Сырьевые материалы для производства легковесных жаростойких алюмосиликатных материалов.
Гл ав а 4
ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1. Классификация
Производство и применение теплоизоляционных материалов снижает материалоемкость, экономит топливо и способствует интенсификации тепловых процессов. Поэтому теплоизоляционные материалы входят в обязательный ассортимент огнеупорной промышленности.
К теплоизоляционным относят большую группу разных по своему составу материалов, отличительные особенно^ сти которых — высокая пористость и обусловленные ею малая объемная плотность и низкая теплопроводность.
По своему характеру тепловая изоляция промышленных печей может быть двух типов: 1) наружная (защищенная), выполняемая, как правило, из изоляционных материалов с относительно низкой огнеупорностью; 2) внутренняя (незащищенная), служащая в качестве огнеупорного слоя в печи и выполняемая из легковесных огнеупорных материалов. В печах металлургической промышленности применяют изоляцию обоих типов.
Теплоизоляционные материалы по температуре применения подразделяют на три группы: низкотемпературные (900°С); среднетемпературные (900—1200°С); высокотемпературные (1200°С). Для низкотемпературной изоляции успешно используют диатомитовые (трепельные), асбестовые и вермикулитовые изделия. Для средне- и высокотемпературной изоляции печей применяют разные легковесные огнеупоры (табл. 4.1).
4.2. ПРОИЗВОДСТВО ШАМОТНЫХ, ПОЛУКИСЛЫХ И КАОЛИНОВЫХ ЛЕГКОВЕСОВ
Существуют следующие способы производства легковесов: а) с использованием выгорающих добавок; б) с использованием пены; в) химический.
4.2.1. Производство изделий по способу выгорающих добавок
Опилки. В качестве выгорающих добавок чаще других применяют древесные опилки. Они являются дешевым отходом деревообрабатывающего производства и, что главное, легче других добавок выгорают при обжиге изделий. Опилки твердой древесины (например, дуба) качественнее, чем мяг- кой (например, сосны), так как они обеспечивают массе лучшую формующую способность.
Опилки — рыхлый материал; они сильно отощают мае- су, уменьшают ее связность' и повышают упругость. Эти отрицательные свойства опилок ограничивают содержание их в массе; при 25—30 % опилок масса не перерабатывается или трудно перерабатывается в ленточных прессах. Опилки рекомендуется дробить на молотковой дробилке:.
Л- , До дробле- После
Обработка Ш1Я дробления
Содержание, %, фракций размером, мм:
>10 18 0,2
7 9 1,0
5 3 5
3 15 17
<3 55 75—80
Насыпная масса, г/см3 .... 0,27 0,24
Существенное значение для улучшения структуры легковесных шамотных изделий и понижения их теплопроводности имеет применение тонкодисперсных выгорающих добавок. Лучшие результаты получают при добавке копилкам лигнина, являющегося отходом бумажного производства. Лигнин хорошо выгорает; являясь тонкодисперсным порошком, он меньше, чем опилки, отощает массу, и поэтому его можно вводить в шихту в большем количестве. Масса с лигнином менее упруга, чем с одними опилками. Легковесные изделия с применением опилок и лигнина формуют пластичным прессованием.
Антрацит и коксик. Применение вместо опилок тонко-измельченного коксика или антрацита позволяет получать, легковесные изделия по схеме полусухого прессования, так как их упругие свойства значительно ниже, чем у опилок.
Шамот. В производстве теплоизоляционных изделий применяют обычный и специальный пористый шамот. Содержание шамота в массе составляет 15—25%- Зерновой состав шамота может изменяться в широких пределах, но верхний предел крупности зерен не должен превышать 2— 3 мм. При использовании для производства сильно отощен-ных кварцем полукислых огнеупорных глин добавка шамота может оказаться ненужной.
Глина. Глина имеет то же значение, что и в производстве обычных шамотных изделий. Глину вводят в шихту в количестве 30—40%. Опыт показывает, что часть глины (около 3—4%) лучше вводить в виде шликера, предвари-тельно смачивая им шамот и опилки. Влажность масс изменяется в пределах 25—35 %.
К другим технологическим особенностям производства легковесов из пластичных масс относят:
-
тщательность дозировки, смешения и увлажнения масс;
-
целесообразность вылеживания смешанной шихты:в течение 1 сут перед переработкой в массу и сроком 5—8 сут перед формованием изделий; это существенно улучшает ее формуемость. Однако даже при формовке сложных фасонных изделий вылеживание применяют в исклю чительных случаях. Массы легковесных изделий перерабатывают на вакуумных ленточных прессах;
-
целесообразность замедленного режима сушки сырца, так как сырец при содержании выгорающих добавок сохнет медленнее, чем сырец из обычных шамотных масс;
-
необходимость обжига легковесов в специальныхтуннельных печах, в которых обжигают только легковесные изделия. Обжиг легковесных каолиновых изделий с кажущейся плотностью 1,3 г/см3 с выгорающей добавкой антрацитом, полученных способом полусухого прессования, производится в специальной туннельной печи длиной 135 м,высотой садки 1,07 м, масса изделий на вагонетке (3,1ХХЗ,0 м) 4,8 т. Длительность обжига 88 ч, из них зона выгорания антрацита 47 ч (73 м), спекание 20 ч (30 м) и охлаждение 21 ч (32 м). При совместном с обычными изделиями обжиге легковесы укладывают в верхних рядах садки.В интервале температур 500—1000°С при обжиге легковесов необходимо держать в печи резко выраженную окислительную среду. Особенно это важно при обжиге изделийс тонкодисперсной угольной выгорающей добавкой.
Шамотные легковесы, полученные по способу выгорающих добавок (опилок), имеют кажущуюся плотность 1,0— 1,3 г/см3, а с применением лигнина 0,8—1,0 г/см3. При применении в качестве выгорающей добавки целлюлозы, бумаги или специальных высоко пор истых выгорающих заполнителей кажущаяся плотность снижается до 0,4 г/см3.
4.2,2. Шамотные легковесные изделия, получаемые с применением перлита
Изделия класса ШЛ-0,4 (ультралегковесные*) в настоящее время изготавливают с применением вспученного перлита. Название перлит обусловлено внешним видом горной породы, имеющей перламутровую поверхность, напоминающую жемчуг; perle (англ.) —жемчуг.
Сырьем для получения вспученного перлита служат кислые вулканические водосодержащие горные породы: пер-литы, обсидианы и др. Химический состав перлита, %: 70— 75SiO2) 11 —15 AI2O3; 0,4—4Fe2O3+FeO; 0,8—2,5СаО + w+MgO; 2,5—6,5 K20+Na20; 0,2—3,5 ЛтпРк при 100°С.
При нагревании 760—1260 °С перлит вспучивается, увеличиваясь в объеме в 3—15 раз — коэффициент вспучивания.
Обсидиан (горное стекло различного цвета) имеет средний химический состав, %: 76SiO2; 14AI2O3; 0,9Fe2O3; l,3CaO+MgO; 6,2—6,5 K20+Na20; коэффициент вспучивания 4—10.
Перлиты с зернами в несколько миллиметров вспучивают в небольших (длиной 6 м) вращающихся печах. Вспученный перлит называют перлитовым песком, его зерновой состав, %: фракции 3—0,5 мм 24; 0,5—0,25 мм 31; мельче 0,25 мм 45; объемная плотность 0,07 г/см3; огнеупорность перлита 1390—1400°С.
Массу получают в двух горизонтальных мешалках, расположенных одна над другой. В первой мешалке готовят шликер, состояний из глины, шамота, воды, специально приготовленных воздухововлекающих добавок и стабилизаторов пены.При перемешивании в течение 8—12 мин шликер становится пористым с плотностью 0,52—0,56 г/см3 и самотеком поступает во вторую мешалку. Во вторую мешалку к шликеру подают перлитовый песок; после перемешивания в течение 8—10 мин получается формовочная масса плотностью 0,5 г/см3 и влажностью 50 %. Массу заливают в форму, сушат в формах на полочных вагонетках в туннельных сушилах при 110°С в течение 45 ч. Гавеле сушки сырец вынимают из формы с прочностью 0,12—0,14 Н/мм2 и обжигают (в 2—3 изделия по высоте) при 1260—1270 °С в течение 30 ч. После обжига необходимые размеры и форму изделиям придают шлифовкой.
Состав шихты, массовая доля, %: 45 глины, 42 шамота,, 13 перлита (по объему 66); воздушная усадка 12—14%,. общая усадка 40—42 %.
В качестве воздухововлекающих веществ применяют растворы абиетата натрия из расчета 4—5 см3 и канифоль-клеевой эмульсии из расчета 9—11 см3 на 1 л сухих компонентов. В качестве стабилизатора применяют раствор мо-чевино-формальдегндной смолы МФ-17 из расчета 6— 7,5 см3 на 1 л сухих компонентов или квасцы.
По свойствам легковесные перлитошамотные изделия полностью отвечают требованиям стандарта к изделиям ШЛ-0,4; объемная плотность их ниже 0,4 г/см3, предел прочности при сжатии 1—1,4 Н/мм2, коэффициент теплопроводности при 600 °С на горячей стороне 0,17—0,19 Вт/ /(м-К), температура начала деформации под нагрузкой 0,04 Н/мм2 1120—1140°С, 4%-ного сжатия 1160— 1190°С, огнеупорность 1680—1690 °С. Изделия имеют однородную мелкопористую структуру без трещин и пустот. Недостатком применения перлита являются некоторое снижение огнеупорности шамотных масс и большая общая усадка.
Эти недостатки устраняются при введении перлита в дистенсиллиманитовые массы. При нагревании объем ди-стена увеличивается на 17—18 %; силлиманита на 7— 8 %'. Увеличение объема дистена и силлиманита оказывает благоприятное компенсационное влияние при производстве легковесных изделий с перлитом, снижая общую усадку.
Таким способом получают перлитосиллиманитошамот-ные легковесы (ПСШЛ) и при введении в массы технического глинозема — муллитокремнеземистые перлитосилли-манитовые легковесы (МПСЛ).
4.3. ПРОИЗВОДСТВО КОРУНДОВЫХ ЛЕГКОВЕСНЫХ ИЗДЕЛИЙ
4.3.1. Метод литья
Сырьем служит технический глинозем AI2O3 (95%), который размалывают в трубной мельнице до получения порошка с содержанием не более 1 % фракции крупнее 0,06 мм и не менее 35 % фракции мельче I мкм. Вторым компонентом является мел СаСО3 (5%). Из мела в пропеллерной мешалке готовят меловое молоко плотностью 1,25—1,30 г/см3, которое в другой пропеллерной мешалке смешивают с водным раствором сульфитно-дрожжевой бражки (с. д. б.). Плотность раствора мелового молока и с. д. б. 1,045—1,050 г/см3. Третьим компонентом служат опилки (15—20 % сверх 100%). измельченные до размеров менее 3 мм. Массу готовят в горизонтальной мешалке периодического действия.
Сначала опилки смачивают меловым молоком, потом подают технический глинозем, перемешивают 12—15 мин, влажность массы 31—35%. Изделия формуют методом литья в металлические формы. Сначала изделия сушат в формах до остаточной влажности 15%, затем вынимают из форм, перекладывают на печные вагонетки на ребро в 5 рядов по высоте. Вагонетки с сырцом сначала поступают в туннельное сушило, а затем без перекладки в туннельную печь и обжигают при температуре 1480—1540сС, время обжига 80—100 ч. После обжига изделия обрезают до заданных размеров на трехпозиционных резательных станках.
Свойства изделий: кажущаяся плотность 1,13— 1,26 г/см3, открытая пористость 66—69 %, предел прочности при сжатии 3,8—4,2 Н/мм2, дополнительная усадка при 1500°С и выдержке 2 ч 0,4—0,6%, коэффициент теплопроводности 0,51 Вт/(м-К) при 800°С на горячей стороне и 0,67 Вт/(м*К) при 1200°С, термическая стойкость 7—8 теплосмен (1300°С — воздух).
Структура корундовых легковесов однородная и состоит из изометрических зерен корунда размером 3—5 мкм (75—80%) и тонкопризматических кристаллов гексаалю-мината кальция СаО-6А12О3 (20—25%).