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

нусной дробилки производят на гладкопомольных валь­ цах, требующих питания достаточно одномерным продук­ том. Подобная последовательность измельчения хромита обеспечивает получение материала, который после про­ сева на двухдечных ситах имеет крупность в основном (не менее 80%) в пределах 3,2—1 мм. Такой помол хромита используют при изготовлении магнезитохроми­ товых огнеупоров. Крупность этого помола на различ­ ных заводах колеблется в некоторых узких пределах — по верхнему размеру зерен от 3 до 3,2 мм и по нижнему от 1 до 0,5 мм. Однако предельно допускается наличие

впомоле хромита зерен 4—3 мм не более 10% и зерен

<0,5 мм не более 15%; в некоторых случаях эти до­ пуски уменьшают.

Для получения зернистой фракции хромита, исполь­ зуемой при изготовлении магнезитохромитовых изделий, применяют также дробление на щековой дробилке и из­ мельчение на помольных бегунах с самоотсевом с после­ дующим просевом помола на ситах и домолом отказа на вальцах; помол после вальцев возвращается на сита.

Зерновой состав готового (полезного) помола хромита: 2% зерен > 3 мм, 45% 3—2 мм, 47% 2—0,8 мм и 6% < 0,8 мм. Выход неиспользуемой для изготовления маг­ незитохромитовых изделий фракции хромита < 1 мм составляет 40—50% [47].

Дробление хромита производят также на щековой дробилке с последующей сушкой дробленого материала в сушильном барабане и дальнейшем измельчении в короткоконусной дробилке, дающей помол < 1 0 мм. Пос­ ле грохочения всего помола класс > 3 мм возвращается в короткоконусную дробилку на домол, фракция 3—1 мм поступает непосредственно на изготовление магнезито­ хромитовых изделий, а фракция < 1 мм подается на сов­ местный тонкий помол с магнезитом [48].

По другой схеме дробление хромита осуществляют на щековой дробилке, последующую сушку в сушильном барабане и дальнейшее измельчение в короткоконусной дробилке. После рассева на двухдечном сите класс > 3 мм доизмельчается на вальцах и этот помол возвра­ щается на сита. Полезная крупная фракция хромита 3— 0,5 мм подвергается магнитной очистке от намола метал­ ла и поступает на составление шихты для магнезитохро­ митовых изделий. Фракция < 0,5 мм ' используется в шихту рядовых изделий [49].

276

Хромитовые крупнозернистые порошки при транспор­ тировке и в силосах несколько доизмельчаются [47]. По­

увеличивалось на 25—30% к массе всего хромитового порошка [49].

Тонкое измельчение хромита, в том числе совместно со спеченным магнезитом, производится в трубных мель­ ницах. Для тонкого помола обычно используют мелкие фракции хромита. Дисперсность порошка доводится в основной его массе до <0,06 мм.

Совместное тонкое измельчение смеси магнезита с хромитом, а также одного хромита ускоряется добавка­ ми поверхностно активных веществ. Так, добавка 0,4% кубового остатка дистилляции жирных кислот ускоряет измельчение совместной смеси на — 12,5%, а хромита — на -1 1 % [50].

Магнезит в шихту изделий входит в качестве зерни­ стого и тонкоизмельченного компонентов. Находит при­ менение схема, по которой спеченный магнезит, поступа­ ющий на завод, просеивается на двухдечном сите (с ячейками 4 и 1 мм). Зернистая фракция 3—1 мм исполь­

Описанная схема подготовки магнезита не гарантиру­ ет от брака при сушке сырца вследствие гашения зерен доломитизированного магнезита. Поэтому в схему под­ готовки магнезита включают процесс гидратации, кото­ рый осуществляют увлажнением магнезита с последую­ щей его сушкой при 150—200° С. Гидратированный маг­ незит разделяют на фракцию 3—0,5 мм, а фракцию

<0,5 мм измельчают в трубной мельнице [49].

Вгл. I описано вылеживание увлажненного магнези­ та в бункерах, используемое при производстве магнези­ товых изделий. Этот способ применяют и при изготовле­ нии изделий из смесей магнезита с хромитом [48].

Вработе [51] показано, что зерновые и химические составы хромита и магнезита существенно влияют на по­ ведение сырца из их смесей в обжиге в результате обра­ зования разного количества жидкой фазы различного состава. При обжиге сырца, содержащего по 50%

277

расплава колеблется в пределах 0—7,3%; если крупная фракция представлена магнезитом, и в пределах 1,4— 9,3%, если хромитом. Вытекание расплавов является од­ ной из причин сваров изделий при их обжиге при темпе­ ратурах ^1700° С. Оно приводит к снижению содержа­ ния в изделиях различных примесных окислов и особенно СаО и Si02. В изделиях с хромитом в крупной фракции

вышается на 0,1—4,5%, тогда как содержание Сг20 3 из­ меняется в пределах +0,5% . Составы вытекающих рас­ плавов сильно колеблются: 25—36% Si02; 16—33% А120 3; 1—10% Сг20 3; 3—21% Fe20 3 н 6—11% СаО. В ре­ зультате различного воздействия на спекание разных количеств расплавов разного состава усадка сырца в обжиге изменяется в весьма широких пределах — от 2,2 до 17,4% (объемп.), а пористость обожженных изделий— от 15,8 до 22%. Приведенное выявляет важнейшее значе­ ние химического и зернового состава магнезита и хро­ мита для технологии и качества изделий из их смесей.

Изделия из смесей хромита и магнезита изготовляют­ ся с использованием хромитов Сарановского и Кемпирсайского месторождений п спеченного магнезита Саткппского месторождения. Как показано в работах [30, 52], для изготовления таких изделий может успешно исполь­ зоваться окись магния из рапы Сиваша.

В Европе значительную часть Изделий изготовляют из магнезита, богатого Fe20 3 с высоким отношением С аО : : Si02, и из хромита с высоким содержанием Сг20 3'и низ­ ким Si02. В США используют в производстве окись маг­ ния из морской воды, свободную от Fe20 3, и хромит, бо­ гатый А120 3.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ М АСС И СЫРЦА

МАГНЕЗИАЛЬНОШПИНЕЛИДНЫХ ОГНЕУПОРОВ

По существу, все составы от 100% спеченного магне­ зита до 100% »хромита являются огнеупорными; это по­ зволяет широко варьировать состав' огнеупоров. ..

Разные группы изделий этого типа отличаются в пер­

278

вую очередь соотношением в их составе хромита и маг­ незита, зерновым составом хромита и в некоторой степе­ ни технологией изготовления.

МА ГН ЕЗИ Т О ХРО М И Т О ВЫ Е (П ЕР И К Л А ЗО ХРО М И Т О ВЫ Е)

МА С С О В Ы Е И ЗД ЕЛ И Я

Эта группа изделий содержит спеченный магнезит в преобладающем количестве и хромит в подчиненном. Для этих изделий характерно использование хромита либо в крупных, либо в тонких зернах. Первая разновид­ ность изделий носит название магнезитохромитовые (маркируется MX), тогда как вторая — периклазошпииелидные (ПШ).

МА ГН ЕЗИ Т О ХРО М И Т О ВЫ Е И ЗД ЕЛ И Я

Вмагнезнтохромитовых изделиях содержание в ших­ те спеченного магнезита колеблется в пределах от 65 до 83%.. Магнезит вводится в шихту помолами различной крупности, а именно 1—0 и <0,06 мм; 3—0'и <0,06 мм; 2—0 и <0,06 мм; 3—0 мм. При этом содержание зерен крупнее указанного предельного размера допускается в количестве нескольких процентов.

Содержание в шихте хромита составляет 17—35%. Вводится хромит фракцией крупностью 4—0,5; 3—0,5; 3,2—1; 3—1 мм; Зерна мельче указанного размера допус­ каются в количестве 5—15%.

Рациональным составом шихты магнезнтохромитовых изделий в настоящее время считается, по нормативным данным, содержание магнезита 78+3% и хромита 22+ ±3% . При этом магнезит вводится фракцией 3—0,5 мм

вколичестве 40±3% и фракцией <0,06 мм 38+3% . Хромит в такую шихту вводят фракцией 3—0,5 мм. Если

вшихте используют лом магнезитовых изделий, то его вводят 17+3% фракцией 3—0,5 мм, причем фракцию 3— 0,5 мм спеченного магнезита уменьшают до 30+3%, а хромит в шихте снижают до 15+3%.

Введение хромита в шихту крупной зернистой фрак­ цией 3—0,5 мм обосновывается рядом причин. Более крупный помол хромита уменьшает'разбухание магнези­ тохромитовых изделий под воздействием, окислов железа при высоких температурах. Так, по данным [53], устой­ чивость изделий (с 60% хромита) к разбуханию значи­

279

тельно снижается при замене фракции хромита 3—0,5 мм фракцией <0,09 мм (табл. 67). При замене фракции хромита 3—0,5 мм фракцией 3—0 мм происходит увеличение воздействия окислов железа при использовании сарановского хромита, но оно не изменяется при примене­ нии кемпирсайского хромита.

Крупнозернистый хромит повышает неоднородность черепка изделий, в результате чего структура его стано­ вится микротрещиноватой, а термостойкость повышает­ ся (табл. 68). При этом видно, что снижение размера зерен хромита до некоторого предела, повышая поверх­ ность их контакта со второй фазой (магнезитом), а сле-

довательно, и микротрещиноватость черепка, повышает термостойкость. В то же время чрезмерное уменьшение размера зерен хромита (до <0,09 мм) резко снижает термостойкость в результате значительной ликвидации микротрещиноватости, подтверждаемой повышением теп­ лопроводности.

Из тех же данных видно, что при зерновом составе хромита 3—0,5 мм увеличение его количества до 20% резко повышает термостойкость, а дальнейшее до 30% практически на нее не влияет. Введение хромита узкой зернистой фракцией 1—0,5 мм в количестве 30% дает максимальное образование микротрещиноватости (весь­ ма низкая теплопроводность) и наибольшую термостой­ кость [54].

280

Содержание в изделии хромита в данной зернистости определяет поведение огнеупора при воздействии на него окислов железа при высоких температурах. Из табл. 69 [53] видно резкое увеличение разбухания при введении хромита свыше 30%, что делает изделия с большим со­ держанием хромита малопригодными для тяжелых усло­ вий службы.

Таким образом, введение в магнезитохромитовые из­ делия хромита в количестве 20—25% в зернах 3—0,5 мм является результатом необходимости придания издели­ ям еще достаточного сопротивления разбуханию под воздействием окислов железа и достаточной термической

281

Т а б . л и ц а 69

Значение содержания сарановского хромита в шихте (фракция 3—0,5 мм) для сопротивления изделий воздействию окислов

железа 3 ч при 1660° С

устойчивости. Введение этого количества сарановских и кемпирсайских хромитов обеспечивает в изделиях содер­ жание Сгг03 в минимальных пределах 7—13%.

Для улучшения спекания изделий и обеспечения вы­ сокой их плотности и прочности при высоких температу­ рах рекомендуют [55] применение плотноспеченного маг­ незита с размером кристаллитов периклаза не более

15мкм.

■Магнезит в шихту вводят зернистой фракцией и тон­

ким помолом. Обусловливается это, с одной стороны, не­ обходимостью обеспечения содержания в массе доста­ точного суммарного количества крупных зерен, обеспечи­ вающих высокую плотность сырца (при условии низкой пористости зерен спеченного магнезита) и уменьшающих его усадку при обжиге. С другой стороны, наличие доста­ точного количества тонких зерен магнезита необходимо для обеспечения хорошего взаимодействия при обжиге периклаза с вмещающей породой хромита, с выделяю­ щейся из хромшпинелида при нагревании окисью железа и с зернами хромшпинелида.

Рекомендуют доводить дисперсность тоикомолотого магнезита до более 5000 см2/г [55].

Зерновой состав готовой массы в значительной мере определяется зерновым составом вводимых в шихту ком­ понентов и их доизмельчением при смешении. Массы из смесей хромита и магнезита при их приготовлении на лопастных смесителях и бегунах способны к доизмельчению. Степень его зависит от прочности порошков компо­ нентов и конструкции смесителя.

Минимальное изменение зернового состава при сме­ шении происходит в массах из смесей магнезита и проч­ ного массивного, густовкрапленного крупнозернистого

282

хромита, шпинелид которого сцементирован магнезиаль­ но-силикатной вмещающей породой. Наоборот, макси­ мальное измельчение испытывает в массе с магнезитом хромит непрочный, мелкозернистый, сцементированный сильно ожелезненным серпентином. Различие в степени доизмельчения (содержание фракции < 0,5 мм) таких масс примерно шестикратное. Доизмельчение одинако­ вых по составу масс в смесительных бегунах по сравне­

~ 3 мм. Остальные фракции содержатся в массах в раз­ личных количествах: < 0,5 мм в пределах 46—60%, <0,09 мм 45—50%, <0,06 мм 22—37%.

Влажность полусухих масс непосредственно зависит от их зернового состава; утонение массы требует повы­ шения ее влажности:

(при температуре 50°С). Рекомендуют вводить 2% с.с.б. иа сухой остаток [55].

Составление шихты из двух компонентов и в разной зернистости позволяет варьировать сырьевой и зерновой составы магнезитохромптовых масс [56]. Вместе с тем, по данным [57], вводить в шихту рекомендуется 20% хромита, причем с отсеянными мелкими фракциями. В ус­ ловиях производства изготовляли изделия из шихты,'со­ державшей 22,5+2,5% хромита, Однако зерен фракции > 3 мм в нем содержалось 6,6% и < 0,5 мм 10% [58].

Опубликованы и другие зерновые и шихтовые составы магнеЗитохромитовых масс. По нормативным данным, количество хромита в шихте, как указывалось выше, со­ ставляет 22+3% . Массы, по этим же данным, содержат фракцию > 3 мм не более 5%, < 0,5 мм 55+5%, в том числе <0,06 мм не менее 35%. Влажность масс 3±0,5%, причем их увлажнение производят раствором с. с. б. плот­ ностью не менее 1,25 г/см3 при 20+5° С и не менее 1,23 г/см3 при 50+10° С.

Смешение магнезитохромитовых масс осуществляют разными способами. Так, производят первое смешение

283

в двухвальном смесителе, в котором массу увлажняют раствором с. с. б. до 1 —1,5% и затем ее вылеживают не менее 8 ч. Вылежавшаяся масса проходит второе смеше­ ние также в двухвальном смесителе, в котором за счет добавки раствора с. с. б. ее влажность повышают до 2,7±0,3%.

По другой технологии смешение магнезитохромито­ вой массы производят в бегунковых смесителях периоди­ ческого действия. Сначала в смеситель загружают хро­ мит фракции 3—1 мм и магнезит фракции 1—0 мм и за­ ливают порошок раствором с. с. б., нагретым до 40±10°С, плотностью не ниже 1,20 г/см3. После смешения в тече­ ние 1—1,5 мин засыпают тонкомолотый магнезит и сме­ шивают еще 3—4 мин. Общая длительность смешения со­ ставляет 5—6 мин. По данным [49], длительность сме­ шения массы на бегунковых смесителях должна быть вдвое большей.

При использовании центробежного смесителя в него засыпают все компоненты, которые смешивают насухо 1—2 мин, затем увлажняют раствором с. с. б. и смешива­ ют еще 1 мин. Таким образом, весь период смешения со­ ставляет до 3 мин; по данным [49], производительность при смешении магиезитохромитовых масс достигает 100т в смену. Этот тип смесителя широко используется [59].

Смешение магнезитохромитовых масс ведут также на смесительных бегунах с облегченными катками для уменьшения домола зерен хромита. Продолжительность смешения до 10 мин [47].

По данным [55], приготовление массы на бегунах лишь незначительно (на 1%) снижает пористость изде­ лий по сравнению с массой, смешанной в лопастном сме­ сителе. В последнее время рекомендуют [59] для смеше­ ния магнезиальных масс применять бегуны модели 114 с неподвижной чашей и двумя облегченными вращающи­ мися катками (18 об/мин).

Сырец магнезитохромитовых изделий оформляется способом полусухого прессования. Для этого используют разнообразные, преимущественно гидравлические, прес­ сы тоннажом 525 т с циклом прессования 17 с, 725 т с циклом 11 с, 1000 т с циклом 12 с, 1500 т и др. Применя­ ют также винтовые прессы с фрикционным приводом для прессования сводовых изделий, пятового и конвертерного

284

прессов и размеров сырца. В зависимости от зернового и сырьевого состава масс и давления прессования объем­ ная масса свежепрессованного сырца колеблется в пре­ делах 2,80—3,00 г/см3, что соответствует пористости сыр-

/ца примерно 18—25%•

Давление прессования оказывает значительное влия­ ние на плотность сырца и распределение пор по разме­ рам. Так, по данным [60], при изменении давления прес­ сования от 300 до 2000 кгс/см2 пористость магнезитохро­ митового сырца уменьшилась от 21,9 до 14,6%. т. е. на одну треть, а удельная поверхность пор увеличилась от 1275 до 2025 см2/см3. Весьма существенные изменения претерпевает при этом размер пор. Магнезитохромитовый сырец, спрессованный при давлении 300 кгс/см2, при пористости 22% имел поры размером 5—1 мкм 12,3% и 1—0,1 мкм 6,2%; таким образом, поры размером 5— 0,1 мкм составляли основную пористость (18,5%). Сырец, спрессованный при 2000 кгс/см2, при общей пористости 14,7% имел поры размером 5—1 мкм 3%, 1—0,1 мкм 7,7% и <0,1 мкм 4%. Следовательно, увеличение давле­ ния при прессовании магнезитохромитового сырца сни­ жает не только пористость, но и размер пор.

В процессе прессования смесей магнезита и хромита зерна хромита способны к некоторому измельчению; этот вопрос рассматривается более подробно в разделе хро­ момагнезитовых изделий.

Основная масса изделий магнезитохромитового типа изготовляется для распорно-подвесных сводов мартенов­ ских печей, в связи с чем в них делаются отверстия для закладки металлических штырей крепления к несущей свод конструкции. Эти отверстия перпендикулярны лож­ ковым граням кирпича. Соответствующие для этого уст­ ройства прессформ на гидравлических прессах описаны в работе [61], а на фрикционных прессах — в работе [47].

Спрессованный магнезитохромитовый сводовый сы­ рец до сушки имеет, по средним данным, предел проч­ ности при сжатии при испытании на ребро 30 кгс/см2 и

нии прессования 1200—1250 кгс/см2. Прочность сырца в процессе его высушивания многократно повышается и в среднем составляет 720 кгс/см2 [62].

Магнезитохромитовые изделия могут изготовляться

285