Содержание к диссертации
Введение
1. CLASS Аналитический обзор CLASS 6
1.1. Технологическая характеристика жаростойких бетонов 6
1.2. Карбид кремния и карбидкремниевые материалы 29
1.3. Строительные материалы в абразивной промышленности 38
2. Материалы, оборудование, методики исследования 42
2.1. Материалы 42
2.2. Оборудование 46
2.3. Планирование эксперимента 48
3. Теоретические предпосылки разработки состава жаростойкого бетона 62
3.1. Добавки в бетон. Механизм их действия 62
3.2. Физико-химическая модель взаимодействия поверхностных примесей заполнителя карбида кремния с компонентами композита жаростойкого бетона 75
4. Разработка составов жаростойкого бетона и безобжиговой технологии его изготовления 83
4.1. Рецептура состава жаростойкого бетона 83
4.2 Технология изготовления жаростойкого бетона 85
4.3. Определение влияния добавки однозамещенного фосфорнокислого кальция на показатель водопоглащения жаростойкого бетона 87
4.4 Определение влияния мелких фракций карбида кремния как заполнителя в композите бетона на прочностные характеристики бетона 88
5. Практическая реализация результатов работы 100
Заключение 103
Литература 105
Приложения
- Карбид кремния и карбидкремниевые материалы
- Планирование эксперимента
- Физико-химическая модель взаимодействия поверхностных примесей заполнителя карбида кремния с компонентами композита жаростойкого бетона
- Определение влияния добавки однозамещенного фосфорнокислого кальция на показатель водопоглащения жаростойкого бетона
Введение к работе
Значительная роль во всех ведущих отраслях народного хозяйства страны отведена науке, призванной усилить внимание к техническому совершенствованию производства и, в частности, к созданию прогрессивных технологий в строительной индустрии при оптимальных расходах материальных и энергетических ресурсов.
Ускорение технического прогресса в производстве новых строительных материалов может быть достигнуто в результате практической реализации глубоких теоретических разработок. Это же относится к технологии бетона в связи с необходимостью значительного улучшения его физико-механических свойств.
Преимущества бетона перед другими материалами способствовали быстрому и широкому его применению в мировой строительной практике еще до того, как важнейшие технологические особенности и технические качества бетона были надлежащим образом изучены.
Бетон справедливо относят к числу важнейших материалов современного строительства. Широкое использование бетона объясняется многими преимуществами его, к числу которых относятся следующие: большая сырьевая база, простота переработки сырья, широкий диапазон строительно-технических свойств изделий.
Жаростойкие бетоны предназначены для конструкций, испытывающих в процессе эксплуатации длительное воздействие высоких температур.
Используется данный материал и в абразивной промышленности при сборке печей для плавки карбида кремния.
Исходя из условий эксплуатации бетонных конструкций в печах сопротивления, к материалу бетона предъявляют определенные требования: высокий предел прочности при сжатии, низкое водопоглащение, низкая пористость и высокая плотность, высокая термостойкость бетона.
Диссертационная работа посвящена разработке и оптимизации составов жаростойкого бетона, предназначенного для изготовления щитов и пода печи сопротивления производства карбида кремния, с использованием в качестве заполнителя бетона материалов из карбида кремния, а также введение в состав бетона гидрофобных добавок и пластификатора.
Цель - исследование физико-химических процессов при производстве жаростойкого бетона, разработка оптимальных составов путем управления его физико-химическими показателями.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- Исследовать физико-химические процессы при изготовлении жаростойкого бетона с наполнителем из карбида кремния;
- Исследовать влияние заполнителя из карбида кремния, а также добавок пластификатора и гидрофобизатора на физико-химические и прочностные характеристики жаростойкого бетона;
- Провести комплексное исследование физико-механических свойств образцов из жаростойкого бетона;
- Разработать составы и технологию производства жаростойкого средне-цементного бетона с заполнителем из карбида кремния;
- Испытать щиты из жаростойкого бетона в заводских условиях.
Карбид кремния и карбидкремниевые материалы
Карбид кремния SiC представляет собой химическое соединение, в котором 50 % (ат.) Si и 50 % (ат.) углерода. SiC - соединение с преимущественно ковалентным типом химической связи. В кристалле карбида кремния имеет ме-сто гибридизация sp связь с тетраэдрической пространственной конфигурацией. Такой тип связи отличается наибольшей прочностью.
Своеобразие свойств карбида кремния можно объяснить особенностями электронного строения этого соединения. Углерод и кремний, участвующие в образовании SiC, относятся к sp-элементам подгруппы IVB периодической системы [42,45,46,47,48].
При образовании кристаллов этих элементов происходит стабилизация sp-конфигураций, их перестройка за счет переходов в более энергетически стабильные sp3, устойчивость которых уменьшается с увеличением главного квантового числа р-элементов.
Атомы компонентов карбида кремния в изолированном состоянии имеют валентные sp-электроны с одинаковой конфигурацией s2p2 и разным главным квантовым числом.
Электронные s /7-переходы в атомах углерода и кремния приводят к образованию энергетически устойчивых конфигураций sp3, ответственных за реализацию прочных ковалентных связей при образовании кристалла SiC, обладающего алмазоподобной кристаллической структурой. Так как sp3-конфигурация имеет наиболее высокую энергетическую устойчивость при наименьшем главном квантовом числе, она является весьма прочной в энергетическом отношении системой, близкой по физическим характеристикам к алмазу.
Изучение кристаллической структуры карбида кремния было начато вскоре после того, как исследователи получили сравнительно крупные кристаллы, синтезированные по методу Ачесона [48].
С использованием методов рентгеноструктурного анализа [50] была расшифрована кристаллическая структура двух основных модификаций SiC-кубической со структурой типа сфалерита, названной р-карбидом кремния, и гексагональной плотноупакованной, названной а-карбидом кремния.
Ковалентный характер и высокая прочность связи определяют энергетическую и механическую прочность карбида кремния.
Карбид кремния по своим энергетическим характеристикам занимает промежуточное место между алмазом и кремнием, в большей степени приближаясь к алмазу [42,45,46,47,48].
Исследование диаграмм состояния систем, содержащих кремний и углерод, связано с большими трудностями экспериментального характера. Эти трудности определяются в первую очередь высокой упругостью паров элементов, образующих исследуемую систему, а также тем, что соединения, образующиеся в этих системах, разлагаются без плавления. Поэтому для исследования диаграмм состояния были использованы образцы, получаемые горячим прессованием, спеканием или плавлением при высоком давлении газовой среды и осаждением из газовой фазы. Эти методы давали возможность получать отдельные фазы и многофазные системы в условиях, приближающихся к равновесным фазам.
Первый вариант диаграммы состояния Si—С был опубликован Новотным с сотрудниками в 1954 г. в работе [96], посвященной изучению тройной системы Mo—Si—С. В этой, во многом гипотетической диаграмме (рис. 1), были определены области существования твердого раствора и расплава на основе кремния, и указана температура диссоциации SiC, равная 2760 С. В диаграмме также были определены двухфазные области: пар + С, пар + SiC, ж + SiC, а + SiC, SiC + С, ж + пар и ж + а (а — твердый раствор углерода в кремнии).
Две фазы (карбид кремния и углерод не образуют заметных областей гомогенности; при 1410 и 2760 С лежат нонвариантные трехфазные равновесия ж + a + SiC и nap + SiC + С. В системе Si—С единственным бинарным соединением, как следует из диаграммы состояния, является карбид кремния SiC. Правда, Арнт и Хаусман в 1933 г. сообщали о соединении, отвечающем формуле SiC2, но все позднейшие исследования не подтвердили его существования в твердой фазе.
Карбид кремния в равновесных условиях является строго стехиометриче-ским соединением. Наличие заметной области гомогенности твердого раствора на основе SiC не было обнаружено как на основании прецизионных измерений параметров решетки, так и в результате измерений концентрации свободных носителей тока.
Карбид кремния — соединение постоянного состава, его формула SiC. Кремний и углерод в карбиде кремния практически нерастворимы.
При атмосферном давлении SiC не имеет температуры плавления. Температура разложения зависит от количества и состава примесей и совершенства кристаллической решетки. Карбид кремния начинает диссоциировать на крем 32 ний и углерод при 2320 К. В восстановительной среде он устойчив до 2870 К, причем выше 2970 К испаряется на 90—95 %.
Известны две кристаллические модификации карбида кремния: кубическая (/?-SiC), имеющая структуру типа сфалерита, и гексагональная (a-SiC) со структурой вюртцита. Считается, что /? -SiC — это низкотемпературная модификация, переходящая в гексагональную при 2300 К. Изменение объема при переходе Р -SiC - a -SiC равно 0,06 %.
Кристаллы чистого SiC бесцветны. Технический продукт имеет окраску от светло-зеленого до темно-синего цвета. Цвет технического SiC определяется количеством примесей азота и алюминия, находящихся в виде твердого раствора. Если концентрация алюминия невелика [0,01—0,08 % (ат.)] и меньше концентрации азота, то продукт имеет зеленую окраску, если же концентрация алюминия превосходит концентрацию азота, то кристаллы приобретают окраску от голубой до темно-синей. Карбид кремния зеленого цвета содержит не более 0,1 % (ат.) легирующих примесей азота и алюминия; в SiC черного цвета суммарное содержание легирующих примерен 0,2—0,4 % (ат.), причем алюминия содержится относительно больше.
Карбид кремния не плавится, а при обычных условиях и температуре выше 2050 С начинает разлагаться. Плотность SiC составляет 3,20—3,21 г/см3, теплопроводность чистого карбида кремния при 872 С равна 42 Вт/(м К), температурный коэффициент линейного расширения в интервале температур 0-1700 С равен (4,3-4,5) 10 б К", твердость по шкале Мооса 9-9,5. Карборунд обладает высокой хрупкостью и поэтому легко измельчается.
Планирование эксперимента
Для определения оптимальных составов жаростойкого бетона на портландцементе применим метод математического планирования эксперимента [61], позволяющий получить оптимальный состав бетона с пониженной пористостью, повышенной плотностью и термоустоичивостыо, рекомендованный и принятый к внедрению для изготовления бетонных щитов и пода печей сопротивления плавки карбида кремния на ОАО «Волжский абразивный завод». Для работы в условиях периодичности процесса (нагрев-остывание) необходимо использование специального бетона, стойкого к воздействию высоких температур, имеющего свойства, гарантирующие длительную и безотказную работу материала в сооружении. Поэтому остро встал вопрос повышения плотности и термической устойчивости, снижения пористости таких бетонов.
Для решения этих вопросов были осуществлены следующие мероприятия:
- введение в состав бетонов наполнителей и пластификаторов;
- определение оптимального состава с помощью планирования эксперимента для получения улучшенных физико-механических показателей качества бетона;
- применение интенсивных раздельных технологий приготовления жаростойких бетонных смесей.
В составах жаростойких бетонов в качестве заполнителей применялись кварцевый песок, щебень, мелкозернистые фракции карбида кремния черного и зеленого [82]. Применение песка и щебня (гранитный) одинакового химико-минералогического состава способствует повышению термостойкости бетонов, так как при нагреве и охлаждении они дают одинаковое по величине расширение- сжатие, что не приводит к образованию микротрещин. Введение в состав бетонов материала карбида кремния мелких фракций, также способствует повышению термостойкости бетонных масс.
Зерновой и химический состав заполнителей представлен в табл. 2.2 и 2.3.
Из таблиц видно, что кварцевый песок обеспечивал максимально плотную упаковку зерен, так как полный остаток после сита с размером отверстий 0,25мм составляет 87,5%. Щебень для изготовления опытных образцов (кубик 50x50x50мм) применялся размером частиц указанных в таблице 2, при изготовлении бетонных щитов крупность щебня составляла 5.. 10 мм. Применение щебня с наибольшей крупностью зерен не более 10мм позволяет получить жаростойкий бетон с пониженной пористостью, а, следовательно, с повышенной плотностью и термостойкостью. Положительно влияет на эти показатели введение в состав бетона в качестве заполнителя материалов из карбида кремния, хотя участие в химическом взаимодействии компонентов бетона и поверхностных примесей карбида кремния до конца не изучено.
Для определения оптимальных составов бетонов на этих заполнителях применялся метод математического планирования эксперимента [62]. В теории искусственных строительных конгломератов (ИСК) оптимальными признаны структуры, с равномерным распределением заполнителей во всем объеме конгломерата, с максимально плотной упаковкой зерен при отсутствии дефектов и пор, являющимися концентраторами напряжений в бетоне. Оптимальные структуры обеспечивают получение экстремальных свойств конгломератов. Для жаростойких бетонов основными свойствами являются прочность затвердевших бетонов в проектном возрасте твердения, остаточная прочность и термостойкость для конструкций, работающих в условиях резких перепадов температур. Достоинством оптимальных структур является также их подобие между собой, что позволяет выяснить основные закономерности свойств при изменении того или иного параметра в составах конгломератов или в технологии их изготовления.
Рациональными структурами считаются ИСК с минимальным расходом вяжущих веществ как наиболее дорогостоящих компонентов в бетонах. При этом должны обеспечиваться оптимальные структуры и экстремальные показатели свойств конгломератов. Для обеспечения таких структур нами при планировании экспериментов в качестве варьируемого фактора был принят расход цемента и заполнителей при фиксированном расходе наполнителя однозаме-щешюго фосфорнокислого кальция (гидрат) и пластификатора (поливиниловый спирт, плотность раствора 1,015г/см3). Соотношение песка и щебня в составе минеральной смеси определяли по максимальной насыпной плотности, обеспечивающую максимально плотную упаковку зерен и позволяющую снижать расход вяжущего в составе бетонной смеси. Для более точного описания поверхностей откликов жаростойких бетонов в зависимости от варьируемых факторов в виде полиномов второй степени было применено ортогональное, центральное композиционное планирование (ОЦКП) [68, 69]. При таком планировании коэффициенты регрессии оцениваются независимо от минимальной дисперсии и факторы с незначимыми коэффициентами без пересчета оставшихся значимых коэффициентов можно отбрасывать.
Ценным свойством такого планирования является также то, что количество опытов можно сократить за счет добавления к полному факторному эксперименту из 8 опытов (ПФП - 8 для трехфакторного эксперимента) серии опытов не по всему плану, а лишь в так называемых «звездных» точках, принимаемых для трех независимых факторов ±1,215, и один в центре плана. В таком случае к 8 экспериментам основной матрицы добавляется 7 опытов «звездных» точек, а общее количество опытов составляет 15. Условия планирования с указанием натуральных значений кодируемых факторов представлены в табл. 2.7.
Из таблицы видно, что средний уровень цемента был принят несколько завышенным, так как на обволакивание пористых мелкозернистых заполнителей требуется увеличение расхода цементного теста. При этом часть его расходуется на заполнение поверхностных пор, а другая часть - на обволакивание пористых заполнителей, имеющих развитую поверхность, и на заполнение пустот в них.
Физико-химическая модель взаимодействия поверхностных примесей заполнителя карбида кремния с компонентами композита жаростойкого бетона
Уделяя особое внимание процессу гидратации вяжущих как основе твердения бетонной смеси при образовании цементного камня и рассматривая условия формирования капиллярно-пористых тел с точки зрения характера возникающих при этом связей и их прочности, проследим за ролью нескольких факторов в виде введения добавок и заполнителей в синтезе прочности цементного камня в бетоне [17, 18].
Структура цементного камня представлена твердой фазой и поровым пространством, заполненной жидкостью или газом, причем важнейшие свойства бетона зависят от физических и физико-химических характеристик и каркаса, и порового пространства [20].
Следовательно, целесообразно такое совместное рассмотрение капиллярно-пористого цементного камня в бетоне, которое позволит одновременно учесть формирование его твердой фазы, так и порового пространства.
Это предполагает общность подхода к ним, построенного по единому достаточно строгому признаку, одновременно с помощью выбранного признака учитываем и дефекты структуры твердой фазы цементного камня, от которых зависят физико-механические и деформационные свойства бетона.
Выбранная тенденция позволяет рассматривать процессы, протекающие при становлении структуры цементного камня, и в кинетическом аспекте.
В связи с этим нами предлагается физико-химическая модель взаимодействия поверхностных примесей заполнителя карбида кремния с компонентами композита жаропрочного бетона.
1. На начальной стадии формирования первичного каркаса будущей структуры цементного камня уже имеются отдельные контакты между возникшими или уже растущими частицами новой фазы по всему объему коагуляци-онной структуры свежего цементного теста. Несовершенства структуры на данном этапе в сильной степени влияют на физико-механические свойства и ползучесть бетона. Поэтому, действие добавок (инертного заполнителя мелких фракций карбида кремния) на данном этапе наиболее очевидно в условиях становления структуры цементного камня в бетоне. Введение мелких фракций карбида кремния в композит приведет к снижению пористости и увеличению плотности бетона.
2. Изучение механизма действия добавок нужно начинать не с уровня структур твердения, а с молекулярного уровня, отвечающего процессам и реакциям между молекулами и ионами. Рассматривая строение частиц карбида кремния, и анализируя химический состав материала, очевидно, что примеси в виде оксидов алюминия, железа, кальция, магния, двуокиси кремния, свободного кремния находятся на поверхности частиц SiC , как бы мала она не была. Физико-химические свойства поверхностного слоя дисперсных частиц сильно отличаются от свойств этого же вещества «в массе». Причина этого в том, что атомы (молекулы) вещества, находящиеся внутри материала, уравновешены действием окружающих атомов (молекул), в то время как атомы (молекулы) на поверхности вещества находятся в неуравновешенном состоянии и обладают особым запасом энергии. При достаточной инертности материала карбида кремния как заполнителя, примеси на его поверхности остаются активными и реакционно-способными в виду своего аморфного состояния, обладая нерастраченной внутренней энергией кристаллизации, химически более активны, чем кристаллические вещества такого же состава (например, пемза, туф, трепел, кристаллический кварц). Причем, по элементарному составу примеси карбида кремния идентичны ингредиентам как портландцемента, так и крупных заполнителей бетона (щебня и кварцевого песка). Химическое связывание поверхностных оксидов карбида кремния с составляющими неорганических вяжущих веществ ускоряет процесс твердения и повышает прочность цементного камня.
Бетон плотной (слитной) структуры, приготовляемый на цементном вяжущем и плотном мелком и крупном заполнителях, является характерным представителем материалов конгломератного (составного) типа, включающий в себя заведомо разнородные компоненты - зерна заполнителя, скрепленные вяжущим веществом.
В структуре такого бетона отчетливо выделяется три элемента: заполнитель, цементирующие вещество и зона контакта между ними.
Характер макроструктуры зависит от соотношения между компонентами и однородности их распределения в бетоне. Следует учитывать также воздушные пустоты, возникающие из-за недостаточного уплотнения бетонной смеси, и усадочные трещины, которые могут образовываться в процессе твердения в цементирующем веществе и контактной зоне (рис. 3.1).
Введение в состав бетона мелких фракций карбида кремния как заполнителя уменьшит объемную долю цементирующего вещества, что снизит вероятность трещинообразования в тонких прослойках цементирующего вещества (рис. 3.2).
Микроструктура бетона, характеризующаяся составом и строением твердой фазы, объемом и характером пор, а также строением контактной зоны, приобретет карбидокремниевые материалы в виде добавки (рис. 3.3, рис. 3.4).
Цементирующая фаза на поверхности зерна карбида кремния, полученная в результате протекания химических реакций на его поверхности, дополни 78 тельно скрепляет компоненты бетона в единое целое, являясь таким же минеральным клеем, как и само связующее.
Такая структура цементного камня, определяемая объемом и качеством новообразования, возникающая при твердении вяжущего вещества, приведет к увеличению показателя прочности и термической стойкости бетона.
3. На следующем этапе основная масса гидратиых новообразований слагает структуру цементного камня в зоне его контакта с заполнителями и арматурой. Физико-химическое сращивание обусловлено в основном миграцией к поверхности зерна заполнителя гидроксида кальция, возникающего при твердении портландцемента. В результате на поверхности заполнителя возникают кристаллы Са (ОН)2 и СаСОз.
Именно на данном этапе в полной мере проявляются особенности коагу-ляционного, условно-коагуляционного и кристаллизационного структурообра-зования, а также формируется поровое пространство цементного камня. Частицы указанной дисперсности обладают всеми основными хорошо известными свойствами коллоидных частиц: способностью к броуновскому движению, ближней и дальней коагуляции, полупроницаемостыо, приводящей к осмотическим явлениям и т.д.
С позиции формирования цементного камня на данном этапе в основном идет рост новой фазы, причем с диффузионным контролем за процессом. Образующиеся частицы и новообразования характеризуют ряд продуктов, вызывающих физическую коррозию бетона и кристаллизующихся в его порах, а также выделяющихся на его поверхности.
Определение влияния добавки однозамещенного фосфорнокислого кальция на показатель водопоглащения жаростойкого бетона
Качество бетона характеризуют комплексом показателей, отражающих их механические, теплофизические, защитные, декоративные и другие свойства. Показатели качества зависят от свойств составляющих бетон материалов, соотношения между ними, а также от технологических параметров изготовления изделия.
Основным требованием, предъявляемым к заполнителю, является его способность выдерживать высокие температуры, не спекаясь. Карбид кремния широко используется при производстве огнеупорных изделий [41, 42,43, 45,46, 47], содержание которого варьируется от20% до 99%, он является основным носителем огнеупорных и специфических свойств изделий, определяет их применимость для данных условий службы, поэтому содержание карбида кремния в карборундовых огнеупорах - один из основных их показателей.
Карбид кремния соединение постоянного состава, начинает диссоциировать на кремний и углерод при 2320К, в восстановительной среде он устойчив до 2870К, выше 2970К испаряется на90-95%.Карбид кремния имеет низкий температурный коэффициент линейного расширения 4,7 10"6К" в интервале 300-2000K и высокую теплопроводность при 1300К 20Вт/(м К), что обеспечивает высокую термостойкость изделий. Он не плавится, при обычных условиях и температуре 2050С начинает разлагаться. Плотность карбида кремния составляет 3,2-3,21 г/см , теплопроводность чистого карбида кремния при 872С равна 42 Вт/(м К). Карборунд обладает высокой хрупкостью и поэтому легко измельчается.
Карбид кремния является инертным химическим соединением, устойчив к воздействию большинства кислот и щелочей, ортофосфорная кислота разлагает его при температуре 500-550К. При сплавлении со щелочами и карбонатами образует водорастворимые силикаты, с оксидом железа реагирует при температуре выше 1250 К. Разлагают карбид кремния при нагревании до высоких температур оксиды магния, кальция, щелочные сульфаты, бура. В присутствии железа карбид кремния разлагается выше 1050 К с образованием ферросилиция.
Одним из требований, предъявляемых к заполнителю для различных бетонов, является его «инертность». Карбид кремния наиболее соответствует этому требованию. «Инертный» заполнитель и вяжущее вещество при температуре службы изделий не должны образовывать легкой эвтектики; если такая имеется, количество жидкой фазы в материале должно быть небольшим.
Вяжущие материалы во всех бетонах являются усадочными, поэтому их нужно вводить в состав бетонов в минимально допустимом количестве [93,94]. При высоких температурах службы небольшую усадку обычно претерпевает и «инертный» заполнитель, поэтому его всегда выгодно вводить в зернах с наибольшим допустимым пределом крупности. Наличие мелких и тонких фракций необходимо, чтобы обеспечить спекание бетона при возможно более низких температурах, количество их должно быть ограничено во избежании большой усадки бетона. Карбида кремния используют для этих целей в виде порошков мельче 0,15 мм [43].
Исследовались показатели плотности, пористости, передела прочности при сжатии, термостойкости. Результаты анализа представлены в табл. 4.4. - Щебень гранитный предварительно измельчался до размера 3,0 мм, т.к. размер металлической формы для образцов не позволял использовать исходный размер щебня. Рассмотрим тенденцию изменения каждого показателя при введении различного процента заполнителя из карбида кремния. В рецептах № 1, 2, 3 в качестве заполнителя использовался щебень гра нитный с низким содержанием оксида кальция (0,95%), в рецепты 4-6 вводился карбид кремния в количестве 20-38%. Причем, карбид кремния различного ка чества (черный, зеленый) и химического состава, результаты анализа приведе р/ ны в табл. 4.5. Различие химического состава материала карбида кремния чер ного и зеленого, а именно соотношение SiC/ Si+SiCb, подразумевает и отличительное влияние на прочностные характеристики бетонных композитов. В рецептах 4-6 использовался карбид кремния минусовых фракций (п. 3 табл. 4.4), хотя он может быть заменен и другими фракциями карбида кремния черного (п. 1,4, 5), представленными в табл. 4.5. Компоненты рецепта, поливиниловый спирт и однозамещенный фосфорнокислый кальций, вводились во все рецепты, кроме 1, их положительное влияние на прочностные характеристики (водопоглащение) описаны выше. Чтобы понять действие заполнителя из карбида кремния, необходимо t отметить, что определяемые компоненты химического состава карбида кремния являются, кроме основного SiC, поверхностными. Следовательно, могут вступать на поверхности зерна в химические реакции с составляющими компонентами цемента, тем более, что они практически все идентичны по химии. По результатам испытаний показателя плотности кажущейся из табл. 4.6 видно, что введение в рецепт жаростойкого бетона материалов из карбида кремния черного и зеленого (рецепт 4-6) в различном соотношении, подобранном экспериментально, приводит к увеличению показателя в среднем на 11% от 1 до 6 рецепта. Причем, в рецепте 6 соотношение карбида кремния черного, зеленого и щебня гранитного подобрано оптимально, что привело к максимальному увеличению показателя плотности кажущейся (2,03 г/см3). Важной задачей, возникающей при эксплуатации жаростойких бетонов, является сохранение их стойкости при частых остановках тепловых агрегатов из-за отсутствия заказов на продукцию, отключения топлива, периодичностью процесса плавки и требованиями технологии и т.д. В этом случае необходимо поддерживать температуру в печном пространстве, сохраняя бетоны от разру 93 шения, или отключать подачу топлива полностью с последующим охлаждением футеровки. При повторяющемся нагреве - охлаждении футеровка приходит в состояние непригодное для повторного или многократного использования. Величина эксплуатационного показателя пористости жаростойкого бетона важна также как и плотности [24, 25, 64, 65, 78]. В табл. 4.6 приведены значения пористости образцов (п.2 табл.8) от рецепта 1 до рецепта 6. При введении в рецепт жаростойкого бетона материалов из карбида кремния черного и зеленого наблюдается тенденция снижения пористости бетонного композита от величины 21,4 до 12,1%. Средняя величина пористости по рецептам 4-6 составила 13,4%, что составляет снижение пористости материала жаростойкого бетона на 47%, вследствие введения заполнителя из материала карбида кремния черного и зеленого в композит бетона. Используется «жаропрочный бетон» в абразивной промышленности на ОАО ВАЗ при сборке печей для плавки карбида кремния [81, 82]. Печи для производства карбида кремния являются печами сопротивления. С момента организации данного производства они претерпели значительные изменения. Более совершенной конструкцией являются самоходные печи, позволившие значительно увеличить производительность. Это достигается благодаря тому, что после отключения печь с готовым продуктом вывозится из печного гнезда и поступает в другое отделение, где она остывает и где осуществляется ее разборка и сортировка продуктов. Технология плавки карбида кремния процесс периодический, загрузка печи, нагрев, отстой, остывание, полив водой (душирование), разборка. Воздействие высокой температуры плавки и воды полива печей на подину и боковые щиты, сделанные из обычного строительного бетона приводит к растрескиванию материала и выходу его из строя. При разборке печи возможны удары, что приводит к сколам.
