|
|
При смешивании огнеупорной глины с
водой образуется липкая и пластичная масса. Изготовленные из нее изделия с
давних пор используются в качестве огнеупорных. Обожженная до Отекания тонкомолотая
огнеупорная глинаслужащая"основным наполнителем этих изделий,
называется, щамотом. Шамотными называют изделия, изготовленные путем обжига
из огнеупорных глин или каолинов с отощецием их шамотом или непластичной, не
размокающей в воде глинистой породой.
Глинистые минералы образовались в результате выветривания
гранитно-гнейсовых пород, дальнейшего распада на ряд минералов и последующего
гидротермального разложения. Одним из продуктов такого разложения, является
каолин. Шамотное сырье каолиновой группы с точки зрения химического состава
состоит из каолинитов.
Основными пластичными глинами в Японии являются глины
кибуси и гайромэ. Глина кибуси содержит кусочки лигнита и коррозионных
кислот, наружный вид различный: белый, синий, темно- синий, черный. В основном
состоит из мелкого каолинита, в виде примесей имеются кварц и угольные
частицы. Глина гайромэ залегает, как правило, в нижнем пласте под глиной
кибуси, содержит обычно большое количество крупнозернистого кварца,
удаляемого посредством отмучивания..Однако пластичность отмученной глины
уступает глине кибуси. Типичные свойства пластичных глин приведены в табл.
84.
Сланцевые глины залегают в более древних осадочных
отложениях, чем пластичные глины. Основной компонент этих глин — темно-серый
или коричневый сланец, образующий твердую породу. В Японии такие сланцы
называют твердыми глинами, которые даже после помола не приобретают
пластичности.
В каолинитах этого сырья содержится 10—15 %
кристаллической воды. При использовании его в естественном состоянии в процессе
обжига возникает большая усадка. Следовательно, необработанное сырье в
качестве наполнителя не применяют. Предварительно сырье обжигают при
1300—1400 °С. В ходе обжига происходит превращение глинистых частиц в муллит,
что способствует большей стабильности сырья. Обожженную продукцию называют
шамотом. В табл. 85 показаны типичные примеры различных шамотов.
Способ производства шамотных изделий показан на 67. С
целью обеспечения лучших свойств и точности размеров" готовой продукции
при массовом изготовлении большими партиями предусмотрены строгое
регулирование зернового состава сырья, смешивание в вакууме, формование под
высоким давлением, обжиг в крупногабаритных печах. Температура обжига зависит
от состава глиноземистого сырья, так как при большом количестве
глиноземистого компонента сильный обжиг отрицательно сказывается на
прочности, что подтверждается диаграммой состояния Si02—А1аОа. Низкосортная
продукция обжигается при 1350, среднесортная — при 1380—1435, высокосортная —
при 1460—1540 °С.
Шамотные огнеупоры получают из алюмосиликатного сырья,
поэтому при высокой температуре они ввиду кислотности разъедаются основными
шлаками. Виды и свойства шамотных изделий, регламентированные японским
промышленным стандартом, показаны в табл. 86.
Согласно ASTM С27—66 шамотные изделия разделяются на пять
классов: особо ответственного и ответственного назначений, полукислые,
средней огнеупорности и неответственного назначения.
Согласно японскому промышленному стандарту шамотные
огнеупорные изделия делятся на десять типов. Изделия первого—пятого типов
используются в основном в местах, сильно изнашиваемых и разъедаемых, а
шестого—десятого типов — главным образом в местах, где чаще всего происходит
растрескивание. Структура изделия зависит от типа сырья, зернистости компонентов,
способа формования и температуры обжига. Со структурой изделия связаны его
физические свойства .(механическая прочность, открытая пористость),
устойчивость к разъеданию шлаками и термостойкость.
В шамотных изделиях вокруг глинистых зерен образуются
зазоры, что приводит к значительной открытой пористости. Кремниевая кислота,
образовавшаяся вследствие разложения глины, реагирует с другими окислами
металлов и примесями. В результате последующей консолидации с частично
расплавленными веществами (расплав которых обладает оетекловывающими
свойствами) образуется прочная структура изделия. В случае обжига при
температуре, превышающей установленную, уменьшается открытая пористость, но
увеличивается скрытая. Образующаяся разновидность полурасплавленного вещества
с деформационными свойствами не подходит для футе- ровочно-печных материалов.
Из-за повышенной температуры обжига термическая устойчивость понижается, но
одновременно повышается сопротивление к шлакам. С другой стороны, изделия с
малой кажущейся плотностью и большой пористостью устойчивы к тепловым ударам,
но имеют малую механическую прочность и слабую шлако- устойчивость. Решающее
влияние на шлакоустойчивость оказывают их структура и плотность. Крупные
открытые поры, трещины, просечки и тем более пустоты в изделиях способствуют
быстрому проникновению и разъеданию огнеупора шлаковыми расплавами, тогда как
плотная мелкозернистая структура материала обеспечивает им при прочих равных,
условиях высокую шлакоустойчивость. На шлакоустойчивость огнеупорных изделий
влияет не только общая пористость, но и размер пор. Металлургические шлаки
порами материала диаметром <5 мкм не всасываются.
Недостаток шамотных изделий заключается в слабой
устойчивости к деформации под нагрузкой в условиях высокой температуры1. Структура
шамота многопористая и сырье само по себе считается низким по классности.
Однако шамот обладает полезными свойствами: малыми коэффициентами
термического расширения и теплопроводности. При нагревании шамота его
газопроницаемость уменьшается. Немаловажно и то, что при дешевой стоимости
его огнеупорность находится в диапазоне 1580—1750 °С. Кроме того, шамот легко
обрабатывается, что существенно при сооружении печей.
Высокосортные шамотные изделия используют для кладки в
сравнительно низкотемпературных зонах доменных печей, воздухонагревателей,
среднесортные — в сталеразливочном припасе, в частности для изготовления
стопорных трубок. Диапазон использования шамота очень широк. Типичные
свойства шамота и его применение показаны в табл. 88.
|