一、干燥收縮與燒成收縮
干燥收縮是指原料在干燥失水后所發(fā)生的尺寸變化。原料的干燥過程是在常溫下(105~110℃)進(jìn)行的脫去吸附水、層間水的過程。將原料按要求制作試樣,測定其干燥至恒重后的尺寸變化,即可計(jì)算得到其干燥線收縮率(%)和干燥體收縮率(%)。干燥收縮是粘土的重要工藝技術(shù)指標(biāo)。干燥收縮大,坯體容易變形或開裂。不同種類的粘土其干燥收縮率不同,高嶺土干燥收縮率一般為3%~10%(高嶺土中埃洛石含量越高,干燥收縮率越大),蒙脫石粘土為12%~23%。粘土粒度越細(xì),干燥收縮也越大。
燒成收縮是原料經(jīng)煅燒后的尺寸形變,以百分率表示。燒成收縮是原料失去結(jié)構(gòu)水,礦物晶體發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞或物相轉(zhuǎn)變的綜合反映。燒成收縮是耐火原料與制品燒成工藝流程設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。
高嶺土的燒成收縮率與脫水溫度區(qū)間有關(guān)。以高嶺石為主的高嶺土,脫水溫度區(qū)間較窄(400~600℃),收縮率低;以洛埃石為主的高嶺土,脫水溫度區(qū)間稍寬(<150℃,400~800℃=,收縮率偏高;含水云母較多的高嶺土,脫水溫度區(qū)間也寬(100~300℃和500~800℃),收縮率也高。高嶺石的有序程度也影響燒成收縮。有序度高時(shí),破壞其晶格所需能量大,燒成收縮較小,形成的莫來石呈針狀;有序度低的高嶺石,易于燒成,燒成收縮較大,形成的莫來石晶體較粗大。表1-19為兩種粘土的燒成收縮率。
五、燒結(jié)溫度與燒結(jié)范圍
粉狀或非致密性原料經(jīng)加熱到低于其熔點(diǎn)的一定溫度范圍,發(fā)生少量易熔成分逐漸液化、顆粒粘結(jié)或充填空隙、結(jié)構(gòu)致密度增加、晶粒長大、強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性提高等物理化學(xué)變化,成為堅(jiān)實(shí)集結(jié)體的過程成為燒結(jié)。當(dāng)氣孔率下降到最低值,密度達(dá)到最大值時(shí)的狀態(tài)稱為燒結(jié)狀態(tài),對應(yīng)的溫度稱為燒結(jié)溫度。達(dá)到燒結(jié)溫度后若繼續(xù)加熱,原料密度將持續(xù)一段時(shí)間無顯著變化。但超過一定溫度,由于重結(jié)晶及結(jié)晶轉(zhuǎn)化,氣孔率就開始增大,密度開始下降,出現(xiàn)過燒膨脹現(xiàn)象,同時(shí)原料中出現(xiàn)新的液相,且不斷增多,以至原料坯體發(fā)生變形。出現(xiàn)這種情況的最低溫度稱為軟化溫度。燒結(jié)溫度與軟化溫度之間的溫度范圍稱為燒結(jié)范圍。
原料的燒結(jié)溫度和燒結(jié)范圍與原料的化學(xué)組成、礦物晶體結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)含量有關(guān)。這組數(shù)據(jù)時(shí)決定原料配比、確定燒成工藝流程、選擇窯爐類型的重要工藝參數(shù)。這一點(diǎn)對人工合成耐火原料尤為重要。
在耐火原料的煅燒與合成中,希望燒結(jié)溫度低(節(jié)能),燒結(jié)范圍寬(易于控制質(zhì)量),經(jīng)常采用的方法有:
① 細(xì)磨使原料粒度變小,活性增加,利于燒結(jié);
② 采用二步煅燒工藝,消除母鹽假象,提高活性,如菱鎂礦和白云石的燒結(jié);
③ 添加合適數(shù)量的添加劑,如合成堇青石時(shí)加入15%左右的ZrSiO4,可使燒結(jié)范圍擴(kuò)大15℃;
④添加晶核,即在合成原料的配料中預(yù)先加入少量極細(xì)的欲合成礦務(wù)作為晶核。如合成堇青石時(shí)加入堇青石微粉,其燒結(jié)溫度顯著降低。