книги / Неформованные огнеупоры. Т. 1 Общие вопросы технологии
.pdf4.53.Зимой А .Д ., Адрианов Е. П. Аутогезия сыпучих материалов. — М.: Металлургия, 1978.
—287 с.
4.54.Иткин С. М., Викулин В. В. Исследование механизма упрочнения кварцевой керамики при гидротермальной обработке // Огнеупоры. 1993. № 12. С. 7-11.
4.55.Стрелов К. К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. — М.: Ме таллургия, 1985. — 480 с.
4.56.Фрейндлих Г. Тиксотропия / Пер. с нем. — М.: ГОНТИ, 1939. — 128 с.
4.57.М ихайловы . В Р ебиндер И А. О структурно-механических свойствах дисперсных и вы сокомолекулярных систем // Коллоидный журнал. 1955. Т. 17. № 2. С. 107-119.
4.58.Трапезников А. А . Реология и структурообразование олеоколлоидов // Успехи коллоидной химии. — М.: Наука, 1973. — С. 201-211.
4.59.Ребиндер П. А. Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физи ко-химическая механика. — М.: Наука, 1979. — 382 с.
4.60.Щукин Е .Д ., Перцов А . В,, Амелина Е. А. Коллоидная химия. — М.: Изд-во МГУ, 1982.
—352 с.
4.61.Добровольский А. Г. Шликерное литье. — М.: Металлургия, 1974. — 240 с.
4.62.АбдурагимоваЛ. А Р ебиндер П. АСерб-Сербина Н. Н, Упруго-вязкостные свойства тик сотропных структур в водных суспензиях бентонитовых глин // Коллоидный журнал. 1955. Т. 17. № З.С. 184-195.
4.63.Пивинский Ю . Е. Гидратация, реологические и вяжущие свойства водных суспензий периклаза // Огнеупоры. 1984. № 12. С. 12-18.
4.64.Пивинский Ю. Е. Влияние дисперсности и концентрации твердой фазы на свойства сус пензий периклаза // Огнеупоры. 1985. № 2. С. 9-13.
4.65.Урьев Н . Б,, Потанин А. А, Текучесть суспензий и порошков. — М.: Химия, 1992. — 264 с.
4.66.Пивинский Ю. Е. О тиксотропии и дилатансии керамических суспензий из плавленого кварца // Журнал прикладной химии. 1972. Т. 45. № 9. С. 1917-1922.
4.67.Пивинский Ю. Е Р ом аш ин А, Г. Кварцевая керамика. — М.: Металлургия, 1974.— 264 с.
4.68.ЕгеитШск Н., КойегН Ь. ТЫхо1гору ап<1 ИПа^апсу // Тгапз. Рагайау Зое. 1938. V. 34. № 202. Р. 308-316.
4.69.Ефремов И. Ф. Дилатансия коллоидных структур и растворов полимеров // Успехи хи мии. 1982. Т. 51. № 2. С. 285-310.
4.70.Каплан Ф. С., Пивинский Ю. Е.у Сапрыкин А. Н Об особенностях дилатантного упроч нения суспензий кварцевого стекла // Коллоидный журнал. 1988. Т. 50. № 6. С. 1092-1099.
4.71.Пивинский Ю. Е. Реологические свойства предельно концентрированных суспензий плав леного кварца // В кн.: “Синтез, технология производства и методы испытаний жаропрочных неорганических материалов”. Вып. 2. — М.: НИТС, 1971. — С. 60-74.
4.72.Тихонов А. П К ривощ епов А. Ф. Влияние дисперсности твердой фазы на структурно механические свойства высококонцентрированных суспензий // Коллоидный журнал. 1979. Т. 41. №2. С. 383-386.
4.73.Пивинский Ю, Е, Исследование дилатансии минеральных суспензий различных концент раций // Физико-химическая механика и лиофильность дисперсных систем. 1974. № 6. С. 182— 187.
4.74.Мосин Ю. М., Кривощепов А . Ф., Шихиева Г. Г, и др. Формирование межфазной грани цы оксид-раствор высокомолекулярного соединения // Стекло и керамика. 1997. № 9. С. 27-30.
4.75.Бт(еп/а55 2. ТЫхо1гору апс1 ОПа(апсу // 1п: “Ргос. 41Ь. 1п1ешабопа1 Соп^гезз” / КЬео1о§у
Раг13. — №\у-Уогк - Ьопс1оп: 1п1ег-зс1епсе, 1965. — Р. 623-632.
4.76.Пивинский Ю. Е,, Котова Н Т, Высококонцентрированные суспензии непрозрачного квар цевого стекла и материалы на их основе // Огнеупоры. 1986. № 6. С. 14-19.
4.77.КШвепТ. В. II КЬео1. Ас1а. 1962. V. 2. N 3. Р. 305-348.
4.78.Х аппельД ж Б реннер Г Г, Гидродинамика при малых числах Рейнольдса. — М.: Мир, 1976. — 367 с.
4.79.Ливийский Ю, Е., Яборов А. Н, О концентрационной зависимости вязкости керамичес
ких суспензий // См. ист. [4.86]. Вып. III. — М.: НИТС, 1974. — С. 22-28.
4.80.Кургаев Е. Ф. Вязкость в гетерогенной системе жидкость - твердые частицы // Инж.-физ. ж. 1968. № 7. С. 79-84.
4.81.М айкле А, С. Реологические свойства водных систем глин // В кн. “Процессы керамичес кого производства”. Пер. с англ. / Под ред. П. П. Будникова. — М.: Издатинлит, 1960. — С. 3644.
4.82.Пивинский Ю. Е. Объемные и фазовые характеристики и их влияние на свойства суспен зий и керамических литейных систем // Огнеупоры. 1982. № 11. С. 50-58.
4.83.Пивинский Ю. Е. Основы регулирования реологических и технологических свойств ке рамических литейных систем. Автор, дисс. д-ра наук. — М.: МХТИ, 1981. — 40 с.
4.84.Ьепк /?. КЬео1об1$сЬе Е^спзсЬайеп у о п ЗЮ — 5рп1г§1еЪта5$еп // ЗргесЬ$аа1. 1991. V. 124. N 9. 3. 563-573.
4.85.Гузман И. Я, Химическая технология тонкой керамики. — М.: Изд-во МХТИ, 1985. — 194 с.
4.86.Пивинский Ю. ЕМ акаренкова Р. Г. О влиянии зернистого заполнителя на реологичес кие свойства керамических суспензий // Огнеупоры. 1978. № 12. С. 39-44.
4.87.Пивинский Ю. Е, Литые оксидные огнеупоры зернистого строения. Исходные составы и закономерности формования // Огнеупоры. 1985. № 6. С. 6-11.
4.88.Пивинский Ю. Е., Скуратов М. А. Литые (саморастекающиеся) керамобетоны. Реотехнологические свойства формовочных систем для получения карбидкремниевых керамобетонов
//Огнеупоры и техническая керамика. 2000. № 11. С. 32-36.
4.89.Пивинский Ю, Е. Керамобетоны — заключительный этап эволюции низкоцементных ог
неупорных бетонов (Часть 1) // Огнеупоры и техническая керамика. 2000. № 1. С. 11-15.
4.90.Пивинский Ю. Е. Огнеупорные бетоны нового поколения. Низкоцементные бетоны. На ливные вибрационные тиксотропные огнеупорные массы // Огнеупоры. 1990. № 7. С. 1-10.
4.91.Чанг Дей Хан. Реология в процессах переработки полимеров. — М.: Химия, 1979. — 366 с.
4.92.Баженов Ю, М . Технология бетона. — М.: Высшая школа, 1978. — 456 с.
Глава 5.
ПОРОШКИ И ЗАПОЛНИТЕЛИ В ТЕХНОЛОГИИ НЕФОРМОВАННЫХ ОГНЕУПОРОВ.
ОБЩАЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА И УПАКОВОЧНЫЕ СВОЙСТВА
Значительные успехи, достигнутые в создании новых высокоэффективных нефор мованных огнеупоров, в большой степени обусловлены достижениями в области со здания различных сырьевых материалов, характеризующихся повышенной чистотой, дисперсностью, химической активностью. Причем это касается как высокодисперс ных (порошковых) материалов, применяемых для матричных систем неформованных огнеупоров, так и для их заполнителей [5.1-5.8].
Исходя из общих положений химии твердого тела [5.9], характер и скорость взаимо действий на различных этапах технологии и применения неформованных огнеупоров существенно зависят от дисперсности, физической структуры и свойств исходных порошкообразных тел. Все это обуславливает необходимость широкого и глубокого изучения, а также анализа исходных материалов.
5.1. Общая характеристика дисперсности и зернового распределения
Исходные формовочные системы для получения практически всех неформованных огнеупоров характеризуются высокой степенью полидисперсности. Последняя опре деляется как технологическими, так и эксплуатационными требованиями соответству ющих неформованных огнеупоров. Рассматриваемые вопросы ниже проанализирова ны на примере формовочных систем для получения новых огнеупорных бетонов.
С учетом требований минимальной водопотребности бетонной смеси и минималь ной пористости бетона ставится задача их получения с предельно плотной упаковкой компонентов. С другой стороны, бетонные смеси должны обладать требуемыми тех нологическими свойствами (подвижностью и уцобоукладываемостью при оптималь ных режимах виброуплотнения, отсутствием значительной дилатансии, препятству ющей перемешиванию и укладке). Кроме того, выбор оптимального зернового соста ва способствует экономии вяжущего, как более дорогого компонента. Во многих слу чаях применения огнеупорных бетонов справедливо также положение, что избыток вяжущего ухудшает бетон.
Зерновой состав огнеупорных бетонов в существенной степени определяет их усад ку при сушке (твердении) и службе, термостойкость, температурную зависимость проч ностных характеристик. Особенное влияние на свойства оказывает нескомпенсированная усадка [5.10].
Вопросы выбора и проектирования зерновых составов как керамобетонов, так и низкоцементных огнеупорных бетонов рассматривались в значительном количестве публикаций [5.1-5.5, 5.10].
Для получения огнеупорных бетонов нового поколения чаще всего применяют сме си непрерывного состава, являющиеся более технологичными по сравнению со сме сями прерывного состава.
На рис. 5.1 в качестве примера по данным [5.3] приведены данные по зерновому распределению как ВКВС (7), так и керамобетонов, характеризующихся различной крупностью заполнителей (2,5).
Как следует из рис. 5.1, диапазон размеров частиц в них составляет около восьми десятичных порядков — от долей микрона для коллоидного компонента ВКВС до 1050 мм для заполнителя. Между тем основной вклад в удельную поверхность как твер дой фазы ВКВС (кривая 7'), так и керамобетонов (кривые 2', 3') вносит очень незначи тельное содержание высокодисперсных частиц (на уровне наночастиц). На долю за полнителя приходится до 1-2 % удельной поверхности твердой фазы. В соответствии
Электронно-микроскопический
БЭТ
Ультрацентрифугальный
|
|
Седиментационный |
|
|
|||
|
|
< |
--------------------- |
|
► |
Ситовый |
|
|
|
|
|
|
|
||
102' |
10" |
10" |
10'2 |
109 |
106 |
103 |
10 п |
I______ I______ I_______I______ I______ I______ I_______I_______I |
|||||||
6000 |
600 |
60 |
6 |
0,6 |
0,06 |
0,006 |
0,0006 5* м2/см3 |
Рис. 5.1. Интегральные кривые зернового распределения ВКВС (7), мелкозернистого (2) и крупно зернистого керамобетона (3), аналогичные кривые относительного вклада удельной поверхности 5 (/', 2\ 3%а также общая характеристика и экспериментальные методы определения различных уров ней дисперсности: п — счетная концентрация частиц (шт./см3); 8^ — удельная поверхность
М А Т Р И Ч Н Ы Е С И С Т Е М Ы :
керамобетонов
|
! |
НЦОБ, СНЦОБ |
|
огнеупорный |
| |
|||
|
ч |а С т И |
ц ы |
|
|
||||
|
|
|
заполнитель |
! |
||||
нано- |
| |
ультра- |
! |
! |
спепние |
|
мелкий | сРедний ! |
|
частицы ! |
тонкие |
| |
; |
^ д |
|
И крупный; |
||
|
' |
|
! |
! |
|
< |
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
0,01 |
0,1 |
|
1 |
|
10 |
0,1 |
1 |
10 |
|
|
</, мкм |
|
|
|
|
й, мм |
|
Рис. 5.2. Характеристика зерновых составов формовочных систем для получения керамобетонов на основе ВКВС мокрого помола (У), а также различных видов низкоцементных огнеупорных бетонов (2)
с этим наиболее активная роль в формировании свойств керамобетона принадлежит коллоидному компоненту ВКВС [5.10].
На рис. 5.2 схематически представлены области зерновых составов, характерных для керамобетонов (У) и низкоцементных огнеупорных бетонов (2).
Отличие между последними состоит в том, что матричная система СНЦОБ и НЦОБ, полученная на основе порошков сухого измельчения, не содержит наночастиц (менее 0,1 мкм). Между тем в ВКВС мокрого помола последние “нарабатываются” в требуе мом количестве [5.11]. В соответствии с принятой для дисперсных материалов терми нологией [5.12-5.14], наночастицами считаются частицы с размерами менее 0,1 мкм
а = 2,5 мм О - 2400 мм2
Рис. 5.3. Взаимосвязь длины ребра ку |
|
|
|
бика постоянного объема с общей пло |
|
|
|
щадью поверхности (аналогия огне |
|
|
|
упорного заполнителя в интервале й - |
0,1 1,02,5 |
5 |
10 |
- 0,1-10 мм) |
Длина ребра, мм |
|
|
(100 нм); ультратонкими — 0,1-1 мкм; тонкими — 1*^5 мкм. Частицы с диаметром 5- 100 мкм нами называются средними. Таким образом, матричная система как керамобетона, так и НЦОБ или СНЦОБ (частицы менее 100 мкм) характеризуется очень
широким интервалом дисперсности. Соотношение |
для матричных систем пер |
|
вых достигает 10000, а вторых — 1000. Аналогичное соотношение |
для за |
|
полнителей достигает 100. Соотношения же |
для керамобетонов достигает |
|
одного миллиона, а для НЦОБ — ста тысяч!
Водопотребность бетонных смесей в значительной степени определяется зерновым составом и пористостью заполнителя. Значение первого фактора проиллюстрировано на рис. 5.3. По мере роста дисперсности заполнителя растет его удельная поверхность
ссоответствующим ростом водопотребности системы.
5.2.Характеристики дисперсности порошков. Основные термины, понятия и определения
Порошки, применяемые в производстве огнеупорных материалов, принято характе ризовать химическими, физическими и технологическими свойствами. Знание после дних позволяет создать объективное представление о рассматриваемой совокупности частичек вещества и является необходимым условием оптимизации соответствующих технологических процессов. Для характеристики свойств, и в частности — их дис персности, применяют многие и разнообразные термины и понятия. Ряду основных понятий дисперсионного анализа, таким, как частица, ее размер и форма, удельная поверхность и др. в различных случаях приписывают разное содержание. Вызвано это, прежде всего, особенностью дисперсных систем, для которых, в зависимости от условий их получения или применения, те или иные характеристики становятся опре деляющими [5.15].
В этой связи представляется целесообразным привести в настоящей книге одно значные основные определения, которые наиболее детально разработаны Г. С. Ходаковым в монографиях и работах [5.16-5.18].
Понятие (термин)
Частица (зерно; гранула)
Агрегат
Дисперсные частицы или дисперсная фаза
Основные определения
Определение
Вещество твердой (или жидкой) фазы, имеющее поверхность раздела с вакуумом, газом или жидкостью и сообщающееся с подобными же образованиями не более чем точечными контактами
Группа частиц, скрепленных поверхностными силами в точечных контактах, которая в конкретных рассматриваемых процессах ведет себя, как единое целое
Частицы или их агрегаты, размеры которых настолько малы. что сила их молекулярного взаимодействия при непосредственном контакте по величине одного порядка или больше их массы.
Понятие (термин)
Д исперсионная с р еда
Дисперсная си стем а
Порош ок
Аэрозоль
Суспензия
Эмульсия
Пыль
Отдельные частицы и агрегат ы
Определение
В акуум , газ, ж идкость или твердое тело, в которы х распределены ди сп ерсн ы е частицы
С овокупность ди сп ерсн ы х частиц и окруж аю щ ей их д и сп ер си он н ой среды
Ди сп ерсн ая систем а, в которой отдельны е частицы соприкасаю тся м еж ду собой и м огут п од действием силы тяж ести образовать слой, ф орм а которого определяется вм ещ аю щ им его сосудом
Ди сп ерсн ая систем а, в которой д и сп ер сн ой ф азой являются взвеш енны е в газе тверды е (ды м ) или ж идкие (тум ан) частицы
Ди сп ерсн ая систем а, состоящ ая из взвеш енны х в ж идкости тверды х частиц
Д и сп ерсн ая систем а, состоящ ая из взвеш енны х в ж идкости
жидких частиц
Порош ок, скорость седим ентации частиц которого в воздухе при атм осф ерном давлении и норм альной тем пературе не превы ш ает 8 - 9 м /с
Поверхность (гран ичн ая) частицы
иагрегата
П оверхность, прилеж ащ ая к частице или агрегату, в окрестн ости которой в рассм атриваем ом п р оц ессе или с п о со б е изм ерения ее площ ади ск ачкообразно м еняю тся какие-либо свойства ди сп ерси он н ой среды
Л инейны й разм ер |
М ера длины отрезка прямой, п ересекаю щ ей частицу или |
|
агрегат в произвольном направлении и ограниченной |
|
точкам и пересечения с е е поверхностью |
Н аибольш ий разм ер |
Н аибольш ий и з возм ож ны х линейны х разм еров |
Н аименьш ий р азм ер |
М аксимальны й из возм ож ны х линейны х размеров, |
|
изм еряем ы х по направлению , перпендикулярном у к прямой |
|
наибольш его разм ера |
О бъем частицы и агрегата
Крупность
Эквивалентный ди ам етр
Эквивалентный объ ем
Эквивалентная площ адь поверхности
О бъем пространства, ограниченны й поверхностью , на которой м еняю тся свойства ди сп ерси он н ой среды
С овокупность линейны х разм еров или средний линейны й разм ер, определяю щ ие протяж енность частицы или агрегата в пространстве, а так ж е их м ассу (вес), объем и площ адь поверхн ости
Д ли н а стороны куба или диам етр шара, эквивалентны х по геом етрическим или ф изическим признакам дан н ой частице или агрегату
О бъем куба или шара, эквивалентны х по геометрическим или ф изическим признакам данной частице или агрегату
П лощ адь п оверхности куба или шара, эквивалентны х по геом етрическим или ф изическим признакам дан н ой частице или агрегату
Понятие (термин)
Ф актор формы
Удельная поверхность
Дисперсны е системы
Определение
Качественная характеристика, вы раженная отнош ением наибольш его линейного размера к наим еньш ем у
О тнош ение площ ади полной поверхности к о бъ ем у или в есу частицы или агрегата
М онодисперсная
Полидисперсная
Класс крупности
Надситовая н подситовая фракции
Ди сп ерсн ость
Класс формы
Фракция крупности
Фракция формы
Фракционны й или гранулом етрический состав
Интегральный гранулометрический состав
Диф ф еренциальны й гранулометрический состав
Удельная поверхность порош ка
Размер частиц: верхний
нижний
Хго; Х м К м ; Кщ
Система, в которой все частицы им ею т оди н аковую крупность
Система, в которой частицы отличаю тся м еж ду со б о й по крупности
Диапазон линейны х размеров, м асс (весов), объ ем ов и площ адей поверхности частиц с указанием ни ж н его и верхнего граничных значений этих величин
Фракция, выраженная в % мае. доли испы туем ого м атериала, линейная крупность частиц которой соответствен н о бол ьш е или меньш е размера ячеек данного (обы чно н аиболее тонкого из возм ож ны х) сита
Совокупность характеристик ди сп ерсн ости , взяты х в полном наборе, или только часть их, полностью и одн озн ачн о определяю щ их состояние ди сп ерсн ой систем ы
Диапазон признака формы с указанием ни ж н его и верхн его граничных значений
Доля (весовая, объемная, площ ади поверхности, линейная, численная) частиц порош ка, приходящ ихся на данны й класс крупности
Доля (весовая, объемная, площ ади поверхности, линейная, численная) частиц порош ка, приходящ ихся на данны й класс формы
Долевое распределение (веса, объем а, площ ади п оверхн ости , длин, числа) частиц порош ка по установленны м классам крупности или формы
Дол евое распределение частиц по классам, которы е определены только одним (нижним или верхним ) граничны м значением
Долевое распределение частиц по классам , которы е определены двумя граничными значениями, в п ределе — бесконечно близкими м еж ду собой
Суммарная площ адь поверхности единицы объ ем а или веса частиц дисперсной системы , вы численная или изм еренная по больш ом у числу произвольно взяты х частиц
Граница класса крупности, соответствую щ ая содер ж ан и ю 9 9 ,9 % фракций части ц е крупностью м еньш е этой границы Граница класса крупности, соответствую щ ая содер ж ан и ю
0,1 % фракций ч а сти ц е крупностью меньш е этой границы Граница крупности, определяю щ ая фракцию частиц, 8 0 и 2 0 мае. % которых меньш е крупности X
Понятие (термин) |
Определение |
Основные м ет оды дисперсионного анализа
Ситовой
М икроскопический
С едим ентационны й
Кондуктом етрический (п о
Коултеру)
Ш ламовьГ
Пылевый
А нализ удел ь н ой п овер хн ости
Оп редел ен и е ф ракционного (гранулом етрического) состава порош ков путем просеивания его через набор си т с последовательно ум еньш аю щ им ися размерам и ячеек сеток и взвеш ивания остатков на каждом из сит. Ф ракционны й состав вы ражается весовы ми долям и (в % ) частиц в ди ап азон ах линейной крупности, определяем ы х размерам и ячеек.
Оп редел ен и е крупности, фракционного состава и формы
частиц путем просм отра препарированны х порош ков под м икроскопом или микроф отограф ий препаратов.
Ф ракционны й состав вы ражается долям и (в % ) числа частиц в произвольно вы бранны х ди ап азон ах линейной крупности
О п редел ен и е ф ракционного (гранулом етрического) состава по скорости оседания частиц в ж идкости или газе п од дей стви ем гравитационной или центробеж ной сил.
Ф ракционны й состав вы ражается весовы ми долям и (в % ) в
ди ап азон ах линейной крупности, определяем ой по ф орм уле С токса для сф ерических частиц
О п редел ен и е ф ракционного состава частиц по изм енению электрического сопротивления электролита, вы зы ваемого п рохож ден и ем частиц через калиброванную непроводящ ую диаф рагм у. Ф ракционны й состав вы ражается численны ми долям и (в %) в диапазонах линейной крупности, эквивалентной диам етру сф ерической частицы, сп особн ой вызвать заданное изм енение п роводим ости
О п ределен и е ф ракционного или гранулом етрического состава по скорости оседания частиц порош ка в текущ их
жи дк и х средах.
Оп ределен и е ф ракционного или гранулом етрического состава по скорости оседания частиц порош ка в текущ их газообразны х средах И зм ерен ие удельной п оверхности порош ков одним из
приведенны х н иж е методов:
п р о н и ц а ем о ст и — по сопротивлению слоя порош ка фильтрации через него вязкого газа, ж идкости, ли бо кнудсеновского газа; а д со р б ц и и — по количеству вещ ества — адсорбата (газа,
растворенного вещ ества или красителя), покры ваю щ его насы щ енны м мономолекулярны м слоем поверхность частиц анализируем ого порош ка (БЭТ); т еп л о т ы с м а ч и в а н и я (абсолю тны й по Гарккинсу и Ю ри,
м етод ГЮ ) — по теплоте, вы деляю щ ейся при погруж ении порош ка, зерна которого предварительно покрыты адсорбированной пленкой ж идкости в ту ж е ж идкость; св ето п о гл о щ ен и я (м етод В агнера) — по величине изм енения интенсивности света, проходящ его через равном ерно перем еш анную сусп ен зи ю и звестной концентрации
