Обжиг кирпича

Процесс обжига изделий строительной керамики может быть условно разделен на четыре периода:

1) досушка-удаление физической воды из глины;

2) подогрев;

3) «взвар» - до температуры обжига 980-1000°С - созревание черепа;

4) охлаждение, «закал» - медленное до 500°С и быстрое от 500 до 50°С обожженных изделий.

Досушка производится с целью полного удаления воды затворения и гигроскопичной, а также равномерного прогрева массы полуфабриката до 100-200°С. Наиболее интенсивно удаляется вода при 80-130°С. Удаление адсорбционно связанной воды (120-130°С) сопровождается первым эндотермическим эффектом (поглощением тепла), что связано с возможностью растрескивания сырца. Температура в период досушки поднимается медленно для предотвращения конденсации паров на сырце.

Подогрев до 800°С.

В начальной стадии этого периода (300°С) начинается выгорание органических примесей (C + O₂→ CO₂), заканчивающиеся при медленном подъеме температуры до 400°С, при быстром подъеме- около 700-800°С.

В середине периода при температуре 500-650°С происходит интенсивное выделение конституционной воды, сопровождающееся вторым эндотермическим эффектом, который заканчивается при скоростном обжиге, когда температура достигает 900-1000°С.

В этом же температурном интервале происходит диссоциация минералов, содержащих железо.

Fe₂O₃ * nH₂O → Fe₂O₃ + nH₂O,

FeCO₃ → FeO + CO₂, 2FeO + 1/2O₂ → Fe₂O₃.

Кирпич получается красный из-за образования Fe₂O_3.

В дальнейшем в периоде подогрева протекают

· 573°С – полиморфное превращение кварца: β -кварц α -кварц,

· > 575°С – дегидратация минералов, удаление физически связанной воды (Аl₂O₃•2SiO₂•2H₂O → Al₂O₃•2SiO₂ + 2H₂O), каолинит переходит в метакаолинит,

·

· 870°C – полиморфное превращение кварца: α -кварц α -тридимит. Поднимаем температуру осторожно, так как возникают упругие деформации, что связано с разрушением кристаллической решетки глинистых минералов и значительными структурными изменениями

· > 900°C – диссоциация карбоната CaCO₃ → CaO + CO₂↑, заканчивающаяся при 950-1000°С выделением углекислого газа и повышением пористости изделий.

Взвар характеризуется достижением максимально допустимой температуры обжига изделий, созреванием черепка и выдержкой, осуществляемой обычно при температуре 900-1050°С.

Период взвара характеризуется изменением огневой усадки, начинающейся при температуре 750-850°С и заканчивающейся к моменту достижения конечной температуры обжига. Вязкость массы изделий и пористость при 900-950°С резко снижаются. Диссоциация карбонатов к этому времени почти полностью заканчивается.

Для выравнивания температуры в печи и более полного протекания физико-химических процессов, обеспечения полноты спекания в конце взвара производится выдержка. Краткосрочная выдержка также способствует интенсивному протеканию превращений кремнезема. /6/

Спекание материала - существенный момент процесса обжига, так как к этому времени заканчивается формирование керамического изделия. Окончание спекания изделия характеризуется прекращением его усадки. Условными показателями спекшегося материала являются его водопоглощение.

Спекаемость глины зависит от содержания в ней плавней и степени их дисперсности.

На процесс формирования керамического черепка влияют: химический и гранулометрический состав сырья, соотношение компонентов в массе, а также температурно-газовый режим обжига.

Процесс спекания первоначально пористого тела начинается с образования контактов между частицами и их роста по мере повышения тем пера туры. Модель стадии припекания двух сферических частиц с образовавшейся перемычкой представлена на рис. 2.7. Вогнутая поверхность образующейся перемычки, растягиваемая силами поверхностного натяжения, становится участком повышенной концентрации вакансий, т. е. их источником. Выпуклая часть поверхности, сжимаемая силами поверхностного натяжения, а также межкристаллическая граница на участке контакта являются поглотителями вакансий. Таким образом, объемный диффузионный поток атомов направляется на поверхность перешейка и увеличивает его диаметр. Поскольку часть потока вещества, направленного к поверхности перешейка, выносится из области межчастичного контакта, частицы сближаются, происходит усадка и уплотнение пористого тела. На рис.2.7 приведена схема спекания с участием жидкой фазы.

Схема спекания с участием жидкой фазы и стягивания двух твёрдых сферических частиц

Рис.2.7.

г₀ - радиус частиц; - расстояние между центрами сфер в момент начала припекания частиц; максимальное сближение до соприкосновения сфер ().

Образующиеся в процессе обжига глин и керамических масс легкоплавкие соединения проявляют себя двояким образом. Во-первых, они действуют химически, растворяя частицы минералов, образуя жидкую фазу и выделяя из раствора новые, более устойчивые минералообразования, именуемые эвтектическими смесями. Во-вторых, они действуют физически, благодаря своей энергии поверхностного натяжения, сближая и уплотняя твердые частицы глины.

Обжиг изделий грубой строительной керамики ведется до появления минимального количества легкоплавких соединений, которые связывают дегидратированные частицы глинообразующих минералов и зерна кварца, что и обеспечивает достаточную механическую прочность изделий. /13/

Охлаждение начинается небольшой зоной «закала» и характеризуется медленным понижением температуры на 100-150°С от максимальной температуры обжига. Далее до 700°С охлаждают быстро, чтобы избежать кристаллизации эвтектического расплава.

Появление трещин скорее всего возможно в интервале температур 700-500°С в результате полиморфных превращений кварца и перехода расплава из вязкого в твердое состояние. Все зерна кварца сцементированы, расплав при этой температуре хрупкий, поэтому скорость охлаждения уменьшают на 15-20% по сравнению с начальной скоростью охлаждения.

α -тридимит β -тридимит γ -тридимит. Реакции сопровождаются небольшим изменением в объеме (0, 2%), поэтому процессы не опасны. /6/

Марганец в воде легко окисляется, образуя плохо растворимый оксид марганца коричневого цвета. /16/

Углекислый барий, введенный в глиномассу, вступает во взаимодействие с растворимыми солями, например, по следующей реакции:

ВаСО₃ + СаSO₄ = ВаSO₄ + СаСО₃. В результате образуются нерастворимые в воде сернокислый барий и углекислый кальций, которые устраняют высолы на поверхности сырца при его сушке.

Образованные водорастворимые хлористый и фтористый кальций разлагаются в процессе обжига при сравнительно низкой температуре и поэтому не образуют высолов на поверхности изделий. /12/