Поділ кварцитів на групи за пористістю

Група	Водопоглинання,%	Відкрита пористість, %
Дуже щільні Щільні Пористі Дуже пористі	до 0,5 0,5-1,5 1,5-4,0 більше 4	до 1,2 1,2-4 4-10 більше 10

Кварцити першої і другої груп (дуже щільні і щільні) є основними компонентами шихти для відповідальних динасових виробів. Кварцити третьої групи (пористі) використовують в суміші з іншими або самостійно для менш відповідальних виробів. Кварцити четвертої групи (дуже пористі) можна використовувати лише як додаток.

Під час випалу всі кварцити збільшуються в об'ємі внаслідок незворотних поліморфних перетворень кварцу. При цьому дещо зменшується їх густина, матеріал розпушується і збільшується пористість. Велике технологічне значення має швидкість переродження і ступінь розпушення кварцитів під час випалу. Цементні кварцити характеризуються більшою швидкістю переродження, ніж кристалічні. При цьому, чим більше в них цементу, тим більша швидкість переродження.

Кварцити класифікують за швидкістю переродження, яку оцінюють за істинною пористістю після випалу до 1460 ^оС з витримкою протягом 1 години при максимальній температурі. За цією класифікацією кварцити розділяють на чотири групи (густина, г/см³):

- швидкоперероджувані менше 2,40

- з середньою швидкістю переродження 2,40-2,45

- із сповільненою швидкістю переродження 2,45-2,50

- повільноперероджувані більше 2,50

Кварцити з середньою, сповільненою і повільною швидкостями переродження (кристалічні) є основною сировиною для отримання якісного динасу. Швидкоперероджувані кварцити мають підвищену пористість і їх можна використовувати лише в тонких фракціях як додатки. Надто велика швидкість переродження часто є причиною розтріскування виробів при випалі.

Пористість кварцитів після випалу при високих температурах збільшується. Велика пористість і розпушення структури динасу є небажаними, так як при цьому зменшується стійкість його до механічних і, особливо, хемічних чинників. Якісні кварцити після випалу при температурі 1460 ^оС з витримкою 1 година не викришуються, мають водопоглинання не вище 3-4% і відкриту пористість - 8-10%.

2.2. Вапно.

Вапно використовують у вигляді вапняного молока для зв'язування кварцитових зерен в сирівцю, пришвидшення модифікаційних перетворень кварцу і утворення згодом зв'язки, яка забезпечує міцність виробу. Кількість додатку вапна, в залежності від призначення виробів і вимог до них по вогнетривкості, в перерахунку на СaО коливається від 0,2 до 2,5%.

За хемічним складом негашене вапно повинно містити активних СaО + MgО не менше 90%, Al₂О₃+Fe₂О₃+SіО₂ не більше 5%. Домішка SіО₂ сповільнюють процес гасіння вапна, домішка Al₂О₃ є найбільш шкідливою, так як сильно понижує вогнетривкість динасу, домішка MgО при малій кількості помітного негативного впливу не виявляє.

Вапно необхідно повністю загасити. Негідратовані кусочки CaО навіть після випалу при зберіганні динасу на складі під впливом вологи повітря інтенсивно гасяться, збільшуються в об'ємі внаслідок чого у виробах утворюються тріщини.

2.3. КЛЕЙКІ ДОДАТКИ.

Динасова маса є непластичною, що обумовлює невисоку міцність сирівцю після пресування, навіть при великих тисках. Вапно зв'язує зерна кварциту повільно, і достатнє зміцнення сирівцю відбувається тільки після його сушіння. З метою підвищення міцності свіжовідформованого сирівцю в масу вводять 0,5-1,0% клейких органічних додатків (наприклад, с.с.б.). Клейкі додатки вигорають під час випалу і не виявляють шкідливої дії на властивості випалених виробів. Загальна міцність сирівцю обумовлена величиною пресового тиску, а додаток с.с.б. підвищує міцність кутів і ребер.

2.4. МІНЕРАЛІЗАТОРИ.

Додаток мінералізаторів вводять для зв'язування кварцових зерен в монолітну масу, а також для пришвидшення переродження кварцу в високотемпературні модифікації - кристобаліт і тридиміт. Без додатку мінералізаторів відбувається "сухе переродження", яке супроводжується значним збільшенням об'єму і розпушенням динасу.

З домішок, що містяться в природних кварцитах мінералізаторами є оксиди заліза (особливо закисне залізо), залізисті силікати, карбонат кальцію, силікати кальцію та ін. До штучних мінералізаторів відносять вапно, залізисту окалину, піролюзит, металургійні шлаки (особливо зварювальні) та ін. Інколи рівномірно розподілені домішки в сировині при певному їх складі можуть виявляти ефективнішу дію, ніж спеціально введені в масу мінералізатори. Найбільш шкідливою домішкою є глинозем, який гальмує процес перетворення кварцу і ускладнює утворення тридиміту.

При нагріванні -кварц переходить в -форму, яка при 1200-1470 ^оС частково перетворюється в метакристобаліт. При цьому зерна кварцу інтенсивно розтріскуються. Рідка фаза, що виникає в присутності мінералізаторів, розчиняє зерна з поверхні і частково проникає всередину зерен по тріщинам. В певний момент з пересиченого розтопу кристалізується стійка модифікація - тридиміт. Розтоп, виявляючись менш насиченим, знову розчиняє нестійкі модифікації -кварцу і метакристобаліту і утворює пересичений розтоп, з якого знову кристалізується тридиміт. Про важливість мінералізаторів свідчить те, що серцевина кварцових зерен, де кількість мінералізаторів незначна, складається з метакристобаліту.

На практиці процес взаємодії кварцу з мінералізаторами значно складніший. Згідно з деякими даними, при цій взаємодії утворюються тверді розчини, які пришвидшують процес тридимітизації динасу.

Змінюючи розмір частинок кварциту, кількість і склад мінералізаторів, температуру і характер газового середовища при випалі, можна в готових динасових виробах отримувати різні кількості тридиміту, кристобаліту і кварцу.

До мінералізаторів висувають певні вимоги: вони повинні давати при випалі в інтервалі 1200-1450 ^оС рідку фазу низької в'язкості, яка здатна розчиняти нестійкі при цих температурах -кварц і метакристобаліт і схильна до пересичення оксидом силіцію. Рідка фаза повинна також володіти високою кристалізаційною здатністю а її кількість з підвищенням температури не повинна різко збільшуватись.

Додаток мінералізатора зменшує вогнетривкість динасу, тому його вводять в масу в мінімальній кількості. Як мінералізатори використовують CaО, FеО, MnО і речовини які їх містять. Додаток оксидів заліза і марганцю в більшій ступені підвищують змочувальну здатність силікатного розтопу, ніж додаток оксиду кальцію. За зменшенням мінералізуючої здатності ці оксиди можна розмістити в ряд FеО > MnО > СaО.

Найбільш розповсюдженим мінералізатором все таки є вапно і його суміш з оксидами заліза. При додатку 2-4% СaО в динасову шихту після випалу до температури 1450 ^оС у виробах з кристалічних кварцитів міститься, об'ємні %:

тридиміт 60-85

кристобаліт 20-30

кварц 10-20

скло 8-15

Динас, що містить до 1,5% залізистих додатків після випалу має буро-коричневий чи буро-зелений колір і називається "чорним динасом". Найбільш ефективними залізистими мінералізаторами є окалина, зварювальний шлак, а також залізисті кварцити. Їх ефективність обумовлена високим вмістом закисної форми заліза. Під час випалу FеО прискорює процес утворення силікатів закису заліза, які добре розчиняють кварц і майже не розчиняють тридиміт. Завдяки цьому кварц швидко перероджується в тридиміт і збільшується вихід виробів без тріщин після випалу.

Залізисті додатки необхідно тонко подрібнювати, так як під час випалу вони можуть утворювати витопленці. Їх вводять разом з вапняним молоком у зваженому стані. В динас, що використовується в скловарінні вводити залізисті додатки недоцільно, так як це приведе до швидкого його спрацювання. В шихту високоякісного динасу для мартенівських і коксових печей вводять 0,5-0,7% залізистих додатків, а в шихту динасу більш низьких сортів до 1,5%. Додавати залізистих речовин в більшій кількості недоцільно, так як це вже не впливає на швидкість переродження, проте зменшує вогнетривкість.

3. ТЕХНОЛОГІЯ ОТРИМАННЯ ДИНАСУ.

3.1. ПРИГОТУВАННЯ МАСИ.

На завод кварцити поступають в кусках розміром 50-300 мм. При необхідності кварцити перед подрібненням подають на промивання для видалення шкідливих домішок (земля, м'який вапняк, глина і т. п.). Дроблять кварцити на щокових дробарках, а потім домелюють на бігунах з масою катків 5-7 т або короткоконусних дробарках. Для зменшення пилоутворення при дробінні кварциту його злегка зволожують. Розмелений кварцит подають на вібраційні сита. Під ситами розміщені бункера з дозуючими апаратами. Непросіяний залишок повертається для домелювання в бігуни і частково в трубний млин. Трубні млини використовують для тонкого помолу кварциту, звідки виходить порошок з розмірами частинок менше 0,09 мм, який не піддають розсіюванню.

Вапняне молоко отримують гасінням вапна СaО водою з надлишком. Цю технологічну операцію здійснюють в окремому відділенні. З вапняним молоком в масу поступає вся вода необхідна для її дозволоження. В тих випадках коли сирівець пресують при високих тисках (близько 100 МПа) вологість повинна бути не більше 2-3%. В цьому випадку частину вапна вводять у вигляді сухого порошку СaО, порохнянки Сa(ОН)₂ або чистого вапняку СaСО₃. При цьому оксид кальцію чи карбонат кальцію вводять в трубний млин для одночасного помолу з кварцитом. Додаток вапна відіграє роль зв'язної речовини, яка забезпечує сирівцю після сушіння необхідну для транспортування і садіння механічну міцність а при випалі служить мінералізатором.

Динасова шихта складається з суміші декількох фракцій сухих порошків кварцитів. В склад шихти інколи вводять динасовий череп (брак виробів). Додаток динасового черепу сприяє зменшенню росту виробів під час випалу а, отже, зменшує виникаючі в них при випалі напруження. Проте динасовий череп зменшує вогнетривкість і тому його вводять лише в склад виробів для яких допускається дещо нижча вогнетривкість.

Віддозована шихта порціями 750-1000 кг поступає в чашу змішувальних бігунів, куди подають і вапняне молоко з с.с.б. Тривалість перемішування маси залежить від величини, маси і форми катків, швидкості обертання чаші бігунів, маси завантаженої порції, твердості кварцитів, зернового складу шихти і способу формування. Вапняне молоко заливають відразу після засипання кварцитів.

При перемішуванні в бігунах відбувається подальше подрібнення кварцитів, що необхідно враховувати при виборі розміру фракцій після розсіювання на ситах. Правильний підбір зернового складу мас суттєво впливає на якість динасових виробів. Надто великий вміст дрібних фракцій є причиною розшаровування виробів при пресуванні і підвищеної кількості динасу з тріщинами після випалу. Надлишкова кількість грубих фракцій не дозволяє отримати динас з чіткими гранями і кутами, а при випалі викликає утворення тріщин навколо великих зерен. Крім того, при службі динасу в печах наявність грубих зерен може викликати його розпушення.

Враховуючи часткове подрібнення кварцитів при перемішуванні, для приготування шихти використовують дещо більші за розмірами зерна. В цьому випадку зерновий склад шихти підбирають дослідним шляхом в залежності від твердості кварцитів і типу обладнання, з допомогою якого переробляють масу.

Вологість динасової маси знаходиться в межах від 2-3 до 7%. Із збільшенням вологості до деякої межі покращується розподіл вапняного молока і мінералізуючих додатків по поверхні кварцитових зерен, що сприяє більш повному переродженню кварцу. Вологість маси збільшується із збільшенням кількості дрібних фракцій. Крім цього пористі кварцити необхідно змочувати більше, так як частина води всмоктується порами. Вологість маси при пресуванні на пресах з невеликим питомим тиском складає 5-7%. При високому (100 МПа) пресовому тиску і пресотрамбуванні, щоби уникнути перепресування, вологість маси не повинна перевищувати 3%.