Вибір оптимальних технологічних параметрів виробництва шамотних вогнетривів і їх взаємозв’язок з основними властивостями виробів

4

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

Кафедра хімічної технології кераміки та вогнетривів

КУРСОВА РОБОТА

на тему:

«ВИБІР ОПТИМАЛЬНИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ВИРОБНИЦТВА ШАМОТНИХ ВОГНЕТРИВІВ І ЇХ ВЗАЄМОЗВ'ЯЗОК З ОСНОВНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ ВИРОБІВ »

з дисципліни «Основи технології тугоплавких неметалевих і силікатних матеріалів»

Виконала: ст. гр. ХС - 05 Мітусова Я.В

Керівник роботи:

к.т.н., доц.. каф. ХТКіВ Іващенко Л.В.

Дніпропетровськ 2008

ЗАВДАННЯ НА КУРСОВИЙ ПРОЕКТ СТУДЕНТА

Мітусової Яни Вадимівни

1. Тема проекту Вибір оптимальних технологічних параметрів виробництва шамотних вогнетривів і їх взаємозв'язок з основними властивостями виробів

2. Термін здачі студентом закінченого курсового 25.12.2008

3. Вихідні дані проекту відкрита пористість - 19%; безперервний тип укладки зерен: шамот фр. 3-0 мм - 85%, глина фр. 2-0 мм - 15%; перервний тип: шамот фр. 3-0,5 мм - 63%, ССП фр. <0,0088 мм - 37%; вологість маси - 6% і 9%; тиск пресування - 15 Н/мм², 30 Н/мм² ,45 Н/мм² , 75 Н/мм² ; температура випалу виробів - 1460?С

4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки

1.Розрахунок тиску пресування. 2. Розрахунок істинної пористості за рівнянням А.С. Бережного. 3. Побудова графіка залежності тиску пресування і вологості на зміну відкритої пористості

5. Дата видачі завдання 13.11.2008

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН

№ п\п	Найменування етапів курсової роботи	Термін виконання етапів роботи
1.	АНАЛІЗ УМОВ СЛУЖБИ ШАМОТНИХ НАСАДОК ДЛЯ РЕГЕНЕРАТОРІВ МАРТЕНІВСЬКИХ ПЕЧЕЙ МАРКИ ШН-41 І ВИМОГИ, ЯКІ ПРЕДЯВЛЯЮТЬСЯ ДО ЯКОСТІ ВИРОБІВ	14 - 17.11.08
2.	ВЗАЄМОЗВ'ЯЗОК ОСНОВНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВОГНЕТРИВІВ З ПАРАМЕТРАМИ ТЕХНОЛОГІЇ ЇХ ВИГОТОВЛЕННЯ	19-29.11.08
2.1	Вплив хіміко-мінералогічного та речовинного складу на властивості шамотних і багатошамотних виробів	19.11.08
2.2	Залежність щільності укладки при пресуванні від зернового складу вогнетривких порошків	21.11.08
2.3	Вплив параметрів пресування на ущільнення вогнетривких мас	24.11.08
2.4	Особливості процесів структурно-фазових перетворень при термічній обробці шамотних вогнетривів	25.11.08
2.5	Теоретичні аспекти визначального показника шамотних насадок для регенераторів мартенівських печей марки ШН-41 та шляхи його поліпшення	29.11.08
3.	ВИБІР ОПТИМАЛЬНИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ВИГОТОВЛЕННЯ ШАМОТНИХ НАСАДОК ДЛЯ РЕГЕНЕРАТОРІВ МАРТЕНІВСЬКИХ ПЕЧЕЙ МАРКИ ШН-41	3-11.12.08
4.	ОФОРМЛЕННЯ ВИСНОВКІВ	15.12.08
5.	ЗДАЧА КУРСОВОЇ РОБОТИ	17.12.08

РЕФЕРАТ

Сторінок 45 таблиць 7 рисунків 5

В даній курсовій роботі розглянуто виробництво шамотних виробів для насадок регенераторів мартенівської печі марки ШН - 41, в залежності від умов їх служби, зазначено вимоги, що за ДСТУ пред'являються до них.

Також розглянуто вплив хіміко-мінералогічного та речовинного складу на властивості шамотних і багатошамотних виробів. Обґрунтовано залежність щільності укладки при пресуванні від зернового складу вогнетривких порошків, вплив параметрів пресування на ущільнення вогнетривких мас. Розглянуто процеси, які відбуваються при термічній обробці шамотних виробів.

Проведено розрахунок оптимальних технологічних параметрів виготовлення шамотних вогнетривів для насадок регенераторів для мартенівської печі марки ШН - 41.

МАРТЕНІВСЬКА ПІЧ, РЕГЕНЕРАТОР, ШАМОТНІ ВОГНЕТРИВИ, ПЛАВИЛЬНИЙ ПИЛ, ТИСК ПРЕСУВАННЯ, ВОЛОГІСТЬ, ГРАНИЦЯ МІЦНОСТІ ПРИ СТИСКУ, РІВНЯННЯ А.С, БЕРЕЖНОГО.

ЗМІСТ

Вступ

Аналіз умов служби шамотних насадок для регенераторів мартенівських печей марки шн-41

І вимоги, які предявляються до якості виробів

взаємозв'язок основних властивостей вогнетривів з параметрами технології їх виготовлення

Вплив хіміко-мінералогічного та речовинного складу на властивості шамотних і багатошамотних виробів

Залежність щільності укладки при пресуванні від зернового складу вогнетривких порошків

Вплив параметрів пресування на ущільнення вогнетривких мас

Особливості процесів структурно-фазових перетворень при термічній обробці шамотних вогнетривів

Теоретичні аспекти визначального показника шамотних насадок для регенераторів мартенівських печей марки шн-41 та шляхи його поліпшення

Вибір оптимальних технологічних параметрів виготовлення шамотних насадок для регенераторів мартенівських печей марки шн-41

Висновки і рекомедації

Література

ВСТУП

Вогнетривами називаються неметалеві матеріали, які призначені для використання в умовах високих температур в різних теплових агрегатах і мають вогнетривкість не нижче 1580?C.

Властивості вогнетривких матеріалів залежать від хіміко-мінералогічного складу і структури.

Незважаючи на різноманітність умов служби і властивість вогнетривів, які визначаються певними технологічними параметрами виробництва, всі вогнетривкі вироби, матеріали мають один узагальнений показник -вогнетривкість - здатність матеріалу протистояти не розплавляючись впливу високих температур. Вогнетривкість поняття умовне. Це не фізична , а технічна константа, і введена із-за відсутності, у більшості вогнетривких матеріалів, певної температури переходу з твердого стану в рідкий, інакше кажучи - певної температури.

До вогнетривів висувається ряд вимог:

- бути вогнетривкими;

- термостійкими;

- шлакостійкими;

- мати високу границю міцності при стиску.

Вогнетриви застосовують майже у всіх галузях промисловості, а саме: чорній металургії, кольоровій металургії, хімічної промисловості та в машинобудівництві .

Найбільша кількість вогнетривів приходиться на чорну металургію.

Вогнетриви застосовуються для футеровки теплових агрегатів: у доменних та мартенівських печах, склоплавильних печах та інших.

Вогнетриви можуть бути кислими, напівкислими та нейтральними.

Шамотними вогнетривами називають вогнетривкі вироби зі складом AL₂O₃ від 28 до 45% вироблені внаслідок випалу сирцю, сформованого із суміші вогнетривких глин та каолінів. Вогнетривкою основою цих вогнетривів є муліт AL₂O₃*SiO₂ і кристобаліт SiO_2.

Сировиною для виробництва вогнетривів служать гірські породи, які складають тугоплавкі оксиди. Підготовка початкових компонентів у випадку використання природної сировини зіставляє процеси збагачення, електроплавки, електрообробки, випалу та інші.

Вогнетриви використовуються як високотемпературні теплоізолятори і вони повинні мати високу теплопровідність. Вогнетриви також використовуються при високих температурах і як провідник електричного току, і як електроізолятори.

В даній курсовій роботі розглянемо умови служби шамотних насадок для регенераторів мартенівських печей. Визначимо вплив параметрів пресування на ущільнення вогнетривких мас хіміко-мінералогічного та речовинного складу на шамотні вогнетриви. Виберемо оптимальні технологічні параметри шамотних насадок для регенераторів мартенівських печей, звернемо особливу увагу на насадки марки ШН-41.

1 АНАЛІЗ УМОВ СЛУЖБИ ШАМОТНИХ НАСАДОК ДЛЯ РЕГЕНЕРАТОРІВ МАРТЕНІВСЬКИХ ПЕЧЕЙ МАРКИ ШН-41 І ВИМОГИ, ЯКІ ПРЕД'ЯВЛЯТЬСЯ ДО ЯКОСТІ ВИРОБІВ

Мартенівська піч представляє собою подовий сталеплавильний агрегат, у якому процес плавлення сталі протікає наряду з активною участю атмосфери робочого простору. По характеру теплової роботи мартенівська піч відноситься до печей, в яких використовується газовідтворне і рідинне топливо різних видів. Конструкція мартенівської печі зображена на рисунку 1.1

Рисунок 1.1 - Загальний вигляд мартенівської печі

1-робочий простір; 2-головка; 3-вертикальний канал; 4-шлаковик; 5-регенератор; 6-боро; 7-реверсивний та регулюючий клапан; котел-утилізатор, газоочистки та димові труби

Футеровку мартенівської печі умовно ділять на верхню (вище рівня робочої площадки) і нижню. Верхня будова включає подину, передню, задню стінки і відкоси, які утворюють робочий простір головки, головне склепіння, склепіння головки і вертикальні канали. Нижня будова - шлаковики та регенератори, насадки регенераторів і димовий тракт. Вогнетриви, які використовуються для футеровки окремих елементів кладки наведені в таблиці 1.1

Таблиця 1.1-Вогнетриви для кладки мартенівських печей

Елементи кладки	Вогнетриви, які використовуються
Головне склепіння	Периклазохромітові
Склепіння головки	Периклазохромітові
Падина	Периклазові
Відкоси	Периклазові
Передня стінка: - вище рівня шлаку - до рівня шлаку	Периклазохромітові Периклазові
Стіни головок і вертикальні канали	Периклазохромітові
Сталевипускні отвори	Периклазові
Шлаковипускні отвори	Периклазохромітові
Шлаковики: - стіни - склепіння, опірні арки вертикальних каналів	Динасові, обліцовка - хромітопериклазові Периклазохромітові
Регенератори: - стіни - склепіння - насадки регенераторів - підсадочні арки, димовий тракт	Верхя частина динасові, нижня - шамотні Периклазохромітові Верхня частина - форстеритові, нижня - шамотні Шамотні
Сталевипускний жолоб	Шамотні з замазкою хромітопериклазового складу
Кришка завалочних вікон	Периклазохромітові або набивні із маси хромітопериклазового складу

До найбільш відповідальних елементів кладки нижньої будови печі відносяться регенератори.

Регенератор - це велика камера, виконана із вогнетривкого матеріалу та заповнена комірками із вогнетривкої цегли, відтворюючи насадку. Насадка регенератора нагрівається теплом, яке виноситься із печі розпеченими продуктами згорання топлива, тобто в них проходить

відновлення втраченого тепла - його регенерація (звідси і назва цих камер) рисунок 1.2



(а) (б)

Рисунок 1.2 - Регенератор мартенівської печі (а) і схема кладки насадок (б)

Поступово насадка однієї пари регенераторів, через які пропускають холодний газ, відсмоктує повітря, а насадка другої пари регенераторів, через яку із печі відходять продукти згоряння, нагрівається до відповідної температури і автоматично міняється направлення газу та повітря з допомогою перекидних клапанів, які розташовані в каналах.

До вогнетривів для насадок регенераторів мартенівських печей пред'являють наступні вимоги:

1) стійкість до дії плавильного пилу при температурі служби насадки;

2) достатню механічну міцність та термостійкість в умовах служби;

3) по можливості велику теплопровідність і тепломіцність для того, щоб покращити умови теплообміну.

Також на стійкість насадок характерно впливає:

1) наявність великої поверхні теплообміну при даному об'ємі;

2) механічна стійкість насадки, причому тиск на цеглу повинен бути по можливості мінімальним;

3) наявність деякої мінімальної товщини насадочної цегли, при якій насадка зберігає свою механічну стійкість та має найбільшу активну масу при теплообміні.

При виборі вогнетривких матеріалів для насадок регенераторів мартенівської печі потрібно враховувати різні фактори: технологічні умови виплавки сталі, характер інтенсифікації роботи мартенівської печі, її тоннажність, а також розмір регенеративних і шлакових камер.

Прийнято враховувати, що через кожний метр, починаючи від верхнього ряду, температура вихідних газів знижується приблизно на 100?С, тому нижню половину насадок можна виконувати із шамотної цегли. Щоб не допустити проникнення газу з регенератору кладка розподільчої стіни повинна бути особливо щільною.

При дії плавлячого пилу , який багатий на окисли заліза, шамот вкривається рихлою кіркою з нього, яка заважає нормальному теплообміну. В подальшому всі комірки заносяться цим пилом і піч «задихається». Пил, що осів на шамоті продувкою не видаляється

Для покращення футеровки регенераторів із шамоту потрібно дотримуватись вимог до готових виробів, зокрема для марки ШН - 41, що наведені у таблиці1.2

Таблиця 1.2 - ДСТУ для марки ШН - 41

Показник	Значення показника
Al2O3, %, не менше	41
Відкрита пористість, %, не більше	19
Границя міцності при стиску,Н/мм2,не менше	43
Температура початку розм'якшення, ?С, не менше	1460
Додаткова лінійна усадка при 1400 ?С, не більше	0.3

В наш час регенератори використовують тільки для підігріву повітря, оскільки в зв'язку з переводом мартенівських печей на природний газ, потреба у газових регенераторах відпала. Насадочна цегла працює в жорстоких умовах високої температури, змінного газового середовища, великого вмісту плавильного пилу, перепадів температури, при переміщенні клапанів. В той же час насадки грають досить важливу роль у службі мартенівської печі як технологічного агрегату. Враховуючи зростаючі температури диму, що відходить і підвищену кількість плавильного пилу в умовах використання кисню, необхідно використовувати в насадках високостійкі основні вогнетриви.

З вище перерахованих вимог до якості вогнетриву і умов служби можна зробити висновок, що визначальним показником є границя міцності при стиску.

2. ВЗАЄМОЗВ'ЯЗОК ОСНОВНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВОГНЕТРИВІВ З ПАРАМЕТРАМИ ТЕХНОЛОГІЇ ЇХ ВИГОТОВЛЕННЯ

2.1 Вплив хіміко-мінералогічного та речовинного складу на властивості шамотних і багатошамотних виробів

Сировиною для виготовлення шамотних виробів можуть бути природні глинисті матеріали, які мають у своєму складі не менше 30% Al₂O₃ і вогнетривкість не нижче 1580?С.

Для виготовлення шамотних виробів підходять будь-які глини та каоліни, що характеризуються визначеною чистотою хімічного складу і відповідною вогнетривкістю. Пластичні вогнетривкі глини дають необхідну зв'язність вогнетривким масам для пластичного пресування і формування виробів і забезпечують їм добру спікливість під час випалу.

Сучасні методи виготовлення шамотних вогнетривких виробів дозволяють широко використовувати малопластичні і непластичні глини, а також каоліни.

Більша частина каолінів і осадочних тонкодисперсних вогнетривких глин відносяться до каолінових порід, які мають в основі мінеральної частини гідрат кремнекислого глинозему - каолініт (Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O), щільністю 2,58 - 2,59.

До складу глин можуть входити різні мінерали, але найціннішим з них є монотерміт (0,2K₂O* Al₂O₃ *3SiO₂* 1.5H₂O). Наявність в монотерміті K₂O зумовлює низьку температуру і повноту їх спікання під час випалу.

Глини, що складаються переважно із монтморілоніта, не представляють особливої цікавості для вогнетривкої промисловості, так як вони мають низьку вогнетривкість. Та все ж таки виключно висока зв'язуюча здатність чистих монтморіланітових глин дозволяє в деяких випадках використовувати їх у вигляді добавок під час виготовлення вогнетривких виробів із непластичних сухарних глин.

Існують різновиди глин, що не розмокають у воді і не дають пластичного тіста. Вони діляться на сухарні, що являють собою осадочні породи, і сланцеві. Вогнетривкі різновиди сланцевих глин, які завдяки своїй сильній природній щільності дають невелику усадку під час випалу, можуть бути використані в якості опіснюючого матеріалу. Сухарні глини також широко використовуються в виробництві шамотних виробів.

Також для отримання вогнетривів використовують малорозповсюджений мінерал - пірофіліт (Al₂O₃* SiO₂* H₂O ), який утворюється в зонах глибокого метаморфізму при температурі 300 - 400?С, легко піддається механічній обробці і не розмокає у воді. Невелика усадка під час випалу дає можливість виготовляти з нього вогнетривкі деталі і використовувати його в якості опіснювача.

Крім основних мінералів, що входять до складу глини, в природі завжди присутня деяка кількість домішок.

Найбільш розповсюдженою домішкою в глинах є рівномірно розподілений кварц. При порівняно невисоких температурах (1300 - 1350?С) він інертний і виконує роль опіснювача. Але при температурах вище 1350 - 1400?С кварц стає активним плавнем. Чим більше в глині плавнів і чим менша величина зерна кварцу, тим нижча температура виникнення розплаву і в більшій мірі він знижує вогнетривкі властивості глини.

Однією з найбільш небажаних домішок в глинах являються залізисті сполуки, які зустрічаються у вигляді ряду мінералів. Сірчисті сполуки - пірит і марказит (FeS₂)- при досить високій температурі випалу дають виплавки. Твердість цих включень затрудняє їх подрібнення і рівномірний розподіл в глині під час помелу.

Кальцит і гіпс (CaCO₃ і CaSO₄) являються рідкими включеннями у вогнетривких глинах, на відміну від рутила (TiO₂), який завжди там присутній

Органічні речовини рослинного походження присутні в глинах в досить значній кількості. Вони придають глинам різний колір - від сірого до зовсім чорного. Ці органічні домішки зустрічаються частіше за все у вигляді гумінових сполук, які підвищують пластичність і зв'язуючі властивості глин.

Таким чином, хімічний склад вогнетривких глин визначається їх мінералогічним складом, точніше природою основного мінералу, що складає глинисту речовину, а також кількістю і природою домішок, що забруднюють глину.

Найбільш характерною властивістю вогнетривких глин являється пластичність - це властивість вологих глин під дією незначних зовнішніх сил змінювати свою форму без появи тріщин та зберігати її у статичному стані.

Глини пластичні лише у вологому стані. Сухі глини крихкі. При додаванні до висушеної глини води її пластичність спочатку підвищується до деякого максимуму, а потім падає внаслідок переходу глини при великій кількості води у суспензію. Пластичність глин зумовлюється її калоїдно - дисперсними властивостями. Вона підвищується із зменшенням розміру частинок, з яких вона складається.

Через велику усадку при сушці і випалі з одних глин важко готувати вироби правильної форми і точних розмірив, тому в технології шамотних виробів до глин додають шамот. Кількість шамоту, що додається в масу, залежить від зв'язуючої здатності глин , під якою розуміють властивість глини в присутності води зв'язувати непластичні матеріали (шамот) з отриманням після формування чи пресування досить міцних виробів. Чим вище пластичність глин, тим вище їх зв'язуюча, здатність.

При зволоженні абсолютно сухої глини відбуваються наступні процеси: 1) виділяється тепло (тепло змочування ); 2) відбувається набухання; 3) в залежності від кількості доданої води глина утворює напівсуху масу, пластичне тісто або суспензію.

Теплота змочування глин складає 2-20 кДж/кг. Набухання глин має технологічне значення, особливо коли глина не зволожується до утворення пластичного тіста. Коагуляція також впливає на технологічний процес, так як внаслідок зменшення при цьому загальної поверхні частинок глини знижує їх зв'язуючу здатність.

При випалі в глинах і каолінах відбуваються значні і глибокі зміни: проявляється вогнева усадка, змінюється мінералогічний склад, при нагріванні до 400?С, поступово видаляється слабозв'язана вода з кристалічної решітки каолініту.

В інтервалі 450 -600?С видаляється хімічно зв'язана вода внаслідок розкладу каолініту по реакції

Al₂O_3* 2SiO₂*2 H₂O > [ Al₂O₃+2SiO₂] + 2 H₂O.

Реакція іде з поглинанням тепла. Перший екзотермічний ефект при 900?С приписують кристалізації муліта; другий екзотермічний ефект при 1100 - 1250?С пояснюють переходом в кристобаліт аморфного кремнезему, який залишився після розпаду каолініту. При нагріванні матеріалів групи монтморілоніта відбувається три ендотермічних ефекти при температурах 150, 700 і 820 ?С .

При 400 - 1000 ?С карбонати дисоціюють з виділенням вугільної кислоти, сульфіди окислюються з утворенням сірчистого газу, органічні домішки вигоряють. Перераховані процеси супроводжуються значними втратами маси, деяким збільшенням пористості і зменшенням об'єму. Механічна міцність при цьому не зменшується, а збільшується. При температурі 1100 ?С з видаленням тепла метакаолініт перебудовується з утворенням на кінцевій стадії муліту 3Al₂O₃*2SiO₂ :

3[ Al₂O₃+2SiO₂] > 3Al₂O₃*2SiO₂ + 4SiO_2.

З ростом температури кількість муліту безперервно збільшується і досягає максимуму при 1250 - 1350 ?С. Довготривала витримка при температурах вище 1200 ?С не пливає на збільшення виходу міліту.

Температура початку і кінця спікання залежить не від вогнетривкості глин, а від їх хімічного та мінералогічного складу та дисперсності .У монотермітових глин більш низька температура спікання , ніж у каолінових; чисті каоліни зазвичай являються важко спікливими.

У більшості вогнетривких глин усадка починається при 600 - 650 ?С та відбувається повільно і рівномірно до 900 - 1000 ?С. Вище цієї температури усадка іде інтенсивно і закінчується при 1250 - 1400 ?С.

У муліті, що утворюється при випалі глин і каолінів, містяться різні домішки.

При випалі глин і каолінів в них одночасно з мулітом і кристобалітом утворюється аморфна частина і рідка фаза. Луги сильно взаємодіють з кристобалітом і переводять його в рідку фазу, кількість якої прямо залежить від вмісту лугів в алюмосилікатах. Співвідношенням і складом фаз, які отримують при випалі глин і каолінів, визначаються найважливіші властивості алюмосилікатних вогнетривів. На основі фізико - хімічних уявлень про стійкість вважається, що кристалічна частина найбільш стабільна. Скловидна частина, яка крім власної скловидної фази, включає деяку кількість аморфної речовини, метастабільна.

Скловидна частина утворюється внаслідок плавлення домішок і часткового розчинення кристобаліта в його метастабільній субмікроскопічній формі. Хімічний склад скловидної частини залежить від загального складу глини чи каоліну до випалу і кількості муліту, що утворився.

Властивість глини спікатися при визначених температурах випалу дає можливість отримати з неї вироби з необхідною щільністю і міцністю. Спікливість глин характеризується рядом показників: степенем ущільнення черепка при визначених температурах, який характеризується об'ємною вагою і водопоглиненням, температурою спікання; температурним інтервалом, в якому відбувається інтенсивне ущільнення; інтервалом між температурами спікання та деформації матеріалу. Глини, що спікаються, при випалі дають щільний виріб із водовбиранням менше 2% і об'ємною вагою до 2,4 -2,5 г/см³. При спученні глин об'ємна вага її помітно зменшується. Та все ж водопоглинення і уявна щільність можуть при цьому не збільшуватись, так як при склуванні випаленої глини можливе утворення закритих пор, недоступних для проникнення води під час кип'ятіння.

Спікливість глини залежить від кількості плавнів, а також від дисперсності плавнів і основного глинистого матеріалу. Із збільшенням кількості плавнів схильність їх до спучення підсилюється. Спучення викликається виділенням газоподібних продуктів, які утворюються при плавленні більш легкоплавких частин глини.

Спікливість глин залежить не тільки від її хіміко - мінералогічного складу та дисперсності, а й від щільності і характеру структури сирцю. Вона супроводжується вогневою усадкою. Величина усадки глин, що спікаються, коливається в інтервалі 10-16%. Крупнозернисті домішки, особливо кварц, зменшують вогневу усадку глини, одночасно зменшується і щільність випаленого виробу.

Високий вміст в шамотних масах зв'язуючої глини (50%), характер її розподілу і висока усадка (16 -20%) в процесі сушки і випалу викликають відрив глини від шамотних зерен, що є причиною відносно високої пористості і низької міцності виробів. На відміну від цього спосіб виготовлення багатошамотних виробів передбачає максимальне зниження кількості глини, що йде на зв'язку завдяки чому можна отримати сирець високої щільності. З нього виготовляють вироби з невеликою пористістю при звичайних і високих температурах.

Властивості шамотних виробів в значній мірі залежать від вибору глини, що призначена на зв'язку, і глини, що призначена на шамот. В якості зв'язки переважно використовують глини з наступними властивостями: високою зв'язуючою здатністю, меншим коефіцієнтом чутливості до сушки і пружним розширенням при пресуванні, більш високим вмістом глинозему, але з меншим виходом муліту і меншою здатністю відділяти рідку фазу. Для виготовлення шамоту можуть бути використані будь-яка вогнетривка глина і каолін.

Залежність щільності укладки при пресуванні від зернового складу вогнетривких порошків

Щільність укладки мас при пресуванні залежить від:

1) розміру частинок;

2) форми частинок;

3) структури частинок;

4) стану поверхні сипучого матеріалу.

Чим більше фракцій, тим більша щільність упаковки (але це не завжди технологічно).

Зерна самої крупної фракції утворюють скелет, пустоти якого заповнюють тонкі фракції. Встановлено, що для щільної упаковки потрібно брати три фракції:

- крупна - 80%;

- середня - 5%;

- тонка - 15%.

Це безперервний зерновий склад. Але саме такий зерновий склад у ряді випадків являється нетехнологічним:

1) звичайно крупна фракція у кількості 80% не дозволяє при пресуванні одержати вироби з чіткими кутами і ребрами, тому крупної фракції беруть менше, приблизно 50 - 70 %;

2) важко віддозувати і змішати середню фракцію, так як її мало. Збільшення середньої фракції викликає розсунення крупних зерен, а зменшення супроводжується переміщенням дрібних фракцій з однієї пори в другу, що також веде до розпушування. І у першому, і у другому випадку отримати щільну упаковку не вдається.

Для одержання щільної упаковки зерновий склад вихідного порошку повинен бути перервним з відношенням крупної і тонкої фракції близько 100.

Практично однакова щільність може бути одержана при різному, але завжди раціональному співвідношенні фракцій і завжди при значному розриві у розмірах крайніх фракцій.

Таким чином розрізняють два основних принципа підбору укладок, які ефективно знижують пустотність.

З вище сказаного можна зробити висновок, що:

1) максимальна міцність виробів відповідає мінімальній пористості;

2) вміст тонкомеленого компоненту у шихті чинить більший вплив на пористість, ніж зерновий склад зернистої частини;

3) при оптимальному вмісті тонкомеленої фракції пористість сирцю зумовлена пористістю самих крупних зерен;

4) укрупнення зернового складу підвищує термостійкість, але й підвищує пористість.

Вплив параметрів пресування на ущільнення вогнетривких мас

Оптимальний зерновий склад сам по собі не забезпечує одержання щільних пресовок.

Тиск пресування є більш суттєвим параметром ущільнення, ніж зерновий склад суміші, хоча мінімальна пористість може бути одержана при меншому тиску пресування лише при правильному підборі зернового складу.

На процес пресування значно впливає вибір зв'язки (рідкої фази). Зв'язка повинна:

1) надавати високу міцність сирцю;

2) легко розкладатися і видалятися при випалі при відносно низьких температурах;

3) не прилипати до поверхні прес-форми і пуансонів;

4) добре розчинятися у вогнетривкій масі.

Вода чи інша рідина, яка виконує роль тимчасової технологічної зв'язки знаходиться у вихідному порошку на поверхні частинки, у прошарках між частинками, в капілярах і чинить у процесі стиску пластифікуючи дію - це позитивний ефект.

При невисоких стисканнях на початкових стадіях пресування пластифікуюча дія заключається в полегшенні ковзання частинок, що приводить до більш інтенсивного ущільнення, а в області більш високого Р, особливо в присутності ПАВ, інтенсифікує ущільнення внаслідок зниження твердості і міцності частинок.

Таким чином, технологічна рідка зв'язка змочує тверді частинки, утворює контакти між ними, підвищує пластичність, знижує сили тертя при пресуванні, чинить кращу і рівномірну пропресовку по законам капілярних сил стягування частинок порошку. Збільшує сили Ван-дер-Ваальса, які притискують частинки одна до одної. У цьому полягає позитивний ефект рідкої фази.

Але переміщення рідкої фази у стискуючому порошку дає деякий негативний ефект. Він полягає у тому, що рідина, яка знаходиться в прошарках між частинками, може вижиматися у більш крупні вільні пори системи. По мірі стиску і зменшення загального об'єм пор частка рідини у цьому об'ємі пор росте, і якщо задана кількість рідини достатньо велика, то її об'єм може бути рівний загальному об'єм пор. При цьому система переходить із трьохфазної в двофазну. У цьому випадку досягається граничне ущільнення системи або її критична щільність. Тиск, при якому наступає це явище, називається критичним (Р_кр). При переході за критичний тиск , подальше стиснення системи переходить цілком до оборотної пружної деформації, яка не бажана.

Надлишок рідкої фази шкідливий. Він збільшує пружне розширення сприяє утворенню тріщин і розшарувань, а при наявності великої кількості тонкодисперсних фракцій викликає грудкування маси і перешкоджає рівномірному розподілу тонких фракцій в об'ємі, переміщенню частинок.

Після зняття тиску, вода, яка була вижата у крупні пори, знову заходить між частинками, розсовуючи їх і розширюючи при цьому спресований зразок. Тому кількість рідкої технологічної зв'язки у системі повинна бути оптимальна, з точки зору зв'язності і ущільненості порошку.

Рівняння впливу тиску пресування на щільність пресовки в залежності від властивостей пресуючого порошку називається рівнянням Бережного.

Рівняння має вигляд:

П=а -в lgР

а, в - константи для даної маси;

Р - зусилля пресування;

П - загальна пористість пресовки.

При більш дрібному зерновому складі а і в підвищується.

Рівняння Бережного найбільш широко використовується для опису пресування керамічних порошків в інтервалі стиску 5-10 - 150-200 мПа. Таким чином рівняння Бережного не може бити використане в області низького і дуже високого тиску. Вже при підході до критичного тиску Р_кр, інакше кажучи стану, близького до критичної щільності або при його перевищенні, спостерігаються значні відхилення.

Однак використання рівняння Бережного для порівняльної оцінки пресуючої здатності різних мас, а також для оцінки впливу різних факторів себе виправдовує. Це насамперед відноситься до пресування грубозернистих, малопластичних порошків, які використовуються в технології вогнетривів, так як у цих випадках критична щільність не досяжна, а характер фізичних явищ в процесі стиску системи міняється порівняно мало. Про те є позитивний досвід застосування рівняння Бережного для глинистих або гранульованих високодисперсних порошків.

Особливості процесів структурно - фазових перетворень при термічній обробці шамотних вогнетривів

При випалі шамотних виробів відбувається спікання, а також зміна фазового складу, зворотне термічне розширення і безповоротна зміна об'єму виробу.

Головні фізико-хімічні процеси під час випалу виробів відбуваються в глині, що йде на зв'язку, і продовжуються в шамоті. В інтервалі 150 - 200?С із сирцю видаляється залишкова вологість. В цей період випалу при недостатній тязі і високому видаленні парів води може виникати конденсація на виробах, яка призводить до виникнення посічок і тріщин. Чим вища залишкова вологість сирцю і більша тріщина на виробі, тим повільніше потрібно прогрівати сирець. Швидкість випалу в цей період залежить від конструкції печі, маси і вологості не лише сирцю, а й глини на зв'язку та шамоту. При подальшому нагріві шамотних виробів при 400 - 600?С в глині, що йде на зв'язку, відбувається розклад каолініту з видаленням хімічно зв'язаної води. При температурі 573 ?С в - кварц переходить в Ь - кварц, що супроводжується збільшенням об'єму і при швидкому підйомі температур може привести до утворення тріщин у виробі. В інтервалі 600 - 900 ?С відбувається рівномірна і невелика об'ємна зміна, яка відповідає лінійній усадці 2 - 2,5% і подальше підвищення міцності виробів. При цих же температурах окислюються вуглецеві домішки та сульфіди, розкладаються карбонати магнію і кальцію.

При подальшому підвищенні температури відбуваються реакції

2(Al₂O₃*2SiO₂) > 2Al₂O₃*3SiO₂+ SiO₂

метакаолініт кремнієва шпінель

2Al₂O₃*3SiO₂ > 2(Al₂O₃*SiO₂)+ SiO₂

кремнієва шпінель псевдомуліт

2(Al₂O₃*2SiO₂) > 3Al₂O₃*2SiO₂+ SiO₂

псевдомуліт муліт кристобаліт

При подальшому нагріванні у виробах відбуваються реакції в твердих фазах. Підвищення температури збільшує швидкість реакції. При температурах вище 800 ?С можливо утворення двохкальцієвого силікату 2CaO*SiO₂, моно алюмінату кальцію CaO*Al₂O₃, герциніту FeO* Al₂O₃, фаяліту 2FeO* SiO₂, анортіту CaO*Al₂O₃* 2SiO₂.

При температурах 700 - 800 ?С залежно від хімічного складу глин починається утворення рідкої фази, яка заповнює пори і стягує частинки основного матеріалу, спричиняючи вогневу усадку.

Кристалічна фаза продуктів випалу складається в основному з муліту3Al₂O₃*2SiO₂, кварцу і кристобаліту, кількісне співвідношення яких залежить від складу маси, кількості плавнів, температури і тривалості випалу. Виникнення муліту починається з утворення первинного муліту з де гідратованих глинистих матеріалів на ранній стадії випалу при температурі 1150 ?С. ця реакція полягає у перебудові кристалічної решітки метакаолініту від складу Al₂O₃*2SiO₂ до складу 3Al₂O₃*2SiO₂ з поступовим переходом залишку кремнезему в кристобаліт. При температурі 1200 - 1250 ?С інтенсивно йде процес утворення вторинного муліту в результаті ви кристалізації його у вигляді голочок.

Перекристалізації муліту і спіканню матеріалу сприяє рідка фаза, яка починає утворюватися при температурі 1000 - 1050 ?С.

Використання високовипаленого шамоту, багатошамотних мас, сумісного помелу глини та шамоту і застосування високого тиску при пресуванні зменшують усадку при випалі.

Допустима швидкість підвищення температури при випалі в інтервалі 1000 - 1300 ?С залежить головним чином від співвідношення глини та шамоту в масі і температури випалу останнього. Чим більше шамоту в масі і чим вища його температура випалу, тим скоріше буде йти швидкість підйому температури в печі. Випал шамотних виробів зазвичай завершується при температурі, яка на 100 - 150 ?С вище за температуру повного спікання глини, що йде на зв'язку.

Кінцева температура випалу виробів, які виготовлені з каолінітових глин, багатих глиноземом, складає 1350 - 1400 ?С. Подальше підвищення її до 1430 - 1450 ?С сприяє більш повному спіканню і зниженню додаткової усадки. Та все ж розм'якшення матеріалу, яке при цьому настає, викликає деформацію виробів, особливо в нижніх рядках садки, а черезмірне ущільнення виробів при втраті зернистої структури матеріалу призводить до зниження термостійкості. При використанні низькоспікливих вогнетривких глин може виникати перепал виробів, що виражається в зменшенні їх уявної щільності, сильному збільшенні закритої пористості і появи спучень на поверхні виробів.

Процес охолодження шамотних виробів супроводжується зменшенням об'єму матеріалу, тому охолодження до 800 - 1000 ?С проводять зі швидкістю 25 - 40 ?С /г. Нижче цієї температури швидкість охолодження знижують внаслідок присутності в печах великої кількості тепла, що акумулюється кладкою.

При випалі шамотних виробів в них виникають напруги двох видів: перші - зв'язані з лінійним розширенням і різницею температур по товщині виробу, другі - з перетвореннями, що протікають в зв'язуючій глині і опіснювачі. На величину перших напруг впливають, в основному, розмір і форма виробів, від яких залежить температурний градієнт. На величину других напруг впливають об'ємні зміни сирцю під час випалу, які залежать від природи глини та шамоту, їх кількості в шихті і температури випалу. Ці два види напруг також залежать від швидкості підйому температури в печі.

Зміна пористості при випалі не така велика у порівнянні із зміною пористості при пресуванні, тому можна зробити висновок, що «структура виробів закладається в сирці». Та все ж структура сирцю при випалі змінюється якісно: розмір пор збільшується, а повна поверхня зменшується.

Теоретичні аспекти границі міцності при стиску для шамотних вогнетривів та шляхи його поліпшення

Міцність твердих тіл характеризується силами взаємодії між атомами і іонами, які складають тіло. Міцність залежить не тільки від хімічного складу речовини, а й від напруженого стану, від умов експлуатації, а також від структури. Вогнетриви при кімнатній температурі характеризуються крихким руйнуванням, яке звичайно наступає після незначної оборотної пружної деформації і невеликої по величині пластичної (необоротної), яка зумовлюється мікроруйнуванням. Загальна деформація у вогнетривів доходить до 0,3 - 0,7%.

В межах пружної деформації до вогнетривів можна застосувати закон Гука:

> у = е · Е

де Е - модуль пружності, Н/мм²;

е - відносна деформація;

у - напруга, Н/мм².

Модуль пружності Е (модуль Юнга) - це фізична величина, яка характеризує властивості матеріалу, а саме: у кристалах характеризує силу хімічного зв'язку структурних елементів у ґратках.

Пружна деформація зв'язана із збільшенням відстані між атомами речовини, при прикладенні навантаження, і залежить від енергії кристалічних ґраток. Цей зв'язок виражається залежністю модуля пружності від температури плавлення. Підрахована теоретична міцність (у_т) міжатомного зв'язку кристалів оксидів і оксидних стекол, яка визначається модулем пружності Е, поверхневою енергією твердого тіла у₁ і, параметром ґраток а

у_т=

і складає 10⁴ Н/мм² (Е ?10⁵Н/мм²).

У вогнетривів звичайно спостерігається відхилення від лінійної залежності

у=f(е),

не зв'язане з енергією ґраток, а зв'язане зі структурою матеріалу. У зв'язку з цим пружність вогнетривів характеризується двома модулями: - дотичним модулем Юнга Е = tg і

- січним V = tg в, або модулем деформації (рис.2.1).

Рис.2.1. Схематичне зображення деформації вогнетривів:

а - крива деформації;

б - точка руйнування;

у_ст - границя міцності при руйнуванні (стиску);

е_n, - деформація.

Модуль деформації не має фізичного смислу і залежить від умов дослідження, але відношення Е/V є показником однорідності структури.

Якщо lim (Е/V) -» 1, то структура прямує до однорідності. Чим нижчі значення модулів Е і V, тим більше виражена тенденція вогнетривів до деформації і остаточного руйнування і тим менша можливість руйнування в службі.

Механічна міцність вогнетривів при нормальній температурі характеризується границею міцності при стиску (у_ст.), вигину (у_виг), розтягу (у_роз). Для рядових вогнетривів у_ст складає 20-50 Н/мм², а для щільних 50-100 Н/мм² і характеризує стійкість вогнетривів у стіновій кладці. Міцність вогнетривів при деформаціях вигину і розтягу орієнтовно визначається:

у_виг. = (0,3-0,2)у_ст.

у_роз= (016 ? 0,12) у_ст

у_виг характеризує стійкість вогнетривів у кладці склепіння, кільцевій та інших криволінійних кладках.

Висока міцність вогнетривів характеризується:

- зерновим складом вихідних матеріалів;

- якістю обробки маси;

- пресуванням;

- випалом (ступенем спікання маси);

- однорідністю будови або структури.

Міцність залежить не тільки від пористості, а й від розміру пор: крупні пори більш різко знижують міцність при підвищенні пористості, ніж дрібні. Дослідні дані підтверджують, що при нормальній температурі міцність дрібнозернистих виробів, а значить і мікропористих, вище, ніж крупнозернистих

Крім розміру пор і зерен суттєве значення на міцність чинить рівномірність розподілу пор, їх форма. Пори, які знаходяться в самих зернах менше знижують міцність, ніж пори зв'язки і пори, що знаходяться між крупними порами і зв'язкою або дрібними зернами. На принципі використання пористого наповнювача з зерном до 3мм з дуже мілкими порами засновано виробництво легкоплавких і одночасно міцних вогнетривких бетонів. Щодо форми пор, то особливо небезпечними є відкриті тріщини з гострими кінцями. Зменшення розміру пор, регулювання їх розподілу і форми, є перспективним способом підвищення міцності вогнетривів.

Суттєва різниця між теоретичною і практичною міцністю з'ясовується в теоріях Гриффітса, Вейбулла, Журкова та ін.

По теорії Гриффітса реальні тіла мають численні тріщини (тріщини Гриффітса). Цей дефект являється концентратором напруг, а тому в області, яка прилягає до кінчика тріщини, напруги можуть досягати критичних значень, близьких або перевищуючих значення теоретичної міцності. Напруга на кінці гострої тріщини дорівнює

у_max=2у_ср

де у_ср - середня напруга в матеріалі;

l - довжина тріщини (близько 10^-4 см);

r- радіус кривизни кінчика тріщини (дорівнює приблизно міжатомній відстані 0,1-0,4 нм).

Виходячи з даних значень l і r (l/r)? 10², тобто у_max на два порядки більша у_ср. Таким чином, при порівняно незначній величині середньої напруги (у_ср) в матеріалі, на кінчику тріщини виникає значна локальна напруга, яка приводить до росту тріщини (рис.2.2) - розтягуюча напруга направлена перпендикулярно до тріщини.

Рис.2.2.Концентрація напруг поблизу кінчика еліптичної тріщини

Цифри на кривих постійної напруги показують, у скільки разів місцева напруга більша середньої. Пори не тільки концентрують напруги, але і екранують частину матеріалу від напруг. Матеріал, який знаходиться над порою і під порою, сприймає значно меншу напругу, а матеріал між порами при цьому буде сприймати значно більшу напругу, ніж решта матеріалу. Екранування напруг в більшій мірі проявляється крупними порами. Оскільки міцність залежить від імовірності знаходження тріщини у зразку, то вона також носить імовірний (статистичний) характер.

Показник міцності вогнетривів при нормальній температурі зберігається до 1000 - 1300?С. Для оцінки міцності вогнетривів при високих Т служби користуються такий показниками, як температура деформації під навантаженням.

Деформацію зразків вогнетривких виробів при високих температурах визначають стандартним методом під навантаженням 0,2 Н/мм² (МПа). Це відповідає середньому тиску, який сприймає вогнетрив у нижній частині футеровки стіни від своєї маси, висотою 10 м при об'ємній масі виробу 2 г/см³.

При випробуванні реєструють температуру початку деформації (розм'якшування) зразка, при 0,6% стиску - t_{0.6 р} ; при 4% стиску -- t_4p; при 40% стиску - t_40p або температуру руйнування - t_р.

Деформація вогнетривів при високих температурах визначається, в основному:

- хіміко-мінералогічним складом;

- кількістю твердої і рідкої фаз;

- їх розподілом;

- в'язкістю розплаву.

Певне значення має також:

- текстура вогнетриву;

- характер його зернового складу;

- кількість і розподіл пор.

Більш щільний вогнетрив при однаковому складі має більш високу температуру початку руйнування під навантаженням. Розрізняють три характерних види кривих деформації вогнетривів при високих температурах:

1) крива деформації вогнетриву, у якого вогнетривка складова частина утворює достатню міцний кристалічний зросток, який незначно розчиняється у рідкій фазі. Звичайно динас містить 10-15% скла і 90-85% кристалічної речовини (тридиміту, кристобаліту, кварцу). Тридиміт утворює кристалічний зросток (каркас), який слабо розчиняється в рідкій фазі. Тому температура деформації динасу висока - 1660-1670°С. Руйнується динас тільки тоді, коли починає плавитися тридиміт. Інтервал деформації невеликий - 10-15°С і, як правило, супроводжується руйнуванням зразка. Високій температурі деформації динасу сприяє також досить повільне наростання рідкої фази і велика в'язкість розплаву;

2) крива деформації вогнетриву, яка складається з кристалів, що не утворюють зростка, мають невогнетривку зв'язку, в якій кристали основної фази мало розчиняються (периклазовий вогнетрив). У периклазових вогнетривах кристали МgО не утворюють зростка, вони зцементовані невогнетривкого монтичелітовою зв'язкою (СаО * МgО * SіО₂, t_пл. = 1450-1550°С). Кристалів МgО розчиняється в ній дуже мало, тому вогнетривкість зв'язки з підвищенням температури не збільшується, а в'язкість значно знижується. Цим і пояснюється велика різниця між вогнетривкістю периклазових виробів і їх температурою деформації. Інтервал деформації також невеликий;

3) крива деформації вогнетриву, який має зернисту основу і велику кількість (близько половини) скловидної фази, яка зв'язує зернисту основу (шамотні вироби). З підвищенням температури безперервно збільшується кількість рідкої фази і її в'язкість внаслідок розчинення в ній SiO₂ і А1₂О₃. Тому їх деформація при високих температурах (1400-1600°С) має плавний пластичний характер, зразок не руйнується, а лише приймає бочкоподібну форму. Температурний інтервал деформації складає 150-250°С.

Таким чином, деформація під навантаженням при високих температурах визначається не стільки кількістю рідкої фази, скільки її розподілом. Температура деформації підвищується, коли кристали мають прямий зв'язок (утворюють каркас) і знижується, коли між кристалами є прошарки рідкої фази.

По температурі деформації під навантаженням можна орієнтовно оцінити температуру застосування вогнетривів. Особливо велике значення має цей показник при службі виробів в розпірних склепіннях високотемпературних печей і топок, у нижній частині вертикальних стін та ін.

Так, для підвищення стійкості сводових периклазошпінелідних вогнетривів необхідно одержати вироби з прямим зв'язком кристалів (периклаз-периклаз, периклаз-пшінелід-периклаз). Для цього, вихідні сировинні матеріали повинні мати високу ступінь чистоти (мінімальний вміст SіО₂ і СаО), високу щільність спечених і плавлених матеріалів, стабільність по зерновому складу; вироби пресують при високому тиску -170 Н/мм²; температура випалу - 1900-2000°С.

Високоякісні основні вироби з прямим зв'язком можна одержати за допомогою клінкерної технології .

Пористість. Основна характеристика структури, яка визначає стійкість вогнетривів до різних кородієнтів, ступінь механічних напруг, схильність до деформації, сумарну концентрацію вакансій в одиниці об'єму. По принципу проникності пори розподіляються на відкриті і закриті.

По ДСТУ відкрита пористість для насадок регенераторів марки ШН-41 складає 19.0%.

Додаткова лінійна усадка. Під час випалу у виробах відбуваються фізико-хімічні перетворення, які в залежності від мінералогічного складу шихти, приводять до росту або усадки. Обидва явища негативно впливають на службу вогнетривів у кладці печі.

По ДСТУ додаткова лінійна усадка для регенераторів марки ШН-41 складає 0.3.

Таблиця 2.1- Вплив технологічних факторів на властивості шамотних вогнетривів

Властивості Фактори	Пористість	Розмір пор	Мех міцність	Деформ під на- вантаж.	Вог-нет- рив- кість	Фазовий склад	Шлако стій- кість	Термо- стій- кість
Хімічний склад сировинних матеріалів
Водовбирання шамоту
Зерновий склад шихти
Вологість маси
Пресове зусилля
Температура випалу

3 ВИБІР ОПТИМАЛЬНИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ВИГОТОВЛЕННЯ ШАМОТНИХ НАСАДОК ДЛЯ РЕГЕГНЕРАТОРІВ МАРТЕНІВСЬКОЇ ПЕЧІ МАРКИ ШН - 41

Згідно з аналізом умов служби шамотних вогнетривів для регенераторів мартенівської печі були встановлені взаємозв'язані визначальні показники властивостей цих виробів: границя міцності при стиску і відкрита пористість, які обумовлюють експлуатаційні властивості вогнетривів для насадок регенераторів мартенівської печі.

Для вибору оптимальних технологічних параметрів виготовлення насадок для регенераторів мартенівської печі з відкритою пористістю 19,0% було реалізовано експеримент з виготовлення шамотних вогнетривів за наступними технологічними параметрами.

Речовинний склад шихти:

- безперервний тип укладки зерен:

- шамот фр. 3 - 0 мм - 85%;

- глина фр. 2 - 0 мм - 15%;

- перервний тип укладки зерен:

- шамот фр. 3 - 0,5 мм - 63%;

- суміш сумісного помелу - ССП (шамот фр. 0,5 - 0 мм - 65%, глина фр. 2 - 0 - 35%) фр. <0,088 мм - 37%

- вологість маси - 6% і 9%;

- тиск пресування - 15 Н/мм² і 75 Н/мм²;

- максимальна температура випалу виробів - 1460°С.

Результати визначення показників властивостей шамотних насадок для регенераторів мартенівських печей наведено в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 - Вихідні дані і показники властивостей виробів

Принцип укладки зерен	Номер шихти	Речовинний склад шихти, %	Вологість маси	Тиск пресування,Н/мм2	Відкрита пористість, %	Границя міцності при стиску, МПа
		шамот фр. 3-0мм	шамот фр. 2-0мм	Шамот фр. 3-0,5мм	ССП фр. <0,088мм
Безперервний	1	85	15	-	-	6	15	23,0	18
	2			-	-	6	75	20,3	27
	3			-	-	9	15	22,4	21
	4			-	-	9	75	19,4	30
Перервний	5	-	-	63	37	6	15	22,1	35
	6	-	-			6	75	19,4	39
	7	-	-			9	15	21,5	40
	8	-	-			9	75	18,3	44

Для оптимізації тиску пресування вогнетривів в інтервалі 10 - 200 Н/мм² використовують рівняння А. С. Бережного, яке встановлює залежність між пористістю сирцю і тиском пресування

, де

П - істина пористість,%;

a, b - константи процесу пресування для різних мас;

Р - тиск пресування, Н/мм².

Фізичний смисл констант a і b не може бути виражено однозначно незважаючи на те, що з рівняння слідує формальне визначення константи а, як пористості при Р=0,1 Н/мм². А. С. Бережний вважав, що значення константи а близьке до пористості вихідного порошку, коли маса знаходиться під дією тільки капілярних сил і тиску шарів, що лежать вище. Але великі відхилення рівняння від експериментальних даних в області низького тиску не дозволяють розділити цю точку зору. Крім того, за даними різних авторі, значення а звичайно знаходиться в межах 23 - 80, що набагато перевищує розкид реальної пористості вихідних порошків; іноді значення а досягає 100 і більше.

Щодо константи b, то її основний смисл можна оцінити як міру ущільнення порошкової маси у всьому інтервалі можливого тиску. Однак під дією такого, наприклад, фактора, як підвищення вологості, здатність маси до ущільнення при низьких тисках збільшується, а при високих - знижується. Тому, не завжди можна однозначно відобразити пресувальну здатність маси за допомогою однієї величини b. Реальні значення константи b знаходяться найчастіше всього в межах 3 - 10.

Встановлено, що відносне ущільнення (точніше відносне зниження пористості) пресовок в даному інтервалі тиску зменшується з ростом відношення а:b характеризує сукупність факторів, які утруднюють ущільнення пресовки.