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

из окиси магния, получаемой из природной воды. В ис­ следовании [30] такие изделия изготовляли из шихты, содержавшей 35% кемпирсайского хромита, содержав­ шего 52,3% Сг20з и вводившегося фракцией 2—0,5 мм. Рапная окись магния содержала 95,15% MgO и отноше­ ние СаО: Si02 составляло 1,2. Ее расчетный фазовый со­ став характеризовался содержанием периклаза 94,5%, магнезиоферрита 0,7%, магнезиальной шпинели 1,0%, монтичеллита 1,7% и мервииита 2,1%. Пористость спек­ шихся зерен была 11,7%, а средний размер зерен пери­ клаза 12 мкм. Измельчение рапной окиси магния произ­ водили на вальцах до зерен < 2 мм, а тонкий помол ее осуществляли в шаровой мельнице до остатка не более 10% >0,09 мм. Зерновой состав магиезитохромитовых масс был следующий: 53% зерен 2—0,5 мм, 18% 0,5— 0,09 мм и 29% <0,09 мм. Вылеживание массы не произ­ водили, а ее влажность была 4%. Сырец прессовали на гидравлическом прессе при давлении 1200 кГ/см2.

ПЕРИКЛАЗОШПИНЕЛИДНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

В СССР А. П. Панариным разработана новая разно­ видность ответственных высокоогнеупорных магнезито­ хромитовых изделий из смесей магнезита и хромита [63]. Принципиальным отличием этих изделий от опи­ санных выше изделий MX является использование всего вводимого в шихту хромита в тонконзмельченном состо­ янии. При этом тонкое измельчение хромита производит­ ся совместно со спеченным магнезитом с целью обеспе­ чения при обжиге изделий максимального связывания легкоплавких примесей хромита в высокоогнеупорные соединения. Соотношение в тонком помоле хромит: маг­ незит выдерживается в пределах от 1:1 до 4:1, причем тонкость помола характеризуется содержанием зерен < 6 0 мкм не менее 75%. Для составления шихты исполь­ зуют магнезит большей частью или полностью в относи­

3 : 7 до 7 : 3. Таким образом, содержание в шихте хроми­ та может колебаться в пределах от 15 до 56% и магнези­ та соответственно от 85 до 44% и, следовательно, охва­ тывать составы всех изделий из смесей хромита и магне-. зита [64] >

-286

Из приведенного следует, что периклазошпинелидные изделия по своей структуре представляются как бы обра­ щенными по сравнению с магнезитохромитовыми. В пер­ вых крупные зерна магнезита включены в основную тон­ козернистую хромомагнезитовую связку, тогда как в из­ делиях магнезитохромгітовых крупные зерна хромита (и магнезита) связаны магнезитовой связкой.

Технологический процесс изготовления периклазошпинелидных изделий учитывает особенности состава та­ ких изделий и их поведения в производстве. По одной из применяемых технологий магнезит, обожженный во вра­ щающихся печах, применяют в виде двух фракций: 3—1 и 1—0 мм; при этом во фракции 3—1 мм зерен >3,2 мм и < 1 мм не должно содержаться более чем по 5% каждого.'Во фракции 1—0 мм зерен > 1 мм должно быть не более 10%. Содержание в магнезите MgO должно быть не менее 88%, СаО не более 3,5% (фракции 3—1 мм) и 3% (фракции 1—0 мм), Si02 не более 5%.

Спеченный магнезит подвергают вылеживанию. Для этого фракцию 3—1 мм увлажняют в двухвальном сме­ сителе водой до влажности 1,75+0,25%, а фракцию 1— 0 мм — до 1,25+0,25% и раздельно вылеживают в бун­ керах; при этом исходная температура увлажненных по­ рошков должна быть в пределах 30—80° С. Крупную фракцию магнезита вылеживают не менее 48 ч, а мелкую не менее 24 ч.

Кемпирсайский хромит крупностью < 1 мм измельча­ ют в трубной мельнице совместно с магнезитом < 1 мм; смесь составляется в соотношении хромит: магнезит, рав­ ном 3:1. Тонкомолотая смесь содержит 35+2% Сг20 3, а

По данным [65], при изготовлении периклазошпинелидных изделий обязательным является введение в мас­ су с. с. б. при ее смешении для торможения гидратации тонкомолотого магнезита при сушке сырца и начальной

1,2 г/см3, нагретым до 30—50° С. Смешение осуществля­ ют в бегунковом смесителе, в который загружают магне­ зитовые порошки, увлажняют раствором с. с. б. и переме­

287

шивают 1 —1,5 мин; вводят тонкомолотую смесь и сме­ шивают еще 3—4 мин, так что полный цикл смешения длится 5—6 мин. При смешении массы в центробежном смесителе загружают все порошки и производят их су­ хое смешение 1—2 мин, после чего заливают раствор с. с. б. и смешивают 1 мин так, что полный цикл смеше­ ния длится 2—3 мин. Влажность масс составляет 2 + ±0,2% ; их зерновой состав характеризуется содержани­ ем не более 2% зерен > 3,2 мм, 32,5+2,5% зерен 3—1 мм

35±3% при изготовлении изделий, не содержащих в ших­ те их лома, а при его введении смесь должна состоять из 47±3% хромита и 53±3% спеченного магнезита. Шихта составляется из 62±3% магнезита фракции 3—0,5 мм и 38±3% совместного помола, измельченного до содержа­ ния зерен < 6 0 мкм не менее 90 %• При введении же ло­ ма изделий магнезит фракции 3—0,5 мм вводится в ко­ личестве 45+3%, а лом такой же фракции 17±3%. При указанных составах шихт содержание в них хромита должно быть в пределах 25±3% . Массы увлажняют рас­ твором с. с. б. плотностью не менее 1,25 г/см3 при 20± +5° С (или не менее 1,23 г/см3 при 50+10° С). Их влаж­ ность 2,5+0,7%, а общий зерновой состав такой же, как указывалось выше для магнезитохромитовых изделий (> 3 мм не более 5%, < 0,5 мм 55+5% и <0,06 мм не менее 35%), однако сырьевой состав отдельных фракций в них различен, так как хромит в периклазошгшмелидных изделиях содержится в дисперсных зернах.

Используемые на ряде заводов шихты несколько от­ личаются от приведенных выше по составу совместного помола и его количествам, вводимым в шихты. Так, на одном заводе тонкий помол содержит 32,5+2,5% хро­ мита и .его вводят в количестве 37,5+2,5% в шихту. При этом магнезита вводится 42,5+2,5% фракции 2—0,5 мм и 20% лома изделий крупностью 3—0,5-мм. На другом заводе совместный помол содержит 40+5% хромита и вводят его в шихту 37,5+2,5%, фракцию 3—0,5 мм маг­ незита 37,5±7,5% и лома той же крупности' 27,5+7,5%. Еще на одном заводе совместный помол содержит 32,5+ +2,5% хромита и его содержание в шихте 30+3%, лома изделий фракцией 4—1 мм 30+3%, магнезита фракцией

288

1— 0 мм 30+3% и фракцией 3—1 мм смесь хромита и магнезита 10+3%.

В соответствии с составом шихт н условиями произ­ водства на этих заводах отличаются суммарные зерно­ вые составы масс, их влажность п содержание с. с. б. Так, содержание в массе зерен > 3 мм колеблется в пределах 2— 8%, фракции <0,09 мм в пределах 35—45% и <0,06 мм 23—37%■ Влажность масс колеблется от 1,8 до 3,4%, обусловливаясь составом и условиями прессо­

Следует учитывать, что при изготовлении пернклазошпинелидпых изделий необходимо обеспечить структуру, в которой крупные зерна равномерно распределены в тонкозернистой массе. Ее прослойки между крупными зернами должны надежно защищать их от воздействия расплавов, для чего они должны иметь достаточную тол­ щину. Этими требованиями определяется общий зерно­ вой состав масс, технология смешения и конструкция смесителя [64].

Прессование сырца периклазошпинелидных изделий осуществляется на гидравлических и механических прес­ сах; согласно данным [65], давление прессования долж­ но быть не менее 1000 кгс/см2. Прессование с высоким удельным давлением дает хорошее уплотнение в отсут­ ствие зерен крупностью 0,5—0,1 мм, тогда как при низ­ ких давлениях прессования лучше уплотняются массы, содержащие указанную промежуточною фракцию. По данным [64], при использовании магнезита с умеренным содержанием примесей, обожженного при высоких тем­ пературах, прочность его зерен 3—0,5 мм высокая, в ре­ зультате чего они не измельчаются при смешении и прес­ совании; в этом случае может явиться целесообразным введение в массу фракции < 0,5 мм. При чистом же спе­ ченном магнезите или обожженном при умеренных тем­ пературах зерна фракции 2—0,5 мм имеют пониженную прочность и способность к измельчению в процессе сме­ шения и прессования; поэтому вводить в такую шихту фракцию <0,5 мм не нужно.

Объемная масса свежеспрессованного сырца опреде­ ляется его пористостью, влажностью и содержанием хро­ мита. Она колеблется для описанных масс в пределах 2,83—3,10 г/см3. В одинаковых условиях прессования и состава массы значительное влияние на объемную мас­ су сырца оказывает пористость магнезитовых зерен. Так,

с влажностью 2,3%), содержащих 1,4%) с. с. б., имеет'сред­ ний предел прочности при сжатии на ребро 21 кгс/см2 и на плашку 33 кгс/см2 [62].

Плотность пернклазошпинелидного сырца и изделий может быть несколько повышена введением поверхност­ но активных веществ. В табл. 70 [50] приведены соответ­ ствующие данные. Они выявляют эффект повышения плотности в зависимости от способа введения добавки кубовых остатков от дистилляции жирных кислот.

* Помол смеси без н с добавками ПАВ характеризовался содержанием зе­ рен размером более 0,06 мм 4 и 6% соответственно. Добавка ПАВ в тонкомоло­ тую часть последних двух шихт вводилась после помола порошков при допол­ нительном смешении в мельнице в течение 30 мин.

Повышенная плотность периклазошпннелидных огне­ упоров при введении добавок поверхностно активных ве­ ществ объясняется снижением обратного расширения сырца после снятия давления, более плотной укладкой зерен при прессовании вследствие доизмельчения фрак­ ций > 0,5 мм, а также интенсификацией спекания мате­

290

риала в результате повышенного количества в шихте фракций < 2 мм.

Разработана разновидность периклазошпинелидного сводового кирпича, отличающегося более высоким содер­ жанием тонкомолотого хромита (40—45%) и отсутстви­ ем магнезита в тонкомолотой составляющей массы. Этот огнеупор в службе в своде равноценен по износу высоко­ обожженному магнезитохромитовому кирпичу, но изна­ шивается на 6—15% больше, чем периклазошпинелидный [66].

ХР О М О М А ГН Е ЗИ Т О В Ы Е (ХРО М И Т О П ЕРИ К Л Д ЗО ВЫ Е)

МА С С О В Ы Е ИЗД ЕЛИЯ

Эта группа изделий содержит спеченный магнезит в равном или подчиненном количестве, а хромит — в рав­ ном или преобладающем. Характерным для этой группы изделий является содержание в ней хромита в зернах от крупных до тонких.

С учетом содержания Сг20 3 в используемых промыш­ ленностью хромитах в пределах 35—50% количество хро­ мита в шихте составляет 45—60%. Практически оно мо­ жет быть и меньшим в результате увеличения содержа­ ния Сг20з в хромите и замены части его боем изделий, содержащих в своем составе хромит.

По одной технологии магнезит вводят в шихту фрак­ циями 3—1, 1—0 и <0,06 мм. Первые две фракции под­ вергают предварительному вылеживанию в бункерах, и они вводятся в шихту в виде совместной фракции 3—

дроблением на щековой, конусной и валковой дробилках с последующим выделением отсевом фракции < 1 мм.

В качестве компонента шихты иногда используют бой магнезитовых, магнезитохромитовых, периклазошпинелидных и хромомагнезитовых изделий. Его дробят на ще­ ковой, конусной и валковой дробилках н вводят в шихту фракцией 4—0 мм, содержащей зерен >3,2 мм не более 10% и <0,5 мм 35+10%.

Шихту составляют из 50+5% хромита 1—0 мм, 30+ +5% магнезита 3—0 мм и 22,5±2,5% тонкомолотого

магнезита. Если в шихту вводят бой изделий, то она име­ ет следующий состав: 22,5+2,5% хромита 1—0 мм, 55+5% боя 4—0 мм и 22,5+2,5% тонкомолотого магне­ зита. Таким образом, бой изделий заменяет полностью магнезит фракции 3—0 мм и половину хромита.

Массы смешивают на бегунковом смесителе по обыч­ ной схеме предварительного смешения и смачивания крупнозернистых компонентов с последующим покрыти­ ем крупных зерен тонкой фракцией. Поэтому в смеситель сначала загружают магнезит фракцией 3—0 мм (или бой изделий) и хромит фракцией 1—0 мм, заливают нагре­

При смешении массы в центробежном смесителе за­ гружают все компоненты и смешивают их 1—2 мин, а за­ тем увлажняют раствором с. с. б. и смешивают еще 1 мин.

пределах 2+0,2%. Такие массы содержат 20—25% Сг20 3. При использовании сарановского хромита шихты со­ ставляют из хромита, спеченного магнезита іг боя изде­ лий. Состав их различен, причем спеченный магнезит за­ меняют боем магнезитовых изделий. Так, шихта без маг­ незита содержит 40% хромита 0,8—0 мм, 30% боя магне­ зитовых изделий и 30% боя хромитсодержащих изделий. При этом бой изделий предварительно измельчается в

шаровой мелы-шце.

Кусковой хромит в такой же шихте по составу может

ношении компонентов 4:3:3.

Используется также шихта, содержащая 20% спечен­ ного’магнезита, 30% хромита и 50% боя хромитсодержа­ щих изделий. При использовании такой шихты смешива­ ют 80% измельченной смеси хромита с боем хромитсо­ держащих изделий с 20% спеченного магнезита. Для это­ го предварительно размалывают на шаровой мельнице смесь 37,5+2,5% хромита и 62,5+2,5% хромитсодержа­ щего боя, а магнезит тонко измельчают в трубной мель­

нице. Совместный помол хромита с боем содержит зерен

292

> 2 мм не более 1% и <0,06 мМ в пределах 16±4%, а тонкий помол магнезита содержит зерен >0,06 мм в пре­ делах 50±5% . Шихты с сарановским хромитом, изготов­ ленные по описанным способам, содержат зерен > 2 мм не более 2%, > 1 мм не более 8% и <0,06 мм в преде­

лах 24+2% .

Смешение масс осуществляют в двухвальных смеси­ телях. При первом смешении массу увлажняют до 1,75± ±0,25% раствором с. с. б., нагретым до 45±5°С, плот­ ностью 1,15 г/см3 и вылеживают затем не менее 8 ч. По­ сле вылеживания массу вторично смешивают в двухвальном смесителе, причем ее доувлажняют до 2,75± ±0,25% раствором с. с. б. плотностью 1,18±0,02 г/см3, на­ гретым до 45±5°С. Такие массы содержат 16—22%

СггОз.

Спрессованный при давлении 1000 кгс/см2 хромомаг­ незитовый нормальный сырец из массы, содержащей 1,7—1,8% с. с. б. (на сухое) с влажностью 2,1—2,2%, име­ ет средний предел прочности при сжатии при испытании на ребро 26 кгс/см2 и на плашку 41 кгс/см2. Его проч­ ность в сухом состоянии достигает 450 кгс/см2 [62].

При прессовании масс, содержащих магнезит и хро­ мит, происходит некоторое изменение их зернового со­ става (табл. 71) [45]. Судя по величинам коэффициен­ тов крупности, при прессовании хромит претерпевает большее измельчение, чем магнезит. Измельчение хроми­ та происходит в последовательности характеристик его прочности: прочный <среднепрочный <непрочный. При одинаковой характеристике по прочности массивная руда доизмельчается при прессовании меньше, чем средневкрапленная,- Доизмельчение магнезита незначитель­ ное и не зависит от степени доизмельчения хромита.

Прессование хромомагнезитового сырца осуществля­ ют преимущественно на гидравлических прессах различ­ ного тоннажа (от 500 до 1500 т) до объемной массы сыр­ ца не менее 2,9—3 г/см3. Используют также фрикцион­ ные и револьверные прессы.

Весьма существенной является зависимость скорости прессования от размеров и зернового состава сырца, ко­ торые определяют количество удаляемого воздуха и ско­ рость его выхода из прессуемой массы. Связь этих пара­ метров дается уравнением [67]:

w — 2 5 ,4 - а - 1,7 см/с,

V K J 2 P

293

294

где а — коэффициент, учитывающий внутреннее сопро­ тивление сжимаемой массы движению воздуха между зернами;

V — объем спрессованного сырца, см3;

2Р — сумма периметров изделия по верхнему и ниж-. нему пуансонам, см;

у масс, содержащих фракции <0,09 мм менее 40%, а = = 1. При скорости прессования w его длительность Т да­ ется уравнением:

тh(Kc-l)VKc с

25,4-а-2/М ,7

Если длительность цикла прессования Гц, то ß = 7’/7'4 меньше 1.

Длительность цикла

т h(Kc- \ )V Kc с

ц25,4 aß 2Р 1,7

Втабл. 72 приведены экспериментальные данные, выявляющие условия прессования магнезиальношпинелидного и магнезиального сырца. Из формулы и данных экспериментов вытекает важный для практики вывод, что при увеличении V/2P, т. е. при увеличении объема сырца на единицу его двойного периметра, и при одина­ ковых значениях а скорость прессования должна сни­ жаться. •

ХРО М И ТО ВЫ Е И ЗД ЕЛ И Я

Хромитовые изделия отличаются высоким содержани­ ем хромита и в подчиненном количестве магнезита. Хро­ мит вводится в шихту в виде зерен различных размеров— от крупных до тонких. При учете содержания СггОз в хромите в пределах 35—50% в состав шихты хромито­ вых изделий должно входить хромита в пределах 50— 70%, остальное составляет спеченный магнезит.

В 30-х годах хромитовые изделия применялись за ру­ бежом [68], а в СССР опробовалось их производство [69]. Основным недостатком чисто хромитовых огнеупо-

295