книги / Неформованные огнеупоры. Т. 1 Общие вопросы технологии

Как следует из рис. 5.33, 5.34, концентрация суспензии значительно влияет как на кинетику процесса, так и на величину КУкр. При увеличении плотности суспензии квар­ цевого стекла с 1,73 до 1,95 г/см3 показатель Сувозрастает с 0,61 до 0,79 (при Су = = = 0,87ч-0,88), что ведет к уменьшению усадки с 44 до 11 %. Показатели КУкрдля кривых 1-5 постоянно увеличиваются с 0,25 до 1,09. Из сравнительных данных для заполнителя с большей пористостью (отливки кварцевого песка с Л = 19 % и циркона с /7 = 38 %) видно, что при наборе суспензии равной плотности (1,90 г/см3) показа­ тель Кутем выше, чем больше пористость заполнителя (см. рис. 5.33, кривые 4, б, 7). Однако для указанных видов заполнителя наблюдается относительно замедленный набор массы (см. рис. 5.34), что определяется активностью заполнителя. Время, за которое осуществляется 50 % набора массы от значения КУкр(при равной величине Су или суспензии), можно использовать для характеристики активности заполнителя. Для примера, показанного на рис. 5.34, активность заполнителя из отливок кварцево­ го стекла, песка и циркона составляет 0,8; 1,5; 15 мин соответственно.

Разница в активности различных типов заполнителей, исходя из теории набора мас­ сы при шликерном литье [5.35], обусловлена тем, что скорость набора тем больше, чем ближе значения водопроницаемости набираемой массы и заполнителя.

Правомочность этого предположения подтверждается данными, приведенными на рис. 5.35 для различных систем заполнитель - суспензия.

Так, если показатель Ку = 1,6 для однотипной (по химическому составу) системы (заполнитель - отливка циркона + суспензия циркона) достигается за 10 мин (кривая 7), то для разнотипной (отливка циркона + суспензия кварцевого стекла) — за 60 мин (кривая 5), а показатель Ку = 0,8 достигается за 0,5 и 7 мин соответственно. Такая существенная разница обусловлена идополнительным фактором— значительно мень­ шей пористостью массы, набираемой из суспензии кварцевого стекла (12-13 %), по сравнению с пористостью массы из суспензии циркона (35 %).

Рис. 5.35. Зависимость Ку(1-5) и К^КУкр (4\ 5*) от продолжительности набора массы т для систем: 1

— заполнитель — отливки циркона + суспензия циркона; 2 — заполнитель — отливки кварцевой керамики + суспензия циркона; 3 — заполнитель — отливки кварцевой керамики + частично коагу­ лированная суспензия кварцевого стекла; 4, 4' — то же, стабилизированная суспензия; 5 ,5*— запол­ нитель — отливки циркона + суспензия кварцевого стекла (для всех случаев плотность суспензии кварцевого стекла 1,90, циркона 2,50 г/см3)

Скорость отложения массы, определяясь фильтрационными процессами, в значи­ тельной мере зависит от ее пористости, что видно из рис. 5.35 (см. кривые 3 и 4). Системы № 3 и 4 различаются только тем, что суспензия в одном случае стабилизиро­ вана (№ 4), в другом частично коагулирована (№ 3). Вследствие этого различаются

Кинетика набора массы на пористый заполнитель может быть изучена не только по показателю структурообразования, но и по толщине набранного слоя. В этом случае применяли исходные образцы заполнителя в виде кубиков с ребром 10-11 мм. ‘Тол­ щина слоя набранной массы Нможет быть рассчитана для образцов неопределенной

где К и 5 — объем, см3, и суммарная поверхность, см2 зерна (куска) заполнителя. При значении КУкрпо этой формуле можно определить критическую толщину Суще­ ственное влияние на кинетику набора массы оказывает удельная поверхность запол­ нителя $ уд, которую целесообразно выражать в см2/см3 и определять из соотношения

6

(5.14)

К/ Г>з ’

где 7)зс— средний размер (диаметр) зерен заполнителя, см; Кг— коэффициент формы, принимаемый в зависимости от формы зерен в пределах 0,7-1,0. Влияние 50я на ско-

Аналогичное влияние размера (объема) кусков заполнителя (или 5>уд) на скорость набора массы для некоторых других систем показано на рис. 5.37,5.38, 5.39.

Практически все заполнители из керамики, полученной шликерным литьем, обла­ дают активной пористостью, близкой к открытой. В то же время высокопористые за­ полнители с Пи =70+80 % (пенокерамика, шамотные легковесные изделия и др.) обла­ дают сравнительно низкой структурообразующей способностью, так как активная пористость таких материалов не превышает 15-20 %. Это обусловлено тем, что круп­ ные поры (более 0,2-0,5 мм), занимающие в них большую объемную долю, в рассмот­ ренном аспекте являются пассивными.

Минимально необходимый показатель структурообразования К™п,достаточный для обеспечения формования керамобетона, рассчитывается из условия, что:

Пример расчета. Пусть требуется определить возможность формования кварцево­ го керамобетона [5.9] на основе заполнителя из боя кварцевой керамики с активной пористостью 20 % (Р 3 = 0,20), й* = 10+15 мм и суспензии кварцевого стекла плотно­ стью 1,88 г/см3 (Си = 0,73). Для указанной суспензии показатель СК|ср, исходя из пори­ стости получаемой отливки 12-13 %, составляет около 0,87 [3],а^ус = [СКкр/С^-1]-100 =

=19%.

Тогда КУкр, определенный по формуле (5.12), будет равен

КУкр = 0,20/(19/100) = 1,05.

Учитывая, что Купили Су для рассмотренной фракции заполнителя составляет 0,55 [5.9], по формуле (5.15) определили К™п

Кут]п = 0,45/0,55 = 0,82.

Так как КУкр >Кутт(1,05 > 0,82), при принятых параметрах обеспечивается формо­ вание керамобетона за счет структурообразующей способности заполнителя. При этом влагоемкость каркаса составляет 1,28 (Ку^К™ п).

В процессе набора массы на пористые заполнитель и форму (структурообразование керамобетона) по мерному цилиндру фиксируется зависимость расхода суспензии Уп от продолжительности т. Кривые кинетики усадки, определяемые расходом суспен­ зии (рис. 5.41), эквивалентно описывают степень заполнения порового пространства зернистого каркаса набранной массой; прекращение усадки свидетельствует об окон­ чании процесса структурообразования керамобетона.

При прочих равных условиях (Су\ плотность набранной массы) объем прибыли (усад­ ки) суспензии К тем больше, чем меньше ее концентрация (плотность), что видно из сравнения кривых 1-3 на рис. 5.41.

Объем суспензии К, израсходованной в процессе формования, по отношению к объе­ му порового пространства в каркасе заполнителя определяет коэффициент его усадки [5.1, 5.6], который для случая, показанного на рис. 5.41, составляет 28 и 18 % для

суспензий с рс, равной 1,81 и 1,88 г/см3 соответственно.

Поскольку расход суспензии в прибыли пропорционален степени заполнения (“за­ растания”) ср порового объема каркаса заполнителя набранной массой, в любой мо­ мент времени п ф(л) будет равна

(5.16)

где Уп(п) и Укон— расход прибыли за период л и в конечный момент времени соответ­ ственно.

Расчет кривых Уп= /(т) по этому уравнению позволяет построить кривые кинетики структурообразования керамобетона, показанные на рис. 5.42.

Если продолжительность структурообразования т для всех размеров заполнителя (см. рис. 5.42) примерно равна; то на начальных стадиях процесса наблюдается суще­ ственная разница, обусловленная размером зерен заполнителя [5.35]. Во всех случаях в начальные периоды структурообразования достигается большая скорость процесса, что обусловлено обычными закономерностями шликерного литья [5.35].

5.7. Огнеупорные заполнители для неформованных огнеупоров

В зависимости от типа, назначения и условий службы неформованных огнеупоров для их производства применяют самые разнообразные огнеупорные заполнители.

Последние характеризуются, прежде всего, данными по химико-минеральному соста­ ву и фракционному составу.

Т а б л и ц а 5.8

Химико-минеральный состав заполнителей

П р и м е ч а н и я . 1. При изготовлении заполнителей из боя и лома огнеупорных изделий к обозначению марки прибавляется буква “у” — утилизированный. 2. Проценты приведены по массе.

Согласно с ГОСТ 23037-78 по химико-минеральному составу заполнители класси­ фицированы на типы и марки, которые по данным [5.37] приведены в табл. 5.8.

Принципы подбора зерновых составов заполнителей рассмотрены в гл. 6.

В классе кремнеземистых заполнителей различают заполнители: из кварцевого стекла (ЗКС), кварцитовые (ЗКВ) и динасовые (ЗД). По физико-химическим показателям за­ полнители должны соответствовать требованиям табл. 5.9.

Для получения заполнителей используют природные материалы (кварцы, кварци­ ты, кварцевые пески) и их производные (кварцевое стекло, лом и бой динасовых огне­ упоров, обожженные брикеты из кварцита с добавками, остеклованный кварцит).

Для огнеупорных бетонов, как и для обжиговых динасовых изделий, нашли приме­ нение трудноперерождающиеся кристаллические кварциты, отвечающие требовани­ ям табл. 5.10.

Однако для некоторых целей, например для футеровки сталеразливочных ковшей, целесообразно применять кварцитовые заполнители, содержащие ЗЮ2 менее 97 %, А120 3 д о 3 % и Ре20 3 до 5 %.

Кварцевые пески при производстве огнеупорных бетонов могут быть использованы

вкачестве мелкозернистых заполнителей. Кварцевые пески основных месторожде­ ний России содержат 76-99 % ЗЮ2; 0,15-8,98 % А120 3; 0,18-3,68 % Ре20 3; до 4,11 % СаО; до 2,02 % М§0; до 3,12 % (Ыа20 + 1^0). Потери при прокаливании песков ко­ леблются от 0,1 до 5,48 %, огнеупорность — от 1625 до 1770 °С. Размер наиболее крупных зерен составляет 0,3-2,5 мм. Пески большинства месторождений содержат 96-98 % ЗЮ,, мало примесей и пригодны для получения заполнителей.

Кварцевое стекло (стеклообразный кремнезем) получают плавлением с последую­ щим охлаждением чистых природных кремнеземистых материалов. Известны про­ зрачные и непрозрачные разновидности стекла, применяемые для изделий разного назначения. Для производства огнеупоров применяют непрозрачное стекло. Сырьем для производства стекла служат специально обогащенные чистые кварцевые пески или крупка жильного кварца с содержанием ЗЮ2 не менее 99,8 %. Заполнители из кварцевого стекла отличаются повышенной прочностью.

Химический состав непрозрачного кварцевого стекла, %: ЗЮ2 99,59; А120 3 0,13; ТЮ.,

— следы; Ре,03 0,10; СаО 0,16; М§0 0,02. Кажущаяся плотность 1,9-2,15 г/см3. Пори­ стость открытая 5-15 %. Максимальная температура для длительного применения 1000-1100 °С, для кратковременного 1500-1800 °С.

Лом и бой динасовых огнеупоров — отходы производства, получаемые в процессе обжига динасовых изделий и при ломке отслужившей футеровки промышленных пе­ чей. Химический состав заполнителей из бракованных динасовых изделий приведен

втабл. 5.11.

Алюмосиликатные заполнители в соответствии с ГОСТ 23037-78 должны соответ­ ствовать требованиям табл. 5.12; 5.13 [5.37].

Для изготовления алюмосиликатных заполнителей используют природные или ис­ кусственные огнеупорные материалы. Они могут быть готовыми к применению либо употребляются после обжига (плавления) и последующего измельчения и рассева.

Наиболее распространенным сырьем для изготовления алюмосиликатных заполните­ лей являются природные материалы (глины и каолины, боксит, андалузит, кианит, силли­ манит, природные гидраты глинозема) и искусственные материалы (технический глино­ зем, брак и бой алюмосиликатных изделий, огнеупорные шлаки и отходы производства).

Из табл. 5.12 следует: для заполнителей шамотного класса (А120 3 < 28 %) нормиру­ емое водопоглощение достаточно высоко (12 %). Оно существенно ниже для шамота муллитокремнеземистого и муллитового состава (3-5 %).

Т а б л и ц а 5.11

Химический состав динасовых заполнителей