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

их на плашку. Масса изготовляемых, изделии находится

в пределах 12—33 кг.

При холодном способе прессования масса после ох­ лаждения и разрыхления на рыхлительгюй машине по­

ся плотность изделии колеблется в пределах 2,91± ±0,03 г/см3.

Съем сырца с пресса осуществляется автоматиче­ ским съемником, укладывающим сырец рядами на под­ дон. После укладки пяти рядов сырец закрывается кол­ паком, нижние кромки которого входят в паз по периме­ тру поддона, засыпаемый тонкомолотым доломитом для предохранения изделий от гидратации. Хранение изде­ лий под колпаком допускается в течение нескольких су­ ток. Максимальный срок хранения зависит от относи­ тельной влажности и температуры возуіуха, степени спеченности доломита, газопроницаемости изделий и других параметров, определяющих способность изделий к гид­ ратации.

Горячий способ не имеет принципиальных отличий от холодного, но прессование при удельном давлении не ме­ нее 1000 кгс/см2 производится при более высокой темпе­ ратуре нагрева массы в соответствии с более высокой температурой размягчения используемой препарирован­ ной смолы. Кажущаяся плотность изделий должна быть не менее 2,90 г/см3. Масса, выгружаемая из смесителя с температурой 75±10°С, при передаче ее к прессам не­ сколько охлаждается. Сырец снимается с пресса авто­ матическим съемником, укладывается на поддоны в че­ тыре ряда по высоте с пересыпкой каждого ряда мел­ ким порошком. Поддоны закрываются. колпаками и на них изделия хранятся до использования.

По данным [77], прессование горячим способом

194

смоломагнезитодоломитовых изделий осуществляют на ребро в три ступени при конечном удельном давлении 950—1000 кгс/см2. Сырец с пресса снимается вручную н укладывается на поддоны в четыре ряда.

Выдерживание заданной оптимальной температуры массы при прессовании имеет большое значение для про­ цесса и его результатов. Температурой прессования при данном составе препарированной смолы обусловливает­ ся пластичность массы и связанная с ней способность уп­ лотняться и выполнять форму. Снижение оптимальной температуры массы уменьшает кажущуюся плотность изделий и их прочность, а переход температуры через оптимум не улучшает качества изделий, затрудняет съем сырца с пресса из-за снижения сопротивления изгибу и ухудшает санитарные условия на рабочем месте.'

При прессовании на гидравлических прессах темпе­ ратура массы должна быть 50—60° С, что позволяет осу­ ществлять автоматический съем изделий с пресса [89,90].

Температура массы при прессовании на гидравличе­ ском прессе обусловливает величину удельного давле­ ния, необходимого для достижения заданной кажущейся плотности. Снижение температуры массы вызывает не­ обходимость в повышении давления прессования, а это увеличивает раздавливание крупных зерен доломита, что в свою очередь снижает устойчивость изделий к гид­ ратации [61].

При прессовании смолосвязанной массы на прессе с фрикционным приводом с усилием 400 т применяются 3—5 ударов. При температуре 60—70° С кажущаяся

-плотность при трех и пяти ударах изменяется в одинако­ вых пределах (от 2,78 до 3,0 г/см3] при одинаковых средних значениях 2,90 г/см3. Повышение температуры массы в некоторых пределах при пяти ударах увеличи­ вает кажущуюся плотность изделий:

можно прессовать изделия размером до 550X200 мм — 1 шт, 300X150 мм —2 шт. и 230X125 мм —4 шт. при на­ ибольшей толщине кирпича 150 мм. Специфической осо-

бенностью прессования является его осуществление в три ступени (60, 660 и 1500 кгс/см2) при конечном дав­ лении 1500 кгс/см2, с продолжительностью цикла 30 с и с выдержкой конечного давления 3—4 с.

Описано изготовление смолодолбмитомагнезитового кирпича в металлических кассетах. Отмечается большая устойчивость к гидратации изделий в кассетах через 21 сутки хранения по сравнению с изделиями без кассет

[76].

Проведены исследования, установившие примени­ мость внброударного метода для формования смоло­ связанных изделий [91]. Они показали, что при использо­ вании смоломагнезитодоломитовых масс оптимальными условиями являются: содержание препарированной смолы 5,5—6 %, температура массы 90—100°С, удельное давление прижима 1—1,2 кгс/см2 и продолжительность формования 30—40 с. При этих условиях кажущаяся плотность изделий выше 2,95 г/см3 и доходит до 3,0 г/см3.

Преимуществами внброударного метода по сравне­ нию с прессованием при удельном давлении 1300 кгс/см2 являются большая равноплотность, прочность, большая устойчивость изделий к гидратации. Этот метод следует считать перспективным для использования в производ­ стве конвертерных безобжиговых изделий.

ТЕРМООБРАБОТКА СМОЛОСВЯЗАННОЙ ФУТЕРОВКИ

Благодаря наличию в смолосвязанных огнеупорах препарированной смолы, способной при нагреве приоб­ ретать пластичность и разлагаться с коксованием,разо­ грев футеровки требует соблюдения определенных тем­ пературного и газового режимов. Следует учитывать, что в различных интервалах температур происходит вы­ деление из связующего летучих, потеря прочности, кок­ сование и способность органического связующего к вы­ горанию в окислительной среде.

При разогреве (обжиге) смолодоломитовой футеров- 'Ки большетоннажных конвертеров в конвертер__подают кокс и сжигают его кислородом. Для быстрого прохода опасного температурного интервала размягчения изде­ лий (80—250° С) производят форсированный разогрев (30—40 мин) до температур интенсивного выделения ле­ тучих при 300—-450° С. При быстром подъеме температу­ ры разогревается в основном лишь слой футеровки с ра­ бочей поверхности. Поэтому и с учетом необходимости

196

замедленного выделения летучих из толщи футеровки дальнейший подъем температуры до 650—700°С произ­ водят относительно медленно за 3—4 ч, причем в период выделения летучих делают выдержку до 45 мин. Футе­ ровка равномерно разогревается в своей толще, летучие постепенно выделяются из связующего без существенно­ го разрыхления структуры изделий. Дальнейший подъем

го слоя футеровки. Для обеспечения заданного режима разогрева футеровки производят чередование подачи кокса, кислорода и выдержек без продувок [56, 73, 92]. Производят разбгрев смолосвязанной футеровки н в бо­ лее короткие сроки 3—4,5 ч [90, 93].

По данным [94], разогрев вначале ведут путем пода­ чи кислорода на кокс, загружаемый в конвертер, а за­ тем неполным сжиганием природного газа воздухом до максимальной температуры 1100° С, общей длительно­ стью 10— 12 ч.

В работе [95] рекомендуется осуществлять следую­ щий режим термообработки смолодоломитовых футеровок конвертеров: подъем температуры до 300—350° С со скоростью 35+5 град/мин, от 300—350 до 700—800° С со скоростью 1,75±0,25 град/мин, от 700—800 до 1000° С со скоростью 17,5+2,5 град/мин. Общая продолжитель­ ность нагрева составляет 4,5 ч. Реализация такого режи­ ма производится согласно данным табл. 43.

Т а бл и ц а 43

Осуществление рационального графика термообработки смолосвязанной футеровки кислородных конвертеров

197

Предварительный нагрев 5— 6 т кокса в мульдах пе­ ред загрузкой его в конвертер п подача 30 м3/мин кис­ лорода через односопловую фурму с насадкой непосред­ ственно в горящий кокс обеспечивает большую скорость нагрева при восстановительной среде, продолжитель-

ность обжига 1,5—2,5 ч при отсутствии сколов и обру­ шений [71].

Максимальное сохране­ ние в футеровке при разог­ реве углеродистого остатка

является необходимым условием высокой ее стойкости, так как коксовой связкой обеспечиваются прочность ог­ неупора и его шлакоустойчивость. При одностороннем воздействии на смолодоломнтовые изделия окислитель­ ной среды при высокой температуре (1600° С) выгора­ ние углерода происходит на небольшую толщину. При этом образуется обезуглероженный слой, за которым сле­ дует слой, обедненный углеродом, и за ним неизменный

смолы. В интервале 100—300° С удаляются вода, адсор­ бированные газы и легкие масла. Наиболее существен­ ные изменения происходят при температуре от 300° С и выше (рис. 45); они обусловливаются разложением и полимеризацией углеводородов. Продукты разложения

198

и легкие углеводороды удаляются в газовой фазе,’ а бо­ лее тяжелые образуют соединения, обогащенные угле­ родом. Это выявляется увеличением до максимума кок­ сового остатка у смол, термообработанных вплоть до 400—500° С (рис. 46). При более высоких температурах

ненасыщенных соединений. Наличие восстановительной среды увеличивает выход коксового остатка, а окисли­ тельной его снижает [95, 97].

В результате нагрева образуются скоксованные ра­ бочие слои футеровки, от свойств которых зависит ее стойкость. При неправильном разогреве происходит сползание футеровки; излишне длительное выделение летучих погонов смолы разрыхляет футеровку и снижа­ ет ее стойкость.

Срок хранения изделий от момента их прессования до разогрева ограничивается несколькими сутками, оп­ ределяясь недопустимостью гидратации изделий . под влиянием влаги воздуха. Вместе с тем, по данным [98], не устанавливается корреляция между стойкостью и промежутком времени от изготовления изделий до их об­ жига в конвертере.

Считается [99], что доломитовым смолосвязанным огнеупорам присущи два основных, дефекта — лимити­ рованный срок хранения и малая прочность при низких температурах, из-за которой имеется опасность обрушения футеровки при разогреве. Эти дефекты преодолева­ ются отжигом изделий при около 300° С или коксовани­ ем при 500° С. В работах [48, 61] отмечалось, что уже нагрев изделий до 150—200°С восстанавливает нару­ шенные при прессовании на поверхности зерен доломита смоляные пленки и тем самым способствует повышению устойчивости изделий к гидратации.

Эксперименты показали [ 100], что предварительная термообработка смолосвязанных изделий значительно влияет на свойства футеровки из таких изделий при по­ следующем ее нагреве. Из рис. 47 следует, что при ис­ пользовании препарированных смол с различной вязко­ стью предварительная термообработка изделий при 300° С повышает прочность и снижает пористость футе­ ровки, понижает выход летучих при ее разогреве и уменьшает увеличение размеров. Известна практика

199

термообработки смолосвязанных доломитовых изделий

[86].

В процессе термообработки изделий при нагреве ни­ же температур диссоциации гидратов окисей кальция и магния может происходить гидратация и карбониза-

ция окислов в результате выделения воды при взаимодействии фенола, содержащегося в смоле, с окисью кальция, выделения углекислоты и воды при окислении нафталина и др.

Исследования отработавших в конвертере футеровок показывают, что углерод, отложившийся вблизи горячей поверхности футеровки, относится к неупорядоченному графиту [ 101].

ДОЛОМИТОВЫЕ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ (ПЕРИКЛАЗОАЛИТОВЫЕ) ИЗДЕЛИЯ

К этой группе огнеупоров относятся изделия, не со­ держащие свободной окиси кальция, которая в основ­ ной своей массе связана с кремнеземом в трехкальцие­

200

вый силикат, вследствие чего СаО: ЭЮг колеблется в пределах 2,7—2,9. Этот огнеупорный материал не раз­ рушается от гидратации на воздухе.

клинкера вводят свободный кремнезем в виде кремнезе­ мистых пород; используют кварциты, кварцевые пески, трепел, маршалит и др. [102]; содержание в них R2O3 должно быть минимальным. Применяют также силика­ ты и гидросиликаты магния. Преимуществами использо­ вания магнезиальных соединений являются повышение содержания окиси магния в клинкере, ускорение синте­ за и улучшение спекания [103].

Суммарные химические реакции связывания окиси кальция при обжиге водоустойчивого клинкера опреде­ ляются источником введения кремнезема [104]. Свобод­ ный кремнезем

3 (CaCOg-MgCOg) + Si02 = 3Ca0-Si02 + 3MgO + 6C02. Гидросиликат магния'

6 (СаСОд• MgCOg) + 3MgO • 2Si02• 2H20 = 2 (3CaO • Si02) +

+ 9MgO + 12COa + 2H20.

Из уравнений следует, что при первой реакции моле­ кулярное отношение в клинкере ЗСаО-БіОг :M g O = l, а при второй оно равно 4,5, т. е. происходит значитель­ ное обогащение водоустойчивого клинкера окисью маг­ ния.

201

ращение двухкальциевого силиката в результате обра­ зования с ними твердого раствора. В качестве источни­ ка P2Ö5 используют фосфорит, представляющий собой аппатит [ЗР 20 3Са3Са (F, С1, ОН)2] с примесыо СаС03 и Si02 до 35—50%. Фосфорит должен содержать не ме­ нее 16% Р2Об и не более 10%) R20 3.

Поскольку необходимо обеспечить полное проведе­ ние реакции связывания окиси кальция в силикаты и другие указанные выше химические соединения, то из сырьевой смеси изготовляют весьма тонко измельчен­ ный шлам; фракция >0,09 мм должна содержаться в пределах 6±2% . Для приготовления шлама сырьевые

за счет шихтования компонентов практически не пред­ ставляется возможным, поэтому производят корректи­ ровку состава шлама, для чего оборудуются рабочие, корректировочные и питающие шлам-бассейны. По дан­ ным [106], в практике применяют преимущественно ме­ тод постепенной корректировки. При заполнении рабо­ чих и корректировочных бассейнов устанавливается во всех бассейнах одинаковое процентное содержание R20 3 и Р2Об. Для этого добавляют к основным компонентам

став стабилизированного клинкера, главным образом MgO и Si02. После этого ведется корректировка до до­ стижения заданной величины К Н по химическим анали­ зам шламов. Этот способ увеличивает в клинкере содер­ жание примесей R20 3.

Влажность шламов колеблется в широких пределах (32±6%).

При составлении шихты клинкера расчет ведется по значению К Н , задаваемому в пределах 0,9—0,95, и ог­ раничению содержания в клинкере R20 3 в пределах 4— 5% и Р2Об 0,9—1,2%. Расчет К Н ведут по формуле, учи­

202

при А120 3 : Fe2O3<0,64

Если обжиг клинкера ведут на зольном топливе, то в расчет принимают присадку золы, которая может до­ ходить до 70% от ее количества в топливе и содержать

.в своем составе до 50% ИгОэ.

Реакция образования трехкальциевого силиката из окислов кремния и кальция протекает медленно и тре­ бует высоких температур (1400—1600° С); он имееттемпературную область стабильности 1250—1900° С, однако может неопределенно долго существовать в метаста­ бильной форме при обычной температуре, если не ув­ лажняется.

При использовании гидросилнката магния — серпен­ тина 3MgO-2 Si02-2 H2Ö с отношением в минерале M gO :Si02~ l реакции синтеза силикатов кальция в его смеси с доломитом интенсифицируются [107]. Обуслов­

разложения доломита и серпентинита. После обжига

видное вещество. Уже после обжига при 1300°С'в шли­ фе устанавливаются 3C a0 -S i0 2 и периклаз, среди ко­ торых наблюдаются лишь отдельные агрегаты двухкаль­ циевого силиката и небольшие участки стекловидного

1400°С образование трехкальциевого силиката закан­ чивается.

Дальнейшее повышение температуры обеспечивает спекание и рекристаллизацию.

Обжиг шлама осуществляют во вращающихся печах (70X3,5 м или более длинных) на окислительном пла­ мени до конечных температур 1550—1650° С и выше. Удельный расход условного топлива составляет при­ мерно 50%, а пылеунос — до 0,23 т/т клинкера.

Зерновой состав обожженного водоустойчивого до­ ломитового клинкера характеризуется содержанием ~45% фракции > 2 0 мм и 7% фракции <0,5 мм. Ос-

203