Применяемые для изготовления футеровки огнеупорные материалы и их важнейшие свойства, страница 17

Наиболее стабильной и распространенной природной формой кремнезема является β–кварц. Он встречается в виде кварцитов, кварцевого песка, халцедона, опала, различных видов горного хрусталя. Форма α–кварц в природе не встречается, так как область ее стабильности находится в пределах температур 575—870 °С. При нагревании до 1000—1450 °С а––кварц может медленно переходить в α–кристобалит, хотя при этих температурах стабильным является α ––тридимит. При быстром нагревании до температуры выше 1600 °С β–кварц расплавляется, образуя жидкость высокой вязкости и минуя переход в другие модификации. Форма α–тридимит в природе не встречается, так как область стабильности его 870— 1420° С. При быстром нагревании до температуры 1670±10°С а––тридимит может быть превращен в вязкий расплав (кварцевое стекло), β–тридимит является лишь промежуточной модификацией. α–кристобалит образуется при нагревании α–тридимита выше 1470 °С, оставаясь стабильным до 1713±10 °С. При 1713 °С α–кристобалит без изменений объема превращается в кварцевое стекло. β–кристобалит встречается в природе очень редко. Он является метастабильным. При нагревании в пределах 180—270 °С происходит быстрое его превращение в α–кристобалит, сопровождающееся значительным увеличением объема.

Свободная энергия превращения кристобалита в другие модификации кремнезема представлена на диаграмме рис. 16 [26]. Стекловидный (аморфный) кремнезем благодаря своему весьма малому расширению при нагревании обладает хорошей термостойкостью при всех температурах.

Рис. 16. Диаграмма свободной энергии  превращения кристобалита в другие модификации кремнезема

Кремнезем в сочетании с основными окислами образует большую группу минералов, известных под названием силикатов.

Полиморфные модификационные превращения ограничивают возможности применения кремнезема и обусловливают специальный режим обжига кислой футеровки. Важнейшим для изготовления кремнеземистой футеровки следствием полиморфных превращений являются связанные с ними изменения плотности и, следовательно, объема. Эти изменения достигают значительных величин.

Свойства модификаций кремнезема приведены в табл. 23.

Таблица 23

Некоторые свойства модификаций кремнезема

Объемные изменения и температуры превращения кремнезема определяют поведение кислой футеровки в процессе ее обжига (спекания) и службы. При эксплуатации футеровки следует учитывать, что кремнезем неприменим при высоких температурах (выше 1710 °С) в восстановительных условиях из–за образования летучего низшего окисла — моноокиси кремния SiO. В некоторых температурных диапазонах кремнеземистая футеровка обладает отличной термостойкостью благодаря ничтожно малому расширению (росту) при нагревании, но оказывается весьма чувствительной к тепловым нагрузкам в других температурных интервалах из–за больших объемных изменений при кристаллических превращениях. Рассматривая дополнительные, важные для эксплуатации технические свойства кристаллического кремнезема, приведенные ниже, следует иметь в виду, что эти свойства значительно изменяются в зависимости от химической чистоты кремнезема.

Температура плавления, °С                                                            1728