Характеристика используемого сырья

Применяемые в керамической промышленности сырьевые мате­риалы условно делят на три основные группы:

а) пластичные (главным образом глинистые) материалы;

б) отощающие материалы;

в) плавни.

1. ПЛАСТИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Под пластичными материалами принято понимать такие веще­ства, которые, будучи замешаны с водой, способны принимать под действием внешних сил ту или иную форму и сохранять ее. после сушки и обжига. К этой группе относят преимущественно глинис­тые материалы, представляющие собой тонкодисперсные горные породы различного химико-минералогического состава, встречаю­щиеся в природе в рыхлом, пастообразном или уплотненном состоя­нии; при обжиге до соответствующей температуры они теряют химически связанную воду и при дальнейшем повышении темпе­ратуры приобретают механическую прочность и камнеподобное состояние.

Глинистые материалы образуются в природе в результате раз­рушения силикатных горных пород, главным образом полевошпа­товых и слюдистых, под влиянием воды и углекислого газа. По ОСТ 5539 все глинистые материалы делят на четыре ос­новных класса:

а) каолины;

б) глины;

в) сухари;

г) сланцевые глины и глинистые сланцы.

Каолин. Каолин представляет собой глинистые породы белого цвета разных оттенков, состоящие главным образом из минералов каолинитовой группы, преимущественно каолинита (А1₂О₃ • 2SiO₂ • •2Н2О), а также накрита, дикита и галлуазита, с большей или меньшей примесью других минералов. Они имеют ясно выражен­ное кристаллическое строение и сравнительно малую пластичность. Различают каолин первичный, сохранившийся на месте своего об­разования из других пород, и вторичный, перенесенный из корен­ного залегания на большее или меньшее расстояние и отложивший­ся на новом месте.

Первичные каолины образуются при разложении изверженных, метаморфических и осадочных пород, преимущественно содержа­щих полевые шпаты и слюды. Природный каолин содержит значи­тельное количество механических примесей в виде неразложивших­ся и слаборазложившихся остатков горных пород, из которых он образовался. В керамической промышленности перед использова­нием в производстве его обогащают обычно отмучиванием на спе­циальных каолиновых заводах. Огнеупорность отмученного каоли­на 1730—1770°; применяется он главным образом в фарфоровой и фаянсовой промышленности и отчасти в производстве огнеупор­ных, химически стойких и других изделий.

Вторичные или отложившиеся каолины отличаются большим разнообразием минералогического состава и обилием примесей. Частой примесью является мелкий кварц, от которого трудно осво­бодиться даже при обогащении отмучиванием. Во многих вторич­ных каолинах присутствуют органические примеси.

Глины. Глины отличаются от каолинов большим разнообра­зием минералогического и химического состава.

Свойства, на основе которых определяют пригодность глини­стых материалов для отдельных отраслей керамической промыш­ленности, следующие:

а) химический и минералогический состав;

б) гранулометрический состав;

в) пластичность, связность и связующая способность;

г) воздушная и огневая усадка;

д) огнеупорность, температура и интервал спекания.
Минералогический состав. Глины по П. А. Земятченскому состоят из двух групп минералов: одна из них, будучи выделена из породы, непластична и содержится в меньшем коли­честве; другая — пластична и является главной составляющей ча­стью глин.

В зависимости от минералогического характера частей, состав­ляющих основную массу глин, их делят на мономинеральные и по­лиминеральные.

В керамической промышленности наиболее широко применяют каолинитовые огнеупорные глины и каолины, состоящие преиму­щественно из каолинитовых минералов (накрит, дикит, каолинит), имеющих общую химическую формулу А1₂О₃ -2SiO₂ -2Н2О. К этой группе относятся каолины Украины, Урала и Сибири: боровичские, латненские, суворовские, уральские глины и др.

Меньшее значение имеют монтмориллонитовые глины, состоя­щие преимущественно из минерала монтмориллонита (А1₂О₃ -4SiO₂ -Н₂О). Этот минерал содержится в некоторых глинах средне­азиатских (огланлынские) и грузинских (асканские) месторожде­ний, применяющихся в качестве небольшой добавки для повыше­ния формовочной способности керамических масс.

В природе гораздо чаще встречаются полиминеральные глины, однако большая часть их относится к сравнительно низкоценным сортам, используемым в промышленности строительной керамики.

Из высокоценных полиминеральных огнеупорных глин большое значение имеют часов-ярские, состоящие из каолинита (не более 60%), монотермита (11—35%) и кварца (до 20%), новомосков­ские, состоящие из каолинита (57—63%), слюды (8,7—18%) и кварца (2—8%), и ряд других.

Минералогический состав определяет поведение глин в процес­се обжига, а также их формовочную способность, отношение к электролитам и ряд других важных свойств.

Химический состав глин колеблется в широких преде­лах, однако П. А. Земятченский подчеркивает следующие его ха­рактерные особенности:

1. Глины всегда содержат SiO₂, A1₂O₃ и Н₂0. Содержание SiO₂ достигает иногда более 80%. В высокосортных огнеупорных глинах количество SiO₂ снижается до содержания, соответствующего формуле каолинита. Содержание солей щелочноземельных и других металлов не превышает 1,5—2,5%.

2. Во всех глинах в некотором подчиненном количестве нахо­дятся соли Fe, Ca, Mg, Ti, К, Na и др.

3. Большая часть глин, даже белых, содержит различное коли­чество органического вещества.

Характер влияния каждого из окислов на свойства глин зави­сит не только от количества, но и главным образом от его мине­ралогического состава и физического состояния.

Влияние химико-минералогического состава на технические свойства глин сводится в основном к следующему.

1. С повышением содержания свободного кремнезема, не свя­занного с А1₂О₃ в глинистые минералы, связующая способность глин сильно уменьшается, понижается предел прочности на сжа­тие и излом обожженных изделий и повышается их пористость. Из глин, содержащих менее 6—8% А1₂О₃ и более 80—85% SiO₂, не удается получить даже изделий строительной керамики, отве­чающих требованиям ГОСТа.

2. Соединения железа, являясь сильными плавнями, понижают
огнеупорность глины, снижая качество огнеупорных, в особенности
фарфоровых и фаянсовых, изделий (выплавки и мушки); если же
железо присутствует в виде сульфидов, то глины приобретают
склонность к вспучиванию и деформации вследствие выделения
сернистого газа при их разложении. Для легкоплавких глин, идущих на и готовление изделий строительной керамики, примесь железистых соединений, находящихся в мелкозернистом равномерно распределенном состоянии, не вредна; соединения железа, при­сутствующие в виде окисей и гидроокисей (Fe₂O₃-ЗН₂О; Ре₂Оз - Н₂О) понижают температуру спекания и расширяют интервал спекшегося состояния, что очень важно для ряда производств строительной керамики.

3. Присутствие в глинах более 0,5% щелочей в виде углекислых
или сернокислых солей вызывает зыбкость глин, ухудшающую
формовочную способность, понижает их огнеупорность и, кроме
того, дает на изделиях белые выцветы.

4. Углекислый кальций, или гипс, является вредной примесью,
так как он понижает огнеупорность, уменьшает интервал спекшегося состояния и увеличивает усадку. В глинах, используемых в
производстве строительной керамики, содержание угликислого каль­ция с величиной зерна менее 0,1 мм допускается даже до 25%; од­нако с увеличением содержания СаСОз повышается пористость обожженных изделий, уменьшается морозостойкость и предел прочности на сжатие и излом. Если углекислый кальций присут­ствует в виде кусочков величиной более 1 мм в количестве более 5%, то такие глины будут мало пригодны даже для обыкновен­ного кирпича, так как изделия из них после обжига растрескива­ются. Сущность этого явления сводится к следующему. В процессе
обжига легкоплавких глин углекислый кальций разлагается с выделением окиси кальция, которая в крупных кусочках не в состоя­нии полностью вступить во взаимодействие с другими компонента­ми глины. В результате в обожженном изделии остаются кусочки свободной СаО, которая при взаимодействии с влагой воздуха по­степенно переходит в Са(ОН)₂, увеличиваясь при этом в объеме в 1,5—2,5 раза, что вызывает разрушение изделия.

При использовании легкоплавких глин, содержащих включения СаСОз с величиной зерна более 0,5 мм, качественная продукция может быть получена лишь при шликерном методе, так как пласти­ческий и сухой методы приготовления керамической массы не обе­спечивают необходимой степени измельчения СаСОз, а следова­тельно, и необходимой плотности черепка.

Гранулометрический (зерновой) состав исход­ных сырьевых материалов представляет собой количественное со­отношение частиц разного размера, или так называемых фракций.

Чаще всего выделяют фракции 0,01-0,05; 0,05-0,25 и более 0,25 мм. Среди частиц менее 0,01 мм выделяют фракции 0,01-0,005; 0,005-0,001 и менее 0,001 мм.

Гранулометрический состав различных типов глин резко отли­чается друг от друга. Так, например, высокосортные пластичные огнеупорные глины (часов-ярские, латненские и др.) являются вы­сокодисперсными; содержание в их составе фракций менее 0,001 мм равно 60—90%. Легкоплавкие глины для производства строительной керамики имеют более, грубый зерновой состав. В них преобладают фракции 0,01—0,005 и 0,005—0,001 мм, содер­жание фракции меньше 0,001 мм редко превышает 46%, спускаясь иногда до 6 %.

Частицы 0,25 мм и крупнее, как правило, представляют собой угловатые или окатанные зерна (обычно песок). Наиболее мелкие частицы (менее 0,001 мм) состоят чаще всего из чешуйчатых (пластинчатых) зерен глинистого вещества. От гранулометриче­ского состава, в особенности от содержания частиц менее 0,001 мм, зависит ряд важнейших свойств. Решающее влияние на связую­щую способность, отношение к сушке и обжигу оказывает содер­жание частиц с величиной зерна, равной размерам коллоидных частиц (менее 0,001 мм). Чем выше содержание частиц таких раз­меров, тем больше связующая способность, выше усадка и ниже температура спекания.

Пластичность. Пластичностью глин называется их спо­собность давать при затворении водой тесто, которое может прини­мать под влиянием внешних усилий любую форму и сохранять ее после прекращения действия внешних усилий.

С физико-химической точки зрения пластичность глин, представ­ляет собой весьма сложный и к тому же еще недостаточно изу­ченный комплекс явлений, присущий системам из твердой и жид­кой фазы и зависящий от свойств и количественных соотношений этих фаз.

Процесс образования пластичного теста при затворении глины водой протекает следующим образом. Вначале вода проникает

в поры между частицами глины и вытесняет из них воздух. Затем глинистые частицы начинают впитывать воду, увеличиваясь при этом в объеме. Процесс набухания глинистых частиц сопровож­дается небольшим выделением тепла и уменьшением суммарного объема (сумма объемов сухой глины и воды больше объема глини­стого теста). Это свидетельствует о том, что процесс затворения глины водой "является не только физическим явлением, но также и химическим.

Связность и связующая способность. По высы­хании глиняное тесто сохраняет приданную ему форму благодаря силам сцепления частиц глины. Усилие, которое нужно приложить для разъединения частиц глины, характеризует степень ее связности.

Связующей способностью глин принято называть их свойство связывать частицы непластичных материалов, сохра­няя при этом способность массы формоваться и давать после суш­ки черепок достаточно прочный, чтобы выдержать последующие производственные операции (транспортирование, установку в печь и т. д.). При изучении связующей способности глины необходимо определить пределы изменения прочности высушенного образца в зависимости от степени отощения и способность к формованию при различных степенях отощения. Как правило, высокопластичные глины без отощения имеют предел прочности на излом в воздушно-сухом состоянии более 25 кГ/см², а тощие глины—ниже 15 кГ/см².

Воздушная и огневая усадка. Воздушной усадкой глин .называется изменение линейных размеров, которое претерпе­вает свежесформованный образец под влиянием процессов, сопро­вождающих сушку.

Под огневой усадкой понимают изменение линейных размеров, которое претерпевает воздушно-сухой образец под влиянием фи­зико-химических процессов, сопровождающих обжиг.

Огнеупорность. Глинистые материалы, являясь неодно­родным веществом, не имеют определенной точки плавления, а размягчаются постепенно в довольно широком интервале темпе­ратур. За огнеупорность глины условно принимают температуру, при которой образец — трехгранная усеченная пирамида из глины со стороной нижнего основания 8 мм, верхнего 2 мм и высотой в 30 мм «подобный ему образец настолько размягчается, что его вершина наклоняется и слегка "касается подставки, на которой он установлен.

Спекшееся состояние. Одной из важнейших характе­ристик глин является интервал их спекшегося состояния, опреде­ляющийся как разность между температурой полного спекания и температурой начала деформации образца под влиянием соб­ственного веса.

Полностью спекшийся черепок из глины должен иметь водопоглощение не выше 1—2%. Кроме того, во время обжига при более высоких температурах он не должен давать дополнительной усадки.

Начало деформации легкоплавких глин определяется по ряду внешних признаков — по общему увеличению (росту) образцов, наступающему вслед за максимальной усадкой, по появлению редких крупных пузырей или густых мелких и по частичному оп­лавлению острых углов образца.

Интервал спекшегося состояния глины — показатель ее при­годности для производства того или иного вида керамических из­делий. Величина этого интервала у разных глин колеблется в зна­чительных пределах от 10-20 до 100-250°. Чем больше интер­вал спекшегося состояния, тем легче управлять обжигом изделий.

В зависимости от огнеупорности глины разделяются (по ОСТ 5539) на три группы:

1) огнеупорные (О);

2) тугоплавкие (Т);

3) легкоплавкие (Л).

Огнеупорные глины (О) принадлежат к группе тонко­дисперсных, пластичных во влажном состоянии и способных к формованию пород. Отличительным признаком этой группы глин является их высокая огнеупорность, нижняя граница которой при­нята условно за 1580° (ПК 158). Основная масса огнеупорных глин полиминеральна. Большинство огнеупорных глин состоит из каолинита (А1₂О₃-2SiO₂ -2Н₂О), реже из монотермита (0,2RO -А1₂О₃ - 3SiO- 1,5Н₂О - 0,5Н₂О), наличие которого в глинах впер­вые установлено Д. С. Белянкиным и К- Т. Куманиным. От каоли­нов огнеупорные глины отличаются большей дисперсностью и пластичностью, менее ясно выраженным кристаллическим строе­нием и большей степенью загрязнения. Главнейшими загрязняю­щими примесями являются кварцевый песок, плавни (соединения Fe, Ca, Mg, К, Na и др.) и органические соединения. В природном состоянии они бывают окрашены в серый, темно-серый, бурый, черный, желтый и другие цвета. Цвет после обжига — от белого до желто-коричневого. Огнеупорные глины применяются в ог­неупорной промышленности, а беложгущиеся глины в производст­ве фарфоро-фаянсовых, химически стойких и облицовочных ма­териалов.

Тугоплавкие глины (Т) имеют огнеупорность в пределах от 1350 до 1580° (ПК 135—158). По сравнению с огнеупорными глинами они содержат большее количество плавней (от 10 до 15—18%) и отличаются в большинстве случаев более темной ок­раской после обжига. Применяются главным образом в производ­стве химически стойких и облицовочных материалов, а также не­которых изделий строительной керамики.

Легкоплавкие глины (Л) имеют огнеупорность ниже 1350° и содержат до 30% плавней. Все легкоплавкие глины харак­теризуются большой пестротой химико-минералогического состава. Согласно ОСТ 5539 их делят на следующие группы и подгруппы:

1) глины, дающие черепок, окрашенный в темные цвета:

а) не спекающиеся — водопоглощаемость более 5% при температуре обжига на 150° ниже огнеупорности;

б) спекающиеся — водопоглощение менее 5% при температуре
обжига на 150° ниже огнеупорности;

в) глазурно-сплавляющиеся в стекло ниже ПК 118 (1180°);

2) глины, дающие черепок, окрашенный в светлые цвета, — известковые, остающиеся пористыми почти до температуры огнеупорности.

2. ОТОЩАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Пластичные жирные глины редко применяют в чистом виде (без специальных добавок), так как в процессе сушки и обжига они дают большую усадку, сопровождающуюся короблением и растрескиванием, что сильно затрудняет возможность изготовле­ния из них изделий правильной формы и точных размеров. Для уменьшения усадки керамических масс при сушке и обжиге в их состав, наряду с глиной, вводят отощающие материалы.

Отощающие материалы делят на естественные и искусствен­ные. К группе естественных отощающих материалов относят та­кие природные вещества, которые являются постоянными спутни­ками глин и каолинов и не образуют с ними стекловидной фазы при обжиге до 1450°.

К группе искусственных отощающих материалов относят глав­ным образом шамот, получающийся путем обжига огнеупорной глины при температурах 500—700° или при температуре спекания, а также молотый бой и брак керамических изделий. В частности, при производстве шамотных изделий применяют шамотный бой, фарфоровых — фарфоровый и т. д.

Типичными естественными отощающими материалами являют­ся кварц, кварцевый песок, кремень и т. д. При температурах ни­же 1000° эти материалы обеспечивают уменьшение воздушной и огневой усадки, повышение капиллярности массы и тем самым ус­корение процесса сушки. При температурах выше 1000° кварцевые материалы активно участвуют в процессе спекания черепка, реа­гируя с легкоплавкими примесями к глинистым материалам, а также специальными добавками (полевой шпат и др.).

Установлено, что растворение кварца в расплавах, образую­щихся при обжиге, вызывает увеличение вязкости жидкой фазы и уменьшает склонность черепка к деформации.

В процессе нагревания кварцевые материалы претерпевают ряд полиморфных превращений. В частности, в фарфоровых и фаянсовых массах кварц при температуре 573'±2° переходит из бэтта_гформы в альфа-форму, а затем начинает превращаться в кристобалит при тем­пературах не ниже 1000° с выдержкой при этой температуре до 15 час. При этом вначале на зернах кварца появляются периферий­ные ободки из изотропного метакристобалита и только при 1400°

и 10-часовой выдержке наблюдается интенсивное перерождение кварца в метакристобалнт. Перерождения кварца в тридимит в спекающихся, содержащих глину, тонкокерамических и "кислото­упорных массах не наблюдается. Тепловое расширение кварца не одинаково в направлении, перпендикулярном и параллельном главной оси. Расширение же порошка, состоящего из различно ориентированных мелких кристаллов, занимает промежуточное положение.

3. ПЛАВНИ

К плавням относят такие материалы, которые при обжиге из­делий вступают во взаимодействие с основными сырьевыми ма­териалами шихты, образуя легкоплавкие соединения.

При введении плавней в состав керамической массы достигает­ся понижение температуры ее спекания и огнеупорности, благода­ря чему повышается плотность обожженного черепка и, как след­ствие, увеличивается предел прочности на разрыв, сжатие и из­лом, а также уменьшается водопоглощение. С другой стороны, с повышением содержания плавней механическая прочность мате­риалов при высоких температурах снижается.

Все виды плавней можно разбить на две основные группы:

1) собственно плавни, т. е. вещества, флюсующее действие которых обусловливается низкой температурой их плавления;

2) материалы с высокой температурой плавления, но дающие
при взаимодействии с компонентами керамической массы в про­цессе нагревания легкоплавкие соединения. Типичными предста­вителями первой группы плавней являются полевые шпаты, пегматиты, нефелиновые сиениты, сподумены и т. д.; ко второй группе
относят доломит, магнезит и т. п., причем почти все материалы
второй группы могут служить также основным сырьем в производстве огнеупорных изделий.

Полевошпатовые породы плавятся при более низких температу­рах, чем глинистые материалы и кварц, что обеспечивает при 1150—1350° образование в керамической массе стекловидной фа­зы в количестве, необходимом для спекания черепка. Кроме того, стекловидная фаза образуется за счет эвтектических смесей.

В полевошпатовых массах стекловидная фаза образуется как в результате расплавления полевого шпата, так и вследствие его взаимодействия с пылевидным кварцем и продуктами распада гли­нистого вещества. Зависимость растворимости кварца и продуктов распада глинистого вещества в расплавленном полевом шпате о г температуры характеризуют данные табл. 3.

Наиболее качественный керамический черепок (минимальная деформация, хорошее спекание, широкий интервал спекшегося со­стояния) получается при применении калиевого полевого шпата. Чистый калиевый полевой шпат (ортоклаз, микроклин — К2О • •Al₂O₃'6SiO2) не имеет определенной температуры плавления л

расплавляется инконгруентно, распадаясь на лейцит и богатое кремнекислотой стекло: KzO'AbOa'BSiOj-> КзО • АЬОз' 4SiOz+-t-2SiO₂. Это разложение начинается при 1170°, окончательное рас­плавление наступает при 1510—1530°. Ценным свойством калиевого полевого шпата является его большая вязкость при высоких температурах и относительно малое понижение вязкости расплава с повышением температуры нагрева.

Натриевый полевой шпат — альбит (Na₂O • А1₂О₃ • 6SiO₂)—так же, как и калиевый полевой шпат, определенной температуры плавления не имеет, он постепенно переходит в расплав при на­гревании до 1120—1200°. Натриевый полевой шпат обладает зна­чительно меньшей вязкостью при высоких температурах по срав­нению с калиевым, более низкой температурой плавления и более коротким температурным интервалом вязкого состояния. Попытки получить высококачественный хозяйственный и в особенности вы­соковольтный фарфор на основе натриевого полевого шпата прак­тически не удаются, что обусловливается резким понижением вяз­кости натриевой полевошпатовой стекловидной фазы, а следова­тельно, и большой склонностью изделий к деформации. Наличие в калиевом полевом шпате небольшого количества альбита сильно понижает температуру плавления и вместе с тем не оказывает су­щественного влияния на изменение вязкости расплава. Вследствие того, что месторождения чистого калиевого полевого шпата очень ограниченны, в промышленности чаще всего используют горные породы, содержащие в своем составе достаточное количество твер­дых растворов калиевого и натриевого полевого шпата. В частно­сти, при производстве фарфоровых изоляторов начали с успехом применять граниты; в производстве глазурей для строительной ке­рамики— нефелиновые сиениты и т. д. При выборе горных пород в качестве плавней для керамических масс и глазурей необходимо следить, чтобы количество вводимых с ними А1₂О₃ и SiO₂ не пре­вышало количества, предусмотренного рецептурой, а соотношение К₂О и Na₂0 обеспечивало получение достаточно широкого интер­вала спекшегося состояния. Практически установлено, что доста­точно широким интервалом спекшегося состояния (50—75°) обладают массы с применением в качестве плавня горной породы, с соотношением К₂О и Na₂O от 4: 1 до 1 :0,5. При повышении содер­жания Na₂O и уменьшении К₂О в горной породе повышается склонность изделий к деформации в процессе обжига, увеличивает­ся угол диэлектрических потерь, а также склонность глазури к цеку.

1.2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛУЧАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ – ДИНАСОВОЙ ОГНЕУПОРНОЙ КЕРАМИКИ

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ИЗДЕЛИЯМ

Огнеупорными называют изделия, используемые при воздейст­вии на них высоких температур и имеющие огнеупорность не ни­же 1580°.

Значение огнеупорных материалов в современной промышлен­ности очень велико. Огнеупоры широко применяют в металлур­гической промышленности для доменных, мартеновских, нагрева­тельных, термических и других печей; в химической промышлен­ности—для коксовых и колчеданных печей и других тепловых аг­регатов; в промышленности силикатных строительных материа­лов— для цементных, известковых, стекловаренных, керамических и других печей; для футеровки топок паровозов и паровых котлов; для футеровки газогенераторов и в ряде других отраслей* про­мышленности.

Огнеупорные материалы характеризуются следующими важ­нейшими свойствами:

1. Огнеупорностью, зависящей почти исключительно от химико-минералогического состава сырья, из которого они изго­товлены.

2. Шлакоустойчивостью, т. е. способностью противо­стоять воздействию расплавленных шлаков, золы, расплавленных металлов, стекла и других материалов, соприкасающихся с огнеупором в процессе службы. На химическую стойкость (шлакоустойчивость) большое влияние оказывает также и пористость материала, т. е. чем выше пористость, тем ниже его химическая стой­кость.

3. Строительной прочностью при высоких температурах, которая у большинства огнеупоров с повышением температуры сверх определенной резко падает. Существующий метод определения указанной прочности сводится к измерению темпе­ратуры и характера деформации при заданной нагрузке -2 кГ/см² (в кладке большинства тепловых агрегатов нагрузка нe превышает указанной величины).

Температура деформации материалов под нагрузкой в значи­тельной мере определяется их химико-минералогическим соста­вом¹, вязкостью жидкой фазы, образующейся при плавлении лег­коплавких составляющих. Чем больше образуется жидкой фазы и чем меньше ее вязкость, тем. в большей степени снижается тем­пература деформации изделия. На температуры деформации огне­упоров большое влияние оказывает характер строения кристалли­ческой части огнеупора. Тесное взаимное переплетение и сцепле­ние кристаллов основного вещества — образование кристалличе­ского скелета— значительно ослабляет вредное влияние жидкой фазы. Так, например, магнезитовые изделия, содержащие около 90% кристаллов периклаза и 10% маловязкой легкоплавкой жидкой фазы, начинают деформироваться уже при 1500°, в то время как огнеупорность магнезита выше 2300°. Динасовые же изделия, со­держащие до 85—90% тесно переплетенных кристаллов тридимита и кристобалита и 15—10% вязкой жидкой фазы, начинают де­формироваться под нагрузкой при 1650—1670°, т. е. при темпе­ратуре, которая всего на 50—70° ниже их огнеупорности.

Указанная характеристика особенно важна для изделий, иду­щих в кладку сводов и арок пламенного пространства печей и то­пок, где они испытывают наиболее значительные сжимающие или распорные усилия.

4. Термической стойкостью, т. е. способностью огнеупорного изделия выдерживать без разрушения резкие колебания
температуры.

Термическая стойкость зависит от структуры огнеупорного че­репка. Практически установлено, что для каждого данного огне­упора укрупнение зернового состава исходного сырья повышает его термическую стойкость; увеличение размеров изделий и услож­нение их формы уменьшают термическую стойкость вследствие

увеличения сдвига слоев относительно друг друга, нагретых до разных температур.

Термическая стойкость особенно важна для огнеупоров, приме­няемых в кладке периодически действующих тепловых агрегатов, где имеет место резкое колебание температур.

5. Постоянством объема. Продолжительная служба огнеупорного материала при высоких температурах вызывает из­менение его фазового состава, перекристаллизацию и дополнитель­ное спекание. Под влиянием этих изменений происходит умень­шение или увеличение объема изделий, т. е. их дополнительная усадка или расширение. Значительное изменение объема огнеупо­ров в процессе службы приводит к неплотностям кладки и прежде­временному ее разрушению. В частности, значительная дополни­тельная усадка огнеупора приводит к раскрытию швов кладки и в результате этого — к понижению шлакоустойчивости и термиче­ской стойкости футеровки, оседанию и даже провисанию сводов.

Небольшое дополнительное расширение огнеупоров может по­ложительно сказаться на стойкости кладки, особенно в сводах; сильное же расширение вызывает вспучивание свода, нарушение геометрической формы и даже обвал свода вследствие больших температурных напряжений.

Разрушение огнеупорной футеровки тепловых агрегатов зави­сит не только от химической природы самого огнеупорного мате­риала, но и от его структуры: плотности, характера пор и зерни­стости, а также от воздействия химических реагентов.

Требования, предъявляемые к огнеупорам различными отрас­лями народного хозяйства, очень разнообразны и специфичны. По­этому огнеупоры специализируют в зависимости от основных ус­ловий службы.

В настоящее время огнеупорная промышленность выпускает большое количество самых разнообразных по составу и физико-химическим свойствам огнеупорных изделий и. материалов, кото­рые по показателям огнеупорности можно разбить на три основ­ные группы:

1) огнеупорные, имеющие огнеупорность в пределах 1580—1770°;

2) высокоогнеупорные, имеющие огнеупорность выше 1770 до
2000° включительно;

3) материалы высшей огнеупорности — более 2000°, используемые при воздействии особо высоких температур.

Наиболее универсальной классификацией является деление ог­неупоров по химико-минералогическому составу (ГОСТ 4385—48).

ДИНАСОВЫЕ ОГНЕУПОРЫ

Динасом называют огнеупорные изделия, содержащие не менее 93% SiCb и обожженные при таких температурах, что содержа­щийся в них, в виде кварца кремнезем в большей своей части перекристаллизовывается в тридимит и кристобалит.

Для динаса характерными особенностями является дополни­тельное увеличение в объеме при нагреве вместо дополнительной усадки, типичной для других типов огнеупоров.

Динас отличается значительной устойчивостью по отношению к кислым шлакам. Основные шлаки, зола топлива и окислы ме­таллов разъедают динас, образуя легкоплавкие силикаты.

Огнеупорность динаса колеблется в пределах 1670—1730°. Характерной и ценной особенностью динаса является высокая температура начала его де­формации под нагрузкой, близкая к огнеупорности, что можно объяснить наличием в динасе кристаллического сростка.

Основным недостатком динаса является низкая термическая стойкость при температурах ниже 700°. При бы­стром нагревании или быстром ох­лаждении в интервале 100—700° ди­нас теряет прочность, растрескивает­ся и разрушается.

Применяют динас главным образом для кладки сводов и стен кислых мартеновских печей, насадок регенераторов, для сводов стекловаренных, коксовых печей; реже —для внутренней футеров­ки туннельных печей и электропечей.

Основным сырьем для производства динаса являются це­ментные и кристаллические кварциты, а также песчаники содер­жащие Si0₂ от 96 до 98,5%, Al₂O₃ + TiO₂ не более 2% и СаО не более 1%.

Исследованиями последних лет доказана возможность исполь­зования в качестве добавок к динасовой шихте чистых кварцевых песков, маршалита, а также молотого динасового боя с величиной зерна менее 3 шл. Назначение динасового боя — уменьшить во­время обжига рост изделий и, следовательно, ослабить возникаю­щие при этом напряжения.

Наиболее важным техническим свойством кварцитов является их способность при обжиге перерождаться в другие кристалло­графические формы.

По этому признаку, согласно классификации Г. В. Куколева, различают четыре основные группы (характеризуемые удельным весом и пористостью после пробного обжига при 1400° с выдерж­кой в течение часа):

I) весьма медленно перерождающиеся крупнокристаллические кварциты —с удельным весом выше 2,5 и пористостью до 4%;

2) кварциты с замедленным перерождением — с удельным ве­сом от 2,45 до 2,5;

3) кварциты со средней скоростью перерождения — с удельным
весом от 2,4 до 2,45;

4) быстро перерождающиеся цементные кварциты — с удель­ным весом ниже 2,4.

Таб. 1.2.1 Физические показатели и химический состав динаса

Показатели	Динас особого назначения	Класс I	Класс II
Содержание в % : SiO2 не менее А12О3 не более CaO3 не более Огнеупорность в град. не ниже Температура начала деформации под нагрузкой 2 кГ/ см2 в град не менее Удельный вес в г/ см3 не более     Пористость (кажущаяся) в % не более Предел прочности при сжатии в кГ/ см2 не менее	94,5 1,5 2,8   2,36	94,5 1,5 --   2,38	не нормируется то же   2,4 (для одного образца из трех допускается 2,42)   (для одного образца из трех допускается 150 )