Вибір оптимальних технологічних параметрів виробництва шамотних вогнетривів і їх взаємозв’язок з основними властивостями виробів (стр. 5 из 7)
Таким чином, деформація під навантаженням при високих температурах визначається не стільки кількістю рідкої фази, скільки її розподілом. Температура деформації підвищується, коли кристали мають прямий зв'язок(утворюють каркас) і знижується, коли між кристалами є прошарки рідкої фази.
По температурі деформації під навантаженням можна орієнтовно оцінити температуру застосування вогнетривів. Особливо велике значення має цей показник при службі виробів в розпірних склепіннях високотемпературних печей і топок, у нижній частині вертикальних стін та ін. Так, для підвищення стійкості сво-дових периклазошпінелідних вогнетривів необхідно одержати вироби з прямим зв'язком кристалів (периклаз-периклаз, периклаз-пшінелід-периклаз). Для цього: вихідні сировинні матеріали повинні мати високу ступінь чистоти (мінімальний вміст SіО2 і СаО), високу щільність спечених і плавлених матеріалів, стабільність по зерновому складу; вироби пресують при високому тиску -170 Н/мм2; температура випалу - 1900-2000°С.
Високоякісні основні вироби з прямим зв'язком можна одержати за допомогою клінкерної технології.
Повзучістю називають необоротну пластичну деформацію матеріалу (безперервну зміну розмірів тіла) під впливом постійно діючих напруг (нижче границі міцності) при постійних температурах (нижче температури плавлення). Повзучість є технічною властивістю і відноситься до непружної деформації. На рис.2.3 зображена крива деформації (текучості), знята в ізобарно-ізотермічних умовах в залежності від часу.
час
Рис.2.3.Крива деформації вогнетривів при нагріванні в залежності від часу
На кривій спостерігається три періоди:
ε0-ε1 - нестала або перша повзучість;
ε1-ε2 - період сталої, постійної швидкості повзучості або друга повзучість;
ε2-εр - період короткочасної, третьої повзучості (руйнування).
Розподіл на періоди умовний, так як повзучість є безперервним процесом під дією постійних напруг. Стала повзучість є рівноважним станом процесу. Повзучість вогнетривів виражають в одиницях швидкості деформації ε, мм/(мм.год) (відносна зміна розмірів зразка в мм за час в год)
ε = (⌂l/l)1/τ
де ⌂l - лінійна зміна зразка, мм;
l - початкова довжина зразка, мм;
τ - час, год.
При визначенні повзучості при стиску нестала повзучість (ε0-ε1) характеризується взаємодією зерен з порами. Зерна ніби входять в пори (і в склофазу), різко скорочується кількість крупних пор, потім середніх. В період сталої повзучості (ε1-ε2) розміри пор і пористість залишаються приблизно постійними.
Вогнетриви одночасно можуть мати аморфні і кристалічні конденсовані фази, тому повзучість в більшій мірі визначається співвідношенням між аморфною і кристалічною фазами, ступенем зв'язності кристалічного каркасу, складом і щільністю зв'язки.
Так як в'язкість аморфних тіл порівняно низька, то текучість (повзучість) аморфних тіл велика.
Повзучість чисто кристалічних тіл залежить від наявності двох видів дефектів у кристалічних ґратках; точкових дефектів - вакансій, які зумовлюють дифу-зійно-пластичну течію кристалу і лінійних дефектів - дислокацій, які визивають деформацію внаслідок дифузійного переміщення дислокацій.
Але з вогнетривами справа значно складніша. Великі швидкості повзучості вогнетривів зумовлюються не тільки дифузійними процесами на атомному рівні. По Вишневському повзучість вогнетривів здійснюється механізмом макроскопічного переміщення зерен і агрегатів відносно один одного. Пластична деформація вогнетривів зумовлена головним чином в'язкою течією міжкристалічної речовини. Міжкристалітне ковзання з часом приводить до створення деформаційно-стійкого каркасу за рахунок заклинювання зерен або значної рекристалізації. На такій стадії повзучості проковзування буде скрутним і подальша повзучість буде іти у режимі пластичної течії.
Механізм деформації заключається у взаємному зміщенні зерен і їх агрегатів під впливом напруги в результаті зниження в'язкості міжкристалітного прошарку. - На криптостійкість впливають слідуючі фактори.
Вплив домішок. Сама низька швидкість деформації у чистих зразків. Очевидно, це зв'язано із збільшенням швидкості дифузійних процесів при утворенні твердих розчинів з домішками. Так, при введенні в корунд декілька відсотків силікатів крип катастрофічно зростає в 104 разів.
Вплив розміру зерна. При збільшенні зерна в 3 рази повзучість зменшу
ється приблизно в 10 разів. Отже, процеси рекристалізації сприяють підвищенню опору повзучості.
Вплив пористості. Швидкість деформування полікристалічних матеріалів при інших однакових умовах підвищується із зростанням пористості. Із збільшенням середнього розміру пор руйнування зразка проходить при більш низькій пористості. Мікротріщинувата структура, яка зумовлює підвищення термостійкості, одночасно підвищує повзучість, тому високі значення криптостійкості і термостійкості не сумісні в одному виробі.
Вплив напругиВ області низьких напруг σ<10 Н/мм повзучість прямопропорційна напрузі і при умові σ<σп (n<1) відповідає дифузійно-в'язкій течії.
При умовах, які відповідають дислокаційній повзучості σ<σп(n≈3-5), навіть незначне збільшення напруги сприяє різкому росту швидкості деформації.
Повзучість у деяких випадках зумовлює вибір відповідного вогнетриву. На повзучість впливають тиск, окисно-відновний характер газового середовища. Правильний вибір технологічних параметрів виробництва може значно зменшити швидкість крипу: підвищення чистоти матеріалу, розміру зерна, температури випалу виробів, утворення "прямого зв'язку" кристалів, зниження пористості.
По ГОСТу границя міцності при стиску для вогнетривів для футеровки вагранок марки ШБВ повинна складати не нижче 15 МПа.
2. Пористість
Пористість - це основна характеристика структури і визначає стійкість вогнетривів до різних кородієнтів, ступінь механічних напруг, схильність до деформації та ін.
Велика частина пор у вогнетривах сполучається між собою і виходить на поверхню виробів і може бути заповнено водою – це відкриті пори. Невелика кількість пор ізольована, недоступна для заповнення водою – це закриті пори.
У зв’язку з цим розрізняють істинну або загальну пористість, яку складають закриті пори і відкриті, і уявну пористість, яку складають тільки відкриті пори.
По ГОСТу відкрита пористість для вогнетривів для футеровки вагранок марки ШБВ повинна складати не менше 22%.
3. Постійність об’єму при високих температурах
Вогнетриви у службі піддаються дії високих температур ніж температури їх випалу. Тому що в них пордовжуються фізико-хімічні процеси, які розпочалисяпід час випалу. В результаті таких процесів виникає необоротна зміна об’єму виробів – це додаткова усадка або ріст.
Як усадка так і ріст вогнетривких виробів у службі знижують будівельну міцність кладки печі. Внаслідок цього може виникнути вспучування стін і сводів або їх повне руйнування.
По ГОСТу додаткова усадка для вогнетривів для футеровки вагранок марки ШБВ при температурі1400 0С повинна складати небільше 0,5%
4. Вогнетривкість
Вогнетривкість – це здатність матеріалу протистояти, не розплавляючись, дії високих температур.
Вогнетривкість характеризує чистоту сировини, яка використовується для виробництва вогнетривких виробів. Величина вогнетривкості може залежати від структури виробів і їх технодогічних параметрів(ступеню випалу, зернового складу шихти і.т.д). Вироби з тонкодисперсної шихти менш вогнетривкі ніж виготовлені з грубодисперстного матеріалу.
Вогнетривкість навіть для чистих речовин відрізняється від температури плавлення; звичайно значення вогнетривкості вище значень точок плавлення. Значення вогнетривкості не визначає температуру застосування
По ГОСТу вогнетривкість для футеровки вагранок марки ШБВ не нижче 16700С.
Згідно з викладеним вище матеріалом складаємо результуючу таблицю впливу технологічних факторів на властивості шамотних вогнетривів.
Таблиця 2.1- Вплив технологічних факторів на властивості шамотних вогнетривів
| ВластивостіФактори | Пори-стість | Розмір пор | Мех.міцність | Деформ.під навантаж. | Вог-нет-ривкість | Фазовийсклад | Шлако-стійкість | Термості-йкість |
| Хімічний склад сировинров матеріалів | ||||||||
| Водовбирання шамоту | ||||||||
| Зерновий склад шихти | ||||||||
| Вологість маси | ||||||||
| Пресове зусилля | ||||||||
| Температура випалу |
3. Вибір оптимальних технологічних параметрів воготовлення шамотних вогнетривів для футеровки вагранок марки ШБВ
Згідно з аналізом умов служби шамотних вогнетривів для футеровки вагранок були встановлені взаємозв’язані визначальні показники властивостей цих виробів: границя міцності при стиску і відкрита пористість, які обумовлюють експлуатаційні властивості шамотних вогнетривів для футеровки вагранок.
Для вибору оптимальних технологічних параметрів виготовлення шамотних вогнетривів для футеровки вагранок з відкритою пористістю 21,7% було реалізовано експеримент з виготовлення шамотних вогнетривів за наступними параметрами:
Речовинний склад шихти:
- безперервний тип укладки зерен:
шамот фр. 3-0 мм – 85%,
глина фр. 2-0 мм – 15%;