Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Неформованные огнеупоры. Т. 1 Общие вопросы технологии

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
22.17 Mб
Скачать

мальная продолжительность обезвоживания, а содержащего 96,7 % М^О, 1,0 % СаО и 0,2 % Р20 5 — минимальная. Минимальные значения вязкости, а также характер изме­ нения максимальных напряжений в структурирующемся бетоне также зависят от его состава (см. рис. 2.25, б, в).

У бетонов рассматриваемого класса максимальный размер зерен 5 мм; содержание фракции 1-5 мм равно 50 %, 0,125-1,0 мм — 15 %, мельче 0,125 мм — 35 %. Кажуща­ яся плотность бетонов на конечной стадии сушки составляет 2,51; 2,05 и 1,33 г/см3 (см. рис. 2.25, кривые 1-3 соответственно). С учетом равной исходной влажности бе­ тонных смесей их различная пористость (26-60 %) обусловлена неодинаковым эф­ фектом температурного вспучивания (кипения) массы.

В ряде случаев НЦОБ литейной консистенции применяют для ремонтов по “теп­ лой” футеровке. В цементной промышленности для футеровки применяют саморастекающиеся НЦОБ [2.18].

2.10.Библиографический список к главе 2

2.1.Замятин С. Р., Пургин А. К Х орош авинЛ . Б. и др. Огнеупорные бетоны. Справочник. — М.: Металлургия, 1982. — 192 с.

2.2.ХорошавинЛ, Б. Магнезиальные бетоны. — М.: Металлургия. — 167 с.

2.3.Ливийский Ю. Е, Новые огнеупорные бетоны. — Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1996. — 148 с.

2.4.ТесЬпо1о§у оГ топо1Шис геГгас1опез. РНЬпсо .1арап Сотр. Ш . Токуо, 1996.

2.5.РеПоШ А., [ЛЬпсЫГ РеиегЬе1оп ипб Ье1опагб§е ГеиегГез1е Маззе ипс1 Ма1епа1еп. ОеШзсЬег \Ы а§ Шг ОгипсЫоШпбиз^пе. Бе1р21§ - 81ии§аг1, 1994. — 322 з.

2.6.Вапеусе 5, МопоИОпс КеГгасЮпез. Зш^арооге - № \у Зегзеу - Бопбоп - Нопбоп§, ^Уог1с1 ЗшепбГю РиЬНзЫпв Со. Р1е Ш ., 1998.

2.7.Сербезов С, А, Неформувани огнеупорни материала Справочник. — София, 2001. — 638 с.

2.8.Ливийский Ю, Е, Огнеупоры XXI века. — Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1999. — 149 с.

2.9.Огнеупоры для промышленных печей и топок. Справочник. Книга I. Производство огне­ упоров / Под ред. И, Д, Кащеева. — М.: “Интермет Инжиниринг”, 2000. — 662 с.

2.10.Пургин А, К., Цибин И, Я., Жуков А, В,, Дьячков П, Н, Кремнеземистые бетоны и блоки.

М.: Металлургия, 1975. — 216 с.

2.11.Ливийский Ю, Е, Керамические вяжущие и керамобетоны. — М.: Металлургия, 1990. —

270 с.

2.12.Великин Б, А К а р к л и т А, К , Колпаков С, В. и др. Футеровка сталеразливочных ков­ шей. 2-е изд. — М.: Металлургия, 1990. — 248 с.

2.13.Сасса В. С, Футеровка индукционных электропечей. — М.: Металлургия, 1989. — 230 с.

2.14.Гришпун Е, М,, Ливийский Ю, Е Рожков Е, В, и др. Производство и служба высокогли­ ноземистых керамобетонов. 1. Набивные массы на основе модифицированных ВКВС боксита

//Огнеупоры и техническая керамика. 2000. № 3. С. 37-41.

2.15.Рожков Е. В П и ви н ск и й Ю. Е., Ногинский М. 3. и др. Производство и служба высоко­ глиноземистых керамобетонов. 2. Свойства и служба виброналивных желобных масс на основе модифицированных ВКВС боксита // Огнеупоры и техническая керамика. 2001. № 5. С. 37-44.

2.16.Пивинский Ю. Е. Керамобетоны — заключительный этап эволюции низкоцементных ог­ неупорных бетонов // Новые огнеупоры. 2002. № 1. С. 96-101.

2.17.Гришпун Е. М .;Пивинский Ю. Е. ВКВС и керамобетоны — прорыв в технологии огне­ упоров XXI века // Новые огнеупоры. 2002. №2.

2.18.Огнеупоры и футеровки. Пер. с японск. // Под ред. Я С. Кайнарского. — М.: Металлур­ гия, 1976. — 415 с.

2.19.Огнеупоры и их применение // Под ред. Я. Инамуры. Пер. с японск. — М.: Металлургия, 1984. — 446 с.

2.20.Очагова И. Г. Торкретирование в черной металлургии // Приложение к журналу “Новости черной металлургии за рубежом”. 2001. № 4. С. 1-16.

2.21. Нака§апа Я., УУакатига К, Татига 8. Оеуе1ортеп1 оГ МопоШЫс ЯеГгас1опез Гог 31ее1

ЬасПе 31а§ Ыпе // ТайсаЬШзи-КеГгасЮпез. 1999. V. 51. № 6. Р. 326-332.

2.22.МопоШЫс геГгасЮгу 1есЬпо1о§у. 01е Ргос1ик1е (проспект фирмы РИЬпсо), 1996. — 38 р.

2.23.Ливийский Ю. Е Н и к и т и н Я. Я , Храновская Т. М. Вибролитые периклазовые огне­ упоры зернистого строения и их некоторые свойства // Огнеупоры. 1986. № 8. С. 9-15.

2.24.Хорошавин Л. Б,Перепелицын В. АКоно но в В. А. Магнезиальные огнеупоры. Спра­ вочник. — М.: “Интермет Инжиниринг”, 2001. — 575 с.

2.25.Ливийский Ю. Е., Дабижа А. А., Рутман Д. С. О некоторых технологических законо­ мерностях и свойствах высокопористых керамобетонов // Огнеупоры. 1984. № 2. С. 20-25.

2.26.Немец Я Я , Бельмаз Я С., Семыкина Л. Я и др. Термомеханические свойства диоксидциркониевых бетонов на механохимических фосфатсодержащих вяжущих // Огнеупоры и техническая керамика. 1997. № 5. С. 2-5.

2.27.Кащеев И .Д . Оксидно-углеродистые огнеупоры. — М.: “Интермет Инжиниринг”, 2000.

265 с.

2.28.КоШзскка С. ТазсЬепЪисЬРеиегГез1е >Уегкз1оГГе-Аиз§.-Еззеп: Уи1кап-Уег1а§, 1996. — 380 с.

2.29.Аксельрод Л. М., Ливийский Ю. Е. Огнеупорная промышленность Китая на подъеме // Огнеупоры и техническая керамика. 2001. № 10. С. 44-49.

2.30.Ливийский Ю. Е, Керамические вяжущие и керамобетоны. — М.: Металлургия, 1990. — 270 с.

2.31.КарнецЛ. А., Куренных Э. АПеределкина А.'В., Перепелицын В. А, Отечественная тор­ крет-масса для промежуточных ковшей МНЛЗ // В кн.: “Огнеупоры на рубеже веков (ХХ-ХХ1)” Сб. научных трудов. — Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2001. — С. 111-118.

2.32.Ливийский Ю. Е., Епифанова Т. Я , Перетонина Я А. Получение и свойства тонкозер­ нистых пенобетонов на основе ВКВС кварцевого песка // Огнеупоры и техническая керамика. 1998. №10. С. 6-10.

2.33. Ливийский Ю. Е., Добродон Д. А Гал енко Я В. и др. Прессование огнеупоров с приме­ нением ВКВС на основе боксита // Огнеупоры и техническая керамика. 1997. № 3. С. 19-23.

2.34.Ливийский Ю. Е., Добродон Д. А., Рожков Е. В. и др. Оценка способов формования бок­ ситовых керамобетонов // Огнеупоры и техническая керамика. 1997. № 5. С. 11-14.

2.35.Ливийский Ю. Е., Белоусова В. Ю. Корундовые и корундомуллитовые керамобетоны на основе пластифицированных ВКВС боксита // Огнеупоры и техническая керамика. 1999. № 9.

С.13-18.

2.36.Ливийский Ю. Е., Дороганов В. А., Дороганов Е. А. Огнеупорные пластичные массы на основе высококонцентрированных керамических вяжущих суспензий (серия статей) // Огне­ упоры и техническая керамика. 2000. № 2. С. 14-19; 2001. № 3. С. 17-21; 2001. № 4. С. 18-23.

2.37.Ногинский М. 3., КарпецЛ. А., Добродон Д. А. и др. Организация производства и эксплуа­ тация желобных и легочных масс для доменных печей // Новые огнеупоры. 2002. № 1. С. 60-66.

2.38.ЗекИсака М., Таока К. Епег^у апб Кезоигсе Зауш^ апб Оиз1у ЕпУ1гопшеп1 т Мопо1ИЫс Яе6-ас1опез // Та1каЬи1зи-Яе1гас1опе5. 2000. V. 52. № 4. Р. 234-239.

2.39. НаказЫ Я , Тзипо М., Науа’кЫ М. 11зес1 геГгас1опез гесус1е 1есЬпо1о§у т тек тб зЬор // Та1каЬЩзи-Яе!гас1опе5. 2000. V. 52. № 4. Р. 178-184.

2.40. Стрелов К. К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. — М.: Ме­ таллургия, 1985. — 480 с.

2.41. Стрелов К К К а щ е е в И . Д М а м ы к и п И С. Технология огнеупоров. 4-е изд. — М.: Металлургия, 1988. — 528 с.

2.42.Некрасов К. Д. Жароупорный бетон. — М.: Изд-во по строительным материалам, 1957. — 283 с.

2.43.Пивинский Ю. Е. Основы технологии керамобетона // Огнеупоры. 1978. № 2. С. 34-42.

2.44.ЗскиИе Ж РеиегГез'е \Уегкз1о#е, Ье1р21§, Уег1а§ Шг Огипс1з1о1Гтбиз1пе, 1990. — 494 з.

2.45.Проценко 77. В, Вибронагнетательный способ раздельного бетонирования конструкций.

М.: Стройиздат, 1978. — 72 с.

2 .4 6 . РгазаШ а /V ., 2 а к к зт а н I , З а п ка г М . М ю го п е гМ а - А 1 20 3 т г е г о -с е т е Ш са з 1а Ы е з / / А т е г .

С е г а т . 5 о с . В и 11. 19 9 6 . V . 7 5 . № 1 1 . Р. 7 1 - 7 5 .

2.47.Зскгауеп Т, Ш§Ь \уеаггез1з1ап1зрте1 сегатюз (ог зНбе апб риг^т^ зуз(ет // Рекламная ста­ тья компании “РаНа^е ГеиегГез1е Еггеи§шззе”. ФРГ. 1998. — 12 с.

2.48.ЗшйаггА. Я.,2коп§ Ж, РИе^г К. О. е(а1 Ргосеззт§ оГгего-сетеп! зе1Мо\у актнпа саз1аЫез

//Атег. Сегат. Зое. Ви11. 1999. V. 77. № 12. Р. 60-66.

2.49.ЗшАаПА. Я.,2кон§ Ж, РапйоЩИ V. С Ш1ео1о§1са1 без1§п оГгего-сетеп1 зе1Г-Пошсаз1аЫез

//Атег. Сегат. Зое. Ви11. 1999. V. 78. № 5. Р. 65-72.

2.50.Уагш 7). А. ТЬе Соз* ЕГУекбуе 1пз1а11абоп оГ1Ье Кеду Сепегабоп оГМопоШЫс Ке&асЮпез, 1М1есг 97. III. — 3. 1257-1271.

2.51.Хаиров Т. Э. Торкретирование тепловых агрегатов // В кн.: “Огнеупоры на рубеже веков (ХХ-ХХ1)” Сб. научных трудов. — Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2001. — С. 119-123.

2.52.Шепетьева Н. 77., Давыдов В* В., БубраА. М. Высокотемпературная керамическая свар­ ка — новое решение проблемы сохранения огнеупорных футеровок // Огнеупоры и техничес­ кая керамика. 1999. № 5. С. 41-44.

2.53.Баланов В. Л, Носков Ю. В., Рыженков А. ТУ. Опыт ремонта футеровки миксера спосо­ бом керамической наплавки // Сталь. 2001. № 3. С. 22-24.

2.54.Басьяс И. 77. ,Фрейденберг А. С,, Привалов М, М, Новое в изготовлении и службе подин. 2-е изд. — М.: Металлургия, 1974. — 264 с.

2.55.Пивинский Ю. Е., Череватова А. В., Босак Ю. Н. О получении и некоторых свойствах кремнеземистых огнеупорных масс на основе ВКВС кварцита // Огнеупоры и техническая ке­ рамика. 1999. № 7. С. 21-25.

2.56.Пивинский Ю. Е., Тимошенко К. В., Череватова А . В. и др. О процессах формования и прочности кремнеземистых масс на основе пластифицированных ВКВС кварцевого песка // Огнеупоры и техническая керамика. 1999. № 8. С. 7-10.

2.57.Огнеупоры для промышленных агрегатов и топок. Справочник в двух книгах. Книга 2. Служба огнеупоров / Под ред. ТУ.Д, Кащеева, Е. Е. Грищенкова. — М.: “Интермет Инжини­ ринг”, 2002. — 655 с.

2.58.Сизов В. ТУ., Тонков В. ТУ., КарпецЛ. А. Корундовые массы для футеровки печей чугуноп­ лавильного производства // В кн.: “Огнеупоры на рубеже веков (ХХ-ХХ1)” Сб. научных тру­

дов. — Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2001. — С. 102-107.

2.59.Суворов С. А. Современные проблемы производства огнеупоров для металлургической промышленности // Новые огнеупоры. 2002. № 3. С. 38-44.

2.60.ЖаШаЬеА., Окатига Тч 01а Е ВоШп^ РЬепотепа оУНо1-Сазбпб ЯеГгас1огу //Та1каЬи1зи оуегзеаз. 1984. V. 4. № 1. Р. 25-31.

Глава 3.

ЦЕМЕНТЫ, ВЯЖУЩИЕ, СВЯЗКИ И МАТРИЧНЫЕ (ВЯЖУЩИЕ) СИСТЕМЫ.

ТЕРМИНОЛОГИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ

ИОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

3.1.Терминология и определения

Основные виды неформованных огнеупоров (огнеупорные бетоны, торкрет-бето­ ны, мертели) своему “рождению” обязаны ранее существовавшим аналогичным мате­ риалам в строительной индустрии. Это же касается и цементов или вяжущих, приме­ няемых в производстве неформованных огнеупоров. Поэтому терминология и опре­ деления, принятые в области неформованных огнеупоров, в значительной степени связаны с аналогичными строительными материалами и вяжущими (цементами).

В соответствии с понятиями, существующими в строительной отрасли, чаще всего цементами (от латинского саетепШш, битый или дробленый, камень) принято назы­ вать тонкодисперсные порошки со специальными вещественным и химико-минера­ логическим составами, которые, будучи смешаны в определенных соотношениях с водой или другими жидкостями, образуют пластичную массу. Последняя за счет фи­ зико-химических процессов сначала теряет пластичность (схватывается), а затем на­ ращивает прочность (твердеет), превращаясь в искусственный камень [3.1, 3.2, 3.3].

Жидкости (воду, растворы солей и т.п.), образующие с цементами самотвердеющие массы, называют жидкостями затворения (затворителями).

Схватывание и твердение на практике характеризуют как проявление вяжущих свойств.

Исторически использование термина “цемент” для соответствующих материалов происходило без учета сущности явлений, вызывающих главный практический ре­ зультат применения цемента — твердение первоначально подвижной (пластичной) смеси цемента с жидкостью затворения.

В связи с созданием и применением разнообразных материалов, аналогичных це­ менту по назначению (связывание, цементация), возникло обобщающее понятие “вя­ жущее вещество”. В соответствии с общепринятым определением [3.2, 3.3], вяжу­ щим веществом называется тонкодисперсный порошок, способный при смешивании в определенных соотношениях с водой или другими жидкостями образовывать плас­ тичную массу, способную независимо от химической сущности процессов твердеть, превращаясь в искусственный камень. В соответствии с этим определением, к вяжу­ щим веществам относятся и пластичная глина, и расплавленная сера, и традиционные строительные вяжущие вещества.

Таким образом, во многих случаях термины “цемент” и “вяжущее вещество” тожде­ ственны. Однако чаще цемент рассматривают как определенный вид вяжущего веще­ ства, образующий при твердении водостойкий камень.

Приведенные выше определения цемента и вяжущего вещества со всей очевиднос­ тью предполагают, что их практические свойства реализуются только в сочетании с

жидкостями (затворителями). Более того, в принципе невозможно однозначно опре­ делить данный порошок как вяжущее вещество без привлечения состава затворителя. С учетом этого обстоятельства возникло понятие о вяжущей системе, включающей в свой исходный состав в качестве равноправных компонентов твердую составляющую

— цемент (вяжущее вещество) и жидкую составляющую — затворитель. В самоопре­ деление вяжущей системы в этом случае можно включить важнейшие отличительные факторы, обусловливающие проявление вяжущих свойств, а именно: гетерогенность системы, включающей твердые фазы и жидкость; химическое взаимодействие исход­ ных компонентов системы.

Кроме того, значимым фактором являются параметры окружающей среды — темпе­ ратура, давление, химический состав. Например, смесь у-формы двухкальциевого си­ ликата и воды при комнатной температуре и атмосферном давлении не проявляет вя­ жущих свойств, а при автоклавной обработке (температуре и давлении) схватывается

итвердеет.

Всоответствии с изложенным применительно к строительным вяжущим, вяжущи­ ми системами называются объекты, представляющие собой в исходном виде под­ вижные смеси дисперсных твердых веществ с жидкостями; эти смеси при опреде­ ленных физических условиях (температуре, давлении) схватываются и отвердева­ ют, образуя искусственный камень в результате химического взаимодействия ис­ ходных компонентов и физико-химических превращений продуктов взаимодействия

[3.2].

Наряду с рассмотренными гетерогенными вяжущими системами существуют и го­ могенные системы — связки, представляющие собой концентрированные растворы некоторых соединений, которые во многих случаях имеют полимерную и (или) колло­ идную природу [3.2, 3.4, 3.5].

Применительно к связкам в ряде случаев используют тождественный термин “неор­ ганические клеи” [3.5], а также 44связующие составы”. Под последними понимают составы, обладающие смачиванием, адгезией и способные к самопроизвольной кон­ денсации (отвердеванию) при нормальных условиях или при изменении условий (на­ гревание, изменение рН, взаимодействие с отвердителем). Если в органическом клее обычно выделяют растворитель и клеящее (связующее) вещество, то в неорганичес­ ких клеях правильнее говорить о клеящей (вяжущей) системе или о клеевой компози­ ции [3.2, 3.5].

Согласно [3.5] связками или клеями являются водные растворы щелочных силика­ тов (жидкие стекла), фосфатов; золи, а также другие вязкие концентрированные ра­ створы неорганических полимеров в воде или неводных растворителях.

Существуют, и широко применяются в технологии неформованных огнеупоров орга­ нические связки, например, на основе различных смол, пеков, сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ).

Большинство вяжущих систем используется в сочетании с другими материалами, которые целенаправленно изменяют различные свойства получаемого искусственно­ го камня. Такое сочетание называют вяжущей композицией. Самый характерный при­ мер композиционного материала на основе вяжущих систем (цемента) — строитель­ ный бетон [3.6, 3.7].

В соответствии с рассмотренными общими положениями, большинство видов не­ формованных огнеупоров вполне обоснованно можно рассматривать как композици­ онные (гетерогенные) материалы. Исходные формовочные системы при их получе­ нии на макроуровне более удобно рассматривать как дисперсные бинарные системы, состоящие из двух компонентов или фаз: дисперсионной среды (ВКВС, вяжущей си­ стемы или суспензии высокодисперсных компонентов смеси) и дисперсной фазы (полидисперсного огнеупорного заполнителя).

С другой стороны, при рассмотрении на микроуровне дисперсионная среда формо­ вочных систем также является дисперсной системой, в данном случае высококонцен­ трированной суспензией [3.8]. Ее дисперсной фазой служат высокодисперсные части­ цы огнеупорных компонентов, дисперсионной средой — вода с различными неорга­ ническими или органическими добавками, вводимыми для регулирования реотехнологических свойств вяжущей системы. Рассмотренные положения удобнее всего рас­ сматривать применительно к новым огнеупорным бетонам.

Сформировавшийся огнеупорный бетон является композиционным материалом, состоящим из матрицы (дисперсионной среды) и заполнителя. Условно допускается, что среда (матрица) обладает свойствами непрерывности, а заполнитель имеет грани­ цу раздела. При этом зерна заполнителей лишь ограниченно (с поверхности) взаимо­ действуют с вяжущей системой. Дисперсионная среда (вяжущая система), или мат­ рица, условно принимается гомогенной. Она объединяет в единое целое многочис­ ленные полидисперсные частицы заполнителя, что придает монолитность и задан­ ную форму изделию или футеровке. Матрица обеспечивает передачу механических и термических напряжений на заполнитель, а также может частично предохранять его от коррозионных воздействий благодаря своей тонкокапиллярной структуре, непро­ ницаемой для расплавов [3.8].

В зависимости от типа и состава огнеупорного бетона объемное содержание фаз может колебаться в пределах 25-60 % матрица и 75-40 % заполнитель соответствен­ но. Бетоны, как правило, характеризуются непрерывным зерновым составом заполни­ теля. При этом минимальный (1т.пи максимальный диаметры могут колебаться в широких пределах: с1т.пот 0,1 до 0,5 мм; 4 ^ от 1 до 20 мм. Очевидно, что с увеличени­ ем потенциально возможно достижение повышенной объемной доли заполнителя в бетоне К с соответствующим уменьшением объемной доли матрицы Км, так как в случае оптимального уплотнения смеси К + Уы= 1.

Если для однотипных по химическому составу видов новых огнеупорных бетонов (керамобетоны, НЦОБ, СНЦОБ) характеристика и объемное содержание заполнителя сопоставимы, то состав и свойства матрицы или вяжущей системы существенно раз­ личаются.

Между отличительными признаками и определениями вяжущих систем примени­ тельно к строительным вяжущим [3.2, 3.3] и рассматриваемыми нами для огнеупор­ ных бетонов существует ряд принципиальных различий. Если в случае строительных вяжущих это преимущественно смеси порошков и жидкости, твердеющие по гидратационному механизму, то применительно к керамобетонам вяжущие системы синтези­ руются непосредственно при протекании технологического процесса, минуя стадию получения порошка.

Отличительным признаком вяжущих систем как керамобетонов, так и НЦОБ, СНЦОБ является предельно высокая степень их объемной концентрации, достигаемая полидисперсным составом частиц твердой фазы, а также оптимальной дефлокуляцией (раз­ жижением). В этой связи за рубежом для этой группы бетонов иногда применяется термин Ое/1оси1аШ СазшЫе — разжижаемые бетоны.

Механизмы струкгурообразования (схватывания) и твердения керамобетонов и бе­ тонов на высокоглиноземистых цементах (ВГЦ) существенно различаются. Если для НЦОБ и СНЦОБ характерен преимущественно гидратационный механизм, то структурообразование керамобетонов определяется тиксотропным загустеванием, частич­ ным обезвоживанием, а твердение протекает преимущественно по контакгно-поли- меризационному механизму.

Исходя из изложенного, применительно к новым огнеупорным бетонам, под вяжу­ щими системами принимаются высококонцентрированные, дефлокулированные, под­ вижные водные дисперсные системы (суспензии или пасты), которые (при совмеще­ нии с огнеупорным заполнителем) при определенных физических условиях незави­ симо от физико-химической сущности процессов схватываются и отвердевают, обра­ зуя относительно прочный материал [3.8].

Сформулированное выше определение существенно отличается от рассмотренного в работе [3.9] понятия о вяжущих для огнеупорных бетонов как системах, состоящих из огнеупорного цемента и химической связки.

3.2. Вяжущие системы как высококонцентрированные суспензии (пасты)

Все известные и применяемые в технологии неформованных огнеупоров исходные вяжущие и формовочные системы (порошки, суспензии, пасты, минерализованные пены) являются дисперсными системами. Большинство из них относится к суспензи­ ям (дисперсная фаза — твердое тело, дисперсионная среда — жидкость). При опреде­ ленных реологических свойствах суспензии называют пастами (наличие значитель­ ного предела текучести).

Применительно к технологии огнеупорных бетонов, как важнейшего класса нефор­ мованных огнеупоров, целесообразно классифицировать суспензии (пасты) на два типа: тонкодисперсные и наполненные (с зернистым заполнителем). К первому относятся суспензии, представляющие матричную систему бетона, ко второму — бетонные сме­ си, т.е. формовочные системы. Если максимальный размер (диаметр) частиц для суспензий первого типа не превышает 40-100 мкм, то для наполненных суспензий, в зависимости от вида и назначения бетона, (I может составлять 3-10 мм.

В этой главе рассмотрены общие характеристики суспензий первого типа. Таковы­ ми являются ВКВС для получения керамобетонов, а также матричные (вяжущие) сус­ пензии различных типов других огнеупорных бетонов (НЦОБ, СНЦОБ).

3.2.1. Массовое и объемное содержание фаз

Несмотря на разнообразие типов применяемых в технологии огнеупорных бетонов суспензий, их состав всегда характеризуется определенным массовым и объемным

соотношением твердого компонента (дисперсной фазы с плотностью р5) и жидкой фазы (дисперсионной среды с плотностью Высококонцентрированные суспен­ зии, особенно тиксотропные, могут удерживать и определенный объем газовой фазы.

При постановке задачи получения и применения ВКВС из различных материалов было предположено существование закономерной зависимости между химической природой твердой фазы, технологией получения, состоянием в системе дисперсион­ ной среды (различным образом связанной и свободной) и реологическими свойства­ ми, что в значительной степени определяет характеристики полуфабриката (или вя­ жущие свойства). Такой подход к разработке вызвал необходимость все разнообраз­ ные литейные системы рассматривать и анализировать с точки зрения объемного фа­ зового их состава и объемных критериев оценки технологических процессов. С одной стороны, объемные показатели содержания фаз в системе (твердой с^ жидкой с1Ггазо­ образной с,) по сравнению с обычно применяемыми массовыми характеристиками имеют ясный физический смысл и важное технологическое значение. С другой сторо­ ны, такой подход позволяет обоснованно и объективно оценивать разнообразные ма­ териалы (например, с различной плотностью твердой фазы, которая изменяется от 2,20 г/см3 для кварцевого стекла до 6,30 г/см3 для оксида 2Ю 2), вводить новые харак­ теристики систем и процессов, применять модельные представления к технологичес­ ким процессам, т.е. способствует разработке теоретических основ технологии ВКВС и материалов на их основе [3.10,3.11]. Все это в полной мере относится и к вяжущим суспензиям в технологии НЦОБ и СНЦОБ. В последних публикациях [3.12,3.13] так­ же приняты объемные характеристики вяжущих систем и составов низкоцементных огнеупорных бетонов.

В общем случае объемная доля в системе твердой скили жидкой с1Уфаз определяет­ ся соотношениями:

Су=(У,-У№)1У-

(3.1)

с„ = (У<-Уу)!У-

(3.2)

где Ур и Уу— объем жидкости и твердого компонента в суспензии; Уй— истинный

объем дисперсной системы (= т^р8+

ту и

— масса твердой и жидкой

фаз).

 

 

Как это впервые показано в работе [3.33], весьма важной и информативной является объемная характеристика, выражаемая показателем объемного твердожидкого отно­ шения ОТЖ. Последний представляет собой отношение в системе объемных долей твердой и жидкой фаз, т.е. ОТЖ = с^су^

Взаимосвязь между рассмотренными объемными характеристиками с^ и обычно применяемыми массовыми показателями: влажностью IV, плотностью суспензии жидкотвердым (Ж:Т) или твердожидким (Т:Ж) отношением для случая водных сис­ тем показана на рис. 3.1.

В ряде случаев для оценки суспензий необходимы характеристики их удельной кон­ центрации твердой (2Уи жидкой 0 ^ фаз.

Легко вывести зависимости между рассмотренными показателями концентрации суспензий:

Рис. 3.1. Взаимосвязь между показателями IV(а), (б), Ж:Т, Т:Ж (в) и объемными характеристиками суспензий с„, при различных значениях плотности твердой фазы р5 (указаны на кривых, г/см3)

IV =----Р$__Р<2— -.100%;

Р*/ “*(Р.5 "РИ')

 

су —1

 

^Рз

 

 

 

 

 

(Ю О -^)р^ +№р§

 

 

 

би =

@\у сч№\т

 

 

}у = .

су9\У

 

 

% ;

 

(Ю0-ЮРг+1Ур8

100

 

 

 

 

 

(9(1 ~~Р}у]Рз.

 

Р</

ву*

О.У -

 

»

 

 

Рз ~Р\У

 

 

 

 

 

'( щ №

1

Рш

+

I ^Рз

Ра =

—— рс

+ Р$

 

—^ .

1

Ч

/ [

 

[

100 ^

_ Рн “ Р я '.

Су - ,

Рз IV

+ си = 1, ОТЖ = Су/с1Г

(3.3)

(3.4)

(3.5)

(3.6)

(3.7)

(3.8)

(3.9)

(3.10)

В практике получения суспензий распространены случаи, когда твердая фаза имеет сложный состав, например, состоит из двух (а иногда и трех) сырьевых компонентов, характеризующихся различной плотностью. В этих случаях объем твердого компо­ нента и усредненное значение плотности рассчитывают по следующим выражениям:

Vу —т у[/р51 + л ^/р я» Р$ “ т у\^у\ + т у/Уу2>

где т п, т1Т Ууг У^ — масса и объем первого и второго компонента твердой фазы. Например, суспензии для получения матричной системы НЦОБ, как правило, со­

стоят из трех компонентов: ВГЦ с плотностью р5 в пределах 3,20-3,30 г/см3, реактив­ ного глинозема с р5- 3,90 г/см3 и микрокремнезема с р5= 2,20 г/см3

Все рассмотренные соотношения для объемных характеристик справедливы для “идеальных” суспензий, не содержащих газообразной фазы (т.е. без воздухововлечения). В этих случаях выполняется условие (3.10). Между тем многие высококонцент­ рированные (и особенно тиксотропные) суспензии характеризуются определенным содержанием вовлеченного воздуха— газообразной фазы. В таких случаях фактичес­ кие величины объемной доли твердой фазы в системе сК|, определяемые по экспери­ ментальным значениям плотности литейной системы в соответствии с соотношением (3.9), оказываются заниженными за счет содержания газообразной фазы, объемная доля которой определяется по формуле: = сп - сК1, где сп — фактическая объемная доля в конденсированной части системы, определяемая истинными соотношениями жидкой и твердой фаз из выражений (3.1), (3.2).

В процессе получения суспензий заданной концентрации бывает необходимо про­ изводить их разжижение или концентрирование. В первом случае необходим расчет объема вводимой жидкости А\У, а во втором — массы вводимой твердой фазы Ар. В

этом случае расчет ведется из соотношений:

 

Р 5 -»

(3.11)

 

А/> = -----------—к— .

(3.12)

где Уи— исходный объем суспензий; р /, р / — исходная и конечная плотность литей­ ной системы; (?уи, ()* — исходная и конечная удельная концентрация твердой фазы в системе.

Плотность суспензии после дополнительного введения твердой фазы или жидкости определяется из соотношений:

Р,,= (Рн+ ЬрЖУи+ Ар/Р5),

или

 

АV

Л И

 

р* = Ри +

У

Уи

Рг

(3.13)

 

Р\у ,

 

 

где рч— исходная масса суспензии.

Взаимосвязь между основными из рассмотренных характеристик удобно представ­ лять в виде номограммы, пример которой для случая суспензии с р5= 2,65 г/см3 (кварц, шамот, глина) показан на рис. 3.2.

ПО