Файл: Кайнарский И.С. Основные огнеупоры (сырье, технология и свойства).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 194
Скачиваний: 1
мых крупных 1200—1500 А. Агрегаты, сложенные кри сталлитами, имеют размер 2,5—12 мкм при верхнем пре деле 20—30 мкм. Кристаллиты образуются также в ви де правильных шестигранных призм. Как правило, гид роокись магния полидисперсна [172].
Применение природных вод для извлечения окиси магния позволяет получать спеченный магнезит с исклю чительно высоким содержанием окиси магния. Окисла ми, снижающими ее содержание, являются окись каль ция и кремнезем. Источниками загрязнения гидрооки си магния известью являются слабо растворимые или нерастворимые соединения кальция, содержащиеся в обожженной извести пли доломите карбонат и сульфат кальция, выделяющиеся из используемой природной во ды, и кальциевые соли, растворенные в воде, содержа щейся в отфильтрованной пасте.
Снижение загрязнения гидроокиси магния окисью кальция достигается использованием максимально чис того доломита (или извести) и обжигом его до полного разложения карбоната кальция, но без пережога. Не разложенный карбонат загрязняет осадок гидроокиси магния; пережог приводит к образованию нераствори мых силикатов, алюминатов и ферритов кальция из за грязнений породы (и золы твердого топлива, если на нем ведется обжиг карбонатов). Лучшим агрегатом для обжига доломита или извести является вращающаяся печь; она позволяет использовать более мелкое сырье, в результате чего обеспечивается более равномерный и полный обжиг [30]. Так, перевод обжига доломита из шахтной во вращающуюся печь снизил содержание оки си кальция в спеченном магнезите от 1,95 до 0,35%. К снижению загрязнения бикарбонатом кальция приво дит первичная кислотная обработка морской воды. По данным [168], она снизила содержание СаО с 1,2 до 0,8% в готовом продукте. Удаление растворенных солей обеспечивается двустадийной промывкой пасты и ис пользованием для этого пресной воды.
Источниками загрязнения спеченного магнезита кремнеземом являются его наличие в доломите (изве сти), в золе твердого топлива, используемого дляего обжига и для обжига гидроокиси магния, а также крем незем, взвешенный в морской воде. Для снижения со держания кремнезема в гидроокиси магния необходимо использование весьма чистого доломита (извести). Уда-
94
Ление кремнезема, загрязняющего доломит, источником которого является зола топлива, решается обработкой молока в гидродиклонах, причем отход измельчается в шаровой мельнице и вновь классифицируется для по вышения выхода гидроокисей кальция и магния. Обжиг гидроокиси магния следует осуществлять на беззольном
топливе [167].
Известковое молоко также может обогащаться в гид роциклонах. Циклы обработки определяются количе ством примесей; для более чистых известняков доста точна одностадийная классификация в гидроциклоне, тогда как для менее чистых необходимо двустадийное обогащение [173].
Существенное значение для качества известкового молока имеют температура обжига известняка и содер жание в ней примесей SiÖ2 и R 20 3. Оптимальные конеч ные температуры находятся в пределах 1050+50° С при обжиге зерен 3—0,5 мм. Повышение суммы примесей ЭЮг+^гОз от 1 до 10% снижает содержание в извест ковом молоке СаОакт от 90 до 66% (обжиг при 1000° С) и от 90 до 77% (обжиг при 1200°С). В то же время суммой указанных примесей определяется выход зерни стого остатка (> 5 0 мкм) при гашении извести, который линейно увеличивается от 0 до 7—10% соответственно температурам обжига известняка 1000 и 1200° С [174]. В зернистом остатке концентрируется кальцит, тогда как тонкие фракции обогащены гидратом окиси каль ция. Зернистый остаток количественно увеличивается, если известь обожжена при слишком низкой температу ре либо при чрезмерно высокой [175].
Совершенствование технологии спеченной окиси маг ния из природных вод позволит производить весьма бо гатые по MgO спеченные порошки. В последние годы потребление чистых магнезитовых порошков расширя ется для изготовления изделий с высокой стойкостью в службе. Обусловлено это тем, что, например, магнезито вые изделия из чистой окиси магния из морской воды или рассолов обладают рядом положительных свойств. Так, поданным [176], при увеличении содержания MgO от 96,5 до 99,9% пористость спеченной окиси магния за кономерно снижается от 13 до 4,5% при двустадийном обжиге. Прочность изделий резко возрастает при содер жании M g0^98% , а ползучесть закономерно снижа ется в 4,3 раза при повышении содержания MgO от 90
95
до 99,9%. Шлакоустойчивость повышается при увеличе нии содержания MgO от 96 до 99,9%, причем она выше при СаО : Si02> 1,7, чем при СаО : Si02< 1,7.
Получение при обжиге плотноспеченной окиси маг ния представляет некоторые трудности. Они обуслов ливаются рядом причин. Из их числа следует отметить большую пористость высушенной пасты вследствие вы-
|
|
|
|
Рнс. 7. Зависимость пористости зе |
||||||
|
|
|
|
рен |
более 1 мм спеченной рапной |
|||||
|
|
|
|
окиси магния от содержания в ней |
||||||
|
|
|
|
окиси |
магния |
при |
CaO : SI.Oj: |
|||
|
8 8 |
9 2 |
9 6 |
/ — |
1 , 6 ; |
2 — |
2 , 0 ; |
3 — |
2 , 6 ; |
4 — 1 , 6 ; |
|
Содержание НдО,% |
|
|
|
5 — 1,7 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
сокого |
исходного |
содержания |
в |
ней |
воды |
( — 55%) и |
||||
малого |
различия |
в размерах |
зерен — агрегатов |
гидро |
окиси магния, малую величину капиллярных сил, стяги вающих зерна при высыхании пасты, дальнейшее увели чение пористости в процессе дегидратации гидроокиси. Для протекания спекания имеет значение отношение CaO : Si02 в обжигаемой пасте, подобно тому как это указывалось выше для кристаллических магнезитов. Од нако большое значение для спекания имеет абсолютное содержание MgO в рапной окиси магния [147]. Из рис. 7 видно, что решающее значение для ее спекания при относительно небольшом колебании величины СаО: : Si02 имеет изменение содержания MgO. При содержа нии ее свыше 94% даже при малой величине СаО : Si02 спекание резко ухудшается.
Гидроокись магния в промышленности обжигают по одно- и двустадийному процессам.
Целесообразность двустадийного (низко- и' высоко температурного) обжига с промежуточным брикетиро ванием для обеспечения плотного спекания была уста новлена для природного кристаллического магнезита в работе [74] и в дальнейшем подтверждена исследова нием [26], а для чистой окиси магния [177]. Несколько
_ранее была показана эффективность для полного спека-
. ния изделий использования при их изготовлении низко жженого брикета из тонкомолотого предварительно
96
спеченного магнезита [136]. Эффективность высокой степени дисперсности для спекания магнезита установ лена в работе [56]. Использование двустадийного об жига гидроокиси магния предусмотрено патентом США (№ 3060000,1959).
При одностадийном способе обжиг пасты осуществ ляют во вращающихся печах, например длиной 75 м с цилиндрическими вращающимися холодильниками. Об жиг ведут на пылевидном топливе при температурах свыше 1600° С, причем содержание окиси магния в спе ченном порошке не ниже 90%. Его средний состав:
92,4% |
MgO, |
2,1% Si02, |
1,4% |
А120 3, 1,4% Fe20 3, |
2,7% |
CaO [165]. |
печи |
и других размеров, |
|
Применяют |
вращающиеся |
используя и другие виды топлива. Непрерывное питание печей пастой может осуществляться шестеренчатым на сосом после предварительного механического разруше ния ее тиксотропной структуры.
Согласно данным [179], в одностадийном обжиге можно получать плотно спеченный магнезит из весьма чистой Mg(OH)2 при соблюдении ряда технологичес ких условий. Существенным является тонкое измельче ние гидроокиси магния и регулирование скорости нагре
ва — очень малая |
скорость в интервале 300—500° С |
(для получения из |
гидроокиси весьма активной окиси |
магния) и малая скорость нагрева в интервале 500— 1000° С (во избежание увеличения размера пор внутри брикета в результате быстрого паровыделения). Так, при обжиге со скоростью 100 град/ч гидроокиси магния
дисперсностью < 7 |
мкм (50% |
< 4 мкм) |
при 1600° С |
с З-ч выдержкой |
объемная |
плотность |
достигала |
3,38 г/см3 (закрытая пористость 5%). Увеличение ско рости нагрева до 200 град/ч снизило объемную плот ность до 3,31 г/см3, а при 300 град/ч — до 3,13' г/см3. Приведенные данные указывают на то, что рекомендуе мые скорости нагрева гидроокиси магния слишком ма лы для обжига во вращающихся печах, а продолжитель ность выдержки слишком длительна для крупнотоннаж ногопроизводства.
При двустадийном процессе обжига на первой ста дии пасту обжигают в многоподовой печи на каустиче ский порошок, который затем брикетируют на прессвальца'х при высоком удельном давлении и обжигают во вращающейся или шахтной печи при достаточно вы
7—348 |
97 |
сокой температуре [180]. В работе |
[167] |
указывают, |
что для прессования брикета (небольшого |
размера) из |
|
каустического порошка применяют |
давление 3250— |
6500 кгс/см2. Столь высокие давления прессования бри кета, очевидно, обусловливаются необходимостью при дания ему высокой механической прочности с целью снижения пылеуноса при обжиге. Это подтверждается [181] тем, что при незначительном увеличении плотности прессовки из дисперсных (< 3 мкм) порошков после то го, как достигнут некоторый определенный уровень дав лений, происходит резкое нарастание прочности; оно обусловлено пластическими деформациями кристалли тов, приводящими к значительному увеличению площа ди индивидуальных контактов между частицами. Так, например, при прессовании порошка гидроокиси магния подобное резкое повышение прочности происходит при давлениях 3000—4500 кгс/см2, т. е. того же порядка, что указываются для брикетирования.
При обжиге пасты особо тщательно следует контро лировать конечную температуру обжига, так как паста должна быть полностью дегидратирована, но без спе кания. В противном случае невозможно изготовить бри
кет, способный в дальнейшем к |
спеканию до |
высокой |
||
плотности. |
При температуре дегидратации, |
лежащей |
||
в интервале |
750—950° С, |
можно |
в дальнейшем обжи |
|
гать брикет, |
содержащий |
99,9% |
MgO; ниже |
1600° С — |
до плотности 3,3—3,4 г/см3. |
|
|
||
Конечная температура обжига пасты влияет ,на проч |
||||
ность брикета. По данным |
[180], |
максимальную проч |
ность имеет брикет из пасты, предварительно обожжен ной при 800° С, тогда как максимальную плотность пос ле обжига имеет брикет при температуре предваритель ного обжига пасты 900° С. Снижение и повышение указанных конечных температур обжига пасты из гид роокиси магния уменьшают прочность необожженного брикета и его плотность 'после обжига. Поэтому опти мальной конечной температурой обжига пасты при дву стадийном процессе, удовлетворяющей обоим условиям, является ~900°С (рис. 8) [9 с. 83].
Влияние давления прессования в пределах 100— 500 кгс/см2 на пористость обожженного брикета значи тельно нивелируется (рис. 9) [9, с. 83]; однако следует учитывать значение высокого давления прессования для обеспечения высокой прочности брикета. Значение для
98
2 5
1650 C
1700
<20 |
1750' |
|
I |
||
|
||
l / J |
|
|
I |
|
|
I |
|
|
10 |
|
200 |
m |
600 800 |
moo izoo ПОО |
Температура - предбаритепьного oömaea°C
Рис. 8. Зависимость пористости спеченной рапной окиси магния от температуры предварительной термообработки пасты (1-я ста дия), давление прессования брикета 500 кгс/см2; цифры на кри вых — температура обжига брикета (2-я стадия)
Рис. 9. Влияние на пористость спеченной рапной окиси магния температуры предварительной термообработки пасты (1-я ста дия) и давления прессования брикета; температура обжига бри кета (2-я стадия) 1750° С; цифры на кривых — давление прес сования
прочности брикета имеет количество возвратного бри кета.
Брикет используют размером 30X20X15 мм; его мо жно обжигать и в шахтной печи на газовом топливе. Обжиг пасты на каустик и брикета-из него на спечен
ный магнезит можно осуществлять во |
вращающихся |
||||
печах. В этих условиях получают |
спеченный порошок |
||||
с объемной массой 3,2—3,3 г/см3, |
содержащий |
96,7% |
|||
MgO, 0,8% |
Si02 и 0,8% |
CaO [167]. По данным |
[182], |
||
выпускают |
магнезит из |
морской |
воды, |
содержащий |
98—99,5% MgO; типичный его состав: 98—98,6% MgO, 0,5—0,3% Si02 и 1—0,8% CaO.
Вращающиеся печи для обжига пасты на каустик используют различной' длины, например 78 м, при диа метре 2,9/3,35 м; для обжига брикета используют печи длиной 56 м и диаметром 2 м. Для обоих процессов обжига применяют печи и других размеров, близких к приведенным [9, с. 41].
Двустаднйный обжиг основывается на выделении в самостоятельный процесс обезвоживания пасты и после дующей дегидратации гидроокиси. Это позволяет обез воженный и дегидратированный порошок брикетировать полусухим способом, что обеспечивает резкое снижение пористости исходного брикета. Вместе с тем после де гидратации способность спрессованного порошка к спека нию значительно возрастает. Эта способность [9, с. 83; 46] зависит от конечной температуры дегидратации, оптимум которой для рапной окиси магния лежит при 900+100° С (см. рис. 8 и 9). При этом брикет, спрессо ванный при удельном давлении 300—500 кгс/см2, после обжига при 1750° С имеет пористость ~ 8 % при линей ной усадке ~ 2 2 %, тогда как брикет из предварительно высушенной пасты имеет линейную усадку более 40%. Это свидетельствует о том, что дегидратация гидроокиси в брикете значительно повышает его пористость. После дегидратации при низких температурах выделяющаяся окись-магния имеет дисперсность 0,1 —1 мкм.
Следует отметить, что оптимальная температура пер вой стадии обжига пасты, указанная выше равной 900±100°С, является также оптимальной, по данным [177], и для первой стадии обжига чистой окиси маг ния. Для природного кристаллического магнезита оп
тимальная |
температура первой |
стадии обжига |
выше, |
а именно |
не более 1300° С [74] |
и 1100+100° С |
[26]. |
100