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

Оптимальной длиной восьмистолбиковой садки явля­ ется 2,7 м; при дальнейшем ее увеличении теплоотдача уменьшается [90].

Существенным параметром садки является высота столбиков. Зависимость изменения количества брака по деформации от высоты описывается уравнением вида [91']:г/=Л/г4, %. Поэтому высоту садки следует уста­ навливать такой, чтобы при максимальной температуре обжига напряжения от веса вышележащей садки не при­ водили к сколь-либо значительной ползучести, скорость которой пропорциональна напряжению (в данном случае от массы садки): e » a n, где п > 1.

Опыт показывает, что при обжиге магиезиальношпинелидных сводовых огнеупоров высота садки не должна превышать 3—4 ряда на ребро. Поэтому в печах с боль­ шой высотой туннеля сводовые изделия садят только в верхние ряды столбиков.

На основании расчетных и опытных данных обжиг сводовых основных огнеупоров рекомендуют осущест­ влять в семистолбиковой садке высотой 0,5—0,6 м при толщине столбиков 0,23 м и их длине 2,6 м [91].

Для обеспечения равномерного обжига изделий ре­ комендуют [92] иметь живое сечение садки равным 0,4— 0,5 сечения туннеля, отношение живого сечения перифе­ рийных каналов к таковому внутренних в пределах 1,2— 1,5 и открытую удельную поверхность теплообмена садки (м2/т) возможно большей.

Скорость обжига определяется допустимой интенсив­ ностью прогрева и охлаждения садки, в свою очередь определяемыми возникающими термическими напряже­ ниями как результирующими возникновения градиента температур в обжигаемом изделии [29]. Следовательно, скорость обжига является суммарным результатом теп­ лотехнических возможностей печи, параметров садки, свойств обжигаемого огнеупора и геометрической харак­ теристики изделий и их массы.

Согласно данным [93], скорости нагрева и охлажде­ ния магнезиальношпинелидных изделий могут быть весь­ ма большими; например, для сводового кирпича нагрев до 1600° С в течение 19,3 ч, выдержка 3 ч и охлаждение 10 ч, т. е. продолжительность полного цикла ~ 3 2 ч. Су­ щественно, что на допустимую скорость обжига оказы­ вает влияние состав хромшпинелида; так, для изделий с кемпирсайским хромитом допустимы большие скорости

изменения температур, чем с сарановским. Указанные скорости обжига допустимы по величинам развивающих­ ся в изделиях термоупругих напряжений. Исходя нз.условий прогрева изделий в туннельной печи при рациональ­ ной садке продолжительность обжига, по данным [94], может быть сокращена еще на несколько часов. Однако

з?

л

36

38

Ы)

и

Рис. 67. Изменение температуры в туннельной печи: и

а — нагрев столбика; б — охлаждение столбика (цифры у кривых— номера позиций). Зоны печи: / — нагрева; 2 — обжига; 3 — охлаждения; х — расчет­

ная температура, газов; о — изделий

практическая реализация таких скоростей в промышлен­ ной туннельной печи сопряжена со значительными труд­ ностями.

В печах с 52—53 вагонетками интервал прогонки со­ ставляет 1 ч 30 мин— 1 ч 40 мин. На рис. 67 [95] пока­ зан температурный режим обжига и охлаждения основ­ ных огнеупоров в высокотемпературной туннельной печи. Садка восьмистолбиковая длиной 2,43 м и толщиной 0,23 м; интервал прогонки 1 ч 40 мин. Кривая температу­ ры газов проведена по экспериментальным данным для внутренних каналов садки. Расчетная кривая средней температуры изделий в ее максимуме (1700° С) точно совпадает с максимальной температурой, определенной из опыта. Симбатность хода кривых температур газов и изделий в зонах нагрева'(от 7-й позиции) и обжига

308

обусловливается интенсивным нагревом изделий, помимо конвективной передачи тепла, лучистым теплообменом между газами и садкой. Охлаждение изделий в первой половине зоны охлаждения происходит лишь на 7з, тогда как во второй половине на 2/з, т. е. вдвое интенсивней. При выходе изделий из зоны обжига на нескольких пози­ циях садка в основном охлаждается сводом печи; на последующих позициях ее охлаждение определяется сво­ дом более чем на половину и лишь на последних по­ зициях охлаждающее влияние свода невелико. Для эко­ номии топлива сдвиг охлаждения в конвективную об­ ласть весьма желателен (удлинение зоны охлаждения и повышение теплоизоляции свода).

Для обжига магнезиалыюшпинелидных огнеупоров применяют такие же туннельные печи, как при обжиге магнезиальных. При изготовлении обоих типов изделий на одном заводе их обжигают совместно. Конечная тем­ пература обжига колеблется в пределах 1660—1750° С, в известной.мере завися от чистоты используемого сырья. Длина печей 153—156 м, их ширина 3,06—3,2 м, а высота 0,98—1,1 м; число вагонеток в печи 51—52 при ширине 3—3,1 м и длине 3 м. Полная длительность цикла 73— 88 ч.

МАГНЕЗИАЛЬНОШПИНЕЛИДНЫЕ ИЗДЕЛИЯ ИЗ БРИКЕТА

В целях повышения качества предложена технология изделий из предварительно'спеченного брикета из смесей хромита и магнезита [64]. Брикет изготовляют из смеси тонкоизмельченных 80% хромита и 20% магнезита (№ 1) и 70% хромита и 30% магнезита (№ 2); смесь прессуют при давлении 800 кгс/см2 и затем брикет обжигают при 1600° С. Брикет № 1 измельчается на фракцию 2—0,5 мм, а брикет № 2 — на фракцию < 0,5 мм.

Для изготовления периклазошпинелидного кирпича с использованием брикета целесообразным считается [65] применение крупных зерен из обожженного брикета с 30% хромита и 70% магнезита либо смесь зерен из этого брикета и брикета состава 70—80% хромита и 30—20% магнезита; зернистые компоненты вводятся в количестве 60±5%, а тонкомолотая смесь состава второго брикета 40+5% .

Брикетная технология изделий из магнезита и кемпирсайского хромита описана в работе [96]. Брикеты ис-

309

пользуются хромомагнезитового состава (№ 1— 70% хромита и 30% спеченного магнезита, № 2 — 60% хро­ мита и 40% магнезита) и магнезитохромитового (№ 3 — 25% хромита и 75% спеченного магнезита). Их изготов­ ляют из тонкоизмельченных компонентов (87—90% <0,09 мм) прессованием при влажности ~4% и обжи­ гают при 1680—1700° С с выдержкой 8 ч. Средние зна­ чения пористости брикета № 1 10%, № 2 15% и № 3 15,8% при соответственном содержании MgO 45,3, 42,6 и 70,9, а Сг20з 30,2, 34,4 и 14,5%. Шихта изделий состоит из 50—60% брикета фракции 3—0,5 мм и 50—40% тон­ комолотой смеси спеченного магнезита и хромита, имею­ щей состав брикета. Прессование сырца производится при давлении 1100 кгс/см2 и его обжиг после высушива­ ния до остаточной влажности 0,2—0,5% при 1710° С.

Дальнейшим развитием брикетной технологии яви­ лось использование при изготовлении магнезитохроми­ тового брикета пылеуноса взамен спеченного магнезита, улавливаемого из отходящих газов вращающихся печей. Хромит и пылеунос совместно измельчаются в трубной мельнице до дисперсности, характеризуемой содержа­ нием фракции <0,06 мм не менее 90%, и обжигаются по шламовому или сухому способам во вращающейся печи по режиму, осуществляемому при обжиге немоло­ того пылеуноса. Обожженный клинкер имеет пористость от 11 до 30%; он содержит фракцию < 1 мм не в слиш­ ком большом количестве.

Изделия изготовляют из шихты, содержащей зерни­ стые фракции из клинкера крупностью 3—1 мм в коли­ честве 37,5+2,5% и 1—0 мм 22,5±2,5%, а тонкий помол из смеси 40—30% хромита и 60—70% магнезита (90% <0,06 мм) в количестве 40%. Изделия обжигают в тун­ нельной печи при 1720—1760° С с выдержкой ыа участке максимальной температуры 4 ч [97—99].

Температура начала деформации под нагрузкой этих изделий значительно уменьшается (на 70—ПО град) при понижении температуры обжига от 1760 до 1720° С, тог­ да как термостойкость, наоборот, в результате этого по­ вышается примерно в 2 раза. Заметно повышается пори­ стость при повышении температуры обжига изделий [97—99].

В работе [100] шихту для брикета составляли из тон­ комолотой смеси 50% хромита и 50% спеченного магне­ зита. Шихту для изготовления изделий составляли из

310

зерен такого обожженного брикета и необожженной тон­ комолотой смеси того же состава, что брикет. Сырец, из­ делий прессовали до объемной массы 3,10 г/см3 и обжи­ гали в туннельной печи при 1700—1720° С.

Брикет для магнезиальношпинелидных изделий изго­ товляют также из сырого магнезита в смеси с обогащен­ ным хромитом и его обжигают во вращающихся печах при 1800—1900° С [44]. Брикет изготовляют и из высо­ кочистой окиси магния и хромита с низким содержанием кремнезема [101]. Разработаны и другие способы изго­ товления изделий магнезиальношпинелидного типа.

Описано [102] изготовление мелкозернистого периклазошпинелидного кирпича из шихты, содержащей 70% спеченного магнезита и 30% хромита. Магнезит применя­ ется крупностью 1—0 мм, а хромит вводится тонкомоло­ тым, содержащим фракцию <0,06 мм в количестве 85%. Изделия обжигают при 1700° С. Они имеют пористость 18% и термостойкость (1300° С — вода) 4 теплосмены.

Термостойкость повышается до 6 теплосмен (без из­ менения свойств), если при этом же вещественном со­ ставе шихты применяют рядовой магнезит более крупной фракции (3—0 мм), содержащий 42,5+7,5% зерен 3—1 мм и 57,5+7,5% зерен 1—0 мм.

Описана технология особого периклазошпинелидного кирпича, в шихту которого вводится магнезитовая со­ ставляющая фракцией 2—0,5 мм (пористость зерен <10% ) и тонкомолотый кемпирсайский хромит (более 85% зерен <0,06 мм) в количествах соответственно 55 и 45%. Зерновой состав масс: 40% 2—1 мм, 10% 1— 0,5 мм, 10% 0,5—0,06 мм и 40% <0,06 мм и их влаж­ ность 2,3%. Удельное давление прессования сырца выше 1000 кгс/см2. В обжиге при 1700° С сырец имеет среднюю линейную усадку 1,-5% [102].

БЕЗОБЖИГОВЫЕ МАГНЕЗИАЛЬНОШПИНЕЛИДНЫЕ

ИЗДЕЛИЯ

Безобжиговые огнеупоры из смесей хромита и маг­ незита давно нашли применение в металлургическом про­ изводстве, в частности в виде трубок, набитых массой. Обусловливается это в значительной мере тем, что хро­ мит является хорошим высокоогнеупорным отощителем, а магнезит способен к твердению и приданию прочности спрессованному изделию. В промышленности производят

311

два основных типа безобжиговых огнеупоров — магнези­ тохромитовые и хромомагнезитовые. Кроме того, безоб­ жиговые изделия производят бескассетные, в металли­ ческих кассетах и с внутренним армированием металлом.

Основной задачей при изготовлении безобжиговых изделий является обеспечение возможно малого измене­ ния их объема при нагревании вплоть до высоких тем­ ператур службы, минимальное изменение прочности и пористости изделий при длительном нагревании, доста­ точная их термостойкость и температура деформации. Поэтому свойства безобжиговых изделий существенно зависят от степени спеченности используемого магнези­ та, соотношения в составе шихты хромита и магнезита, степени чистоты сырья, зернового состава компонентов, удельного давления при прессовании массы, состава и количества упрочняющей добавки.

Согласно данным [103], рациональный способ изго­ товления безобжиговых изделий из смесей хромита и магнезита должен базироваться на «неподвижных» мас­ сах, т. е. массах, не обладающих способностью к интен­ сивному спеканию за счет большой усадки. Для таких масс характерно наличие в их составе достаточно боль­ шого количества крупных зерен, промежутки между ко­ торыми заполнены зернами средней крупности с целью образования плотной укладки зернистой части массы. Тонкозернистая составляющая шихты должна вводиться в количестве, достаточном для заполнения мелких пус­ тот и образования тонких прослоек между крупными и средними зернами. Такие массы имеют малую усадку при длительном нагревании благодаря наличию жест­ кого зернистого скелета, не претерпевающего усадки при нагреве, если зерна магнезита хорошо спечены.

Как известно, давлением прессования определяется прочность спрессованного изделия и его пористость при заданном составе. Увеличение давления прессования весьма эффективно на первом этапе, а с последующим его повышением степень эффективности этого технологи­ ческого приема для повышения прочности резко снижа­ ется. В еще большей мере это относится к пористости. Применительно к безобжиговым магнезитохромитовым составам это иллюстрируется данными табл. 74 [104], из которых следует, что повышение в этом случае удель­ ного давления прессования свыше 1000 кгс/см2 мало эф­ фективно. К такому же выводу пришли в работе [105].

312

Т а б л и ц а 74

Влияние состава и давления прессования на свойства безобжиговых магнезитохромитовых изделий

Замена 10% зерен фракций 2—0,5 мм хромита такой же фракцией магнезита повышает пористость изделий на ~ 1 % и незначительно изменяет прочность.

Существенное значение имеет изменение объема безобжигового изделия по мере повышения его температуры.

По данным [105], усадка (после 2-ч обжига при 1700° С) безобжиговых изделий из смесей магнезита и хромита примерно линейно уменьшается при увеличении содержания хромита в шихте независимо от того, введен ли хромит крупными зернами (3—0,5 мм) или дисперс­ ным (<0,09 мм). По абсолютной же величине в послед­ нем случае усадка несколько повышается. При содержа­ нии хромита любой зернистости в шихте в количестве 70% изделия практически безусадочны. Из табл. 75 сле­ дует, что при содержании хромита в шихте 30% замена им магнезита в тонкой фракции значительно уменьшает усадку, так же как и замена хромитом средней фракции 0,5—0,09 мм.

На величину усадки безобжиговых изделий данного состава при повышении их температуры оказывает влия­ ние величина давления прессования при их изготовлении.

313

Согласно данным табл. 74, величина усадки безобжиго-

удельного давления прессования от 400 до 1500 кгс/см2 на 0,4—0,7%. В пределах температур нагрева до 1300°С включительно существенных изменений объема не проис­ ходит; при дальнейшем повышении температуры начи­ нается усадка, которая в пределах температур 1300— 1400°С составляет 0,4—1,2%, 1400—1600°С 1,5—2,0%, а выше 1600 усадка незначительная. Величина усадки уменьшается с повышением содержания хромита в ших­ те от 20 до 30%• Замена с. с. б. сульфатом магния на усадку не влияет.

Свойства используемъіх сырьевых компонентов су­ щественно влияют на усадку безобжиговых изделий при повышении их температуры. Образцы из хромита сара­ товского в тонком измельчении при 1700° С з а '2 ч пре­ терпевают усадку 6,0%, а из кемпирсайского только 3,3%; у образцов из зернистых масс разница в величи­ нах усадки вдвое сохраняется, хотя по абсолютной вели­ чине усадки уменьшаются (соответственно 2 и 1%). Из табл. 75 также следует, что использование кемпирсай­ ского хромита в любой зернистости в безобжиговых из­ делиях магнезитохромитового типа снижает величину усадки и в тем большей степени, чем в более мелком из­ мельчении используется хромит.

Магнезитовый компонент шихты оказывает значитель­ ное влияние на величину усадки в зависимости от со-

314

держания в нем MgO и его пористости. Из табл. 76 [105] следует, что высокое содержание в магнезитовом ком­ поненте окиси магния, низкая его пористость и крупный размер кристаллов периклаза снижают способность са­ мого магнезита к спеканию и усадку в результате этого безобжиговых магнезитохромитовых изделий. Этими дан­ ными подтверждается также снижение усадки при вве­ дении хромита тонкозернистой фракцией.

Подобные же результаты получены в работе [104]. Из данных табл. 77 следует, что высокотемпературный (1750° С) обжиг магнезита и использование элзктроплавленного магнезита обеспечивают величину усадки в пре­ делах 0,7—1,3%; повышение дисперсности электроплавленого магнезита увеличивает усадку до 1,2—1,5%, а применение недостаточно спеченного магнезита до 3,4— 4.5%. Подобное же влияние свойства магнезитового ком­ понента оказывают на дополнительную усадку.

Использование электроплавленого магнезита значи­ тельно повышает температуру начала деформации безоб­ жиговых изделий после их термической обработки; по сравнению с изделиями из спеченного магнезита эта тем­ пература выше 80—ПО град.

20% 0,5—0,09 мМ' II 30%<0,09 мм.

315

316