8.1.8 Охлаждение

Это обязательная стадия после тепловой обработки, представляет собой физико-химический процесс и существенно влияет на фазовый состав и свойства получаемого продукта. В зависимости от режима охлаждения меняется соотношение кристаллической и стекловидной фаз в материале и, соответственно, его свойства. Так, портландцементный клинкер требует быстрого охлаждения, что повышает его активность и размолоспособность. Керамику следует охлаждать более осторожно во избежание появления опасных термических напряжений, которые могут вызвать трещинообразование.

8.2 Основные типы тепловых агрегатов при высокотемпературном синтезе тугоплавких неметаллических и силикатных материалов.

Эффективность работы печных агрегатов оценивают следующими показателями:

1. удельный расход теплоты на единицу готовой продукции:

где Q – часовой расход теплоты;

G – часовая производительность установки в единицах продукции.

2. удельный расход условного топлива:

–часовой расход условного топлива;

3. КПД установки:

полезная теплота;

- вся теплота, затраченная в установке.

4. удельный съем с 1 тепловой установки:

,

–площадь рабочего сечения установки.

Печные установки должны обеспечивать:

• требуемое качество получаемой продукции при заданной производительности;

• возможность осуществления надежного и быстрого контроля теплового режима;

• малые удельные расходы теплоты и условного топлива на единицу продукции при высоком КПД установки;

• высокие удельные съемы продукции при обеспечении максимальной компактности установки;

• сборность конструкции установки и возможность быстрого ремонта;

• невысокую стоимость установки, ее долговечность, невысокую себестоимость тепловой обработки;

• безопасность работы обслуживающего персонала.

Для каждого материала задается свой режим обжига. Он характеризуется изменением во времени температуры (температурный режим) и газовой среды (газовый режим). Устанавливаются режимы опытным путем. При огромной разнице температур любой режим делится на три этапа:

1. нагрев;

2. собственно обжиг (изотермическая выдержка);

3. охлаждение.

Особенно чувствительны к режимам обжига сформованные керамические полуфабрикаты. Режим зависит от состава, свойств масс, формы и размеров конкретных изделий.

Период нагревания и скорость нагрева должны быть выбраны таким образом, чтобы избежать разрушения зерен или сформованных изделий. Причиной их разрушения могут быть:

• интенсивное удаление остатков воды в порах;

• удаление химически связанной воды и других летучих компонентов;

• механические напряжения, возникающие в изделиях при нагревании.

Максимальная скорость подъема температуры в обжиговом агрегате зависит от:

• коэффициента термического расширения;

• механической прочности;

• модуля упругости;

• концентрации механических напряжений, возникающих в результате усадки при спекании.

На стадии нагревания идут подготовительные процессы, а также диссоциация и дегидратация составных частей массы.

На стадии обжига – процессы рекристаллизации, твердофазовый и жидкофазовый синтез, а также спекание. Конечная температура обжига и продолжительность изотермической выдержки определяется требованиями к свойствам материала или изделий, которые, в свою очередь, зависят от заданной степени спекания и от требуемой степени завершенности физико-химических превращений. С этой целью можно варьировать максимальную температуру и время обжига.

Период охлаждения опасен усадочными напряжениями, в частности, при кристаллизации жидкой фазы, а также в области низких температур, когда сам материал становится хрупким, поэтому зачастую приходится избегать резкого снижения температуры.

Газовый режим в печах регулируют в большинстве случаев изменением количества воздуха. Для улучшения диссоциации карбонатов в первый период обжига необходимо создать окислительную среду (избыток кислорода в воздухе примерно 10%), а в конце обжига для обеспечения более плотного спекания – восстановительную среду при избытке кислорода до 1%. Среда считается нейтральной при избытке кислорода 2-3% и более.