Назначения и сущность процессов происходящих при тепловой обработке материалов

Обжигом называется процесс высокотемпературной обработки материалов, в результате которой кирпич – сырец превращается в камнеподобное тело, стойкое против механических, физических и химических воздействий. Под температурным обжигом понимают зависимость между температурой и временем обжига. Режим обжига представляет собой комплекс взаимосвязанных факторов: скорости подъема температуры, конечной температуры обжига, длительности выдержки при конечной температуре, характера газовой среды и скорости охлаждения. Рациональный режим обжига называется такой, при котором можно в наикратчайший срок при минимальном расходе топлива обжечь изделия б ез дефектов с высокими техническими показателями. Устанавливая такой режим, учитывают конкретные условия работы данной печи и её конструктивные особенности. К важным технологическим свойствам, проявляющимся в процессе нагрева глины при высоких температурах. Относится огнеупорность, спекаемость и интервал обжига. Под интервалом обжига понимают температурные границы, в пределах которых изделия при обжиге приобретают свойства, регламентированные действующим ГОСТом. Так, для керамического кирпича минимальная температура обжига будет ограничена достижением прочности, соответствующей марке 75, а максимальная – водопоглощением черепка, равным 8 %. Интервал температур, в пределах которого соблюдается эти величины, и будет интервалом обжига. Интервал обжига намного больше интервала спекания.

Этим объясняется то, что глины с очень малым интервалом спекания пригодны для обжига кирпича. В процессе нагрева при различных температурах в материале керамических изделий происходит ряд сложных физико – химических явления, вызывающих изменение его свойств. В интервале температур 0-150^оС происходит досушка кирпича – сырца. Образующее значительное количество водяного пара в случае быстрого подъема температуры выделяется столько бурно, что может разрушить изделие. При скоростном обжиге – это наиболее опасный для изделия этап. Он может быть исключен из режима обжига, если в печь поступает абсолютно сухой кирпич – сырец. Однако его получение в производственных условия сопряжено с большими трудностями. Кроме того, такой кирпич – сырец хрупкий и возможны его механические повреждения при транспортировании и садке. Высушенные до низкой остаточной влажности керамические изделия во время выгрузки из сушилки, транспортирования и садке в печь могут насыщаться влагой из внешней среды, в результате чего образуются микротрещины, которые при дальнейшей термической обработке увеличиваются и резко снижают качество. В интервале температур 150 -800^оС происходит дегидратация, т.е. удаление химически связанной воды, входящей в состав глинистого вещества и других материалов. Кристаллическая решетка материала разрушается, и глина теряет пластические свойства. Удаление химически связанной воды начинается примерно с температуры 350^оСи может продолжаться до температуры 900^оС. В этот период происходят усадка изделий и снижение их механической прочности. При температуре 200-800^оС выделяется летучая часть органических примесей глины и введенных в состав массы выгорающих добавок, а также окисляются органические примеси в переделах температуры их воспламенения.

Материал приобретает наибольшую пористость, способствующую беспрепятственному удалению воды и летучей части органических веществ и запрессованного топлива. В интервале температур 300-1000^оС происходит разложение карбонатов. При 300-400^оС – карбонатов железа FeCO₃; 600-700^оС – карбонатов магния MgCO₃; 800-900^оС – карбонатов кальцияCaCO₃. Этот период нагрева, включая период дегидратации и модификационных изменений кварца, практически безопасен даже при обжиге глин, чувствительных к данному процессу. В интервале температур от 800оС до максимальной глинозем Al₂O₃ и кремнезем SiO₂ соединяются в безводный алюмосиликат – муллит, значительно улучшающий физико – механические свойства изделий. Этот период нагрева, связанный с разрушением кристаллической решетки глинистых минералов и значительными структурными изменениями в материале изделий, опасен в отношении трещинообразования. При высоких температурах в зависимости от вида находящихся в глине легкоплавких примесей и состава газовой среды начинает образовываться жидкая фаза. С повышением температуры увеличивается объем жидкой фазы, соответственно уменьшается упругость массы, в результате его возникают остаточная деформация под нагрузкой, и наконец, деформация изделий. Чтобы избежать этого, подъем температуры при обжиге кирпича прекращают на этапе, обеспечивающем появление минимально необходимого количества жидкой фазы для образования спаек (связок) между дегидратированными частицами глинообразующих минералов, декарбонизированными частицами известняка и зернами кварца. Это создает условия для достаточной механической и атмосферной стойкости изделий.

[Л-3]