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

Разница в объемной плотности гранул и брикета осо­ бенно велика после дегидратации и декарбонизации.

В практических условиях находят использование раз­ ные способы обжига пылеуноса. Пыль обжигают в ви­ де шлама [37]. При этом способе пыль предварительно измельчают цильпебсом 50X20 мм в трубной мельни­ це мокрым способом с доведением в ней плотности шла­ ма до 1,45—1,52 г/см3. При измельчении снижается со­ держание зерен >0,2 мм и увеличивается <0,09 мм; происходит гидратация пылеуноса. Степень последней зависит от температуры пылеуноса. Так, при исходной п. п. п. 7,7% она увеличивается после помола до 11,3 если загружаемый в мельницу пылеунос имел темпёра-

ченный магнезит до высокой степени гидратации и дис­ персности, в результате чего образуется пластичная мас­ са [80]. В исследовании [81] показано, что измельчение пылеуноса мокрым способом протекает весьма интенсив­ но и он почти полностью гидратируется. Однако по срав­ нению с мокрыми помолами спеченного и электроплавлеиого магнезита пластичность мокромолотого пылеу­ носа выражена слабо из-за рыхлой структуры этой массы. Это свойство пылеуноса облегчает получение шлама с достаточной текучестью.

Измельченный пылеунос подается в шламбассейны, в которых происходит дополнительная гидратация, при­ чем конечная величина п.п.п. порядка 23—24% не зави­ сит от исходной температуры пылеуноса. Все нее более быстрая гидратация горячей пыли в мельнице техноло­ гически рациональна, так как уменьшает способность шлама к последующему залипанию в коммуникациях, аппаратуре и шламбассейнах. В последних происходит дальнейшее диспергирование твердого в шламе; в них плотность шлама корректируют до 1,47—1,48 г/см3. Это соответствует влажности шлама 48,6—47,9 и содержанию твердого 756—772 кг в 1 м3 шлама.

Спекание улучшается при обжиге свежеприготовлен­ ного шлама, используемого не позднее чем через 2 ч хранения в шламбассейне [70].

Обжиг шлама производят во вращающихся 90-м пе­ чах с цепной зоной длиной 14 м на пылеугольном топли­ ве с пониженной производительностью 10 т/ч, повышен­

43

ным расходом топлива порядка 60% и пылеуносом 40— 45%. Благодаря значительной присадке золы содержа­ ние окиси магния в спеченном магнезите из пылеуноса невысокое (порядка 86%)- В этом 'магнезите химичес­ кий состав зерен разного размера довольно равномерен, но все же наиболее богата окисью магния фракция <0,5 мм. Обжиг пылеуноса мокрым способом варьиру­ ют добавлением 'тонкомолотого кристаллического маг­ незита. Последний в соотношении 1: 1 повышает теку­ честь шлама, которая, однако, и в этом случае снижает­ ся при хранении [68].

Обжиг шлама из пылеуноса производят также на жидком и газообразном топливе, практически беззоль­ ном. В этом случае пористость спеченного порошка по­ вышена (~19% в среднем), но при уменьшении произ­ водительности печи она снижается до 6—15% [70].

Футеровка во вращающихся печах, работающих по шламовому способу, изнашивается быстрее, что вызы­ вает повышенные простои, так же как ремонты цепной завесы, поэтому коэффициент использования печей во времени снижается [82].

Удовлетворительные результаты дает предваритель­ ное обезвоживание шлама на вакуум-фильтрах [82]. Преимущественное применение в дальнейшем найдет обжиг пылеуноса в брикетированном виде.

Хотя, как указывалось выше, брикетирование пыле­ уноса эффективней гранулирования, последний способ также рекомендуют [25, 83, 84] и используют. Для это­ го пылеунос гранулируют в чашевом грануляторе с ча­ шей диаметром 2,2 м и высотой 0,35 м. В гранулятор за­ гружают 3—4% сырого магнезита крупностью < 5 мм.’ Смачивание осуществляют водой; образуются гранулы размером около 10 мм, которые подают на подготови­ тельную решетку перед вращающейся печью [25].

При обжиге пылеуноса во вращающей печи сухимспособом без добавок он спекается недостаточно; пори­ стость зерен фракции 3—1 мм составляет в среднем 27%, а размер кристаллов периклаза 40—60 мкм. Поро­ шок однороден по химическому составу и почти не со­

леуноса, обжигаемого сухим и мокрым способами, пока­ зывает, что первый имеет несколько более крупный зер­ новой состав. Гранулирование пылеуноса от вращаю-

44

щихся печей, работающих на твердом топливе, перед обжигом значительно повышает крупность спеченного магнезита [84] (табл. 14).

При непосредственном обжиге сухим способом пы­ леуноса во вращающихся печах необходима его аэрация сжатым воздухом под давлением 2,5—4 ат во избежа­ ние слеживания горячей пыли (100—300° С) в нижней части бункера и в питающей печь системе. Для дозиро­ вания загрузки пыли в печь в этих условиях использует­ ся специальное автоматическое устройство, которое при наличии аэрации пыли обеспечивает установленную предельную норму запыленности [86].

Спеченный без добавок порошок из пылеуноса явля­ ется доброкачественным материалом для изготовления магнезитовых изделий. Прессуемость масс, из него изго­ товленных, значительно улучшается при наличии в их составе 27,5+2,5% тонкоизмельченного обычного спе­ ченного магнезита, а порошок из обожженного пылеуно­ са' в количестве 72,5+2,5% содержится в массе в зер­ нах крупностью < 4 мм; суммарное содержание в массе зерен <0,06 мм составляет 31,5+3,5%-

Магнезитовый огнеупор, изготовленный из описанной

пылеуноса фракций 3—1 мм износ свода мартеновской

45

смесь измельчают в роликовых и трубных мельницах. По зерновому составу шихта характеризуется следую­ щими данными:

смешения и вылеживания массы. Вместе с тем для ве­ личины пористости магнезитового сырца и изделий зер­ новой состав имеет решающее значение.

По данным [91], оптимальный состав лежит в пре­ делах 45—50% фракции 2—0,8 мм, 5—15% фракции 0,8—0,09 мм и 30—45% <0,09 мм. Однако при исполь­ зовании для производства магнезитовых огнеупоров недостаточно спеченных зерен, имеющих высокую' порис­ тость, как показано в работе [92], целесообразно умень­ шать содержание более крупных пористых зерен, заме­ няя их более мелкими. Предельный размер зерен дол- . жен составлять 1 мм, а зерновой состав масс, должен быть следующим: 10—20% фракции 1—0,5 мм, 40% 0,5—0,09 мм и 40% <0,06 мм. Из масс такогозернового состава обеспечивается при давлении прессования 1000 кгс/см2 изготовление из промышленного спеченного магнезита сырца нормального кирпича с пористостью 14—18%. Такой сырец при температуре обжига 1600° С обеспечивает пористость изделий 12—13%, при 1700°С 6—10% и при 1750° С 4—8%, причем в первом случае линейная усадка в обжиге до 2,5% п в последнем 4,5%. Рациональность такого зернового состава для изготов­ ления магнезитовых изделий с пористостью менее 5% подтверждена в работе [93].

В случае использования плотноспеченного магнези- ' та (пористость зерен 5—6%) изготовление плотных из­ делий обеспечивается при крупном зерновом составе масс. Так, по данным [94], при весьма сильном уплотне­ нии массы (60 ударов на фрикционном прессе) сырец имел пористость 11,5%, а изделия 6,6% при усадке в об­ жиге 2—2,5% (обжиг 16 ч при 1580° С) при использо­ вании массы, содержащей 20% зерен фракции 8—6 мм, 18% 6—4 мм, 7% 4—2 мм, 5% 2—1 мм, 10% 0,5—0,09 мм и 40% <0,09 мм.

При разработке зернового состава магнезитовой мас­ сы следует учитывать, что по условиям прессования луч­

47

шие результаты дают массы, содержащие ~30% тон­ комолотого магнезита [89].

Приведенное показывает, что зерновой состав магне­ зитовых масс может весьма широко варьироваться в за­ висимости от заданной плотности изделий, допускаемой усадки их при обжиге, плотности используемого спечен­ ного магнезита, давления прессования сырца и некото­ рых других технологических параметров. Из числа по-

следних следует указать на влажность масс, с повыше­ нием которой пористость сырца увеличивается. Это же происходит гг при чрезмерно длительном или интенсив­ ном вылеживании массы.

Кроме того, следует учитывать заметное изменение зернового состава масс при прессовании сырца в свя­ зи с недостаточно высокой прочностью цемента,, связы­ вающего зерна магнезита (рис. 5). Однако и при повы­ шении прочности зерен в результате улучшения спекания магнезита увеличение поверхности массы при прес­ совании не ликвидируется, в том числе и у электроплавленого магнезита, вследствие способности зерен периклаза раскалываться по трещинам спайности и сколь­ жения. В связи с этим разрушаются главным образом крупные зерна, причем разрушение нарастает при дав­ лении прессования 1500 кгс/см2 и выше [95].

В силу способности к гидратации свободной окиси кальция и слабообожженного магнезита приготовление магнезитовой массы встречает специфические трудности и имеет свои особенности. Если саткинский спеченный магнезит увлажнить водой, спрессовать и сушить при 40—60 °С, то в большинстве случаев через сутки на сыр­ це появляются трещины от гидратации шириной до 0,5 мм и даже более. Трещины образуются чаще на сыр­ це из менее спеченного магнезита. Сырец из менее спе­ ченного магнезита благодаря образованию большего количества гидратов прочнее, чем из более спеченного.

48

Если же увлажненную массу подвергнуть предваритель­ но вылеживанию, то сырец при сушке не растрескива­ ется.

Известен следующий способ изготовления магнезито­ вых масс. Смешение осуществляют на двухвальном сме­ сителе непрерывного действия, причем шихта увлажня­ ется водой до 2,5-—3,5%. В процессе смешения масса начинает гидратироваться, вследствие чего ее темпера­ тура повышается до 27—30° С при нормальных условиях производства. Первично смешанную магнезитовую мас­ су подвергают вылеживанию в камере с мостовым кра­ ном, температуру в которой поддерживают в пределах 15—25° С. Регулирование температуры нагрева массы осуществляют изменением высоты ее насыпи.

В магнезитовой массе обычно содержится свободная окись кальция и слабо обожженные зерна окиси маг­ ния. Эти компоненты массы способны гидратироваться, образуя гидраты соответствующих окислов. Процесс про­

предохраняет спрессованный из нее сырец от последую­ щего растрескивания.

Образующиеся при вылеживании массы гидраты окислов кальция и магния представляют гели, повыша­

массе образуется необходимое, но минимальное количе­ ство коллоидных гидратов, и тем устраняется возмож­ ность последующей гидратации спрессованного сырца. Если же процесс гидратации при вылеживании перехо­ дит за оптимум, то качество массы ухудшается. Причи­ ной этого, с одной стороны, является старение образо­ вавшихся коллоидов в результате чрезмерного повыше­ ния температуры массы, приводящее к их кристаллиза­ ции и снижению пластифицирующих и вяжущих свойств. С другой стороны, реакция гидратации распространяет­ ся на большие количества окиси магния, что приводит к химическому высыханию массы, понижению объемной массы сырца и к опасности образования впоследствии трещин при обжиге в период дегидратации гидратов.

При вылеживании в результате экзотермичности ре­ акций гидратации масса нагревается в нормальных ус-

лови'ях до 35—40°-С. Продолжительность вылеживания составляет не менее 48 ч и не более 60 ч. Если масса на­ гревается до 45° С, то ее следует либо прессовать, ли­ бо принять меры к быстрому охлаждению. При непра­ вильном протекании процесса (повышенное содержание окиси кальция, переизмельченпе магнезита, высокая тем­ пература в камере, длительное вылеживание и т. п.) на­ ступает значительный перегрев массы, что делает ее не­ пригодной.

Поведение массы при вылеживании определяется тем, что способность окиси магния реагировать с водой в значительной степени зависит от ряда физических"па­ раметров и условий. Так, большое значение имеет сте­

меньше, чем зерна размером 0,1 мм. Повышение темпе­ ратуры обжига магнезита удлиняет время гидратации, так, например: время гидратации увеличивается в три

Значительное влияние на способность магнезита к гидратации оказывают количество и состав примесей. Примесь окиси кальция способствует гидратации окиси магния, так как гидратация СаО повышает температуру массы и тем активизирует гидратацию MgO.

Примеси в магнезите окислов железа, кремнезема и глинозема снижают способность спеченного магнезита' к гидратации. Особенно большое защитное действие оказывают окислы железа, но одновременное присутст­ вие трех указанных окислов эффективнее, чем только окислов железа в количестве, равном их сумме. Отме­ ченное защитное действие примесей обусловливается образованием пленок на зернах окиси магния в резуль­ тате ее реакции с примесями. Пленки препятствуют непосредственному контакту окиси магния с водой. По­ вышение температуры обжига магнезита способствует образованию большего количества и лучшему распреде­ лению защитных пленок. Тонкое измельчение спеченного магнезита разрушает защитные пленки и увеличивает способность магнезита к гидратации.

Гидратация массы при вылеживании вызывает за­

50

метное повышение пористости сырца. Причиной этого является образование коллоидной массы гидрата оки­ си магния, препятствующей сближению магнезитовых зерен при прессовании и дающей затем усадку при суш­ ке с образованием повышенной пористости. Увеличение пористости сырца повышается с удлинением продолжи­ тельности вылеживания и увеличением исходной влаж­ ности массы. Повышение же давления прессования уменьшает степень увеличения пористости сырца за

счет частичного отжатия воды из коллоидной массы

1/7 . __

гидрата по уравнению Ѵ =2 27 / у р, где V — повышение пористости, р — давление прессования.

Гидратация массы при вылеживании ухудшает так­ же спекание изделий при обжиге. Связано это с тем, что исходно коллоидная тоикодисперсная масса гидра­ та спекается при значительно более низких температу­ рах, чем спеченный магнезит. Это приводит к повыше­ нию пористости сырца на этом этапе обжига, так как такое спекание не изменяет объем сырца. Поэтому даль­ нейшее спекание при более высоких температурах ос­ новной массы из спеченного магнезита должно компен­ сировать значительную дополнительную образовавшую­ ся пористость [30]. Значение гидратации массы выявля­ ется следующими экспериментальными данными: при низкой исходной влажности магнезитовой массы, прес­ суемой непосредственно после смешения, пористость из­ делий составляет 12,5—13%, тогда как из сильно увлаж­ ненной массы, подвергавшейся длительному вылежива­ нию, 18,5—20% [96].

.Подобное влияние воздействия влаги на магнезито­ вую массу находит подтверждение в том, что при изго­ товлении изделий из спеченных порошков, хранившихся разное время на воздухе, их пористость закономерно повышается по мере увеличения продолжительности хранения и утонения порошка, а прочность снижается [260].

В описанном процессе вылеживания масса дегомогенизируется по зерновому составу, так как происходит распыление гидратировавшихся зерен и комкование других; нарушается однородность массы по влажности и температуре в результате гидратации, происходит не­ равномерное распределение гидратов, а также снижение содержания влаги. Для обеспечения необходимой сте­ пени однородности массу вновь смешивают в двухваль-