Теоретические основы процессов спекания, плавления и вспучивания строительных материалов

литература

повышенных темпе­ратурах. Часто при спекании меняются физико-химические свойства и структура материала. Спеканию подвергаются разные материалы, например, при агломерации, коксовании, подготовке слабоспекаемых углей к коксованию, в производстве огнеупорных изделий, керамики. Спекание — одна из технологии, стадий порошковой металлургии. Оборудование для спекания: в крупномасштабном производстве — проходные конвейерные или шахтные водородные печи для выпуска изделий из Fe, Cu и их низколегированных сплавов; в специализированном мелкосерийном производстве используются стационарные водородные и вакуумные печи, в ряде случаев совмещенные с прессами, для выпуска готовых изделий или заготовок из высоколегированных металлических сплавов, карбидов, боридов и нитридов; в случае спекания порошков и нитевидных кристаллов из оксидов применяются кислородные печи.

теплоты. При постоянном внешнем давлении материал плавится при определенной температуре — температуре плавления, зависящей от природы вещества и давления. Температура плавления зависит также от минералогического состава исходного сырья и характера газовой среды. В восстановительной среде температура плавления существенно понижается. Теплота, затрачиваемая на переход единицы массы вещества из твердого состояния в жидкое при температуре плавления, называется удельной теплотой плавления. Многокомпонентные вещества обычно плавятся в некотором интервале температур, зависящем от их состава и давления среды (например, минеральная вата, глазурь, стекла). Химический состав исходных веществ может быть естественным и искусственным, но в любом случае он включает кристаллические и аморфные фазы. Такой материал последовательно переходит стадии жидкостного состояний. Если в составе смеси имеются туго- и легкоплавкие компоненты, то соотношение их должно быть таким, чтобы тугоплавкие компоненты успели расплавиться за время пребывания смеси в плавильной установке. Тугоплавкие компоненты должны иметь более тонкий помол, чем легкоплавкие.

нее и обнажает расплавленную поверхность. За счет этого уменьшаются размеры и площадь кусков. При плавлении порошковых сырьевых смесей первые капли расплава появляются при эвтектических температурах на контактах отдельных зерен. Поэтому порошки сначала спекаются, а затем при дальнейшем нагреве спек переходит в расплав. Теплообмен при плавлении имеет специфические особенности для каждого типа установок. Общим для всех является зависимость теплообмена от лучепрозрачности расплава. Стекольные расплавы наиболее лучепрозрачны и поэтому излучаемые на поверхность расплава тепловые волны проникают в толщу слоя, осуществляя объемный прогрев. Расплавы горных пород менее лучепрозрачны и воспринимаемый ими тепловой поток концентрируется на поверхности расплава, что предопределяет целесообразность плавления горных пород и шлаков в тонком слое. При производстве минеральной ваты расплавы получают в вагранках, ванных и электродуговых печах.

давления газов внутри замкнутых пор. Так получают керамзит из глинистых пород, пер­лит — из стекловидных водосодержащих пород, верми­кулит — из слюды, ячеистое стекло — из искусственных стекол и др.
Глинистое сырье при наличии в нем вязкого силикат­ного расплава и газообразных продуктов, способных развивать достаточное давление, при быстром нагреве вспучивается. При нагреве сырья температура должна достигнуть таких значений, при которых оболочка поры размягчается и спекается, что сопровождается ее уплот­нением, в результате чего нора становится газонепрони­цаемой. Оболочка поры находится в пиропластическом состоянии, т. е. способна к пластическим деформациям без разрыва сплошности. Если в этот момент внутри по­ры начнут выделяться газы, то они не пройдут сквозь уплотненную оболочку. Накапливаясь в поре, газы со­здают избыточное давление, под действием которого раз- мягченная от высокой тем­пературы оболочка расши­ряется. Этот процесс и яв­ляется вспучиванием эле­ментарной ячейки (поры) глиняной гранулы. Для осуществления про­цесса вспучивания необхо­димо, чтобы глина обладала достаточной интенсивностью газовыделения.

и химически связанная вода глинистых минералов. В процессах вспучивания участвует и воздух, за­ключенный в замкнутых порах гранул. Пиропластическое состояние глины определяется ко­личеством жидкой фазы. Интен­сивность накопления ее зависит от химического состава глины. С увеличением количества кремнезема и глино­зема глины становятся более тугоплавкими, удлиняет­ся температурный интервал образования расплава и ко­личество его уменьшается. Процесс вспучивания носит взрывной характер. Вспучиваемость глин зависит от многих факторов, ос­новными из которых являются режим нагрева и харак­тер газозой среды.

между поверхностью и центром обжи­гаемого материала, например гранул. Характер газовой среды печного пространства и внут­ри пор материала определяет качество вспучивания. Восстановительная среда понижает температуру вспу­чивания и повышает вспучиваемость глин. Важно, что­бы такая среда была в порах гранул, достигаемая нали­чием восстановительных реакций в обжигаемом матери­але. Естественные водосодержащие породы (перлиты, об-сидиалы, слюды, вермикулиты) содержат до 10 % кристаллизационной и цеолитной воды, часть которой нахо­дится в замкнутых порах. При нагреве материала до1300 °С вода превращается в пар, в результате че­го породы вспучиваются, увеличиваясь в объеме в 14... 20, а иногда и в 40 раз. Длительность вспучивания со­ставляет 0,5...3 мин. Аналогично вспучиваются и искус­ственно создаваемые сырьевые смеси, в состав которых вводят газообразователи (кокс, антрацит, мел). Так по­лучают, например, ячеистое стекло.