Файл: Элинзон, М. П. Производство искусственных заполнителей.pdf

Г Л А В А IV

ПРОИЗВОДСТВО ШЛАКОВОЙ ПЕМЗЫ

I. ИСХОДНОЕ СЫРЬЕ И МЕТОДЫ ЕГО ИСПЫТАНИЯ

Параметры процесса получения и свойства шлаковой пемзы зависят от химического состава и физических свойств поризуемого расплава. Для производства шла­ ковой пемзы пригодны расплавы металлургических шла­ ков, главным образом доменных, не склонные к желези­ стому, марганцовистому, известковому и силикатному распаду, примерно следующего химического состава (в %): S i0 2 не менее 35; СаО не более 45; А120 3 не ме­ нее 8 и не более 18; МпО и FeO в сумме не более 3; MgO в пределах 6 — 10%. Жидкие доменные шлаки большин­ ства заводов СССР отвечают указанным требованиям по химическому составу. Шлаки ряда заводов УССР и Центра подвержены'силикатному распаду.

По физическим свойствам расплавы доменных шла­ ков, пригодные для производства шлаковой пемзы, долж­ ны отвечать примерно следующим требованиям: темпе­ ратура расплава не менее 1250° С; температура кристал­

доменных шлаков ряда заводов СССР характеризуются следующими основными показателями физических свойств: температура расплавов по выходе из печи

от 2 до 4 Па-с; поверхностное натяжение расплавов при температуре 1250—1500° С 0,37—0,5 Н/м. С повышением температуры и уменьшением содержания в шлаке А120 3 вязкость расплава уменьшается и при содержании А120 3 свыше 30% поверхностное натяжение превышает 0,5 Н/м.

Помимо перечисленных требований для установления параметров процесса получения шлаковой пемзы и вы­

188 Глава IV. Производство шлаковой пемзы

бора необходимого для этого оборудования важно так­ же знать и такие свойства расплава, как газотворность, удельная теплоемкость, энтальпия, теплопроводность и температурный коэффициент объемного расширения, а также химический состав шлаков.

Состав и физические свойства расплавов доменных шлаков, основная масса которых получается при выплав­ ке передельных и литейных чугунов, определяются хими­ ко-минералогическим составом пустой породы руды, зо­ лы кокса, содержанием серы в шихте, ходом процесса восстановления и др.

Шлаки передельных и литейных чугунов в основном содержат S i0 2, А120з, СаО и MgO; FeO и МпО обычно присутствуют в небольших количествах; сера содер­ жится в виде сульфидов CaS, MnS, FeS, меньше

MgS.

В доменных шлаках основного состава преобладаю­ щими кристаллическими фазами являются ларнит

(2 C a0 -Si0 2) и геленит (2 Ca0 -Al20 3 -Si0 2), а в шлаках кислого состава — псевдоволластонит (C aO -Si02) напор­

став которого входит закись марганца и железа. В ряде случаев теоретический минералогический состав домен­ ных шлаков может быть установлен при помощи диа­ грамм состояния СаО—MgO—А120з—S i0 2. Однако ми­ нералогический состав различных шлаков, как это убе­ дительно показано Д. С. Белянкиным, В. В. Лапиным, Н. А. Тороповым, А. В. Рудневой и др., значительно от­ личается от теоретического. Объясняется это неравно­ весными условиями кристаллизации шлаков в производ­ ственных условиях и наличием в их составе многих ми­ кроэлементов.

В тройной системе S i0 2—А120 3—СаО шлаки распо­ ложены в наиболее легкоплавкой области. Разнообразие состава шлаков заводов СССР (отношение СаО : S i0 2 меняется от 0,9 до 1,27, содержание MgO — от 4— 8 до 8 —11%, содержание А120 3 на заводах Юга 6 — 10%, на заводах Урала достигает 21%, составляя для большин­ ства заводов 14—17%) сказывается на температуре их

плавления и вязкости, что следует учитывать при выборе метода переработки.

За последние годы на заводах СССР выпускаются более основные доменные шлаки с повышенным содер­ жанием СаО. Некоторые советские, а также зарубежные ученые и технологи пытались установить допустимое со­ держание отдельных окислов и их влияние на вспучиваемость расплава доменных шлаков. Однако, как пока­

Н. А. Попов, И. Н. Резников, Л. Д. Розовский, Г. М. Эф­ рос и др.), на степень вспучиваемости расплава боль­ ше влияет соотношение между отдельными окислами. Поэтому можно говорить лишь об основном направлении влияния отдельных окислов расплава. Так, S i0 2 и AI2O3, повышая вязкость расплава, придают шлаковой пемзе химическую стойкость и увеличивают ее прочность. Чем

ную способность расплава при температуре ниже ликви­ дуса, а при температуре выше ликвидуса температура кристаллизации расплава возрастает с увеличением со­ держания этого окисла. Увеличение содержания окиси кальция выше некоторого предела отрицательно сказы­ вается на вспучиваемости расплава. СаО при высокой температуре снижает вязкость расплава, а при низкой (менее 1290° С) — резко повышает. MgO способствует разжижению расплава и положительно влияет на его вспучиваемость и стабильность шлаковой пемзы. МпО, как и MgO, хороший разжижитель, положительно влия­ ет на вспучиваемое™ расплава и способствует образо­ ванию в шлаковой пемзе большего количества стекло­ видной фазы. А120 з и MgO являются защитными окисла­ ми, предохраняющими основной расплав от силикатного распада (при наличии СаО свыше 45%)- В связи с этим верхний предел содержания в расплаве А120з не норми­ руется, нижний определен в 8 %. Рекомендуемое содер­

Т е м п е р а т у р у р а с п л а в а по выходе из печи определяют обычными оптическими пирометрами мар­ ки ОПИР-9-Т. Эти приборы имеют пределы измерения от 800 до 1400° С с погрешностью ± 2 1 ° и от 1200 до 200° С с погрешностью +30°.

В я з к о с т ь ш л а к о в и ее зависимость от темпе­ ратуры устанавливают вискозиметрами различных кон­ струкций.

Вискозиметр конструкции Л. М. Цилева представля­ ет собой пропеллерную мешалку, свободно погружаемую в расплав шлака. Работа этого вискозиметра основана на учете сопротивлений, оказываемых расплавом со­ ответственно его вязкости.

Вискозиметр с коаксиальными цилиндрами, в кото­ ром вращается наружный цилиндр, т. е. тигель со шла­ ком, конструкции ОРГРЭС показан на рис. 31. Эти и по­ добные им приборы предварительно тарируют по стан­ дартным жидкостям, т. е. жидкостям с заранее известной вязкостью, например по борному ангидриду, касторовому маслу.

Как будет показано далее, наибольшая вспучиваемость расплава обеспечивается при оптимальной вязко­ сти, создающей благоприятные условия для более пол­ ного улавливания выделяющихся газовых пузырьков. Оптимальная вязкость расплава может быть определена (для данной температуры) по количеству воды, затра­ ченному на охлаждение расплава, составляющему 124—129 кг на 1 т шлака. Фактически этот расчетный расход воды должен быть увеличен с учетом того, что часть воды не входит во взаимодействие с компонентами шлака и что не вся вода гидролизует сульфидные соеди­ нения в шлаке и не увеличивает паровыми пузырьками газовую фазу расплава.

Г а з о т в о р н о с т ь р а с п л а в а определяют на установке (рис. 32), состоящей из кокиля 3 , ртутного манометра /, вакуумного насоса 4 и соединительных ва­ куумных шлангов 2. Один конец кокиля запаян латунной фольгой, а другой шлангами соединяется с манометром и вакуумным насосом. До начала испытания система вакуумируется до остаточного давления (1,3 кПа). За-

паянный конец кокиля погружают в расплав, протекаю­ щий в канаве доменной печи, латунная фольга расплав­ ляется и расплав под влиянием вакуума поднимается

Рис. 32. Схема установки для экстракции газов из жидких

шлаков

ренний цилиндр; 5 — графитовый тигель; 6 — криптоловая печь; 7 — корундовая подставка; 8 — синхрон­ ный электродвигатель; 9 —• ручная лебедка

в кокиль и заполняет его рабочий объем до решетки. Растворенные в расплаве газы по мере его остывания выделяются, вакуум вследствие этого уменьшается, что фиксируется манометром до тех пор, пока показания

манометра не станут постоянными в течение нескольких секунд. Это указывает на появление на поверхности рас­ плава в кокиле твердой корки, после чего определение прекращают.

Газотворность определяют по формуле

системы (кокиля, шлангов и т. п.), см3.

Энтальпия расплавов может быть приближенно уста­ новлена по формулам М. А. Павлова (кДж):

при температуре расплава от 1300 до 1450° С

Q = 4,2 [347,5 + 0,5 (/ — 1300)];

при температуре расплава выше 1450° С .

Q = 4,2 [4 2 2 ,5 + 0,4 (С — 1459)].

В с п у ч и в а е м о с т ь шлаковых расплавов опреде­ ляют на литейном дворе у летки доменной печи. Обще­ признанные методы оценки вспучиваемости жидких ме­ таллургических шлаков до настоящего времени отсут­ ствуют. На практике применяют примитивные приемы, которые позволяют иметь относительные суждения о вспучиваемости расплава. К таким приемам относятся пробы «крючком», «ложкой», «ведром» и «вспучивающе­ го лотка».

Определение вспучиваемости « крючком» связано с выявлением характера стекания пробы с «крючка» и цвета остывшего шлака. Для этого стальную проволоку диаметром 10—12 мм загнутым концом погружают в рас­ плав и по извлечении из него устанавливают указанные характеристики шлака. Обычно расплавы кислых шла­ ков значительно налипают на крючок и отрываются от­ дельными вспучившимися кусками цветом от белого до темно-серого. Основные же шлаки вытягиваются в нити, длина которых предопределяет вспучиваемость распла­ ва. Остывшая проба обычно имеет цвет от белого до зе­ леного, в зависимости от содержания в шлаке мар­ ганца.