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: 173
Скачиваний: 1
радиально лучистая структура и куски распадаются иа клиновидные, достаточно плотные н прочные столбики. В отличие от криптокристаллического кристаллический магнезит при 800—900° С теряет механическую проч ность, так как крупные кристаллы распадаются по тре щинам Спайности, и кусок магнезита крошится; он уп рочняется при температуре выше 1000° С, но еще не уплотняется. Так, при исходной" пористости кристалли ческого магнезита 1% и криптокристаллического 22%'
их пористость после обжига при |
700° С соответственно |
||
5,1 и 27,2%, |
при 1150° С 25,5 и |
16,2% и при |
1300° С |
56,2 и 12,9% |
[54]. |
|
порис |
Подобное |
различие магиезмтов в изменении |
тости и прочности при нагревании обусловливается тем, что криптокристаллический магнезит, будучи весьма тонкокристаллическим, обладает способностью к интен сивному спеканию в обломках, на которые разделяют ся куски. Кристаллический же магнезит разделяется иа все более мелкие кусочки благодаря образованию тре щин по плоскостям спайности крупных кристаллов. На личие сети трещин в обломках и крупнозернистость маг незита значительно замедляют его спекание.
Степень спекания спеченного магнезита имеет суще ственное значение при изготовлении из него огнеупор ных изделий. При одинаковом химическом составе по рошков, но разной степени их спеченности (пористость зерен размером 3—1 мм 6,7, 13,8 и 19,7%) растут объ емная усадка сырца в обжиге (2,1; 5,5 и 6,9%) и порис тость изделий (18,1; 20,4 и 21,9%), снижается предел прочности изделий при сжатии [55]. Способность к спе канию при изготовлении магнезитовых изделий тонких фракций массы существенно зависит от степени их дис персности, что в равной мере относится и к необожжен ному кристаллическому магнезиту [56].
Повышающиеся требования к чистоте спеченного магнезита при одновременном снижении его пористости требуют интенсификации обжига за счет повышения его конечной температуры и продолжительности воздейст вия высоких температур. Уже отмечалось благоприят ное влияние удлинения вращающихся печей для улуч шения спекания магнезита.
Интенсификацию спекания магнезита за счет введе ния добавок нельзя считать всегда целесообразной в ус ловиях необходимости изготовления хорошо спеченного
3—348 |
33 |
Магнезита с весьма высоким содержанием окиси магния. Введение добавок, как и наличие примесей, неизбежно снижает содержание окиси магния и может значительно ухудшать свойства магнезитсодержащих огнеупоров при высоких температурах. Например, снижение содержа ния MgO увеличивает ползучесть [57], наличие приме си ТіОг подавляет образование прямых связей между зернами периклаза [58], снижение примесей увеличива ет термостойкость в интервале температур 1100—1400° С [59], наиболее высокую вязкость имеет огнеупор с мак симальным содержанием MgO [60] и т. д.
Таким образом, прогресс в изготовлении плотноспеченных порошков с максимальным содержанием в них окиси магния в значительной мере обусловливается ра циональным проведением подготовки природного магне зита (обогащение, усреднение) и последующего его об жига.
В последние годы наблюдается тенденция к значи тельному повышению конечной температуры обжига магнезита во вращающихся и шахтных печах. Так, в США и Австрии обогащенный магнезит обжигают дву стадийным способом. В первой стадии его кальциниру ют в многоподовых печах с последующим измельчением и брикетированием, а во второй брикет обжигают в шахтных печах специальной конструкции до 2200° С и производят спеченный магнезит с кажущейся плотно
стью 3,3 г/см3, т. е. с общей пористостью менее |
10%. |
В США производительность высокотемпературных |
шахт |
ных печей высотой 7,6 м составляет 90 т/сутки каждая при отоплении 12 газо-воздушными горелками. В Авст рии шахтные печи с максимальной температурой об жига 2200° С работают на обогащенном кислородом воз духе [162].
ПЕРЕРАБОТКА ПЫЛЕУНОСА
В процессе обжига магнезита и особенно во враща ющихся печах весьма велик пылеуиос, доходящий до 30—35%. Улавливание пыли в пылевых камерах, цик лонах, электрофильтрах необходимо прежде всего для обеспечения очистки от пыли выбрасываемых в атмос феру печных газов. В результате пылеочистки собира ются огромные количества магнезитового пылеуноса, который может быть переработан на спеченный поро шок обжигом во вращающихся печах. Такое испцльзо-
34
ванне пылеуноса позволяет экономить около 25% исход
ного сырого магнезита |
[61]. Основное количество |
пыли |
|||
образуется в интервале |
|
температур |
500—1200° С |
[62], |
|
так как кристаллический |
магнезит |
полностью |
теряет |
||
прочность при нагреве |
в |
интервале |
от 800 до |
1200° С |
[63] и, кроме того, мелкие зерна магнезита самодиспер гируются при ''-'1000° С [64, с. 77].
Это значительное снижение прочности при обжиге кристаллического магнезита связано как непосредствен но с декарбонизацией, так и с заметной анизотропией теплового расширения. Коэффициент линейного терми ческого расширения магнезита параллельно оптической оси кристалла равен 21,3-10~6, тогда как нормально ей 5,99-10~6 [65]. Благодаря этому при нагревании магнези та происходят нарушение связей между кристаллами и разупрочнение породы тем большее, чем крупнее крис таллы магнезита.
В минералогическом отношении пылеунос представ ляет собой смесь в различных соотношениях неизменно го магнезита, каустического магнезита, периклаза, си ликатов и углистого вещества. Соотношение этих ком понентов в смеси зависит от типа печного агрегата и длины вращающейся печи, а также от размера зерен пы леуноса. По предельным данным, пылеунос из шахтных и вращающихся печей длиной 90—170 м в валовых про бах содержит. 30—50% неизменного магнезита, 20—50% каустического магнезита, 0—20% периклаза, 1—12% уг листого вещества, 2—5% силикатов и др. Из короткой вращающейся печи (50 м) пылеунос содержит соответ ственно 4—6, 60—65, 20—25, 2—3 и 2—5%- Вместе с тем состав пылеуноса зависит и от крупности его зерен; по мере их утонения от 0,5 до <0,06 мм количество неиз менного магнезита уменьшается, каустического магне зита увеличивается, а периклаза изменяется не сильно и незакономерно. Зерна каустического магнезита оптичес ки изотропны, их показатель преломления составляет 1,684—1,718, они имеют буроватую или серую окраску [66,67].
Подобным минералогическим составом обусловлива ется сильно колеблющаяся (вплоть до очень высокой) потеря при прокаливании пылеуноса (табл. 9 и 10).
Химический состав пылеуноса определяется исход ным составом обжигаемого сырья, топливом, применяе мым для обжига, и длиной вращающихся печей. При
3* |
35 |
Характеристика пылеуноса
|
|
|
|
|
|
|
|
Химический состав, % |
|
і |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Место отбора проб |
|
|
± 6 |
|
|
|
|
j |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О |
|
. |
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
SiO. |
чtu ~г |
СаО |
Й - |
о |
іі |
|
|
|
|
|
|
|
|
.пп.п |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЬА |
О |
|
|
Циклоны шахтных печей, |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
отапливаемых |
природ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ным газом |
. |
. ■. . |
. . |
0 , 9 |
1 , 2 |
0 , 5 |
7 6 , 0 |
0 , 9 |
2 0 , 7 |
|
|||
То |
же, |
|
отапливаемых |
|
|
|
|
|
|
|
|||
к о к со м |
............................... |
|
|
|
|
1.9 |
2 ,2 |
2 ,0 |
8 4 , 9 |
1,6 |
7 , 4 |
|
|
Циклоны |
вращающихся |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
печен, отапливаемых |
ма |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
зутом |
............................... |
|
|
|
|
2 ,8 |
2 , 7 |
2 ,6 |
8 3 , 1 |
1 , 4 |
7 , 4 |
|
|
То |
же, |
|
отапливаемых |
|
|
|
|
|
|
|
|||
природным |
газом; |
пита |
|
|
|
|
|
|
|
||||
ние — магнезит . . . |
. |
1 , 4 |
2 ,0 |
1,1 |
6 8 , 3 |
1,0 |
2 6 , 6 |
|
|||||
То |
же, |
питание — пыле- |
|
|
|
|
|
|
|
||||
у н о с ............................... |
|
|
|
|
. |
1,6 |
2 , 5 1 |
2 ,2 |
8 5 , 8 |
3 , 8 |
4 , 1 |
|
|
Циклоны |
|
вращающихся |
|
|
|
|
|
|
|
||||
печей, отапливаемых при |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
родным |
газом . . . |
. |
6 , 4 |
6 ,0 |
2 , 7 |
66,6 |
1 , 3 |
1 7 , 0 |
|
||||
Электрофильтры |
вра |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
щающихся |
печен . |
|
. . |
2 ,6 |
2 ,8 |
2 ,0 |
6 5 , 1 |
4 , 8 |
2 2 , 7 |
|
|||
То |
ж е |
............................... |
|
|
|
|
6 , 4 |
5 , 9 |
3 , 5 |
7 1 , 3 |
1, 7 |
11,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Характеристика |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Химический |
1 |
|
|
|
|
|
М есто отбора |
проб |
|
|
|
SiO, |
Fe,03+ |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+AlsOa |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вращающаяся печь, отапливаемая природным га |
|
|
|
||||||||||
зом; длина |
5 0 |
м . . |
, .............................................. |
1 , 0 |
2 , 1 |
|
|||||||
То же, длина 9 0 м |
................................................... |
|
|
|
: |
|
1 , 5 |
2 , 3 |
|
||||
То же, длина 170 м |
........................................................ |
|
|
|
|
|
2 , 3 |
2 , 5 |
|
||||
Вращающаяся |
печь, |
отапливаемая мазутом . . |
1 , 4 |
2 , 4 |
■ |
||||||||
То же, отапливаемая |
угольной пылью . . . . . |
|
|
|
|||||||||
|
5 , 0 |
3 , 9 |
1 |
||||||||||
Шахтная |
печь, отапливаемая мазутом . . . . |
|
1 , 3 |
1 , 6 |
|
||||||||
То |
же, отапливаемая |
природным |
газом |
. , . . |
0 , 8 |
1 , 4 |
|
||||||
Вращающиеся печи, средняя проба.......................... |
|
|
5 , 2 |
4 , 2 |
t |
[66—80, |
104, с. 140] |
' |
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
9 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Фазовый |
состав, % |
|
|
|
Содержание, % , зерен разме |
|||||||
|
|
|
|
|
|
ром; мм |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
магнезит |
|
|
силикаты |
углистое вещество |
|
\о |
А |
о* |
О |
О |
V |
|
|
|
|
|
|
o ’ |
•о* |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Ь* |
|
С*1 |
О |
о“ |
СО |
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
о |
о |
|
||
|
каусти |
спечен |
|
|
|
о |
ю |
1 |
1 |
1 |
о |
|
|
сырой |
ческий |
ный |
|
|
|
>> |
сГ |
ю |
с4! |
S |
о“ |
||
|
|
|
о. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 5 — 4 0 4 0 — 4 5 |
|
|
|
1 5 — 2 0 |
|
3 , 0 3 3 , 6 2 5 , 4 |
1 7 , 2 |
1 7 , 8 |
|||||
2 5 — 3 0 3 5 — 4 0 2 0 — 2 5 |
1— 3 1— 1 , 5 < і |
0 , 4 |
4 , 6 |
1 6 , 2 2 0 , 0 |
5 8 , 8 |
||||||||
10 — 15 6 0 — 6 5 15 — 2 0 |
1— 3 |
< 1 |
|
< і |
0 , 6 |
3 , 8 |
1 5 , 7 1 5 , 4 |
6 4 , 5 |
|||||
4 5 — 5 0 2 0 — 2 5 15 — 2 0 |
1— 2 |
< 1 |
|
< і |
0 , 2 |
6 , 8 |
1 9 , 0 |
1 6 , 8 |
5 7 , 2 |
||||
8 — 10 4 0 — 45 4 0 — 4 5 |
1— 3 |
~ 1 |
|
~ і |
— |
1 , 2 |
3 , 8 |
7 , 2 |
8 7 , 8 |
||||
— |
— |
— |
|
— |
— |
|
— |
0 , 1 |
4 , 0 |
3 , 8 1 2 , 1 |
8 0 , 0 |
||
4 0 — 4 5 3 0 — 3 5 1 0 — 15 |
1— 2 |
~ 1 |
|
~ і |
— |
0 , 4 |
3 , 0 |
5 , 0 |
9 1 , 6 |
||||
3 0 — 3 5 4 5 — 5 0 |
7 — 10 |
1— 3 |
~ 1 |
|
< і |
— |
— |
— |
0 , 1 |
9 9 , 9 |
|||
пылеуноса |
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
10 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
состав, % |
|
|
|
Содержание, %, зерен |
размером. ММ |
|
|||||||
СаО |
MgO |
|
п.п п. |
>0,63 |
* |
0,63— |
0,16— |
0 ,io- |
|
<0,05 |
|||
|
|
0,16 |
|
0,10 |
о.05 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
_ |
|
|
|
|
|
|
* |
1,8 |
92,7 |
|
2 ,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
|
— |
|
— |
— |
|
— |
|
|||
1.2 |
7 4,2 |
|
2 0 ,9 |
|
|
|
|
|
|||||
2 ,7 |
75,1 |
|
17,3 |
— |
|
— |
|
— |
— |
|
— |
|
|
2 ,5 |
9 0,0 |
|
3 ,5 |
|
— |
|
0 ,3 |
|
19,2 |
61,1 |
|
19,4 |
|
3 ,4 |
75,5 |
|
12,7 |
— |
|
2 ,4 |
|
26,5 |
64,7 |
|
6,5 |
|
|
1,5 |
79,0 |
|
16,4 |
2 ,7 |
|
56,7 |
|
20,2 |
16,7 |
|
3,7 |
|
|
0,6 |
80,0 |
|
17,3 |
— |
|
— |
|
— |
— |
|
— |
|
|
3 ,3 |
75,3 |
|
12,0 |
31,7 |
|
|
58,8 |
|
|
9,5 |
|
|
36 |
37 |
питании вращающейся печи «первичным» пылеуносом
выделяющийся из |
этой |
печи |
«вторичный» |
пылеунос |
|||
представляет |
собой в |
основном |
периклазовую |
пыль. |
|||
При использовании мазута |
(или газа) пылеунос име |
||||||
ет высокое содержание |
окиси |
магния — 93—95%, |
сни |
||||
жающееся до 84—85% |
при |
обжиге на пылеугольном |
|||||
топливе за |
счет |
значительной |
присадки к |
магнезиту |
кремнезема, глинозема и окиси кальция из золы.
По дисперсности пылеунос из вращающихся печей в основной своей массе мельче 0,1 мм, тогда как пыле унос из шахтных печен содержит преимущественно зер на 0,6—0,1 мм. Такое различие в дисперности пылеуноса обусловливается большим измельчением его во враща ющихся печах. По данным [64, с. 3; 70], средний раз мер частиц пылеуиоса составляет 20—32 мкм.
Независимо от способа изготовления спеченные по рошки из пылеуноса отличаются от спеченных порошков из природного магнезита тем, что их зерна представляв ют собой грануловндиые образования, а фазовый состав приближается к равновесному.
Пылеуносу присуща способность к твердению при затворенин водой. Начало схватывания происходит че рез 15—40 мин, а конец через 30 мин— 1 ч 35 мин; про чность образцов при разрыве через сутки 13—25 кгс/ /см2. Пылеунос способен к образованию шлама с водой при влажности 45—54%. Плотность такого шлама колеб лется в пределах 1,48—1,39 кг/л; она несколько повы шается при хранении шлама, так же как увеличивается потеря при прокаливании в результате продолжающей ся гидратации. Величина потери при прокаливании ко леблется от 24 до 30% через 1 ч после приготовления шлама и повышается до 28—32% соответственно через 3 суток хранения. Шлам способен к медленному оседа нию при стоянии. Возможно изготовление шлама из смесей пылеуноса и тонкомолотого кристаллического магнезита. Добавка 0,25% с. с. б. позволяет несколько снижать влажность шлама, уменьшать на несколько процентов его потерю при прокаливании и снижать спо собность к отстаиванию шлама с содержанием на сухое до 50% пылеуноса [72]. Шлам имеет склонность к твер дению, причем более быстрому из печей, отапливаемых мазутом, и более медленному при использовании твер дого топлива [70].
При обжиге немолотого пылеуноса сухим способом
38
во вращающейся печи длиной 90 м, отапливаемой прйродным газом, на расстоянии от загрузочного конца 20 м происходят разложение содержащегося в пылеуносе магнезита и переход части каустического магнезита в спеченный. Эти процессы заканчиваются на расстоя нии от загрузочного конца 45 м (~1200° С). Им сопут ствует увеличение истинной плотности обжигаемого ма*
Т а б л и ц а 11 Т а б л и ц а 12
Изменение крупности зерна |
Изменение пористости порошка |
|||||||||
по длине вращающейся печи |
по длине |
вращающейся |
печи |
|||||||
|
Содержание зерен; %, на рас- |
при обжиге пылеуноса |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
Размер |
стоянии от загрузочного |
|
Пористость зерен порошка, |
|||||||
зерен, |
____________ конка, м_________ |
Размер |
%, на расстоянии от загру |
|||||||
ММ |
|
|
|
|
|
зочного конца, |
м |
|||
52 |
65 |
77 |
89 |
зерен, |
|
|||||
|
мм |
32 |
50 |
71 |
83 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
> 4 0 |
4 ,3 |
11,6 |
15,4 |
17,8 |
> 4 0 |
62 |
43 |
27 |
|
|
> 2 0 |
17,0 |
33,7 |
47,4 |
41,4 |
28 |
|||||
40— 20 |
63 |
42 |
30 |
30 |
||||||
20— 8 |
48,5 |
42,2 |
19,9 |
14,1 |
20— 10 |
57 |
41 |
28 |
30 |
|
10— 8 |
61 |
40 |
27 |
30 |
||||||
|
|
|
|
|
||||||
< 8 |
34,5 |
24,1 |
32,7 |
44,5 |
8— 4 |
59 |
40 |
27 |
27 |
|
|
|
4,4 |
|
|
4— 3 |
58 |
40 |
26 |
27 |
|
< 0 ,5 |
4,1 |
19,3 |
33,0 |
3— 1 |
58 |
35 |
24 |
25 |
териала от 3,15 до 3,52 г/см3. При этом на расстоянии от загрузочного конца 30 м (~800°С) заканчивается декарбонизация и начинается слипание частиц с обра зованием мелких ( ~ 3 мм) зерен; для зерен, образую щихся на участке 29—35 м, характерны низкая проч ность и высокая пористость (~50% ). На расстоянии 50 м заканчивается в основном образование монтичеллита и форстерита; количество силикатов составляет 7—
10%.
По мере продвижения обжигаемого материала по длине печи пористость образующихся зерен снижается, причем достаточно интенсивно на расстоянии от загру зочного конца до 71 м (табл. И, 12). Рост кристаллов периклаза начинается на расстоянии ~ 45 м и идет ин тенсивно на участке 45—65 м, а при дальнейшем прод вижении почти прекращается (рис. 4). Заметное увели чение размера зерен наблюдается уже на 65 м и в даль нейшем сначала укрупнение порошка продолжается, а затем увеличивается содержание мелочи за счет умень-
39