Учебное пособие «керамические материалы»
Обжиг керамических изделий
жүктеу/скачать 3.55 Mb. Pdf көрінісі
|
| 9 Обжиг керамических изделий
Правильный выбор теплового режима обжига – главная задача всего процесса тепловой обработки керамических изделий. При расчете теплового режима необходимо учитывать возможные скорости протекания процесса спекания, технологические особенности отдельных компонентов исходной шихты керамической массы, а также конструктивные особенности печи, в которой будет проходить обжиг изделий. Обжиг – важнейший и завершающий процесс в производстве керамических изделий. Обжиг керамических изделий производят в печах периодического и непрерывного действия. Процесс обжига можно разделить на три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и регулируемое охлаж- дение. При нагреве сырца до 120°С удаляется физически связанная вода и керамическая масса становится непластичной. Но если добавить воду, пластические свойства массы сохраняются. В температурном интервале от 450°С до 600°С происходит отделение химически связанной воды, разрушение глинистых минералов и глина переходит в аморфное состояние. При этом и при дальнейшем повышении температуры выгорают органические примеси и добавки, а керамическая масса безвозвратно теряет свои пластические свойства. При 800°С начинается повышение прочности изделий, благодаря протеканию реакций в твердой фазе на границах поверхностей частиц компонентов [23]. Назначение обжига. Важнейшие физико-химические свойства керамических изделий (прочность, плотность, морозостойкость) приобретаются в результате обжига. При обжиге одновременно протекают процессы тепло- и массообмена, а также фазовые и химические превращения в материале. В зависимости от свойств глинистого сырья эти процессы протекают без нарушения целостности изделий или приводят к их деформации - трещиноватости и короблению, особенно у чувствительных к обжигу глинистых пород. Более чувствительным к обжигу является полуфабрикат из глин монтмориллонитовой группы, содержащих А1 2 0з более 20 %, менее чувствительным - полуфабрикат из гидрослюдных глин. Чувствительность полуфабриката к обжигу повышается при увеличении в глинах тонкодисперсных фракций свыше 35 – 40 %, числа пластичности свыше 20, а также большом набухании при затворении водой. С повышением пористости полуфабриката снижается его чувствительность к обжигу. Температурный режим обжига кирпича и эффективных керамических камней условно разделяется на четыре периода: досушки (до 200 °С), подогрева (окура – 700 – 800 °С), собственно обжига (взвар – 900 – 1050 °С), остывания (охлаждения до 40 – 50 °С). Досушка производится для полного удаления воды затворения и гигроскопической, а также для равномерного прогрева массы полуфабриката до 100 – 200 °С. 60 Подогрев до 800 °С, т.е. до начала упругих деформаций, первоначально производится дымовыми газами и далее при сжигании топлива. В начальной стадии этого периода (300°С) начинается выгорание органических примесей, заканчивающееся при медленном повышении температуры до 450 °С, при быстром -около 700 – 800°С. Коксовый остаток выгорает к концу второго периода (700 – 800°С). Скорость выгорания веществ обратно пропорциональна квадрату толщины изделия и во многом зависит от избытка воздуха в печных газах. В середине периода при 500 – 650°С интенсивно выделяется конституционная вода, минералы, содержащие железо, например сидерит FeCО 3 диссоциируют с выделением СО 2 . В восстановительной среде, создаваемой сжиганием топлива внутри черепка изделий при вводе топлива в массу или при водяном орошении, часть оксида железа (III) восстанавливается до оксида железа (II) с образованием легкоплавких эвтектик (железистых стекол), особенно при повышении температуры до 850 – 900°С, способствующих уплотнению черепка. При 550°С и наличии восстановительной среды начинается диссоциация сульфидов и сульфатов с выделением SО 2 , а при 700 – 800°С - диссоциация карбонатов СаСО 3 и MgCО 3 , заканчивающаяся при 950 – 1000°С с выделением СО 2 и повышением пористости изделий. Начиная с 700°С и выше, щелочи, находящиеся в глине, вступают во взаимодействие с другими компонентами глины, образуя расплав, количество которого также возрастает с повышением температуры. Скорость подъема температуры определяется в основном не свойствами сырья обжигаемых изделий, а конструктивными особенностями печей, и в некоторые периоды может колебаться от 150 до 800 °С/ч, а в среднем - около 300 °С/ч. Взвар характеризуется достижением максимально допустимой температуры обжига изделий, созреванием черепка и выдержкой обычно при 900 – 1050 °С. Повышают температуру осторожно, так как при 800 – 900 °С возникают упругие деформации, что связано с разрушением кристаллической решетки глинистых минералов и значительными структурными изменениями черепка. Период взвара характеризуется изменением огневой усадки, начинающейся при 750 – 850 °С, в зависимости от свойств сырья, и заканчивающейся к моменту достижения конечной температуры обжига. Железосодержащие минералы наряду со щелочами являются наиболее легкоплавкими составляющими, особенно FeO, так как плавится этот оксид при температуре на 150 – 200 °С ниже, чем Ре 2 Оз. Поскольку в глинах железо чаще всего встречается в виде Fe 2 0 3 переход его в FeO возможен только в восстановительной среде, получаемой при сгорании топлива, запрессованного в изделия, или при вводе воды в печь на конечной стадии обжига. Поэтому обжиг изделий в восстановительной среде при 900 – 1000°С равноценен обжигу в окислительной среде при 1050 – 1100 °С, без деформации изделий. Для выравнивания температуры в печи и более полного протекания физико-химических процессов в изделии в конце взвара 61 производится выдержка в течение 3 – 5 ч. При обжиге в структуре керамических изделий образуются минералы муллита ЗА1 2 О 3 2SiО 2 , шпинели 2А1 2 О 3 3SiО 2 , MgO A1 2 О 3 Si 3 Al 4 O 12 , силлиманит А1 2 О 3 SiO 2 и др., придающие прочность керамическому кирпичу. жүктеу/скачать 3.55 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|