Основы производства огнеупорных материалов
Теоретические основы производства огнеупорных материалов впервые были изложены академиком А. А. Байковым, который рассматривал процесс превращения порошкообразной массы в твердый кристаллический сросток как процесс перекристаллизации огнеупорного материала в жидкой фазе при определенной температуре. В основных чертах этот процесс подобен процессу затвердевания цемента, смешанного с водой. Поэтому огнеупорные материалы можно назвать «цементами высоких температур», а готовые огнеупорные изделия из них — «бетонами высоких температур».
При производстве огнеупорных изделий массу, состоящую из огнеупора определенного химического состава и связующего вещества подвергают формовке, сушке и обжигу. В процессе формовки изделию придается заданная форма на специальных формовочных прессах. При сушке удаляется излишняя влага, и изделие приобретает некоторую начальную прочность. процесс обжига можо разделить на три периода: во время первого периода температура постепенно повышается до некоторой достаточно высокой, определяемой химическим и минералогическим составом массы; во втором периоде, достаточно продолжительном, температура поддерживается на заданном уровне; в третьем периоде температура снижается до нормальной, и обожженные изделия охлаждаются.
Наибольшее значение для качества изделия имеет второй период. В начале его обжигаемое изделие представляет собой массу, состоящую из отдельных зерен или крупинок огнеупорного материала, пропитанных и смоченных небольшим количеством расплава. Эта жидкая фаза образовалась при взаимодействии главного окисла, являющегося огнеупорным материалом, со всеми примесями, имеющимися в массе. Количество образованного расплава зависит от температуры и количества примесей, причем чем выше температура обжига во втором периоде и больше примесей, тем больше образуется расплава. В результате перекристаллизации в расплаве в конце второго периода твердые частицы образуют плотный кристаллический сросток. При этом масса утрачивает свою рыхлость и приобретает механическую прочность. Такое превращение совершается при постоянной температуре (которая ниже температуры плавления огнеупора) путем перекристаллизации огнеупорного материала в небольшом количестве жидкой фазы.
Степень растворения основного окисла в расплаве, а следовательно, и полнота его перекристаллизации зависят от степени дробления исходного материала, так как с уменьшением размера зерен растворимость их увеличивается. Твердое тело с правильной кристаллической решеткой обладает меньшей растворимостью, чем тело с деформированной решеткой. Деформация кристаллической решетки может наступить во время обжига либо вследствие полиморфного превращения, сопровождаемого значительным изменением объема, либо в результате разложения химического соединения, входящего в состав исходного материала.
Условия, соблюдение которых необходимо для получения качественных огнеупорных изделий, сформулированные А. А. Байковым, следующие:
1) наличие в шихте таких примесей, с которыми огнеупорный материал может давать расплав и может в нем растворяться;
2) обжиг при температуре, обеспечивающей образование требуемого количества расплава;
3) выдержка при температуре обжига в течение времени, достаточного для завершения процесса перекристаллизации.
