Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сушка, обжиг, плавление в технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. Учебное пособие
.pdf
61
и MgO. В твердом состоянии остаются лишь 2СаО SiO2 и СаО.
Количество жидкой фазы при температуре 14500С обычно составляет
20-30%. Она заполняет поры и капилляры, образует на частицах
тонкие пленки. Расплав содержит ионы Са+2 и комплексные
кремнекислородные ионы, подвижность которых значительно ниже,
чем подвижность катионов. В расплаве происходит деполимеризация
кремнекислородных комплексов, образуются изолированные
тетраэдры SiO
4-
, которые, соединяясь с ионами Са2+, образуют
4
решетку алита (С3S).
Спекание клинкера слагается из трех взаимозависимых,
частично совпадающих во времени процессов: перехода продуктов
твердофазных реакций из твердой фазы в жидкую – плавления и
растворения; перемещения в расплаве ионов реагирующих
компонентов к местам образования новых твердых фаз – диффузии
ионов; образования твердых фаз из расплава – кристаллизация алита.
Алит выделяется из расплава в виде мелких кристаллов, способных к
дальнейшему росту. Скорость образования алита определяется
скоростью растворения оксида кальция и зависит от физикохимических свойств расплава и в первую очередь от его вязкости и
поверхностного натяжения.
В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 13000С
до 1100-10000С. Часть жидкой фазы при этом кристаллизуется с
выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть затвердевает
в виде стекла.
Границы зон во вращающейся печи достаточно условны и не
являются стабильными. Меняя режим работы печи, можно смещать
зоны и регулировать тем самым процесс обжига.
Вопросы к тексту 17
1. Какие процессы происходят в зоне испарения?
2. При какой темепратуре начинается процесс дегидратации?
3. Какие вещества образуются в процессе декарбонизации? При каких
температурах?
4. Какие минералы образуютя в процессе твердофазного спекания?
5. Как влияет на расплав повышение температуры?
6. Какие процессы характеризуют спекание клинкера?
62
Задания к тексту 17
В научном тексте используются прилагательные с суффиксом -
ов- (вариант -ев-) со значением “относящийся к тому, что называет
производящее существительное”. С помощью суффикса -ов- они
образуются от слов с основой на твёрдый согласный (резина >
резиновый), с помощью суффикса -ев- – от слов с основой на мягкий
согласный, включая й, а также ш, щ, ж, ч, ц (отрасль > отраслевой,
гелий > гелиевый, груша > грушевый, вещь > вещевой, нож >
ножевой, ключ > ключевой, лицо > лицевой).
1. Определите, от каких существительных образованы с помощью
суффикса -ов- (-ев-) прилагательные обжиговый, газовый,
сырьевой, кальциевый.
2. Образуйте с помощью суффикса -ов- (-ев-) прилагательные от
слов право, край, замша, число, пластик, речь, фаза, кремний, толь,
сланец, щавель, шихта, марш, сырьё, днище, подшипник.
Лексико-грамматические модели
ЧТО претерпевает ЧТО ЧТО слагается ИЗ ЧЕГО
18. Плавление в технологии тугоплавких
неметаллических и силикатных материалов
Плавлением в технологии ТНСМ называют перевод
минерального сырья из твердого в жидкотекучее состояние в
результате теплового воздействия. Плавление в процессе разогрева
сопровождается тепло- и массообменными процессами и фазовыми
превращениями.
В производстве некоторых строительных материалов и изделий
промежуточной стадией их изготовления является получение
силикатных расплавов. Из силикатных расплавов изготавливают
минеральную и стеклянную вату. В производстве некоторых видов
изделий строительной керамики плавлению подвергают сырьевые
смеси для последующего изготовления из них глазурей – тонких
стекловидных декоративных покрытий.
63
Расплавы получают путем нагревания до высоких температур
сырьевых смесей заданного химического состава. В вещественном
составе сырьевых смесей могут содержаться кристаллы,
кристаллические соединения и аморфные вещества. Процесс
плавления каждого из этих компонентов развивается своеобразно.
Плавление чистых кристаллических веществ является фазовым
превращением, при котором скачкообразно изменяется их внутреннее
строение с соответствующим изменением их физических свойств.
Оно происходит при постоянной температуре – температуре
плавления, соответствующей термодинамическому равновесию, при
котором свободная энергия твердой и жидкой фаз одинакова. Выше
этой температуры устойчиво жидкое состояние (расплав перегрет),
ниже – устойчиво твердое состояние. Температура плавления у
минералов непостоянного состава изменяется в некотором интервале
температур, что характерно, например, для гидрослюд и
монтмориллонита.
Температура плавления зависит от строения электронных
оболочек атомов и ионов элементов кристаллов, структуры твердых и
жидких фаз, характера межатомных и межмолекулярных связей и
степени неупорядоченности кристаллической решетки. С
увеличением межатомных расстояний температура плавления
понижается, а с увеличением координационного числа (в
кристаллохимии это – число атомов, непосредственно
взаимодействующих с данным атомом) возрастает. У минералов с
координационными структурами температура плавления ниже, чем с
плотными слоистыми структурами.
Температура плавления, равно как и температурный интервал
размягчения, зависит от химической характеристики газовой среды, в
которой осуществляется процесс плавления. В восстановительной
среде температура плавления существенно понижается.
Как известно, кристаллические материалы могут
характеризоваться ближним и дальним порядками в расположении
атомов. Ближний порядок характеризуется упорядоченным
расположением атомов в пределах элементарных ячеек, т.е. вблизи
произвольно выбранного атома. При дальнейшем порядке
образование кристаллической решетки обусловлено геометрически
правильным построением элементарных ячеек. При плавлении
кристаллических веществ нарушается лишь дальний порядок, а
ближний порядок сохраняется – средние расстояния между
64
структурными единицами в субмикроскопических областях жидкой
фазы и кристаллического твердого материала мало отличаются друг
от друга.
Плавление кристаллов происходит скачкообразно. Вместе с тем
этому процессу при нагревании предшествует период накопления
дефектов в кристаллической решетке, концентрация которых
возрастает экспоненциально.
При температуре плавления близки между собой
координационные числа и значения некоторых термодинамических
свойств (например, теплоемкости) кристаллов и их расплавов, в связи
с чем неперегретые расплавы считают также квазикристаллическими
жидкими веществами.
При незначительном перегреве ближний порядок соответствует
высокотемпературной модификации твердого вещества и начинает
нарушаться лишь при дальнейшем перегреве расплава, а полностью
исчезают остатки кристаллического строения вещества лишь в
результате длительной выдержки расплава при температуре,
существенно превышающей температуру плавления. При плавлении
скачкообразно увеличиваются энтропия и уменьшается плотность
материала. Удельный объем жидкости вследствие увеличения
межатомных расстояний возрастает на 2-6 % (исключение составляет
незначительное число веществ, включая воду). Изложенные
закономерности плавления кристаллических материалов несколько
искажаются при наличии в них примесей и дефектов
кристаллической решетки.
Некоторые минералы (карбонаты, отдельные виды сульфидов,
оксиды некоторых материалов) при нагревании распадаются, не
достигая температуры плавления. Кристаллогидраты и минералы,
содержащие летучие вещества, распадаются с выделением летучих
веществ.
Плавление твердых аморфных материалов, характеризующихся
(в отличие от кристаллических веществ) хаотическим расположением
атомов и молекул, а также твердых растворов, происходит
непрерывно с постепенным уменьшением их вязкости по мере
возрастания температуры. Этим обусловлен последовательный
переход при нагревании хрупких материалов этого типа через
пиропластические, вязкотекучие и жидкотекучие состояния. Для
некоторых материалов этого типа кривая изменения вязкости при
нагревании имеет не гладкий характер, а характеризуется наличием
65
«площадок» и даже «горбовин», что объясняется появлением в
процессе нагрева кристаллических новообразований из расплава.
С ростом температуры вязкость расплава снижается по
экспоненциальному закону. В то же время для переработки расплава
в заданные материалы нужна определенная его вязкость. Поэтому
перегрев расплава ведут до температур, соответствующих
достижению им требуемой по технологии вязкости. Так, для
получения минеральной ваты из расплава ваграночной плавки
вязкость его должна находиться в пределах 0,2-1 Пас, а при
получении расплава в ванных печах его вязкость может достигать 510 Пас.
При плавлении кусковых материалов процесс носит в основном
поверхностный характер. Образовавшийся на поверхности куска
расплав стекает с нее, обнажая нерасплавленную поверхность. При
этом непрерывно уменьшаются как линейные размеры куска, так и
площадь его поверхности. При плавлении порошковых сырьевых
смесей первые капли расплава появляются при эвтектических
температурах на контактах отдельных зерен. Вследствие этого
порошки сначала спекаются, т.е. омоноличиваются, переходя в
пиропластическое состояние, и лишь при дальнейшем нагревании
спек переходит в расплав.
Расплавы зрительно воспринимаются как однородные огненножидкие среды. В действительности же они являются
микрогетерогенизированными средами, в которых находятся
растворенные газы и даже кристаллиты – мельчайшие частицы,
сохранившие ближнюю ориентацию молекул кристаллов,
подвергшихся расплавлению.
Процесс плавления является эндотермическим, т.е.
сопровождается поглощением теплоты, количественно
характеризующимся скрытой теплотой плавления. Однако тепловое
колебание частиц при плавлении существенно не увеличивается.
Поглощаемая теплота расходуется на преодоление сил
взаимодействия атомов в кристаллической решетке и характеризует
разницу энергии связи в материале в его жидком и твердом
состояниях.
Скрытая теплота плавления находится в корреляционной связи
с температурой плавления: с повышением температуры плавления
возрастает также скрытая теплота плавления. Для тепловых расчетов
плавильных установок силикатной промышленности можно с
66
округлением принимать скрытую теплоту плавления, равную 335
кДж/кг расплава.
Теплообмен в плавильных установках имеет свои
специфические особенности для каждого типа установок. Однако во
всех случаях (в отличие от обжигательных печей) на интенсивность
теплообмена в процессе плавки заметное влияние оказывает
лучепрозрачность расплава. Стекольные расплавы в значительной
мере лучепрозрачны, и поэтому излучаемые на поверхность расплава
тепловые волны проникают в толщу слоя, осуществляя объемный его
прогрев. Расплавы горных пород практически нелучепрозрачны, и
воспринимаемый ими тепловой поток концентрируется на
поверхности расплава. Это предопределяет целесообразность
плавления горных пород и шлаков в тонком слое.
Сырьевые смеси минераловатного производства содержат
компоненты с заметно различными температурами плавления,
поэтому они плавятся не одновременно. В первую очередь
образуются расплавы, соответствующие эвтектическим температурам
реагирующих веществ. Наиболее легкоплавкие соединения – плавни
– понижают температуру плавления тугоплавких компонентов смеси
соответственно их эквивалентным массам.
Появление первых порций расплава интенсифицируют общий
процесс плавления, поскольку в расплаве начинают растворяться
наиболее тугоплавкие компоненты смеси. Скорость их растворения
возрастает по мере снижения вязкости расплава, которая зависит как
от его состава, так и от температуры. Процесс растворения
тугоплавких компонентов в расплаве ускоряется также с
возрастанием тонины помола тугоплавкого компонента, который
должен быть более дисперсным, чем легкоплавкий компонент.
При проектировании состава сырьевой смеси соотношение
тугоплавких и легкоплавких компонентов должно выбираться в такой
пропорции, чтобы тугоплавкие компоненты успели раствориться за
время пребывания смеси в плавильной установке. Это обстоятельство
важно прежде всего для ваграночной плавки, которая протекает с
ограниченной продолжительностью пребывания сырьевой смеси в
вагранке. Менее значимо это обстоятельство для плавки в ванных
печах.
67
Вопросы к тексту 18
1. Что представляет собой плавление?
2. Какая температура называется температурой плавления?
3. От каких факторов зависит темепратура плавления?
4. Как влияет плавление на порядок расположения атомов
кристаллических веществ?
5. Каковы особенности плавления порошковых смесей?
6. Как соотносятся теплота и температура плавления?
7. От каких факторов зависит интенсивность теплообмена в
плавильных установках?
8. Каков механизм образования расплава сырьевой смеси
минераловатного производства?
Задания к тексту 18
1. Назовите глаголы, от которых образованы существительные:
а) модель: ход < ходить: перевод, разогрев, расплав, смесь, состав,
связь, вид, перегрев, переход, нагрев, рост, прогрев, спек, расчёт,
обмен, помол, раствор;
б) модель: знание < знать: плавление, состояние, превращение,
получение, изготовление, нагревание, соединение, строение,
изменение, увеличение, размягчение, расположение, образование,
накопление, исключение, выделение, уменьшение, нагревание,
появление, расплавление, поглощение, преодоление, округление,
влияние, растворение, возрастание, проектирование, соотношение,
пребывание.
в) модель: рубить < рубка: выдержка, плавка, установка.
В научном тексте могут быть использованы
словообразовательные синонимы — однокоренные производные
слова с одинаковым или близким словообразовательным значением.
Например, в синонимических парах типа отправл-ение — отправ-ка
значение процесса действия выражается при помощи различных
суффиксов – -ени(е) и –к(а).
2. Укажите глаголы, от которых образованы синонимы нарезание
— нарезка, корчевание — корчевка, шлифование — шлифовка, варение
68
— варка, плавление — плавка, сушение — сушка, проектирование –
проектировка.
.
Лексико-грамматические модели
ЧТО превышает ЧТО ЧТО объясняется ЧЕМ
ЧТО воспринимается как ЧТО ЧТО расходуется НА ЧТО
ЧТО концентрируется НА ЧЁМ
Примечания к текстам раздела «Обжиг и плавление в технологии
тугоплавких неметаллических и силикатных маериалов»
Словообразование в научном тексте
Как вам уже известно, в текстах научного стиля речи активно
используются термины – cлова или сочетания слов, которые
обозначают понятия специальной области знания и являются
элементами определенной системы терминов. Внутри такой системы
термин имеет обычно только одно значение.
Обобщенность, абстрактность научного изложения
реализуется в употреблении большого количества существительных с
абстрактным значением. Термины-существительные чаще всего
обозначают обобщенные и отвлеченные понятия (обычно признаки
или действия). Они образуются с помощью суффиксов -ение
(расплавление), -ость (выпуклость), -ство (вещество), -ка (ковка), -0
(расплав). Термины-прилагательные конкретизируют понятия,
названные терминами-существительными. Они образуются с
помощью суффиксов -н- (шамотный), -еск-/-ическ- (гидравлический),
-тельн- (обжигательный), -ов-/-ев- (толевый)и т.д. В научном тексте
активно употребляются как существительные, так и прилагательные,
образованные сложением опорного и конкретизирующего
компонентов (нефтепромышленный, газопровод).
Суффиксальное образование глаголов не отличается
специфичностью, что связано со слабой активностью глагола в
научном стиле речи. Тем не менее можно говорить об активности
употребления слов с суффиксом -ова- и его производными -изова-;
-ирова-; -изирова-, которые дало его сращение с иноязычными
морфемами (фиксировать, блокировать, унифицировать,
гальванизировать).
Следует отметить приставки, которые особенно активны при
образовании терминов разных частей речи: де- (дез-); ди- (диз-); а-;
69
анти-; ир-; противо- (обозначают противоположность действия или
признака: (дегазировать, регресс, ирреальный, антикоррозионный,
противоударный); супер-; ультра-; сверх- (обозначают высокую
степень проявления признака: ультразвук, сверхпрочный). В
большинстве своём термины интернациональны, имеют греческие
или латинские корни и словообразовательные аффиксы. Однако в
русском языке интернациональные термины используются вместе со
специализированной лексикой, созданной на основе слов русского
языка по русским словообразовательным моделям.
70
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВЯЖУЩИЕ
МАТЕРИАЛЫ
КЕРАМИКА
СТЕКЛО и
СИТАЛЛЫ
Подготовка
исходных
компонентов
Подготовка
исходных
компонентов
Подготовка
исходных
компонентов
↓ ↓ ↓
Измельчение:
дробление, помол
Измельчение:
дробление, помол
Измельчение:
дробление, помол
↓ ↓ ↓
Смешивание и
гомогенизация
Смешивание и
гомогенизация
Смешивание и
гомогенизация
↓ ↓ ↓
Тепловая
обработка
(обжиг до
спекания)
Формование
полуфабриката
Тепловая
обработка
(плавление
стекломассы)
↓ ↓ ↓
Охлаждение
Удаление
временной связки
(сушка)
Охлаждение
↓
↓
Размол
Тепловая
обработка
(обжиг до
спекания)
Формование
↓
↓
Охлаждение
Тепловая
обработка
(отжиг, закалка,
ситаллизация)
↓
↓
Дополнительная
обработка изделий
Дополнительная
обработка изделий
Принципиальные технологические схемы получения ТНСМ
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]