книги из ГПНТБ / Кайнарский И.С. Основные огнеупоры (сырье, технология и свойства)

спечнвается равномерное распределение мелкозернис­ той составляющей по всему объему массы и ее налипа­ ние на более крупные зерна. В подготовленную массу добавляют оставшуюся 1/3 смолы и ведут смешение еще 5±1 мин. Весь, процесс длится 18—20 мин при тем­ пературе массы при смешении 90+5° С. Такая подготов­ ка осуществляется при холодном способе прессования доломитовой массы [73].

Для этого способа оптимальным установлен следую­ щий крупный зерновой состав массы:

Массы для холодного прессования после изготовле­ ния охлаждаются в контейнерах емкостью 3 т в течение нескольких суток до температуры 30+5° С в зависимо­ сти от времени года. Верхний гидратированный слой массы перед использованием удаляется из контейнера и до подачи на пресование масса поступает в рыхлительную машину, в которой дробится на куски не крупнее 80 мм.

Как показали исследования [45], при вылежива­ нии смолосвязанных масс до 10 суток при обычной температуре и последующем их прессовании без допол­ нительного нагрева свойства безобжиговых изделий практически не изменяются при использовании препа­ рированных смол с широким диапазоном вязкости — от 86 до 1210 с при 40°С. Однако сопротивление изделий гидратации при хранении заметно снижается. При кок­ сующем же обжиге происходит увеличение роста изде­ лий по мере повышения длительности вылеживания, по­ вышение пористости, снижение прочности, значительное (на один порядок) увеличение газопроницаемости и не­ большое повышение коксового остатка. Подобное изме­ нение свойств скоксованных изделий обусловливается процессами, протекающими при вылеживании масс—• гидратацией и карбонизацией окиси кальция.

Возможно, что описанное влияние вылеживания свя­ занной смолой доломитовой массы обусловливается гид­ ратацией свободной окиси кальция водой, образующей­ ся непосредственно в массе при взаимодействии окиси

184

кальция с органическими кислотами, содержащимися в препарированной смоле. На такую причину гидрата­ ции смолосвязанных изделии указывается в работе [75].

Для уменьшения гидратации обожженный’ по зерни­ стому способу доломитовый порошок из холодильника вращающейся печи, охлажденный до 100—150°С, по­ дают в двухвальный смеситель, где он обрабатывается каменноугольным пеком, измельченным д о < 2 мм. При этом зерна доломита покрываются плавящимся пеком и пропитываются им на незначительную глубину. Поте­ ря при прокаливании зерен колеблется в пределах 2,8— 4,4% при среднем значении 3,4% [76].

Рекомендуют [61] крупные зерна доломита нагре­ вать более высоко (130—150°С), чем тонкомолотую фракцию (70—90°С). Этим достигаются лучшая про­ питка смолой крупных зерен и благоприятное распре­ деление ее внутри зерен и между ними, что повышает сопротивление изделий гидратации и их прочность.

При разработках технологии безобжиговых смоло­ связанных основных огнеупоров необходимо обеспечи­ вать низкую газопроницаемость изделий и высокую их прочность [35].

ИЗГОТОВЛЕНИЕ МАГНЕЗИТОДОЛОМИТОВЫХ И МАГНЕЗИТОВЫХ МАСС

Магнезитодоломитовые изделия изготовляются из смесей спеченных доломита и магнезита, а также издоломитизированных магнезитов с различным содержани­ ем в них окиси кальция. Применяются и другие виды ис­ ходного сырья.

Широкое применение находит производство безоб­ жиговых смолосвязанных огнеупоров из смесей зернис­ того спеченного доломита и тонкомолотого спеченного магнезита. Подобный сырьевой состав снижает склон­ ность изделий к гидратации и повышает их шлакоустой­ чивость за счет уменьшения химического воздействия шлаков.

При такой технологии тонкая фракция вводится спе­ ченным магнезитом в количестве 40+5%, измельчен­ ным до остатка не более 40% >0,09 мм. Порошки до­ ломита и магнезита предварительно нагреваются до 60±109С в шнековых подогревателях либо непосредст­

185

венно в смесителях до подачи связующего. Для смеше­ ния массы с 4,5—6% смолы крупные фракции доломи­ та размером 12—1 мм загружаются в смеситель и сме­ шиваются 4—5 мин для дополнительного подогрева.’ Обогрев смесителя ведется насыщенным паром с темпе­

фракциями доломита 4,5+0,5 мин. После введения ос­ таточного количества смолы смешение продолжается еще 4,5+0,5 мин. Полный цикл подготовки массы длит­ ся (без дополнительного подогрева крупных зерен) 17—19 мин. Температура массы при выгрузке 75+10° С.

Зерновой состав такой массы, предназначенной для горячего прессования, следующий:

и больше зерен 8—1 мм, предельный размер крупных зерен значительно меньший. Массы для горячего прес­ сования не подвергаются охлаждению, а после смеше­ ния со смолой в первом смесителе дополнительно - сме­ шиваются 5 мин во втором таком же смесителе и пода­ ются на прессование.

При изготовлении смоломагнитодоломитовых масс для горячего прессования, по данным [77], применяют технологию, несколько отличающуюся от описанной. Одним из основных отличий является использование ме­ нее крупнозернистых масс, для чего доломит, поступа­ ющий на завод фракцией 15—8 мм, предварительно дробится в валковой дробилке < 8 мм.

В качестве вяжущего применяется препарированная смола, имеющая коксовый остаток 40—43% и вязкость при 80° С 26—47 с. Ее нагревают до 120° С.

Порошки нагревают перед подачей в смеситель до 60+10° С. В смеситель с обогревом загружают круп­ ные фракции доломита и добавляют 1/2 препарирован­ ной смолы и перемешивают до полного покрытия ею зе­ рен доломита. Затем добавляют тонкомолотый спечен­ ный магнезит, имеющий 70+10% зерен фракции <0,09 мм, и заливают остаточное количество смолы, ко­

186

торой вводят суммарно 5,1±0,3 %. Продолжительность смешения массы 20 мин.

Шихта состоит из недробленого доломита фракции 8—2 мм в количестве 30%, дробленого доломита фракции 8—0 мм в количестве 40% и тонкомолотого магнезита 3.0%• Валовый зерновой состав такой массы следующий:

Измельчение спеченного доломита повышает его спо­ собность к гидратации, причем в большей степени гид­ ратацию крупных зерен. Однако пропитывание доломи­ та препарированной смолой большее у дробленых зе­ рен; в них также больший коксовый остаток (табл. 42).

Применение дробленого доломита снижает газопрони­ цаемость скоксованных изделий и повышает их проч­ ность, тогда как гидратируемость до 5 суток одинакова с изделиями из зернистого доломита, а в более поздние сроки 10—20 суток несколько большая [46]. Однако, по данным [48], срок хранения безобжиговых изделий на смоляной связке, изготовленных из измельченного после обжига доломита, обычно не превышает 1—3 суток.

По данным [25] применяют несколько иной способ

187

смешения массы. В обогреваемый паром смеситель за­ гружают доломит в тонкомолотый магнезит и при не­ прерывном смешении их подогревают в течение 10 мин до 60+5° С. Затем подают в смеситель 1/2 заданного количества смолы, нагретой до_ 115+15° С, и смешива­ ют 10 мин, после чего добавляют остальную смолу и еще смешивают 8— 10 мин; полный цикл изготовления мас­ сы требует до 30 мин. Температура массы 70—80° С.

В процессе сухого смешения шихты происходит не­ которое измельчение доломита, уменьшающееся после

при температурах выше 1400° С он способен к интенсив­ ному спеканию, что увеличивает усадку футеровки [29].

С целью увеличения коксового остатка рекоменду­ ют введение полимеризующих добавок КМПО4, FeCU,

Fe2(S 04)3 [61].

При изготовлении магнезитодоломитовых смолосвя­ занных изделий в качестве магнезиальной составляю­ щей может использоваться спеченная окись магния из рапы [79].

Безобжиговые смолосвязанные основные огнеупоры могут производиться при замене доломита доломитизированным магнезитом, в частности Волчьегорского руд­ ника. Для этой цели, используют сырье; дробленое в щековой и конусной дробилках и обожженное в зернах 25— 5 мм во вращающейся печи длиной 90 м при 1700° С до кажущейся плотности 3,16 г/см3 и пористости 5%. Шихта изделий содержит 65% доломитизированного магнезита и 35% тонкомолотого спеченного магнезита. Доломити-

и горячее прессование сырца производятся описанными методами. Свойства изделий обычные, но содержание в них MgO повышенное 74—79% [80].

188

При изготовлении изделий из зернистого доломита с тонкомолотым спеченным магнезитом огнеупор имеет весьма неоднородную структуру. При среднем содержа­ нии в таком огнеупоре 70% MgO зерна доломита содер7 жат ~30% MgO, а связующая часть 95% MgO. Однородность огнеупора по химическому составу дости­ гается, если использовать синтетический магнезитодоло­ митовый клинкер с таким же средним содержанием (70%) MgO. Поэтому изготовляют синтетический клин­ кер сушкой, формовкой и спеканием смеси гидрата оки­ си магния из морской воды и известкового молока либо формовкой и спеканием предварительно про­ каленного доломита с гидроокисью магния или пред­ варительно прокаленной окисью магния. Этим способом одновременно достигается значительное снижение со­ держания в клинкере загрязнений. Добавление окислов

2,3% Fe20 3 и 1,7% Si02-j-Al20 3; из природного доломита клинкер содержит 60,9% СаО, 32,0% MgO, 4,6% Fe20 3 и 2,1% Si02+A l20 3 или 93% высокоогнеупорных окислов и 6,7% примесей, т. е. на 67% больше загрязнений. Приве­ денное показывает, что производство синтетического клинкера позволяет достичь основной дели — изготовле­ ние магнезитодоломитового. огнеупора с высоким содер­ жанием окиси магния для повышения ейо шлакоустойчивостй, но не способного к скалыванию. Одновременно снижается содержание загрязнений, образующих жидкую фазу, способствующую проникновению шлака в футеров­ ку. Благодаря пониженному содержанию свободной оки­ си кальция огнеупор устойчивей к гидратации.

Износ смолосвязанного огнеупора из синтетического магнезитодоломитового клинкера составляет 75—91% от износа смолосвязанного огнеупора из природного до­ ломита, тогда как стоимость последнего более низкая.

Из синтетического магнезитодоломитового клинкера производят также обожженные изделия [4].

При изготовлении синтетического клинкера из смеси гидрата окиси магния и доломита последний вводят сы­ рым либо слегка обожженным, а в качестве минерали­ заторов используют окислы железа в крличестве 3—5%. Борный ангидрид ( — 0,5%) содержится в гидрате окиси магния как примесь, переходящая из природной воды.

189

Смесь гранулируют и обжигают во вращающейся печи при 1720+Ю°С [81].

Смолосвязанные огнеупоры подобного химического состава могут изготовляться непосредственно из доломитизированного магнезита без добавки спеченного магне­ зита. Для изготовления этих огнеупоров применяют спе­ ченный, менее доломитизированный магнезит, содержа­ щий 65—80% Mg-О, 25—10% СаО, 2—5% Si02, ~1% А120 3, 4—6% Fe20 3. Изделия изготовляют из 60% зерни­

упоров может осуществляться также из спеченного маг­ незита с высоким содержанием окиси кальция.

Их производство базируется на использовании спе­ ченного богатого окисью кальция саткннского магнези­ та, содержащего ~85% MgO и 7+3% СаО. Спеченный магнезитовый порошок предварительно грохотится для разделения на фракции 8—5, 5—3, 3—1 и < 1 мм. Для получения тонкого помола используется фракция < 1 мм (или избыток любой более крупной фракции), которая измельчается в шаровых мельницах до <0,2 мм.

Приготовление массы осуществляется в следующей последовательности. Крупные порошки фракций 8—5 и 5—3 мм дозируются по массе в заданном соотношении и поступают в шнековый нагреватель, в котором темпера­ тура порошка повышается до ~70°С . Такой же предва­ рительной обработке отдельно подвергается смесь по­ рошков фракций 3—1 и < 1 мм. Через весовой дозатор крупная фракция магнезита 8—3 мм загружается в пе­ риодический смеситель с паровым обогревом, в который вводится 2/3 необходимого общего количества смолы; последнее составляет 6,2+0,3%. Смола с коксовым чис­ лом 40—42% приготовляется из каменноугольного пека и поглотительного масла и вводится по всей длине сме­ сителя через отверстия в распределительной трубе. Че­ рез 6 мин смешения крупной фракции магнезита со смо­ лой в смеситель загружают мелкую фракцию магнезита, которая смешивается 4 мин с крупной фракцией, после чего подается остальная смола и смешение всей загру­ женной шихты ведется еще 10 мин. В результате на сме­ шение 1,5 т затрачивается ~ 20 мин. Из первого смеси­ теля смешанная масса подается во второй смеситель с водяным охлаждением. Если температура поступающей

190

в него массы не выше 80° С, то ее не охлаждают. Сме­ шанная готовая масса имеет температуру 82±8° С, и по­ дается на горячее прессование.

Возможно расфракционирование исходного магнези­ та производить на три фракции: 8—5, 5—3 и < 3 мм, а питание шаровых мельниц осуществлять исходным нерасфракционированным магнезитом. При таком способе подготовки магнезита в шихте колеблется содержание фракции 3—1 мм, так как оно определяется непосредст­ венным ее содержанием в исходном магнезите. Зерновой состав массы колеблется в следующих пределах:

600 кгс/см2; при дальнейшем хранении прочность не из­ меняется в течение 2 месяцев [83].

Каких-либо принципиальных трудностей не возника­ ет при изготовлении смолосвязанных безобжиговых ог­ неупоров непосредственно из спеченного магнезита с обычным содержанием в нем окиси кальция. Так, прове­ дены работы по изготовлению безобжиговых смолосвя­ занных огнеупоров из саткинского спеченного магнезита с содержанием окиси кальция около 2,5%. Эти исследо­ вания показали, что массы следует изготовлять из магне­ зита с предельной крупностью зерен 15—ГО мм, чем обеспечивается в службе незначительная (до 2%) усад­ ка. Для улучшения керамических свойств необходимо вводить около 30% зерен магнезита <0,09 мм. При ис­ пользовании препарированной смолы из среднего пека (размягчение при 65° С) в количестве 70% и антрацено­ вого масла 30% крупные зерна магнезита способны впи­ тывать препарированную смолу, нагретую до 170— 185° С, в количестве, находящемся в прямой зависимости от их пористости. В зерна с высокой пористостью (18— 24%) смола проникает вглубь. Однако в обычных про­ изводственных условиях такое впитывание не наблюда­ лось вследствие меньшей температуры нагріева и отсут­ ствия избытка смолы. Давление прессования масс мо­ жет быть ограничено 500—800 кгс/см2, более высокие удельные давления мало эффективны.

При термической обработке образцов при 600° С вы­

191

деляются летучие, плотность понижается, тогда как прочность повышается в результате образования коксо­ вого скелета [84].

15%, или применялся спеченный магнезит фракции 2— 0,5 мм. Тонкомолотая составляющая (30% в составе шихты) измельчалась в трубной мельнице из спеченного магнезита. Массы изготовляли с добавкой 6—6,5% пре­ парированной смолы, изделия прессовали при 100— 110° С и выдерживали на полочных вагонетках не менее 24 ч. Изделия из боя магнезитового кирпича после хра­ нения свыше года не имели признаков разрушения в от­ личие от изделий из спеченного магнезита, которые на­ чинали растрескиваться через 4—6 месяцев. Изделия имели прочность 200—350 кгс/см2; после коксующего об­ жига прочность повышалась до 350—550 кгс/см2. Их из­

ра [85].

Смолосвязанные магнезитовые огнеупоры достаточно хорошо переносят термический удар, хотя при излишнем содержании тонкой фракции при быстром коксовании способны к вспучиванию при нагреве футеровки. Хране­ ние изделий на воздухе до 7 суток повышает их проч­ ность, в том числе и после коксования [47].

Производят также обожженные основные изделия, пропитанные смолой. При этом способе изделия на по­ лочных вагонетках подогревают в сушилах, после чего на вагонетках помещают в автоклав и подвергают кир­ пич вакуумированию. После достижения заданного ва­ куума в автоклав подают горячую смолу, всасывающу­ юся кирпичом и заполняющую его поры. После снятия вакуума в автоклаве повышают давление для лучшего заполнения пор смолой, после выдержки давления сли­ вают остаток смолы [18]. Подобным методом изп> товляют смолопропитанный обожженный магнезитовый кирпич для конвертеров [86].

По данным [3], при снижении расхода смолосвязан­ ного доломитового огнеупора от 7,84 до 1,87 кг/т стали и увеличении расхода смолопропитанного магнезитового огнеупора от 5,55 до 7,83 кг/т стали-при одновременном

192

прекращении применения магнезитового и электроплавленого огнеупора общий расход снизился от 15,43 до 9,70 кг/т стали.

В отличие от описанной типичной разработана [87] технология, особенностью которой является холодный способ изготовления массы. Для этого каменноугольный пек измельчается < 1 мм и вводится в шихту в количест­ ве 8—10%. После смешения шихты на бегунах 2—3 мин добавляют антраценовое масло соответственно 2,2—■ 1,5% и масса обрабатывается еще 7 мин. Изделия прес­ суют, как обычно, при высоком давлении. Измельчение пека производится совместно с порошком в шаровой мельнице в соотношении пек: порошок, равном 1:8, либо с тонкомолотым магнезитом на смесительном бегуне.

Брак безобжиговых изделий (по размерам, отбитости), образующийся в производстве, возвращается в массу. Для этого его дробят на щековой дробилке и подогревают в смесителе; содержание брака в массе не превышает 30%. Остальные компоненты вводятся в со­ ответственно уменьшенных количествах, а добавка смолы составляет 1—1,5% •

По данным [88], допустимо использование также от­ работанной футеровки конвертеров в производстве смо­ ломагнезитодоломитового кирпича в количестве до 30%, поскольку этот компонент не влияет на свойства изде­ лий. Отмечается, что при изготовлении массы агрегаты зерен молотого лоуа разрушаются.

ПРЕССОВАНИЕ СМОЛОСВЯЗАННЫХ МАСС

Сырец из масс со связующим из препарированной смолы прессуют преимущественно на гидравлических прессах при высоком удельном давлении. Для этой цели применяют прессы мощностью 1200-—1500 т, обеспечи­ вающие удельное давление не менее 1000 кгс/см2. Ис­ пользуют прессы с фрикционным приводом.

Особенностью формования смолосвязанных масс яв­ ляется прессование сырца в-положении на ребро. Такой способ значительно стабилизирует размеры изделий по их толщине, что обеспечивает равномерность по высоте горизонтальных рядов футеровки и повышает ее плот­ ность [71]. Вместе с тем трудности равномерной засып­ ки массы в форму при прессовании некоторых клинов при таком способе прессования вынуждают прессовать