ХАРАКТЕРИСТИКА. СПОСОБЫ ПОРИЗАЦИИ
Керамическими теплоизоляционными материалами и изделиями называют материалы и изделия, формуемые из поризованных керамических масс без заполнителей или плотных (пористых) масс, содержащих огнеупорные или тугоплавкие заполнители, с последующим обжигом.
Отформованные из этих масс изделия сушат, а затем обжигают при высоких температурах, причем в зависимости от значения последних определяют возможную температуру их применения (не выше 900 – 1000С при изготовлении их из легкоплавких глин и при 1000 – 1200С и выше – из огнеупорных глин).
Огнеупорными легковесами называют теплоизоляционные обожженные изделия, получаемые из поризованных огнеупорных масс, имеющие предельную температуру применения выше. – 1000 – 1200С, а в ряде случаев выше 1650 С.
Как первые, так и вторые относятся к высокотемпературным теплоизоляционным материалам, которые применяют для тепловой изоляции и защиты печей, тонок и другого различного оборудования, работающего при высоких температурах.
Формовочная масса для изготовления теплоизоляционных У материалов и изделий, а также огнеупорных легковесов может иметь жидкую, пластичную или жесткую консистенции. Массу поризуют следующими известными способами:
1) высокого водозатворения – пористость образуется в результате испарения воды. Способ не имеет широкого распространения. Он незначительно увеличивает объем пор при применении некоторых других описываемых ниже способов;
2) фракционного подбора составов – пористость образуется в результате соответствующего подбора гранулометрического состава компонентов. Способ имеет подчиненное значение в случае применения некоторых других способов. Однако при изготовлении крупноразмерных одно- и двухслойных виброкерамических изделий он имеет превалирующее значение;
3) выгорающих в процессе обжига добавок (лигнина, опилок, кокса, термоантрацита, бисерного полистирола и других вспученных пластмасс); имеет распространение вследствие возможности использования масс с низким содержанием воды и применением прессования. Верхний предел пористости изделий составляет 65'4;
4) вспучивания в процессе формования (в том числе виброформования) изделий из керамических и огнеупорных масс. В массе образуются поры из пузырьков газа при химической реакции (способ химического газообразования) или разложения вводимых добавок, например, при введении в массу:
а) газообразователя (ПАП с NаОН), выделяющего водород;
б) вспенивателей, выделяющих углекислый газ (например, толуилендиизоцианата и глицеринового эфира адипиновой кислоты). Основные преимущества этого способа – возможность получения изделий с пористостью от 40 до 90% и относительно высокой механической прочностью. Недостаток – высокое содержание воды в массе при неприменении виброформования (38 – 100%), пониженная термостойкость (по сравнению с изделиями, изготовляемыми способами 3 и 9);
5) вспенивания (пенообразования) в процессе формования изделий, например, смешиванием шликера с 1,5%-ным раствором канифольного мыла или другого пенообразователя или смешиванием шликера с уже готовой иеной. Основные преимущества и недостатки те же, что и способа 4. При изготовлении легковесного шамотного огнеупора объемной массой 400 кг/м', кроме того по данным ВНИПИТеплопроекта, отмечены следующие основные недостатки этого способа: недостаточная текучесть пеномассы, в результате изделия получаются с неоднородной структурой, трещинами и пустотами как на поверхности, так и в изломе, высокая влажность пеномассы – до 200% к массе сухих компонентов; большая объемная усадка при сушке (около 72%), невозможность ускоренной сушки и т. и.;
6) введения в формовочную массу пористых наполнителей (вспученного перлита или вермикулита, керамзита и т. п.). Он, так же как и способ 3, имеет широкое распространение;
7) вспучивания в момент обжига в среде водяного пара со снижением давления – пока не вышел из стадии экспериментов, • хотя имеет преимущества в основном по значительному увеличению пористости материала;
8) вспучивания в процессе обработки всей массы или отдельных ее компонентов. Например, опал и халцедон способны увеличивать объем при быстром нагревании до 1400 – 1800С. Способ не имеет пока промышленного применения;
9) поризации с одновременным армированием керамических и огнеупорных масс волокном, в том числе и высокотемпературным. Применяют при изготовлении материалов специального назначения, но ему принадлежит будущее, так как материал, армированный волокнами, имеет высокую теплостойкость. В СССР и за рубежом получают широкое распространение композиции, в которых присутствует высокотемпературная неорганическая вата («каолиновая», «фламузер» и т. п.).
Из расплавов, получаемых из шихты каолинового состава ' в электродуговых печах, изготовляют каолиновое волокно, которое применяют при 1100 – 1250С. В нем содержится до 98% SiO2 и Al2O3, причем соотношение по массе между этими двумя окислами составляет около 1:0,8. Для использования при 840 – 900'С пригодна разработанная И. 3. Волчеком и К.Э. Горяйновым алюмокальциевая минеральная вата, в которой содержится (масс. %): Al2O3 47 – 51 и СаО 47 – 43, а также кремнеземисто-алюмокальциевая вата, например, швейцарской фирмы «Фламузер» с содержанием (масс. %): SiO2 40 – 45; Al2O3 12 – 11 и СаО 43 – 33. Расплав алюмокальциевой минеральной ваты может быть получен как в электродуговых печах, так и в минераловатных вагранках, работающих на нагретом свыше 500С дутье.
В качестве пористых заполнителей используют при изготовлении керамических изделий вспученный перлит и вермикулит.
В качестве выгорающих добавок широкое применение получили опилки – отходы лесопильных заводов и деревообрабатывающих предприятий. Перед употреблением их предварительно просеивают, так как используют лишь фракции менее 8 мм. Лучшую формовочную способность обеспечивают опилки твердых древесных пород (дуб, каштан, вишня и т. п.). Также используют и лигнин – отход целлюлозной и гидролизной промышленности, отсев коксика или антрацитовый штыб, нефтяной кокс или термоантрацит. Обжиг изделий с выгорающими добавками на первой стадии осуществляют в окислительной среде.