Виробництво високоглиноземистих вогнетривів

       Практичне  значення для вогнетривів промисловості представляють і діаспорові породи. Збагачення акташського діаспору дозволяє отримувати кнцентрат, що характеризується приблизно наступним хімічним складом (у % на прокалену речовину): Al2O3 70 – 72, SiO2 20 -25, сума плавнів 3 – 3.5; вогнетривкість 1850 – 1880 ºС. Вочевидь, що при порівняно невисокій сумі плавнів значний зміст кремнеземістих домішок в діаспорі не є перешкодою до застосування його у якості високоглиноземістої сировини [4].

       Властивостями діаспоровогу концентрату, визначаючим характер його використання у виробництві вогнетривких виробів, є: висока дисперсність (розмір зерен менша за 0.1 мм), відсутність зв’язуючої здатності, невелика усадка при випалі (1.5%), при температурах вище 1500 ºС розширення, ймовірно, за рахунок запізнілої реакції утворення муліту з α- глинозему та домішок кварцу. Можливо і кристалізація кристобаліту з кварцевих домішок. Тому діаспоровий концентрат у сирому вигляді можна вводити в масу, виготовлену на зв’язці з пластично спікаючої вогнетривкої глини. Однак при цій будові вогнетрив носить монолітний характер, що несприятливо відображається на умовах випалу та термічної стійкості виробу. Для отримання вогнетриву зернистої будови концентрат необхідно попередньо брикетувати на глиняній зв’язці, випалювати при 1500 ºС та вводити до маси у вигляді шамоту певної зернистості. Вироби можна виготовляти аналогічно багатошамотному з 10 – 15% зв’язуючої глини. Готові вироби, випалені при температурі близько 1500ºС, характеризується за наступними властивостями: зміст Al2O3 60 – 65%, сума плавнів 3.5 – 4%, вогнетривкість 1800 – 1850 ºС, пористість близько 20 – 25%, температура деформації під навантаженням 2кг∕см3: Н.Р. – 1500 – 1550 ºС, 40% стискання 1650 – 1700 ºС. Доцільність використання родовищ природніх гідратів обумовлюється вартістю та ефективністю збагачення [5].

       Штучний  гідрат глинозему. Виробництво високоякісних  вогнетривких виробів, призначених  для служби при високих температурах, у теперішній час основується  на використанні технічного глинозему, тобто штучного гідрату глинозему, прокаленого при температурі 1000 – 1200 ºС. Технічний глинозем, одержуваний шляхом хімічної переробки бокситів, відрізняється від природної сировини високою чистотою. Він містить (в % на прокалений матеріал) Al2O3 99 – 99.5, SiO2 0.2 – 0.5, Na2O 0.5 – 0.3, інших окисів (TiO2, Fe2O3, CaO) 0.1 – 0.05, величина втрати при прокалюванні – в межах 1 – 1.2. Вогнетривкість такого глинозему – близько 2000 ºС. В мінералогічному відношенні технічний глинозем представляє собою в основному ɣ - глинозем, що находиться в стадії переходу в α- глинозем, та містить остатки гідрату глинозему (гидралгилиту та беміту). Істина щільність технічного глинозему складає близько 3.5, що вказує на переважний зміст в ньому ɣ - глинозему.

       Особливість  будови технічного глинозему, отриманого  прокалюванням штучного гідрату глинозему (Al2O3∙3Н2О), полягає в утворенні з часток ɣ - глинозему пористих сферолітів діаметром від 20 до 70 мк (у середньому близько 40 мк). Така будова ускладнює спікання та задержує утворення муліту шляхом взаємодії ɣ - глинозему з SiO2. Пористість сферолітів не дає можливості отримати з глинозему щільний сирець.

       В процесі  випалу при температурі 1350 – 1450 ºС  ɣ - глинозем практично повністю переходить у α- глинозем. Водночас зростають окремі кристали корунду; при 1460 – 1500 ºС вони досягають розміру до 1мк; підвищення температур випалу до 1600 – 1800 ºС викликає подальший їх зріст до 3 – 10 мк, сфероліти стають більш тендітними. Введення деяких домішок, збільшує дефективність кристалічної решітки корунду, наприклад 1% TiO2, прискорює зріст кристалів. Однак сферолітова будова глинозему що залишається не дозволяє отримати безпосередньо з нього щільного сирцю та спікшейся полікристалічної корундової кераміки навіть при досить високих температурах випалу (1800 ºС) та при домішках плавнів. Тому попередньо тонке подрібнення глинозему є неодмінною вимогою використання його у виробництві виробів високої міцності. Подрібнення як технічного, так і додатково випаленого при температурі 1450 – 1600 ºС глинозему здійснюють в кульових млинах періодичної дії сухим та мокрим способом, а також на вібраційних й струмних млинах. Тендітні сфероліти глинозему діаметром 20 – 70 мк не потребують при помелі дробильних зусиль, що виникають при падінні куль. Тому подрібнення глинозему зазвичай здійснюється в млинах з мілкими кулями, футерованих гумою чи корундовою плиткою. Найбільш найдійовіший мокрий помел з прийманням стальних куль діаметром 5 – 10 мм, що володіють більшою стираючою поверхнею. Подрібнення корундовими шарами відбувається близько у 2 рази повільніше, чим стальними. При тривалому подрібненні (більш 20 -30 ч) глинозему,особливо додатково випаленого при 1450 – 1600 ºС, стальними шарами відбувається значний (порядку 1 – 2% та більш) намел залізу, котрий у подальшому доводиться видаляти промиванням глинозему гарячою соляною кислотою. Ця операція в значному ступеню ускладнює технологічний процес. Однак така обробка сприяє розчиненню та видаленню інших домішок, та в першу чергу особо шкідливий окис натрію,що міститься в початковому глиноземі у кількості до 0.5 – 0.6%. В промитому глиноземі сума домішок знижується до 0.15 – 0.2% в том числі Na2O до 0.05 – 0.10%. Існують і інші засоби очистки глинозему від Na2O. При сухому помелі в кульових млинах подрібнення глинозему проходить значно повільніше, чим при мокрому. При цьому не вдається досягнути високого ступеню подрібненості, так як глинозем злежується на стінках млину. Перевага сухого помелу є те, що в цьому випадку відпадає операція зневоднення шламу, необхідна при мокрому помелі. Сухий помел у трубомлину здійснюється при підготовці глиноземного компоненту мулітового та муліто-корундового брикету у виробництві високоглиноземістих вогнетривів. Сухе подрібнення глинозему у вібромлинах дає можливість досягнути необхідного ступеню диспергації без суттєвого засмітнення його металом в значно менші терміни. Так при 2 – 3-ч сухому помелі глинозему в малому (ємкість 10 л)  вібромлині досягається ступінь подрібнення, аналогічна 20 – 30-ч мокрому помелу мілкими стальними кулями в кульовому млині. При цьому намел залізу в вібромлині не перевищує 0.1 – 0.2%. Мокрий помел у вібромлині менш ефективний [6].

 

 

 

 

 

 

2 ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА ВИСОКОГЛИНОЗЕМІСТИХ ВОГНЕТРІВІВ

       Пропонується  спосіб виготовлення високоглиноземістих вогнетривів свіже-обложеного гідрату окису алюмінію в суміші з рідким склом з добавкою вогнетривкої глини чи каоліну, або без таких, у якості зв’язки, тієї ж суміші в ущільненому та спеченому вигляді в якості наповнювача.

       Основною  сировиною для виробництва пропонованих  вогнетривів є свіжеосадний гідрат окису алюмінію.

     Для поліпшення спікливості високоглиноземістих гідратних мас в їх склад вводиться силікат натрію, переважно у вигляді водних розчинів.

       Свіжоосадний  гідрат окису алюмінію може бути отриманий з глин або каолінів він відомий в практиці кислотними або лужними способами. При кислотному способі кускова глина після дегідратації  в інтервалі при температурі 600 ºС, піддається екстрагуванню кислот ( сірчаної, соляної, азотної та ін.).

       Гідрат окису алюмінію отримають осадженням розчинів алюмінієвих солей отриманих в результаті екстарування  дигидратированих глин кислотами за допомогою аміаку. Отриманий при цьому висококремниземістий осад може бути використаний для виробництва легковагих вогнетривів. Після осадження алюмінієвих солей аміаком виходять цінні побічні продукти у вигляді амонійних солей відповідних кислот [7].

       При  лужному способі суміш глини (каоліну) і сульфату натрію або мірабіліту  брикетується і спікається при температурі 1350 ºС. Після спікання брикети вилуговуються водою з переведенням в розчин окису алюмінію у вигляді алюмінату натрію. В осаді залишаються водонерозчинні силікати кальцію. Розчин алюмінату натрію обробляється вуглекислотою з отриманням гідрату окису алюмінію і водного розчину соди. Гідроокис алюмінію відділяється фільтрацією і використовується для виробництва високоглиноземістих вогнетривів. Содовий розчин випарюється, і сода може бути використана для варіння скла. Таким чином при лужному способі одночасно проводиться переробка сульфату натрію або мірабіліту в соду. Одержуваний такими способами гідрат окису алюмінію відрізняється високою пластичністю і складається з кристалів розмірами менше одного мікрону. Тому він не вимагає помелу і вводиться в маси в процесі їх змішування на що застосовується зазвичай обладнання на стрічкових пресах, бігунах і т.д. [8].

       Гідратні  маси спікаються за температурою близько 1400 ºС, тобто на 200 ºС нижче, ніж маси з глиноземом, що відкриває можливості виробництва високоглиноземістих вогнетривкіх матеріалів з використанням звичайних печей шамотного виробництва.

       Введення  плавню у вигляді силікату  натрію гарантує отримання щільних  виробів з гідратних мас після  випалу при температурі не вище 1450 ºС.

       Властивості  гідратних мас відмінні від  властивостей глиняних мас і  тому вимагають застосовування  нових способів для підготовки  наповнювачів шамотів, які можуть  бути здійснені за двома способами:

а ) високоглиноземіста пластична маса, складена з свіжоосадженогу гідрату окису алюмінію і силікату натрію з добавкою глини чи каоліну або без такої, піддається переробці на стрічкових пресах з подальшим різанням на дрібні шматки. Без додаткового ущільнення така маса майже не придатна для отримання високоглиноземістих виробів або наповнювачів. Тому шматки пластичної маси піддаються додатковому ущільненню в процесі їх сушіння шляхом допресування на ручних або механічних пресах. Таке ущільнення маси шматків у процесі сушіння проводиться не менше двох разів. В цьому випадку буде отриманий щільний брикет, що забезпечує після випалу отримання мало пористих наповнювачів.

б) Маса після переробки на стрічкових пресах піддається сушінню, подрібненню і зволоженню, з подальшим брикетуванням. Такий брикет після випалу має меншу пористість, ніж шматки маси після переробки на стрічкових пресах, тобто, без подальшого додаткового ущільнення. Для максимального ущільнення наповнювача, брикети, виготовлені із зазначених вище способів також можна нагрівати до температур від 600 до 1200 ºС, і потім в розпеченому стані піддавати механічному ущільненню шляхом штампування або пресування. Гаряче пресування повністю замінює випал брикетів та знижує їх пористість.

       Предмет  винаходу – спосіб виготовлення  високоглиноземістого вогнетриву на основі гідрату окису алюмінію, отриманого хімічним шляхом, що відрізняється тим, що в якості зв’язки застосовує масу, що складається з суміші свежеосадженного гідрату окису алюмінію та рідкого скла, з добавкою вогнетривкої глини чи каоліну, або без таких, а в якості наповнювача зазначену суміш, піддану сушінню, ущільненню та випалу [9].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ГАЛУЗІ ВИКОРИСТАННЯ ВИСОКОГЛИНОЗЕМІСТИХ ВОГНЕТРИВІВ

       Вироби  з акшатського діаспоровогу концентрату були випробувані у 25-х сталерозливних ковшах. Роз’єдання за плавлення склало 1 мм проти 2.4 мм для шамотних виробів в таких самих умовах. Ковшові вироби на основі діаспору, випускаються Семиульським заводом та Подольським заводом вогнетривких виробів, також добре служили. Діаспорові пробки також показали добру стійкість при розливі маловуглецевих, марганцитових та хромітих сталей. Насадкові вироби для регенераторів мартенівських печей виготовляються тривалий час Боровичським комбінатом вогнетривів із акшатського діаспоровогу концентрату, задовольняючи вимогам металургів, але у зв’язку з відпрацьовуванням родовища виробництво їх було припинено.

       Легковагові  фасонні вироби з діаспоровогу концентрату випробували у якості робочої ізоляції топок у парових котлах.

       Багато  прикладів застосування виробів з різних бокситових порід містяться в зарубіжній літературі. У Франції вироби з гіпсу, що містить 75 – 80% Al2O3, заміняють динас для покращення стійкості зводів електроплавильних печей. Вогнетривкість таких виробів близько 1800 ºС, тобто на 80 – 100% вища за вогнетривкість динасових виробів. В зводах періодично працюючих печей динас швидко розтріскується та, крім того, сильно ошлаковується окисами заліза, особливо у відновній атмосфері. На високоглиноземістих виробах, навпаки, на внутрішній поверхні зводу утворюється герциніт Al2O3∙FeO у вигляді захисної пористої теплоізоляціоної корки, водночас змістовній муліт (3Al2O3∙SiO2). Термостійкість зводових високоглиноземістих виробів достатньо висока. Не зважаючи на велику вартість гібситових виробів у порівнянні з динасовими застосовування перших доцільне, так як їх стійкість у 2 – 3 рази вища.

       В Англії  бокситові вогнетриви, виготовлені з додаванням глини, що містять 50 – 60 Al2O3, застосовуються для футеровки нагрівальних печей. Вогнетривкі вироби з гвіанських боксидів вдало застосовуються в печах для плавки алюмінію, особливо вироби з добавкою тонкомеленого глинозему. Значна частина виробів йде на зводи електросталеплавильних дугових печей. Заміна високоглиноземістих виробів в цих печах основними залежить від вартості тих та інших вогнетривів. Добре служать вироби з шамоту, отриманого випалом гібситу, в ковшах при вакуумній дегазації сталі. Вогнетриви на основі бокситу показали добру корозійну стійкість проти свинцевого скла. Вони рекомендуються для футеровки сталерозливних печей. Випалений боксит приймають як наповнювач для бетонів на глиноземістому цементі, при температурі до 1550 ºС [10].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВИСНОВОК

      У даному  проекті ми розглянули який  хімічний склад повинен бути  у сировині, що обирається для  виготовлення високоглиноземистих  вогнетривів, та її місценародження. Обрали технологію виробництва  викогллиноземистих вогнетривів  та на основі гідрату оксиду  амонію [8]. Також ми привели галузі використання високоглиноземистих вогнетривів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Кайнарский И.С. Процессы технологии огнеупоров [Текст] / И. С. Кайнарский. – К.: М., 1969
2. Мамыкин П. С. Технология огнеупоров [Текст]: учебн. пособие / П. С. Мамыкин, Стрелков К.К. 2 изд., М., 1970
3. Кащеев И.Д. Свойства и применение огнеупоров [Текст] / И.Д. Кащеев. – М.: Теплотехник, 2004. – 352 с. 
4. Огнеупорные материалы. Структура, свойства, испытания: справочник [Текст]: справочник/ составитель Б.Й.Аллейнштейн, под ред. Г. Роучка, Х. Вутнау. – М: Интермент Инижиниринг, 2010 – 392 с. 
5. «УкрНДІВогнетрив ім. А.С. Бережного» [Текст] : зб. наук. пр./ редкол.: А.С. Бережний. – К.: № 110 – Харків: Каравелла, 2010. – 696 с. 
6. Семченко Г.Д. Неформованые огнеупоры. [Текст] / Бережний А.С. – К.: Харьков: НТУ «ХПИ», 2007. – 304 с.
7. Кащеев И.Д. Химическая технология огнеупоров [Текст]: Учебн. пособ./ И.Д. Кащеев, К.К. Стрелов, П.С. Мамыкин. – М.: Интермет Инжиниринг, 2007. – 748с.
8. Пат. 94831 РФ, МПК С 09 С 08/03 С 54 D 8/07. Производство высокоглиноземистых огнеупоров на основе гидрата оксида алюминия [Текст] / Шишков В.С., Агафонов Н.А. (РФ) ; заказчик и патентообладатель ООО «РосОгнеупор». – № 7483527822; заявл. 03.01.13; опубл. 28.10.13, Бюл. № 13. – 2 с.
9. Будников П.П. Химическая технология керамики и огнеупоров. [Текст] / П.П. Будников. – К.: Наукова думка,1964. – 612с.