Сырьевые материалы для производства легковесных жаростойких алюмосиликатных материалов.

Гл ав а 4

ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

4.1. Классификация

Производство и применение теплоизоляционных материа­лов снижает материалоемкость, экономит топливо и спо­собствует интенсификации тепловых процессов. Поэтому теплоизоляционные материалы входят в обязательный ас­сортимент огнеупорной промышленности.

К теплоизоляционным относят большую группу разных по своему составу материалов, отличительные особенно^ сти которых — высокая пористость и обусловленные ею малая объемная плотность и низкая теплопроводность.

По своему характеру тепловая изоляция промышленных печей может быть двух типов: 1) наружная (защищенная), выполняемая, как правило, из изоляционных материалов с относительно низкой огнеупорностью; 2) внутренняя (не­защищенная), служащая в качестве огнеупорного слоя в пе­чи и выполняемая из легковесных огнеупорных материа­лов. В печах металлургической промышленности применя­ют изоляцию обоих типов.

Теплоизоляционные материалы по температуре приме­нения подразделяют на три группы: низкотемпературные (900°С); среднетемпературные (900—1200°С); высокотем­пературные (1200°С). Для низкотемпературной изоляции успешно используют диатомитовые (трепельные), асбесто­вые и вермикулитовые изделия. Для средне- и высокотем­пературной изоляции печей применяют разные легковесные огнеупоры (табл. 4.1).

4.2. ПРОИЗВОДСТВО ШАМОТНЫХ, ПОЛУКИСЛЫХ И КАОЛИНОВЫХ ЛЕГКОВЕСОВ

Существуют следующие способы производства легковесов: а) с использованием выгорающих добавок; б) с исполь­зованием пены; в) химический.

4.2.1. Производство изделий по способу выгорающих добавок

Опилки. В качестве выгорающих добавок чаще других при­меняют древесные опилки. Они являются дешевым отходом деревообрабатывающего производства и, что главное, лег­че других добавок выгорают при обжиге изделий. Опилки твердой древесины (например, дуба) качественнее, чем мяг- кой (например, сосны), так как они обеспечивают массе лучшую формующую способность.

Опилки — рыхлый материал; они сильно отощают мае- су, уменьшают ее связность' и повышают упругость. Эти от­рицательные свойства опилок ограничивают содержание их в массе; при 25—30 % опилок масса не перерабатывает­ся или трудно перерабатывается в ленточных прессах. Опилки рекомендуется дробить на молотковой дробилке:.

Л- , До дробле- После

Обработка Ш1Я дробления

Содержание, %, фракций разме­ром, мм:

>10 18 0,2

7 9 1,0

5 3 5

3 15 17

<3 55 75—80

Насыпная масса, г/см3 .... 0,27 0,24

Существенное значение для улучшения структуры лег­ковесных шамотных изделий и понижения их теплопровод­ности имеет применение тонкодисперсных выгорающих до­бавок. Лучшие результаты получают при добавке копилкам лигнина, являющегося отходом бумажного производ­ства. Лигнин хорошо выгорает; являясь тонкодисперсным порошком, он меньше, чем опилки, отощает массу, и поэто­му его можно вводить в шихту в большем количестве. Мас­са с лигнином менее упруга, чем с одними опилками. Лег­ковесные изделия с применением опилок и лигнина фор­муют пластичным прессованием.

Антрацит и коксик. Применение вместо опилок тонко-измельченного коксика или антрацита позволяет получать, легковесные изделия по схеме полусухого прессования, так как их упругие свойства значительно ниже, чем у опилок.

Шамот. В производстве теплоизоляционных изделий применяют обычный и специальный пористый шамот. Со­держание шамота в массе составляет 15—25%- Зерновой состав шамота может изменяться в широких пределах, но верхний предел крупности зерен не должен превышать 2— 3 мм. При использовании для производства сильно отощен-ных кварцем полукислых огнеупорных глин добавка ша­мота может оказаться ненужной.

Глина. Глина имеет то же значение, что и в производ­стве обычных шамотных изделий. Глину вводят в шихту в количестве 30—40%. Опыт показывает, что часть глины (около 3—4%) лучше вводить в виде шликера, предвари-тельно смачивая им шамот и опилки. Влажность масс из­меняется в пределах 25—35 %.

К другим технологическим особенностям производства легковесов из пластичных масс относят:

1. тщательность дозировки, смешения и увлажнения масс;

2. целесообразность вылеживания смешанной шихты:в течение 1 сут перед переработкой в массу и сроком 5—8 сут перед формованием изделий; это существенно улуч­шает ее формуемость. Однако даже при формовке слож­ных фасонных изделий вылеживание применяют в исклю­ чительных случаях. Массы легковесных изделий перераба­тывают на вакуумных ленточных прессах;

3. целесообразность замедленного режима сушки сыр­ца, так как сырец при содержании выгорающих добавок сохнет медленнее, чем сырец из обычных шамотных масс;

4. необходимость обжига легковесов в специальныхтуннельных печах, в которых обжигают только легковесные изделия. Обжиг легковесных каолиновых изделий с кажу­щейся плотностью 1,3 г/см3 с выгорающей добавкой антрацитом, полученных способом полусухого прессования, производится в специальной туннельной печи длиной 135 м,высотой садки 1,07 м, масса изделий на вагонетке (3,1ХХЗ,0 м) 4,8 т. Длительность обжига 88 ч, из них зона выго­рания антрацита 47 ч (73 м), спекание 20 ч (30 м) и охлаж­дение 21 ч (32 м). При совместном с обычными изделиями обжиге легковесы укладывают в верхних рядах садки.В интервале температур 500—1000°С при обжиге легкове­сов необходимо держать в печи резко выраженную окисли­тельную среду. Особенно это важно при обжиге изделийс тонкодисперсной угольной выгорающей добавкой.

Шамотные легковесы, полученные по способу выгораю­щих добавок (опилок), имеют кажущуюся плотность 1,0— 1,3 г/см3, а с применением лигнина 0,8—1,0 г/см3. При применении в качестве выгорающей добавки целлюлозы, бумаги или специальных высоко пор истых выгорающих за­полнителей кажущаяся плотность снижается до 0,4 г/см3.

4.2,2. Шамотные легковесные изделия, получаемые с применением перлита

Изделия класса ШЛ-0,4 (ультралегковесные*) в настоящее время изготавливают с применением вспученного перлита. Название перлит обусловлено внешним видом горной по­роды, имеющей перламутровую поверхность, напоминаю­щую жемчуг; perle (англ.) —жемчуг.

Сырьем для получения вспученного перлита служат кис­лые вулканические водосодержащие горные породы: пер-литы, обсидианы и др. Химический состав перлита, %: 70— 75SiO2) 11 —15 AI2O3; 0,4—4Fe2O3+FeO; 0,8—2,5СаО + w+MgO; 2,5—6,5 K20+Na20; 0,2—3,5 ЛтпРк при 100°С.

При нагревании 760—1260 °С перлит вспучивается, уве­личиваясь в объеме в 3—15 раз — коэффициент вспучива­ния.

Обсидиан (горное стекло различного цвета) имеет сред­ний химический состав, %: 76SiO2; 14AI2O3; 0,9Fe2O3; l,3CaO+MgO; 6,2—6,5 K20+Na20; коэффициент вспучи­вания 4—10.

Перлиты с зернами в несколько миллиметров вспучива­ют в небольших (длиной 6 м) вращающихся печах. Вспу­ченный перлит называют перлитовым песком, его зерновой состав, %: фракции 3—0,5 мм 24; 0,5—0,25 мм 31; мельче 0,25 мм 45; объемная плотность 0,07 г/см3; огнеупорность перлита 1390—1400°С.

Массу получают в двух горизонтальных мешалках, распо­ложенных одна над другой. В первой мешалке готовят шликер, состояний из глины, шамота, воды, специально при­готовленных воздухововлекающих добавок и стабилиза­торов пены.При перемешивании в течение 8—12 мин шликер стано­вится пористым с плотностью 0,52—0,56 г/см3 и самотеком поступает во вторую мешалку. Во вторую мешалку к шли­керу подают перлитовый песок; после перемешивания в те­чение 8—10 мин получается формовочная масса плотно­стью 0,5 г/см3 и влажностью 50 %. Массу заливают в фор­му, сушат в формах на полочных вагонетках в туннельных сушилах при 110°С в течение 45 ч. Гавеле сушки сырец вы­нимают из формы с прочностью 0,12—0,14 Н/мм2 и обжи­гают (в 2—3 изделия по высоте) при 1260—1270 °С в тече­ние 30 ч. После обжига необходимые размеры и форму из­делиям придают шлифовкой.

Состав шихты, массовая доля, %: 45 глины, 42 шамота,, 13 перлита (по объему 66); воздушная усадка 12—14%,. общая усадка 40—42 %.

В качестве воздухововлекающих веществ применяют растворы абиетата натрия из расчета 4—5 см3 и канифоль-клеевой эмульсии из расчета 9—11 см3 на 1 л сухих компо­нентов. В качестве стабилизатора применяют раствор мо-чевино-формальдегндной смолы МФ-17 из расчета 6— 7,5 см3 на 1 л сухих компонентов или квасцы.

По свойствам легковесные перлитошамотные изделия полностью отвечают требованиям стандарта к изделиям ШЛ-0,4; объемная плотность их ниже 0,4 г/см3, предел прочности при сжатии 1—1,4 Н/мм2, коэффициент тепло­проводности при 600 °С на горячей стороне 0,17—0,19 Вт/ /(м-К), температура начала деформации под нагрузкой 0,04 Н/мм2 1120—1140°С, 4%-ного сжатия 1160— 1190°С, огнеупорность 1680—1690 °С. Изделия имеют однородную мелкопористую структуру без трещин и пустот. Недостат­ком применения перлита являются некоторое снижение ог­неупорности шамотных масс и большая общая усадка.

Эти недостатки устраняются при введении перлита в дистенсиллиманитовые массы. При нагревании объем ди-стена увеличивается на 17—18 %; силлиманита на 7— 8 %'. Увеличение объема дистена и силлиманита оказы­вает благоприятное компенсационное влияние при про­изводстве легковесных изделий с перлитом, снижая об­щую усадку.

Таким способом получают перлитосиллиманитошамот-ные легковесы (ПСШЛ) и при введении в массы техничес­кого глинозема — муллитокремнеземистые перлитосилли-манитовые легковесы (МПСЛ).

4.3. ПРОИЗВОДСТВО КОРУНДОВЫХ ЛЕГКОВЕСНЫХ ИЗДЕЛИЙ

4.3.1. Метод литья

Сырьем служит технический глинозем AI2O3 (95%), кото­рый размалывают в трубной мельнице до получения по­рошка с содержанием не более 1 % фракции крупнее 0,06 мм и не менее 35 % фракции мельче I мкм. Вторым компонентом является мел СаСО3 (5%). Из мела в про­пеллерной мешалке готовят меловое молоко плотностью 1,25—1,30 г/см3, которое в другой пропеллерной мешалке смешивают с водным раствором сульфитно-дрожжевой бражки (с. д. б.). Плотность раствора мелового молока и с. д. б. 1,045—1,050 г/см3. Третьим компонентом служат опилки (15—20 % сверх 100%). измельченные до размеров менее 3 мм. Массу готовят в горизонтальной мешалке пе­риодического действия.

Сначала опилки смачивают меловым молоком, потом подают технический глинозем, перемешивают 12—15 мин, влажность массы 31—35%. Изделия формуют методом ли­тья в металлические формы. Сначала изделия сушат в фор­мах до остаточной влажности 15%, затем вынимают из форм, перекладывают на печные вагонетки на ребро в 5 ря­дов по высоте. Вагонетки с сырцом сначала поступают в туннельное сушило, а затем без перекладки в туннельную печь и обжигают при температуре 1480—1540сС, время об­жига 80—100 ч. После обжига изделия обрезают до задан­ных размеров на трехпозиционных резательных станках.

Свойства изделий: кажущаяся плотность 1,13— 1,26 г/см3, открытая пористость 66—69 %, предел прочности при сжатии 3,8—4,2 Н/мм2, дополнительная усадка при 1500°С и выдержке 2 ч 0,4—0,6%, коэффициент теплопроводности 0,51 Вт/(м-К) при 800°С на горячей стороне и 0,67 Вт/(м*К) при 1200°С, термическая стойкость 7—8 теплосмен (1300°С — воздух).

Структура корундовых легковесов однородная и состо­ит из изометрических зерен корунда размером 3—5 мкм (75—80%) и тонкопризматических кристаллов гексаалю-мината кальция СаО-6А12О3 (20—25%).