Обжиг шамота

Шамотные и полукислые изделия в зависимости от их назначения, исходного сырья, сложности формы, размеров формуют методом полусухого или пластического прессования, а также трамбованием (см. гл. II). Влажность свежеотформованных изделий в зависимости от способа изготовления колеблется от 5 до 20%, поэтому перед обжигом полуфабрикат сушат, как правило, в туннельных сушилках при температурах 100—200°С.

Обжиг шамотных изделий в отличие от обжига многих других материалов относительно прост. Он необходим прежде всего для спекания и уплотнения изделий в той степени, которая обеспечила бы постоянство их объема при последующей службе в тепловых установках. Плотность и прочность изделий обеспечиваются всем технологическим процессом их производства, но окончательно определяются при обжиге.

В процессе обжига по мере повышения температуры в обжигаемом изделии происходит ряд физико-химических явлений, вызывающих изменения объема материала изделия. В интервале температур 100—200°С происходит удаление остаточной влаги сырца. В этот момент могут появляться трещины на изделии, вызванные значительным внутренним напряжением от повышения давления перегревающихся паров воды в его порах. При дальнейшем повышении температуры до 400—550°С в зависимости от скорости нагрева происходит постепенное разложение каолинита с выделением основной части химически связанной воды. Одновременно с выделением этой воды наблюдается незначительная усадка изделия, в пределах 0,5—1% первоначального объема, которая не вызывает значительных напряжений. Каолинит после дегидратации распадается на окислы Al2O3 и Si O2. В температурном интервале 550—900°С происходит равномерное и небольшое (1,2—1,3%) объемное изменение.

Таким образом, весь температурный интервал от 200 до 900°С характеризуется небольшими равномерными усадочными явлениями, протекающими в условиях упругого состояния материала и незначительного роста его первоначальной прочности. При температуре 920—940°С отмечается скачкообразное увеличение усадки, достигающее 4%, которое объясняется переходом аморфного глинозема в γ-глинозем, либо возникновением скрытокристаллического муллита 3Al203-Si02. Для этого температурного интервала характерно начало пластической деформации материала. Дальнейшее повышение температуры характеризуется началом спекания глины, наступающим в зависимости от ее химико-минералогического состава при 1000—1000°С. Спекание большинства глин заканчивается при температурах 1200—1250°С. Такой интенсивный процесс спекания обусловливается образованием при этих температурах жидкой фазы за счет плавления легкоплавких минералов и взаимодействия примесей с кремнеземом и глиноземом глинистого вещества. Одновременно возникают кристаллы муллита, имеющие большую удельную массу (3,15 г/см3), чем исходное глинистое вещество (2,7 г/см3). Этим объясняется усадка материала, достигающая 0,6—1% линейной усадки на каждые 10°С повышения температуры с момента начала спекания.

Обжиг шамотных изделий обычно завершается при температурах, превышающих на 100—150°С температуру полного спекания связующей глины. Длительная выдержка изделий при более низких температурах позволяет уменьшить этот перегрев. Повышение степени обжига (т. е. температуры и продолжительности ее воздействия) необходимо и для полного прогревания изделия по всему сечению, а еще и для того, чтобы снизить дополнительную усадку изделий в процессе их эксплуатации. При конечных температурах обжига 1350 — 1380°С завершается кристаллизация муллита в виде появления отдельных кристаллов и их скоплений в стекловидном (аморфном) веществе.

Процесс охлаждения шамотных изделий сопровождается лишь их нормальным термическим сокращением. Дополнительных объемных изменений, связанных с полиморфными превращениями, при этом не происходит. Относительные сдвиги, возникающие при неравномерном или чрезмерно быстром охлаждении при температурах 800—1000°С, компенсируются пластической деформацией изделия и не опасны для нею в отношении возникновения трещин. Скорость охлаждения ниже этой температурной границы зависит от упругих свойств изделия и его физико- механических свойств. На практике шамотные изделия нормальных размеров охлаждают со скоростью 60— 70°С/ч. При низких температурах эта скорость снижается.