4.3.2. Производство корундовых легковесных огнеупоров с добавкой полистирола

Такие выгорающие добавки, как уголь, кокс, древесные опилки, лигнин, позволяют получить пористость до 60 %.. Для того, чтобы получить корундовые легковесы с объем­ной массой ниже 1 г/см3, пористость должна составлять не менее 80%.

Для получения корундовых легковесных изделий мето­дом выгорающих добавок в качестве выгорающей добавки рекомендуется пенополистирол, представляющий собой сы­пучий материал насыпной массой 20—50 г/л. При его вы­горании образуются сферические поры, зольность полисти­рола 0,01 %. Полистирол обладает упругими свойствами, поэтому изделия следует формовать методом вибрации (частота 50 Гц, амплитуда 0,6 мм, давление пригруза 50 кПа, влажность массы 28 %). Свойства корундового легковеса, полученного с приме­нением полистирола:

Кажущаяся плотность, г/см3 0,78—1,0

Коэффициент теплопроводности, Вт/{м*К),

при температуре горячей поверхности 600°С . 0,64

Дополнительная усадка, %, при температуре

1600°С и выдержке 2 ч 0,6

Температура начала деформации под нагрузкой

ОД Н/мм2, °С 1430

Предел прочности при сжатии, Н/мм2 . . . 4,0—9,6

4.4. ПРОИЗВОДСТВО ПОЛЫХ МИКРОСФЕР

В последнее время находят применение полые микросфе­ры. Они называются также микробаллонами, «пузырька­ми», «ячейками» и т. д. и представляют собой дисперсные, обычно сыпучие порошки, состоящие из тонкостенных за­мкнутых газонаполненных оболочек толщиной несколько микрон. Полые микросферы служат наполнителем различ­ных композиционных материалов, используются как исход­ное сырье для изготовления различных изделий (фильт­ров, пористых легковесных изделий и др.), а также само­стоятельно в качестве засыпной теплоизоляции высокотем­пературных агрегатов.

Известные способы сфероидизации тугоплавких оксидов подразделяют на две группы: сфероидизация вещества, на­ходящегося в расплавленном состоянии, и сфероидизация вещества, находящегося в твердом состоянии.

В перпом случае расплав распыляют с применением вращающегося барабана или струи воды или газа. Во вто­ром случае исходное вещество плавят с применением низ­котемпературной плазмы, а распыление организуется или плазменной струей или центробежными силами при вра­щении прутка из распыляемого материала. Общими про­цессами для всех способов сфероидизации являются плав­ление вещества, формирование капель и их затвердевание. Под действием сил поверхностного натяжения капли прини­мают форму, близкую к сферической, которая фиксируется при быстром охлаждении. Наиболее производительными являются способы сфероидизации из расплава. Сфероиди­зация с использованием плазмы позволяет получать более чистые и правильной формы микросферы диаметром до 500 мкм и толщиной оболочки 2—4 мкм.

Микросферы из оксида алюминия получают путем плав­ления глинозема в злектродуговых печах. Для снижения вязкости расплава температуру поддерживают — 2200 °С путем изменения высоты угольных электродов по отноше­нию к зеркалу ванны.

Струю расплавленного глинозема раздувают смесью во­дяного пара и сжатого воздуха, при этом она дробится на капли, которые оседают в камере, после чего рассевают на фракции.

Выход и качество микросфер зависит от ряда техноло­гических факторов: состава и скорости подачи паро-воз-душной смеси, температуры расплава и т.д. На сфероиди-зацию и раздув оказывают влияние добавляемые в рас­плав оксиды SiO2, TiO2, MgO, Cr2O3, ZrO2 и др. Например, совместное введение в расплав оксидов SiO2+TiO2 в не­большом количестве (4%) увеличивает выход микросфер с 32 до 90 %, MgO —до 50 %, ZrO2 —до 54 %.

При получении микросфер с помощью низкотемператур­ной плазмы шихты контролируемого гранулометрического состава пропускают через плазменный разряд, горящий на азоте или смеси его с аргоном. Для получения плазменно­го разряда используют дуговые или индукционные плаз-матроны.

Механизм образования микросфер включает ряд плаз-мохимических высокотемпературных реакций. В зоне плаз­менного разряда частицы А12О3 расплавляются, принима­ют форму сфер и реагируют с атомарным азотом с образо­ванием нитридов алюминия.

Основное преимущество плазмохимического способа по­лучения полых микросфер заключается в возможности по­лучения необходимого зернового состава.

На формирование и структуру микросфер из А12О3 вли­яет содержание SiO2 в шихте и особенно на структуру сте­нок сфер и характер пористости.

Структуру стенок микросфер оценивают плавучестью, которую определяют путем выдержки сфер в кипящей во­де в течение двух часов и выражают в процентах.

Толщина стенок микросфер составляет 2—4 мкм.

Используя глиноземные полые сферы, получают огне­упоры с пористой структурой и низкой усадкой в обжиге. Объемная плотность микросфер колеблется в пределах 0,6—0,9 г/см3, а их диаметр от 100 до 8000 мкм.

Изделия, полученные с использованием глиноземных микросфер, содержащих, массовые доли, %': А12О3 96,0; SiO2 4,0 и MgO 0,5 (сверх 100%), имеют объемную плот­ность 1,1 г/см3, теплопроводность 0,54 Вт/(м-К), кажу­щуюся пористость 65—75 %.

Микросферы из диоксида циркония получают, раздувая расплав ZrC>2, стабилизированный 5—6 % СаО, или путем : сфероидизадии электроплавленого стабилизированного порошка диоксида циркония в высокочастотных плазмен­ных установках. Появление полости в центре микросфер объясняют усадочными явлениями при кристаллизации и выделением газов, растворенных в расплаве, а так как кристаллизация начинается с поверхности, то газ постепен­но концентрируется в центре сферы и приводит к частич­ному ее расширению. Размеры микросфер составляют от 20 до 120 мкм.

Изделия из микросфер диоксида циркония формуют ме­тодом виброукладки, методом шликерного литья, полусу­хого прессования и др. В качестве связки применяют вод­ные растворы солей циркония, кальция или иттрия, облада­ющие вяжущими свойствами.

Углеродные микросферы получают путем распылитель­ной сушки при температуре 170—200 °С жидкой фенольной смолы, которую предварительно смешивают со вспенивате-лем. Полученные микросферы подвергают карбонизации в инертной атмосфере при тщательном температурном кон­троле.

Основными отличительными свойствами полых углерод­ных микросфер являются очень малая плотность и высо­кая термостойкость в неокислительной среде. Например, карбонизированные микросферы, полученные распылением фенольной смолы, имеют диаметр 50—150 мкм и объемную плотность 0,12—0,14 г/см3, а при распылении эмульсии пе­ка соответственно 5—400 и 0,05—0,20.