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

ном смесителе непрерывного действия. При втором сме­ шении в массу вводят раствор с. с. б. из расчета, чтобы конечная влажность прессовой массы находилась в пре­ делах 3,5—4,5%. При этом количество вводимой с. с. б. зависит от содержания’ окиси кальция в массе и ее тем­ пературы. Если содержание СаО в массе не более 1,7%,

вылеживалась менее 48 ч пли ее температура ниже 35° С, то используют раствор с. с. б. плотностью 1,20 г/см3, на­ гретый до 60° С. Помимо пластифицирующего воздейст­ вия на массу и упрочнения сырца, введение с. с. б. при втором смешении должно значительно замедлять гидра­ тацию периклаза при сушке, как об этом можно судить по данным [97, 98]. Применение с. с. б. снижает брак сырца вдвое п на 60% (оти.) увеличивает выход изде­ лий первых сортов [43].

Для уменьшения склонности к трещиноватости в ре­ зультате гидратации магнезита с повышенным содер­ жанием окиси кальция рекомендуется совместное введе­ ние добавки с. с. б. и хлористого магния. Этот метод по­ зволяет сочетать ускорение гидратации дисперсных зе­ рен, которое особенно резко интенсифицирует добавка хлористого магния, с торможением гидратации зернис­ тых фракций добавкой с. с. б. [99, с 57].

Применение двухвалыіых лопастных смесителей не­ прерывного действия для смешения магнезитовых масс оправдано тем, что в этих смесителях не происходит зна­ чительного домола крупных зерен спеченного магнези­ та. С этой точки зрения встречает возражение примене­ ние смесительных бегунов [97, 100]. На практике, одна­ ко, смесительные бегуны используют для дополнитель­ ной проработки магнезитовой массы после вылеживания и вторичного ее смешения в двухвальном смесителе при изготовлении некоторых типов магнезитовых огнеупоров.

Описанный малоуправляемый способ вылеживания магнезитовой массы в насыпи заменен на ряде заводов вылеживанием спеченного магнезита в отепленных бун­ керах емкостью по 40 т. При этом новом способе выле­ живанию подвергают спеченный магнезит в порошках различной крупности, определяемой назначением выле­ жавшихся порошков.

52

Фракционированные порошки предварительно нагре­ вают в сушильном барабане примерно до 80—70° С, пос­ ле чего увлажняют в двухвальном смесителе.

Нагретые порошки крупностью 3—1 мм смачивают в смесителе до влажности 1—2% с температурой не ни­ же 50° С, загружают в бункера для вылеживания не ме­ нее 48 ч. Порошки фракции 2—0,5 мм загружают в бун­ кера с влажностью не более 2,5% и температурой в пре­ делах 30—70° С. Они вылеживаются не менее 48 ч н вы­ гружаются с влажностью не более 1,5%. Порошки ниже 1 мм вылеживают в бункерах с исходной влажностью 1—1,5% и температурой 30—70° С в течение не менее 24 ч и выгружают с влажностью менее 1%.

Смешение - масс из предварительно вылежавшихся порошков обычно производят на смесительных бегунах, бегумковых смесителях и центробежных смесителях.

Общим приемом при смешении магнезитовых масс на смесительных бегунах и бегунковых смесителях яв­ ляется загрузка в чашу сначала крупных фракций и смачивание их раствором с. с. б. соответствующей плот­ ности и температуры. После предварительного смешения крупнозернистых компонентов засыпают магнезит тон­ кого помола и смешение ведется необходимое время. При смешении на центробежных бегунах все фракции порошков засыпают в смеситель одновременно и увлаж­ няют раствором с. с. б.

Приведенное показывает, что для смешения магне­ зитовых масс на практике .используют разнообразные типы смесителей, работающие без давления на массу или с давлением разной величины. Эксперименты пока­ зали, что для магнезитовых масс нет необходимости в воздействии давления на массу при смешении, так как это не улучшает ее качество. Поэтому считают целесо­ образным для смешения магнезитовых масс использо­ вать смесительные бегуны с легкими катками или бегунковые смесители с утяжеленными катками. Лучше, чем на бегунковых смесителях, качество магнезитовой мас­ сы получается на центробежных смесителях, которые рекомендуют к применению авторы работы [101].

Для уменьшения гидратации при смешении приме­ няют увлажнение магнезита раствором сернокислого магния плотностью 25° Боме [25]. Вместе с тем, по [102], введение в магнезитовую, массу некоторых раст­ воримых солей, например сернокислого или хлористого

53

магния, .приводит к контактному спеканию магнезита без уплотнения при низких температурах обжига 500—■ 800° С. В результате этого повышается сопротивление сырца деформации при высоких температурах обжига.

ПРЕССОВАНИЕ СЫРЦА

Давление, используемое при прессовании магнезито­ вого сырца, имеет существенное значение для его свойств и оказывает значительное влияние на свойства обожженных изделий.

Повышение давления прессования массы в том слу­ чае, когда это приводит к раздавливанию зерен, влечет за собой заметную дополнительную гидратацию окиси

2000 кгс/см2.

Существенное повышение осж сухого сырца наблю­ дается при повышении давления прессования от 200 до 800 кгс/см2, а при его дальнейшем повышении до 1500 кгс/см2 стсж нарастает, но заметно медленнее, осо­ бенно если масса содержит добавку с. с. б. Для такой массы в первом случае асж повышается в 2 раза, а во втором — в 1,25 раза.

Увеличение давления прессования сырца повышает на несколько десятков градусов температуру начала его деформации под нагрузкой [103].

Основное и непосредственное влияние давление прес­ сования оказывает на пористость сырца. Это влияние выражается известной зависимостью А. С. Бережного:

П = а ■—Ъ 1gp.

Для типичной по зерновому , составу магнезитовой

Д = 40,1—6,8 lg р, т. е. пористость сырца несколько сни­ жается.

В уравнении прессования полусухих магнезитовых масс крупностью < 2мм константа а обладает наимень­ шей величиной при содержании в массе 10—15% тон­ кой фракции и 60—85% крупной, константа же b зави­ сит от содержания тонкой фракции, увеличиваясь с по­ вышением ее количества в массе [95]. Такое изменение констант а и Ь связано с их линейной взаимосвязью.

54

Необходимо подчеркнуть, что при разработке зернового состава масс нельзя руководствоваться только сообра­ жениями их максимального уплотнения в сырце, так как следует учитывать влияние зернового состава на спекашіе сырца в обжиге и свойства готовых изделий. В табл. 15 приведены по [104, с. 103] константы уравне­ ния прессования сырца из масс разного зернового сос­ тава и константы уравнения для обожженных изделий.

Т а б л и ц а 15

Зависимость параметров уравнения прессования для сырца и изделий от зернового состава магнезитовых масс

Значение для практики прессования магнезитовых масс имеет способность магнезитового сырца к обратно­ му расширению. По данным [105], при давлении прес­ сования 700 кгс/см2 расширение сырца в форме после снятия давления колебалось от 0,6 до 0,9% в зависимос­ ти от зернового н сырьевого состава масс из низко­ жженого магнезита.

Как и другие огнеупоры, магнезитовый сырец из нор­ мально спеченного магнезита обладает упругим расши­ рением после снятия давления и выдачи его из формы. Величина общего расширения составляет 1,5—1,8% (лин.) при удельном давлении прессования 1000 кгс/см2 у сырца, подобного производственному [263]. Изменение параметров массы и прессования влияет на величину общего расширения. При влажности массы 2,5% рас­ ширение минимально (1,59%) и увеличивается незначи­ тельно-при повышении влажности до 4,2% (1,61%), но весьма значительно у сырца из сухой массы (2,17%). С повышением давления прессования' расширение рас­ тет, особенно при 1500 кгс/см2. Значительное влияние оказывает фракция <0,06 мм; расширение минимально (1,38%) при 40% ее содержания и увеличивается силь­ но при ее снижении до 25% (1,88%) и менее значитель­ но (1,64%) при увеличении до 60%. Не установлено за­ висимости возникновения трещин перепрессовки только

55

изводительность пресса увеличивается на 4—5 т в сут­ ки, производительность на кладке повышается на 10— 15% и протяженность вертикальных швов уменьшается на 25% [107].

Для прессования магнезитовых изделий применяют также фрикционные прессы мощностью 400 т.

Объемная плотность сырца после прессования обыч­ но не менее 2,6 г/см3, что соответствует пористости сыр­ ца порядка 25% при плотности спеченного магнезита 3,50 г/см3. Формы изготовляют из расчета усадки при садке на плашку по длине 1,5—2%, ширине 1,5—2,6%) и толщине 3,5—4%; это соответствует 6,2—8,0% усадки по объему или 2,1—2,7% средней линейной усадки.

Прочность спрессованного сырца до сушки при оди­ наковом давлении прессования линейно зависит от со­ держания гидратной влаги в спеченном магнезите; од­ нако после высушивания прочность сухого сырца повы­ шается лишь до содержания гидратной влаги 0,75%о, выше которого остается постоянной [.108]. Прочность свежеспрессованного сырца невысокая— 15—20 кгс/см2.

Для магнезитового сырца типичны некоторые виды брака. Так, сырец имеет пониженную объемную плот­ ность и кромки его легко осыпаются в результате пони­ женной влажности массы. При чрезмерно влажной мас-

.се сырец расслаивается. Расслоение сырца наблюдается и при слишком высоком содержании в массе тонких фракций. Нормально спресованный сырец разрывается в сушке сетью тонких трещин; такой вид брака образу­ ется вследствие наличия в массе негидратировавшихся активных зерен и особенно окиси кальция. Если масса неоднородна и в отдельных элементах ее объема содер­ жатся активные зерна, то сырец в сушке разрывается трещиной [109].

Величина удельного давления прессования магнези­ тового. сырца (а также и других огнеупоров) влияет не только на среднюю пористость сырца и изделий, ной на распределение пор в них по размерам (табл. 16) [ПО, с. 262].

Повышение давления прессования снижает пори­ стость сырца за счет уменьшения количества крупных пор. В результате обжига поры независимо от давления прессования значительно укрупняются, однако и в из­ делиях поры мельче, если сырец был спрессован при бо­ лее высоком давлении.

57

Т а б л и ц а 16

Распределение пор по крупности, %, к объему образца в магнезитовом сырце и изделиях, обожженных при 1600° С

П р и м е ч а н и е . В скобках дана пористость, %.

Изготовление магнезитовых огнеупоров из достаточ­ но мелкозернистых масс и высокая степень сферичности зерен не должны вызывать заметного различия струк­ туры (геометрического распределения пор и материала в объеме). Это подтверждается измерениями [99, с. 184].

СУШКА СЫРЦА

Химическая активность окиси магния к воде опреде­ ляет специфическое отношение магнезитового сырца к сушке, несмотря на исходно низкую его влажность. Технологическая задача сушки сводится к удалению влаги с минимальным при этом развитием процесса гид­ ратации. В противном случае сырец покрывается сеткой трещин, образующих специфический вид брака сырца. При этом следует учитывать, что гидратация поверхно­ сти сырца идет интенсивней, чем его внутренних слоев. Подобная способность магнезитового сырца к гидрата­ ции, несмотря на предшествовавшее прессованию выле­ живание массы, обусловливается рядом обстоятельств. Здесь имеет значение зерновой состав массы, так как чрезмерно высокое содержание тонких фракций активи­ зирует гидратацию. К тому же приводит и недостаточно высокая степень обжига магнезита, использованного для изготовления массы. При втором смешении массы про­ исходит частичное стирание с поверхности зерен гидра­ тов, образовавшихся при вылеживании, и защитных пле­ нок, возникших при обжиге, а также измельчение круп­ ных зерен. Подобные процессы возникают и при

58

прессовании массы вследствие перемещения зерен друг относительно друга, причем происходит частичное из­ мельчение зерен, сопутствуемое раскрытием новых по­ верхностей, активных к реакции с водой. Неблагоприят­ ное сочетание указанных обстоятельств приводит к до­ полнительной гидратации, стимулируемой к тому же повышением температуры сырца при сушке.

Таким образом, в отличие от сырца полусухого прес­ сования из большинства других огнеупорных материа­ лов, процесс сушки которого определяется соотношени­ ем скоростей внешней и внутренней диффузии влаги, являющимся одной из основных причин повреждения та­ кого сырца, при сушке магнезитового сырца не имеет су­ щественного значения, так как градиент влажности в объ­ еме не может быть значительным при низкой исходной влажности сырца.

Основной причиной брака сырца при сушке является изменение объема, вызываемого гидратацией окиси маг­ ния (а при высоком содержании окиси кальция и непра­ вильно проведенном вылеживании и ее гидратацией), со­ путствуемой увеличением объема. Последнее может относиться к поверхностным слоям кирпича либо захва­ тывать большой его объем.

Следовательно, процесс сушки магнезитового сырца представляет собой совокупность двух элементарных процессов, могущих идти одновременно,— химической реакции окислов с водой и физического удаления влаги. Эти процессы — гидратации и диффузии влаги — могут протекать с различной скоростью; поскольку интенсив­ ная гидратация сырца вредна, то оптимальным режимом сушки магнезитового сырца является такой, при кото­ ром процесс внутренней и внешней диффузии влаги при­ обретает максимальное развитие, а для гидратации окис­ лов создаются наиболее неблагоприятные условия. С этой точки зрения большое значение имеет то, что с по­ вышением температуры процесса скорость гидратации возрастает' быстрее, чем при физическом процессе суш­ ки. Действительно, из данных табл. 17 [112] видно, на­ сколько интенсивно увеличиваются константы К скоро­ сти реакции гидратации окислов при повышении темпера­ туры. Скорость же сушки повышается с температурой по

уравнению 5 = 0,085 Y t3- Из сопоставления видно, что по­ вышение температуры от 40 до 60° С увеличивает К в 5 раз, а 5 только в 2 раза.

59

* В первый период совместной гидратации окислов.

Вместе с тем необходимость интенсификации техноло­ гии требует ускорения сушки, что достигается увеличени­ ем количества подаваемого сушильного агента и повыше­ нием его температуры и, следовательно, повышением скорости внешней диффузии влаги. Последнее допустимо потому, что способность магнезитового сырца проводить влагу высокая. Это видно, например, из следующих дан­ ных. При температуре сушки 40° С, начальной влажности сырца 3% и конечной 0% продолжительность сушки со­ ставила 36 ч при скорости воздуха 2 м/с и 26 ч при ско­ рости 9 м/с, при этом гидратация сырца была одина­ ковой.

Сушка магнезитового сырца осуществляется в тун­ нельных противо.точных сушилах. Сырец нормального кирпича укладывается на рамки сушильных вагонеток или люлечного конвейера на ложковую грань. Расстоя­ ние между уложенным в ряд, сырцом составляет не ме­ нее 10 мм, а между рядами в одной плоскости по высо­ те — не менее 35—50 мм. В качестве сушильного агента используют горячий воздух от обжигательных печей или нагретый в калориферах. Его температура на входе в су­ шило 105—140° С и на выходе 50—60° С; конечная отно­ сительная влажность выходящего сушильного агента не свыше 90%. Продолжительность сушки при. указанных ее параметрах составляет 10—16 ч в зависимости от ас-

60

сортимента при остаточной влажности сырца не более 0,2—1%. Повышенная температура сушильного агента на' выходе сырца из сушила обеспечивает максимальное использование упрочняющего сырец, действия с. с. б.

Приведенные данные показывают, что температуры поступающего сушильного агента, применяемые при суш­ ке магнезитового сырца, минимальные по сравнению с другими типами огнеупоров, а удаляемого — макси­ мальные. Это соответствует принципу оптимального режима'сушки магнезитового сырца, согласно которому ин­ тенсификация должна осуществляться за счет увеличе­ ния количества воздуха п снижения его относительной влажности. Рациональная сушка магнезитового сырца, по данным [113], строится так, чтобы 60—70% влаги удалялось при низких температурах сушильного агента и низкой его влажности, а остальная влага — при более высокой температуре, сушильного агента (ПО—120° С).

Использование воздуха в качестве сушильного аген­ та также является целесообразным, так как обеспечива­ ет его минимальную относительную влажность при вхо­ де, т. е. благоприятные условия для быстрого удаления влаги из сырца на протяжении всего процесса сушки

впротивотоке.

Впроцессе сушки прочность магнезитового сырца по­ вышается, что обусловливается гидратацией и наличием с. с. б. Как указывалось выше, прочность высушенного сырца (без добавки с. с. б.) доходит до максимума при содержании в нем 0,75% гидратной влаги. По данным [108], эмпирическое уравнение, дающее связь прочности при сжатии сухого сырца с содержанием в нем гидратной влаги, имеет вид: /7=106—100 (0,75—т)2. Из уравнения следует, что сухой сырец, не содержащий гидратной вла­ ги, имеет < 7 с ж = 50 кгс/см2, тогда как при оптимальном ее содержании т=0,75%, стс>к = 106 кгс/см2.

Введение с. с. б. в массу уменьшает брак по отбитости сырца и бой в период его садки в печи. Связано это

сповышением прочности сырца. Так, при прочности су­ хого сырца без добавки с. с‘ б. 90 кгс/см2 введение ее в количестве 1% повышает прочность до 150 кгс/см2, а при добавке 2% — до 240 кгс/см2.

Вместе с тем увеличение в сырце с. с. б. свыше 1— 1,4% в одинаковых условиях сушки повышает остаточ­

ную влажность соответственно от 0,21—0,33% до 0,53 и при добавке с. с. б. от 2,2 и 3% до 0,8% [114]. Можно

61