Файл: Кайнарский И.С. Основные огнеупоры (сырье, технология и свойства).pdf

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

полагать, что замедление удаления влаги в данном слу­ чае связано с уменьшением упругости водяного пара над водным раствором с. с. б. и с уменьшением химического связывания воды на гидратацию.

Проведенные эксперименты [115] указывают на воз­ можность значительной интенсификации сушки магнези­ тового сырца за счет повышения температуры входящего сушильного агента до 250° С. В конвейерном сушиле можно рассчитывать при таких условиях на продолжи­ тельность сушки порядка 2 ч при удельном расходе теп­ ла 2600 ккал/кг. Такой расход тепла, однако, значитель­ но выше существующего 1500—1600 ккал/кг на туннель­ ных сушилах при удельном расходе воздуха 65—70 кг/кг.

Находит применение конвейерное сушило с четырех­ полочными люльками. Люльки имеют электроприводы, которые перемещают их по вертикали для удобства ра­ боты садчиков [25].

В работе [268] описано действующее сушило, в ко­ тором сырец размещен в один ряд на подставках, уста­ новленных на транспортерной ленте. Лента передвигает­ ся в канале сушила периодически: период движения транспортера составляет в среднем 25 с. Сырец загружа­ ется с влажностью 1,8%. Сушило по длине имеет две зо­ ны: сушки (2/з всей длины) и охлаждения. Сушка осуще­ ствляется в противотоке воздухом, нагретым до 250— 350° С; охлаждение ведется воздухом с температурой 15—20° С, вдуваемым по длине зоны охлаждения. Сырец находится в сушиле 15—20 мин и выходит нагретым до 60—80° С с влажностью 0,6—0,8%.

При обжиге изделий в туннельных печах сырец сушат в туннельном противоточном сушиле на печных вагонет­ ках. Садка магнезитового сырца на печную вагонетку без его повреждения обеспечивается введением в массу при смешении раствора с. с. б. с плотностью 1,28 г/см3 в количестве 1,5—3% на ее сухую массу. В этом случае прочность свежепрессованного при удельном давлении

По производственным данным, степень гидратации массы (определяемой величиной п. п. п.) при вылежива­ нии увеличивается на 0,4—0,6%, а при сушке сырца еще на 0,2—0,3% и, таким образом, из суммарной величины гидратации % приходится на вылеживание массы и 7з на сушку сырца.

62