Химический состав и огнеупорность шамотных изделий

Реферат по предмету: «Огнеупорные неметаллические материалы»

Выполнил студент гр. ПН-08 Храпко Н.И.

Днепропетровск 2010 г.

Шамотные изделия

Шамот (франц. chamotte), огнеупорная глина или каолин, обожжённые до потери пластичности, удаления химически связанной воды и той или иной степени спекания. Иногда Ш. называют также некоторые другие исходные материалы для производства огнеупоров, обожжённые с целью окускования порошков (нередко в смеси с глиной) и стабилизации свойств материала (высокоглинозёмистый, корундовый, цирконовый "Ш."). Ш. получают обжигом (преимущественно при 1300—1500 °С) во вращающихся, шахтных или других печах исходного сырья в виде естественных кусков или брикетов, приготовленных на ленточных, вальцевых и других прессах. Степень спекания Ш. характеризуется водопоглощением, которое обычно составляет от 2—3 до 8—10% (для "низкожжённого" шамота 20—25%). После дробления и измельчения Ш. применяют в качестве отощающего (уменьшение пластичности и усадки при сушке и обжиге) компонента шамотных масс при формовании изделий (или, соответственно, высокоглинозёмистых и других огнеупоров), изготовлении мертелей, торкрет-масс, в качестве заполнителя огнеупорных бетонов и т.д. В середине 20 в. Ш. начали применять и в скульптуре (преимущественно небольшие статуэтки).

Характеристика:

Достаточная механическая прочность;

Хорошая сопротивляемость длительным механическим нагрузкам при температуре службы (высокая жаростойкость);

Способность огнеупора выдерживать в течение длительного времени достаточно большие скорости подъема, снижения (термостойкость);

Постоянство объема огнеупора при температуре службе, т.е. незначительные величины его дополнительной усадки или дополнительного роста;

Правильность формы, точность размеров и внешний вид в соответствии с техническими условиями.

ГОСТ 390-96

Основной компонент – Al2O3 – не менее 30%

Наименование продукции:

Горелочные камни для газовых горелок котельных ДКВР-10/13; ДКВР-6, 5/13; ДКВР-20/13

Горелочные огнеупоры для печей хлебозавода:

Г4-ХПФ-21.002 – кольцо топочное;

Г4-ХПФ-21.004 – футеровка трубы.

Шамотные огнеупоры несложной конфигурации по чертежам заказчика.

Шамотный порошок.

Шамотные огнеупорные изделия, наиболее распространённый вид алюмосиликатных огнеупорных изделий. Содержат 28—45% Al2O3. Изготовляются из огнеупорных глин и каолинов, отощённых шамотом, реже непластичной глинистой породой, кварцем. Применяются в доменных, нагревательных, обжиговых печах, при разливке стали и т.д.

Алюмосиликатные огнеупорные изделия, состоят преимущественно из глинозёма (Al2O3) и кремнезёма (SiO2), получаются обжигом при t 1250—1450°С (при высоком содержании глинозёма — до 1750°С), обеспечивающей превращения исходных минералов в новообразования. Различают А. о. и.: полукислые (до 28% Al2O3, 65—85% SiO2), шамотные (28—45% Al2O3) и высокоглинозёмистые (свыше 45% Al2O3).

Полукислые и шамотные А. о. и. изготовляют из глины или каолина, смешанных с измельченным шамотом. В полукислые может добавляться кварц, обычно в виде песка. Шамотные А. о. и. на основе каолина называются также каолиновыми, а содержащие более 70% шамота — многошамотными. Высокоглинозёмистые А. о. и. получают из горных пород, содержащих больше 45% Al2O3, а также из искусственных материалов (технического глинозёма, электрокорунда). Высокоглинозёмистые А. о. и. подразделяются на муллитокремнезёмистые (45—62% Al2O3), муллитовые (62—72%), муллитокорундовые (72—90% ) и корундовые (свыше 90% ).

Изготовляют А. о. и. прессованием полусухих (увлажнённых до 6—9%) порошкообразных масс на механических или гидравлических прессах. Некоторые виды изделий, преимущественно фасонные сложной конфигурации, формуют из пластичных масс с влажностью 17—22%. Обжигают изделия в промышленных печах, большей частью туннельных непрерывного действия. Виды и размеры изделий различны: кирпичи простой формы, плиты, трубы, мелкие и крупные изделия сложной формы и др.

Свойства А. о. и. (см. таблицу) отличаются большим разнообразием в зависимости от используемого сырья и способов обработки.

Основные свойства алюмосиликатных огнеупорных изделий, наиболее распространённых в СССР

2. Пористость

Пористость – одна из важнейших характеристик теплоизоляционных материалов, позволяющая оценивать долю (процентное содержание) газовой (воздушной) фазы в объеме материала. Принято подразделять пористость на истинную (общую), открытую и закрытую.

Истинная пористость характеризует отношение общего объема всех пор к объему материала (в долях или процентах).

Открытая пористость – отношение общего объема сообщающихся пор к объему материала (определяется экспериментально путем водонасыщения).

Закрытая пористость характеризует объем закрытых пор в объеме материала.

Для зернистых материалов (засыпной теплоизоляции) введено понятие пустотности, которая характеризует объем межзерновой пористости.

Значения пористости для теплоизоляционных материалов различной пористой структуры.

Ячеистый бетон (ячеистая структура) – истинная пористость 85- 90%, открытая пористость 40 – 50%, закрытая пористость 40 - 45%;

Пеностекло (ячеистая структура) – истинная пористость 85- 90%, открытая пористость 2 – 5%, закрытая пористость 83 - 85%;

Пенопласты (ячеистая структура) – истинная пористость 92- 99%, открытая пористость 1– 55%, закрытая пористость 45 – 98%;

Минераловатные материалы (волокнистая структура) – истинная пористость 85 - 92%, открытая пористость 85 – 92%, закрытая пористость 0%;

Перлитовые материалы (зернистая структура) – истинная пористость 85 - 88%, открытая пористость 60– 65%, закрытая пористость 22 – 25%.

Объем истинной пористости определяется содержанием в материале каркасообразующих элементов (волокон, зерен, мембран, образующих межпоровые перегородки в ячеистых структурах), прочностью этих элементов и образованного ими каркаса. Чем выше прочность структурообразующего материала и чем прочнее связи между элементами каркаса, тем больше может быть истинная пористость теплоизоляционного материала.

Для материалов с волокнистой и зернистой структурой значения истинной пористости не являются величинами постоянными, так как даже при небольшой нагрузке истинная пористость снижается за счет уплотняемости. После снятия нагрузки у волокнистых материалов возможно частичное восстановление истинной пористости за счет упругого последействия волокон.

В технологии теплоизоляционных материалов применяют ряд приемов для повышения истинной пористости. Для материалов с волокнистой структурой это достигается путем уменьшения диаметра волокна до предела, обеспечивающего малую сминаемость минеральной ваты, снижением содержания связующего в материале за счет повышения его адгезионных и когезионных свойств, а также путем направленного ориентирования волокон по отношению к нагрузке при эксплуатации материалов. Для материалов с зернистой структурой – применением зерен монодисперсного гранулометрического состава, повышением их прочности, увеличением внутризерновой пористости, снижением расхода связующего путем уменьшения его вязкости, поризацией связующего. Для материалов с ячеистой структурой – повышением прочности межпоровых перегородок и уменьшением их толщины.

Повышение общей пористости может быть также достигнуто конструкционными приемами, путем снижения эксплуатационной нагрузки на теплоизоляционный слой конструкции.

Открытая пористость ухудшает эксплуатационные свойства теплоизоляционных материалов, являясь причиной проникновения влаги и газов вглубь изделий. Это способствует резкому повышению теплоемкости и теплопроводности теплоизоляции, интенсификации химической и физической коррозии твердой фазы.

Закрытая пористость обеспечивает повышенную эксплуатационную стойкость строительной теплоизоляции. При производстве теплоизоляционных материалов с ячеистой структурой закрытая пористость стремятся увеличить. Это достигается оптимизацией процесса порообразования путем направленного регулирования его кинетики и реологических характеристик формовочных смесей.

Однако при устройстве высокотемпературной теплоизоляции предпочтение отдается материалам с волокнистой структурой, они намного лучше выдерживают резкие колебания температуры, так как элементы, слагающие их структуру, способны деформироваться без разрушения каркаса и релаксировать за счет этого температурные напряжения.

Размер и форма пор оказывает существенное влияние не только на теплопроводность теплоизоляционных материалов, но и на их прочностные характеристики. Снижение размера пор в материалах с любой структурой до определенного размера в зависимости от прочности и степени связности каркасообразующего материала является одним из эффективных приемов повышения прочности высокопористых изделий.

Форма пор также оказывает влияние на прочность теплоизоляционных материалов. Наилучшие показатели прочности имеют ячеистые и зернистые материалы со сферическими порами и зернами. Форма пор является причиной анизотропии свойств теплоизоляционных материалов. Материал с продолговатыми или эллиптическими порами неравнопрочен. Его прочность ниже при положении нагрузки параллельно короткой оси. Для теплопроводности же наблюдается обратная зависимость.