повышением прочности, теряет способность давать с водой пластичное тесто. Обожжен­

ная глина носит название шамота. Чем выше температура об­ жига глины, тем прочнее и плотнее шамот.

Связующая способность. Под связующей способ­ ностью понимают способность глин связывать непластичные ма­ териалы в общую достаточно прочную однородную массу, из которой в дальнейшем можно формовать изделия.

Связующая способность' зависит главным образом от сте­

пени дисперсности частичек глины. Обычно более пластичные глины обладают большей связующей способностью.

Связующая способность глин характеризуется количеством отощителя, которое может быть ею связано без потери массой

способности формоваться и терять механическую прочность пос­ ле сушки. По связующей способности принято делить глины на

ность глин давать при определенных температурах обжига спек­ шийся плотный и прочный черепок с низкой пористостью. Тем­ пература, при которой достигается уплотнение, обусловливаю­ щее водопоглощение черепка не более 2%, носит название температуры спекания.

Спекаемость глины зависит от количества плавней и диспер­

сности как основного глинистого вещества, так и плавней.

Спекаемость определяет конечную температуру обжига. Чем ниже температура спекания глины, взятой в шихту для связки, тем при более низкой температуре может заканчиваться обжиг изделий. Наиболее низкую температуру спекания— 1150° — име­ ют пластичные часов-ярские глины; бускульские глины спекают­ ся при температуре 1200°, латненские глины — при 1250°; белкинские — при 1350°.

большую усадку, склонны к растрескиванию и, будучи зафор-

мованными в виде пластинок, искривляются. Это создает боль­ шие трудности при производстве из глин огнеупорных изделий

правильной формы и заданных размеров.

С целью уменьшения воздушной и огневой усадок, а также склонности к растрескиванию, к глинам добавляют непластичные

отощающие материалы, не дающие усадки при сушке и обжиге. Таким наиболее распространенным отстающим материалом яв­ ляется обожженная глина — шамот.

Существует несколько способов обжига глины на шамот. Наиболее распространены два из них: обжиг искусственно при­ готовленного шарообразного или яйцевидного брикета в шахтных печах и обжиг измельченной глины во вращающихся печах. При

обжиге в шахтных печах получается более дешевый шамот, од­ нако, с другой стороны, во вращающихся печах может быть по­ лучен шамот более высокого качества.

Основным показателем качества шамота при прочих равных условиях является его водопоглощение, при этом, чем ниже во-

допоглощение и чем меньше колебание этого показателя у раз­ личных кусков шамота, тем выше качество шамота. В зависимо­ сти от назначения изделий, для производства которых исполь­ зуется шамот, к нему предъявляют различные требования по водопоглощению. В частности, для получения нормального кирпи­ ча применяют рядовой шамот с водопоглощением до 10—12%’,

для сифонных изделий — шамот с водопоглощением не свыше

8—10%, для ковшового кирпича —4—5%, для доменного кирпи­ ча, сталеразливочных пробок и стаканов — 2—3%.

3.Кварцевые материалы

Врезультате разрушения некоторых горных пород в природе во время формирования земной коры образовались большие ско­ пления очень мелкого песка. Под действием воды, содержащей

различные растворенные вещества и кремнезем, песчинки с те­ чением времени склеились — «сцементировались» и образовали

твердую породу — песчаники. Наиболее плотные кремнеземистые песчаники принято называть кварцитами. Кварциты, в которых

зерна кварца сцементированы значительным количеством кремне­ зема, называют цементными кварцитами. При незначительном ко­ личестве кремнезема между зернами кварца или полном его от­ сутствии кварциты носят название кристаллических. Содержание кремнезема как в кристаллических, так и в цементных кварцитах почти одинаково; все же кристаллические кварциты следует счи­ тать более чистыми, так как они содержат меньше примесей.

Кварциты являются сырьем для производства динаса.

2 Г. Г. Аристов

18 Сырые материалы, применяемые для производства огнеупоров

По техническим условиям, пригодными для производства ди­ наса кварцитами считают такие, в которых содержится не ниже 96% кремнезема. В кварцитах содержатся следующие примеси: глинозем — 0,5— 1,6 %; окислы железа — 0,5— 1,5 %; окись каль­

ция— 0,5—1,0%; окись магния — 0,1—0,4%; щелочи — 0—0,2%.

Наиболее вредными примесями в кварцитах являются глино­ зем и щелочи. Кварциты с содержанием глинозема выше 1,7%

для производства динаса непригодны, так как из них получается динас с пониженной температурой начала деформации под на­ грузкой. Щелочи действуют аналогичным образом, но более силь­ но, поэтому содержание их допускается не больше 0,2%.

Огнеупорность кварцитов находится в пределах 1730—1750°. Кремнезем, являющийся основной составной частью кварци­ тов, содержится в них в виде кварца, который имеет удельный

вес 2,65. При обжиге до высоких температур кварц переходит в другие устойчивые формы, или, как их называют, модифика­ ции кремнезема, — тридимит, имеющий уд. вес 2,28, и кристо­ балит с уд. весом 2,31.

4. Магнезит и хромит

Магнезит и хромит являются сырьем для производства маг­ незитовых, магнезитохромитовых и хромомагнезитовых изделий.

В природе магнезит встречается в виде углекислой соли маг­ ния —MgCOs, которая при нагревании разлагается на окись маг­ ния — MgO и углекислоту СО2. Примесями в магнезите явля­ ются кремнезем, окись кальция, глинозем, окислы железа. Для

производства огнеупоров применяют магнезитовый порошок,

обожженный при температуре 1600°. Содержание MgO в таком

порошке должно быть возможно более высоким—89—91%. Со­ держание СаО должно быть не более 3%: при более высоком со­ держании СаО на кирпиче в процессе сушки образуются трещи­ ны и посечки вследствие гидратации извести по реакции СаО 4-

+ Н2О = Са(ОН)2.

Огнеупорность магнезита составляет свыше 2000°.

Хромит — это горная порода, в которой содержание окиси хро­ ма Сг20з колеблется в широких пределах.

Хромиты Сарановского месторождения считаются пригодными для производства хромомагнезитовых изделий при содержании Сг20з не менее 33%.

В хромитах Донского месторождения содержание окиси хро­ ма составляет обычно 40—60%. Эти хромиты пригодны для про­ изводства огнеупоров при содержании Сг2О3 не менее 40%.

Огнеупорность хромита — выше 1800°.