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

Высушенный магнезитовый сырец гигроскопичен и его следует без задержек обжигать.

ОБЖИГ ИЗДЕЛИЙ

При обжиге магнезитовых изделий магнезит обжи­ гается вторично, что обусловливает возможность прове­ дения относительно быстрого обжига. Обжигаемый сы­ рец садят с невысокой влажностью (не свыше 1%). но он содержит гидраты окислов кальция и магния; коли­ чество связанной в них воды доходит до ~ 1 % • Дегид­ ратация гидратов происходит при относительно низких температурах, так как равновесное давление паров воды достигает 760 мм рт. ст. у Mg(OH)2 при 410° С, а у Са(ОН)2 при 511° С. Дегидратация гидратов окис­ лов начинается по периферии зерен и продвигается к их центру; сначала происходит распад первичных зерен на мелкие кристаллиты, затем выделение воды и кристал­ лизация окислов [117]. В период дегидратации проч­ ность сырца резко снижается. Кроме того, при дегидра­ тации Mg (ОН) 2 сырец способен к деформации под нагрузкой [118]. В результате чрезмерно высокое содержание в сырце гидроокиси магния приводит к его растрескиванию. При учете градиента температур по толщине сйрца дегидратация заканчивается при темпе­ ратуре нагрева его поверхности 600° С.

При дальнейшем повышении температуры возникает жидкая фаза; ее появление при температурах 1100— 1200° С обусловливается возможностью образования чет­ верной эвтектики в смеси окислов магния, кальция, алю­ миния и кремния (^ші=11570 С) и дальнейшее нараста­ ние при более высокой температуре инконгруэнтного плавления монтичеллита (1498° С). С образованием жид­ кой фазы связаны жидкостное спекание [30], огневая усадка сырца и возможность его деформации механиз­ мом пластично-вязкого течения.

В процессе высокотемпературного обжига изделий происходят окончательное связывание окиси кальция, го­ могенизация черепка, рост кристаллов периклаза. При охлаждении кристаллизуется главным образом монтичеллит и затвердевает стекловидное вещество. В резуль­ тате двойного обжига магнезита происходит взаимодей­ ствие между компонентами, отвечающее диаграмме со­ стояния системы MgO—CaO—Fe20 3—Si02. Кремнезем

63

связывается главным образом в монтичеллнт и форсте­ рит, кристаллы которых окружают зерна периклаза, иг­ рая роль связки. Монтичеллнт содержит основное коли­ чество окиси кальция, которая в свободном виде обычно в магнезиальных изделиях отсутствует в отличие от по­ рошка спеченного магнезита. Окислы железа образуют магнезиоферрнт и лишь изредка остаются несвязанны­ ми в виде магнезита. Глинозем, присутствующий в не­ большом количестве, входит в состав стекловидного ве­ щества и изредка образует магнезиальную шпинель. Ос­ новным компонентом изделий является свободная окись магния — пернклаз, присутствующий в виде кристаллов размером в основном 20—50 мкм. Внутри зерен перик­ лаза вкраплен магнезиоферрнт, который присутствует и между его зернами. Фазовый состав магнезитовых изде­ лий в отличие от порошков весьма близок к равновес­ ному [30, 119]-.

Образующиеся при обжиге расплавы хорошо смачи­ вают периклаз. Это смачивание определяет интенсивное проникновение расплава между зернами периклаза. Ми­ нимально проникновение расплава шри наличии второй высокотемпературной твердой фазы. Если отношение СаО: Si02 низкое, то такой второй твердой фазой явля­ ется форстерит, если же высокое, то двухкальциевый си­ ликат [120].

Состав силикатов в магнезитовых изделиях оказыва­ ет существенное влияние на их свойства. Форстерит в связке повышает температуру деформации изделий под нагрузкой и термостойкость, но ухудшает их спека­ ние при обычных температурах обжига 1600° С. Монти-

ции изделий под нагрузкой; благодаря улучшению спе­ кания он увеличивает огневую усадку изделий и повы­ шает прочность изделий при обычной температуре.'Мервинит, имея более высокую температуру инконгруэнтного плавления (1575° С), ухудшает спекание, снижает прочность и огневую усадку; он снижает температуру де­ формации изделий под нагрузкой, но меньше, чем монтичеллит. Двух- и трехкальциевые силикаты ухудшают спекание, но увеличивают температуру деформации под нагрузкой. При содержании 3—5% СагЭЮ.} происходит рассыпание магнезитового кирпича вследствие инверсии

64

силиката. Окись железа до 10% незначительно влияет на температуру деформации под нагрузкой [47].

Наибольшему росту зерен периклаза в обжиге спо­ собствуют добавки Fe20 3 и 2СаО ■Fe20 3, тогда как монтйчеллит снижает скорость роста кристаллов периклаза. Вместе с тем рост зерен периклаза в значительной степе­ ни зависит от предельной температуры обжига, увеличи­ ваясь с ее повышением [65].

Для обжига магнезитовых изделий применяют тун­ нельные печи; газокамерные и газокольцевые печи в СССР уже не используют.

Высокотемпературные туннельные печи с подвесным сводом имеют в длину 156 м, сечение канала .печи в ши­ рину 3,2 м и в высоту 1,1 м. Печь вмещает 52 вагонетки длиной 3 м и шириной 3,1 м, на которые садят в зависи­ мости от ассортимента 11,8—13 т изделий. Печи отап­ ливают разным топливом — газогенераторным газом, мазутом, широко используют и природный газ. Зона по­ догрева занимает 24, обжига 8 и охлаждения 20 позиций или соответственно 72, 24 и 60 м. Предельная темпера­ тура обжига 1600—1700°С.

Садку магнезитового сырца производят на ребро; по ширине вагонетки садят восемь столбиков шириной по 230 мм; высота садки 1020—1040 мм. Магнезитовым сыр­ цом садят либо всю вагонетку, либо ее нижнюю часть, а верхнюю в этом случае — магнезитохромитовым сыр­ цом. Прогонку вагонеток ведут через 1 ч 20 мин при об­ щей длительности обжига 70 ч.

Скорость подъема температур обжигаемого сырца характеризуется следующими данными:

При температуре выше 1500° С изделия должны на­ ходиться в течение 6—8 ч; длительность обжига 43 ч и охлаждения 27 ч. Обжиг ведут на умеренно окисли­ тельном пламени.

Для обжига магнезитовых изделий используют тун­ нельные печи длиной 150 м, но меньшего сечения 2 м при высоте садки 1,2 м. Обжиг ведут до предельной тем­ пературы 1700° С при отоплении печей природным газом. Полный цикл составляет 95 ч, что при емкости ва-

гонеток 8 т обеспечивает суточную производитель­ ность 150 т [25].

Большое значение для повышения выхода годного имеет минимальная деформация изделий в обжиге. Oi-ija зависит от нагрузки на сырец, температуры начала его деформации и продолжительности нагрева. По данным [65], для каждой нагрузки и температуры имеется кри­ тическая продолжительность выдержки, при которой из­ делия деформируются. Поэтому при обжиге нельзя до­ пускать превышения этой критической величины при дан­ ной температуре. Если перегреты нижние ряды садки, то может происходить ее завал. Дальнейший существенный прогресс в обжиге магнезиальных изделий будет обес­ печиваться за счет повышения чистоты магнезита, уве­ личения температуры обжига изделий при снижении вы­ соты садки и ускорении процеса, т. е. при использова­ нии туннельных печей с малой высотой печного канала.

Повышение температуры обжига магнезитовых изде­ лий снижает их пористость и повышает прочность и тем­ пературу начала деформации под нагрузкой.

Во избежание образования при обжиге пятен на за­ крытых поверхностях магнезитового кирпича применяют садку с зазорами между кирпичами 10— 12 мм, чем пят­ на полностью устраняются. Уменьшение при этом массы садки компенсируется снижением выхода брака и увели­ чением скорости обжига за счет лучшего прогрева раз­ реженной садки [ 122].

Основной брак изделий от обжига происходит при на­ гревании сырца при температурах ниже ~ 1450° С.

МАГН ЕЗИ ТО ВЫ Е СТАЛ ЕРАЗЛ И ВО ЧН Ы Е

ИБЕЗО БЖ ИГОВЫ Е ИЗД ЕЛИЯ

При разливке стали используют магнезитовые обож- 4 женные и безобжиговые стаканы, вкладыши ■(вставки)

в шамотные стаканы, пористые пробки для продувки стали аргоном.

Для производства магнезитовых сталеразливочных стаканов используют спеченный магнезит. Шихта долж­ на содержать не менее 92,5% MgO и не более 1,7% СаО и 2,7% БіОг. Зерновой состав шихты характеризуется содержанием фракции 2— 1 мм не более 8 % и фракции <0,06 мм в пределах 24±2% . Для обеспечения указан­ ного зернового состава спеченный магнезит измельчают

66

в роликовых мельницах, а тонкий его помол осуществ­ ляют в трубной мельнице. Массу изготовляют с выле­ живанием, причем после второго смешения ее дополни­ тельно прорабатывают еще 10 мин на смесительных бе­ гунах. При этой операции доводят влажность массы до 4+0,5%, если ее в дальнейшем прессуют, и до 6,5±0,5%, ■если трамбуют. Для этого в первом случае вводят рас­ твор .с. с. б., нагретый до 25+5° С, плотностью 1,18+ ±0,02 г/см3, а во втором плотностью 1,04 г/см3.

Прессование стаканов производят на гидравлических 525-т прессах с замедленным циклом прессования 47— 57 с, причем массу перед загрузкой взвешивают.

Трамбование осуществляют пневматическими трам­ бовками при непрерывной засыпке массы в форму. Уло­ женные на рамки спрессованные стаканы сушат в тун­ нельных противоточных сушилах^ воздух, поступающий в сушила, нагрет до 105—125° С, а выходящий — не бо­ лее чем до 65° С. Трамбованные стаканы предварительно подсушивают 24 ч в камерных сушилах воздухом, на­ гретым до 50+10° С, до остаточной влажности не свыше

точная влажность стаканов не должна превышать 0,2 %. Стаканы садят для обжига на подсад из магнезито­ вого нормального кирпича воронкой вверх в один ряд по

одному стакану на столбик.

Помимо обжиговых, производят безобжиговые стале­ разливочные стаканы, применение которых вполне эф­ фективно [123]. Для их изготовления применяют шихту того же химического состава, который был приведен для изготовления обожженных стаканов. Шихту составляют из порошков, предварительно вылежавшихся в бунке­ рах, как было описано выше. Используют фракции 2— 0,5, 1—0 мм и тонкомолотый магнезит.

Шихту составляют из 22,5+2,5% фракции 2—0,5 мм, 52,5+2,5% 1—0 мм и 26+2% <0,06 мм. Порошки сме­ шивают на смесительных бегунах. Сначала в бегуны за­ гружают фракции 2—0,5 и 1—0 мм и их смачивают рас­ твором с. с. б. плотностью 1,20+ 0,01 г/см3, имеющим температуру 20° С, в количестве 2/3 от необходимого. Смешение ведут 1,5—2 мин, засыпают тонкомолотый по­ рошок, смешивают 3 мин, заливают оставшийся (1/3) раствор с. с. б. и смешивают еще 4—5 мин. Влажность готовой массы 4,5±0,2%. Ее зерновой состав характери­

зуется остатком на сите с ячейкой 2 мм не более 5% и содержанием зерен <0,06 мм в пределах 35+3%.

Прессование безобжиговых стаканов ведут так же, как и обжиговых. Стаканы сушат в противоточном тун­ нельном сушиле при параметрах воздуха, приведенных выше; длительность сушки 34+1 ч до остаточной влаж­ ности не более 0,2 %.

Безобжиговые стаканы изготовляют и по несколько иной технологии [124]. Шихту составляют из фракции

Вылеживание смешанных порошков, увлажненных водой не более чем до 3%, производят порциями в ме­ таллической емкости объемом 0,8 м3. Внутри коробок проложены трубы, по которым циркулирует горячий воз­ дух, обеспечивающий за 25—27 ч и нагрев магнезита до 80° С и его высушивание до 0,4%.

Гидратированный прогретый магнезит подается в сме­ сительные бегуны с облегченными катками, увлажняется раствором с. с. б. плотностью 1,25+0,01 г/см3 и прораба­ тывается 8—10 мин. Масса имеет влажность 3,2±0,4%.

Формование протертой через сито с ячейкой 2 мм массы производится на фрикционном прессе двусторон­ ним прессованием при 500 кгс/см2 с предварительной затрамбовкой массы в форму пресса. Для максимального уплотнения прессование ведут пятью 7 дарами, что обес­ печивает объемную массу сырца 2,65—2,7 г/см3. Прессо­ вание заметно улучшается при ограничении в массе со­ держания зерен размером 0,5—0,09 мм.

Сушку стаканов ведут в туннельном сушиле до ко­ нечной влажности 0,4%, достигаемой за 30 ч при тем­ пературе входящего воздуха 120—140° С.

Готовые стаканы имеют 0С}К=22О—350 кгс/см2, пори­

женных стаканов -с обжигом их в туннельных печах при температуре не ниже 1500° С [125, 126].

Безобжиговые магнезитовые стаканы и вкладыши в шамотные стаканы изготовляют также из менее чистого

68

спеченного магнезита, содержащего 90—88% MgO, не более 2,5—3% СаО, не более 4—5% S1O2. Шихту состав­ ляют из 62,5+2,5% фракции < 2 мм, предварительно гидратированной в течение 48 ч в бункерах при темпе­ ратуре электронагрева до 60° С, и 37,5+2,5% тонкомо­ лотого магнезита, содержащего не менее 80% фракции <0,06 мм. Смешение массы ведут на малых смеситель­ ных бегунах (масса замеса 150 кг), причем сначала за­ сыпают зернистую часть шихты и увлажняют ее раство­ ром с. с. б. плотностью 1,24+0,02 г/см3, а после предва­ рительного смешения засыпают тонкомолотый магнезит и завершают смешение, общая длительность которого 12—15 мин. Влажность масс 3,6+0,4%; содержание в них фракции <0,06 мм составляет 35—40%, а фрак­ ции > 2 мм не более 2,5%.

Прессование стаканов и вкладышей производят на фрикционном четырехколонном прессе при 6 — 8 ударах с нижней допрессовкой в конце прессования. Этим ре­ жимом обеспечивается высокая объемная плотность безобжигов'ых стаканов. Сушат изделия на специальных рамках с кронштейнами, на которые укладываются ста­ каны, в противоточном туннельном сушиле до влажно­ сти 0,2—0,4% при температуре входящего воздуха не ниже 125° С. Для улучшения сушки стаканы на сушиль­ ных вагонетках располагаются своей длинной осью па­ раллельно потоку воздуха [127].

Известно изготовление магнезитовых вкладышей на­ бивкой массы непосредственно в подготовленный шамот­ ный стакан. Масса состоит из мелко измельченного боя магнезитового кирпича с добавкой 10% раствора жидко­ го стекла (плотность 1,45 г/см3) [128]. При использова­ нии магнезитовых стаканов и вкладышей струя металла более постоянна, предотвращается размыв седла стака­ на, чем обеспечивается хорошее перекрытие его пробкой и устраняется ее прилипание [178].

Помимо безобжиговых, могут изготавливаться обож­ женные магнезитовые вкладыши (вставки) в шамотные стаканы. Для этого производства пригоден спеченный магнезит с содержанием не менее 90,5% MgO. Шихту составляют из магнезита крупной фракции и тонкомоло­ того в трубной мельнице. Магнезит крупностью 2— 0,09 мм вводится в шихту в количестве 55+5%, а тон­ комолотый магнезит — в количестве 45+5 %• Смешение массы в бегунах осуществляют при увлажнении до 3,5%

69

раствором с. с. б. с объемной массой 1,23 г/см3. Вклады­ ши прессуют двумя ударами на фрикционном прессе из взвешенной порции массы. Сушка вкладышей в туннель­ ном сушиле осуществляется при температуре поступаю­ щего сушильного агента 150+10° С и выходящего 60° С. Обжиг вкладышей ведут в туннельной печи, устанавли­ вая их в торцовых частях смежных вагонеток в камерах горения газа; температура обжига 1500° С. Пористость вставок 16—22% [129].

Безобжиговые магнезитовые изделия для насадок мартеновских печей изготавливают по технологии, опи­ санной в работе [130]. Шихта из магнезитового спечен-,, ного порошка с содержанием 90% MgO составляется из 60% фракции 3—0,5 мм и 40% фракции <0,09 мм, после чего смешивается с увлажнением до 3+0,3% раствором с. с. б. плотностью 1,24 г/см3 (2,4% с. с. б. на сухую мас­ су). Прёссование сырца осуществляется на восьмигнезд­

14,8%, аСж= 600 кгс/см2 и температуру начала деформа­ ции под нагрузкой 2 кгс/см2 1460° С.

Если подобные безобжиговые изделия обжечь при 1575+15° С, то получают обжиговые насадочные магне­ зитовые изделия. Их пористость 13,0—15,3%, стСж= 410—

Для специфического применения (продувки вакуумированных сталей аргоном, кислородом, углекислотой или смесью их с аргоном через дно ковша) изготовляют по­ ристые магнезитовые пробки [131].

В качестве сырья используют спеченный магнезито­ вый порошок (70%), тонкомолотый магнезит (20%) и каменный уголь (10%). Смесь магнезитовых порошков

в шихте 10% угля является оптимальным, так как боль­ шее его количество не выгорает при обжиге пробок в туннельной печи и снижает прочность изделий. Сме­ шение массы производят на бегунах из вылежавшегося порошка и высушенного угля с добавкой с. с. б. плотно­

70