Применяемые для изготовления футеровки огнеупорные материалы и их важнейшие свойства, страница 16

Огнеупоры, изготовленные из обожженного концентрата циркона и подвергнутые обжигу при 1550 °С, имеют следующие свойства:

Плотность, г/см³                                                                     3,1—3,4

Пористость истинная, %                                                            12—16

Предел прочности при сжатии, кг/см²                                   1000—2000

Температура деформации под нагрузкой 2 кГ/см², °С:

начало деформации                                                                      1520

разрушение                                                                                  1570

Огнеупорность, °С                                                              1800—2000

Термостойкость, водяные теплосмены (нагрев до 800 °С, охлаждение в воде)          30

Усадка (при 1500 °С), %                                                               2—3

Из циркона и шамота можно изготавливать комбинированные, а также двухслойные (бикерампческие) огнеупоры. Комбинации циркона с глиноземом образуют циркономуллитовые огнеупоры.

8. Технически чистые огнеупорные окислы

В настоящем разделе рассматриваются физико––химические и термомеханические свойства некоторых огнеупорных окислов, которые либо применяются самостоятельно, либо, входя в состав огнеупорных материалов для изготовления футеровки индукционных тигельных печей, определяют их характер и свойства. К таким окислам относятся: А1₂О₃, ZrО₂, MgO, Сr₂О₃, СаО, SiО₂. Свойства этих окислов рассматриваются применительно к условиям службы огнеупорных материалов в футеровке.

Важнейшими в данном случае свойствами являются: химический состав, огнеупорность, структура, плотность, объемная масса, пористость, механическая прочность, устойчивость к деформации при высоких температурах, металло–– и шлакоустойчивость, термическое расширение, теплоемкость, теплопроводность, электропроводность.

Окись кремния (кремнезем)

Кремнезем является полиморфным окислом. Известно восемь модификаций кремнезема, из которых семь кристаллических и одна аморфная. Основными стабильными модификациями являются:

β––кварц, α––кварц, α––кристобалит и α––тридимит. Полиморфные превращения кремнезема даны на рис. 14.

Рис. 14. Диаграмма полиморфных превращений кремнезема

Полиморфизм кремнезема имеет весьма сложный характер. В температурных областях стабильности одних кристаллических форм могут существовать в нестабильном состоянии другие формы [21]. Границы превращения кремнезема могут быть представлены следующей схемой:

В этой схеме горизонтальными стрелками обозначены направления превращений, которые протекают медленно и обратимы лишь в специальных условиях, вертикальными—превращения, быстро протекающие при нагревании и охлаждении. Обратимые превращения из одной устойчивой кристаллической модификации в другую называются эвантиотропными превращениями, необратимые превращения неустойчивой формы в устойчивую называются монотропными превращениями. Например, превращения β––кварца в α––кварц при 575° С или α ––кварца в α ––тридимит при 870° С представляют собой примеры энантиотропного превращения. Превращение кварцевого стекла при температурах ниже 1728 °С в одну из кристаллических разновидностей кремнезема является необратимым, или монотропным.

Кремнезем может существовать в виде девяти различных фаз, из них в виде одной газообразной — пара, одной жидкой (расплав) и семи твердых. Таким образом, фазовые изменения кремнезема в основном относятся к твердому состоянию, т. е. полиморфным превращениям одной кристаллической разновидности в другую.

Классификация фаз кремнезема при давлении в 1 ат, по данным [19], наглядно представлена на рис. 15.

Рис. 15. Классификация фаз кремнезема при атмосферном давлении

Из этой классификации видно, что имеется одна неизвестная ранее модификация, а именно W–кремнезсм, полученный путем конденсации газообразной моноокиси кремния. Она имеет вид микрокристаллических волокон. На диаграмме сплошные линии показывают устойчивое состояние, а пунктирные — метастабильное состояние фаз кремнезема.