ТСМ II

Огнеупоры. Технология огнеупоров.

Огнеупоры – неметаллические изделия и материалы с огнеупорностью не менее 1580 0С, изготавливаются главным образом из минерального сырья и предназначены для использования в агрегатах и устройствах в качестве защиты от тепловой энергии и агрессивной среды.

Классификация огнеупоров:

I. По физическому составу и способу изготовления:

-формованные;

-неформованные.

II. По геометрической форме:

-прямоугольные нормальные;

-клиновидные;

-фасонные.

III. По фирменным названиям:

-Радекс;

-Сименсит;

-Корхарт;

-Орекс;

-Райтекс;

-Катарон;

-Синтеркорунд.

IV. По химико-минералогическому составу, т. е. классифицирующим признаком является содержание основного компонента в пересчете на чистые оксиды:

4.1кремнеземистые;

4.2алюмосиликатные;

4.3глиноземистые (корундовые);

4.4глиноземисто-известняковистые;

4.5высокоглиноземистые;

4.6магнезиально-силикатные;

4.7магнезиально-силикатные – шпинелидные;

4.8магнезиально-силикатные – известковые;

4.9известковые;

4.10хромистые;

4.11цирконистые;

4.12оксидные;

4.13углеродистые;

4.14карбидокремнеевые;

4.15бескислородные.

При композиционном составе огнеупора на 1-ое место ставится наименование группы, преобладающего компонента.

V. В зависимости от огнеупорности:

-огнеупорные (1580-1770 0С);

-высокоогнеупорные (1770-2000 0С);

51

- высшей огнеупорности (более 2000 0С).

Требования предъявляемые к огнеупорам

1. Огнеупорность – способность материала противостоять, не разрушаясь действию высоких температур.

Показатель огнеупорности: t0, под влиянием которого образец спец. формы (трехгранная усеченная пирамида h=30 мм со сторонами нижнего основания 8 мм и верхнего – 2 мм, т. е. конус Зегера. Деформируется так, что его вершина касается основания. Огнеупорность определяют в сравнении со стандартными конусами – пироскопов. Огнеупорность материала считается равной огнеупорности того пироскопа, который при испытаниях коснулся основания одновременно с испытуемым образцом. Пироскопы изготавливают с t до 2000 0С с интервалом 20-40 0С. Численное значение t0падения пироскопа соответствует его номеру, увеличенному в 10 раз

(177·10=1770 0С).

2.Ползучесть при сжатии (крип) – определяется изменением линейных размеров образца d = 36 мм и h = 50 мм, подвергнутого действию постоянной сжимающей нагрузки и постоянной температуры в течении заданного времени.

3.Испаряемость (кг/м2·с) – заметное испарение начинается с 1700 0С. Наиболее сильно испаряется магнезиальные огнеупорные материалы.

4.Газопроницаемость – зависит от количества сквозных пор, их размера и формы. С повышением температуры газопроницаемость уменьшается.

5.Шлакоустойчивость – способность огнеупоров противостоять действию расплавляющихся шлаков, стекла и других материалов, соприкасающихся с огнеупором в процессе службы;

6.Термическая стойкость – способность материалов выдерживать без разрушения резкие колебания температур. Определяется количеством теплосмен, которые может выдержать изделие до потери 20% своей

52

первоначальной массы. При нагревании торцевой его части до 1300 0С, с последующим охлаждением раскаленной части изделия в проточной воде.

Изделия изготавливаются полусухим прессованием более термостойкие, чем изделие сформованные пластическим способом.

7.Теплопроводность – зависит от химико-минералогического состава материала и его структуры.

8.Теплоемкость;

9.Температуропроводность;

10.Электрическое сопротивление;

11.Правильность формы и точность размеров.

53

РАЗДЕЛ №15. Технология искусственных заполнителей Основные разновидности искусственных пористых заполнителей

Пористые неорганические заполнители – это сыпучие материалы с объемной массой не более 1200 кг/м3 при крупности до 5 мм (песок) и не более 1000 кг/м3 при крупности зерен 5-40 мм (щебень и гравий). Они могут быть искусственные и природные.

Искусственные пористые заполнители – сыпучие материалы, полученные путем термической обработки силикатного сырья, подвергнутого рассеву или дроблению и рассеву (керамзит, аглопорит, шлаковая пемза, перлит).

Общие свойства пористых искусственных заполнителей.

1.Плотность (истинная) 2.65 – 2.7 г/см3 .

2.Объемная масса (называемая объемной массой в куске) 0,7 – 1,8

г/см3.

3.Насыпная объемная масса – это масса единицы объема сыпучих

кусковых материалов, включая объем межзерновых пустот, при условии свободной засыпки (без уплотнения) 200-1200 кг/м3.

4.Пористость истинная (общая) 40-75%.

5.Пористость кажущаяся (открытая) 30-65%.

6.Пористость закрытая 10-20%.

7.Прочность. Прочность пористых заполнителей определяют сдавливанием в стальном цилиндре диаметром 150 мм порции материала высотой 100 мм до осадки в нем (цилиндре) поршня на 20 мм. Т.е. определяется условная прочность. Действительная прочность зерен заполнителя превышает условную для керамзита в 4-5, а для аглопорита в 30 раз.

8.Гранулометрический состав заполнителя. Для крупного заполнителя установлено деление по размеру зерен на три фракции: 5-10, 1020, 20-40 мм. Содержание отдельных фракций в товарной продукции не нормируется.

9.Морозостойкость. Для искусственных пористых заполнителей количественной мерой морозостойкости является потеря по массе после определенного количества циклов попеременного замораживания и оттаивания насыщенного водой материала. Морозостойкость ИПЗ уменьшается с возрастанием их внутренней поверхности Морозостойкость аглопорита больше, чем керамзита.

10.Теплопроводность. Теплопроводность ГОСТом не нормируется, но является важнейшим их свойством, поскольку основное применение они находят для производства легких бетонов.

54

Технология керамзита

Материалы керамзитового типа получают вспучиванием при обжиге глиняной массы. Вспучивание – это увеличение материала в объеме за счет образования внутренней, преимущественно замкнутой пористости.

Материалы керамзитового типа являются керамзитовый гравий, керамзитовый песок и штучный керамзит. Штучный керамзит – известен под названием ячеистая керамика и пенокерамика. Наибольшее распространение получил керамзитовый гравий, который обычно именуют просто просто керамзитом. Керамзитовый гравий был запатентован Стефаном Хейдом (США, 1918) и известен в США под названием «хайдита», а в западноевропейских странах под названием «лека». В СССР производство керамзита организовано в 1939 г.

Источником газовыделения в глинах являются реакции разложения и восстановления оксидов железа при их взаимодействии с органическими примесями или добавками в глине, а также химически связанная вода глинистых минералов:

6Fe2O3 → 4Fe3O4 + O2 (разложение)

2 Fe3O4 → 6FeO + O2 (разложение)

Fe2O3 + C → 2 FeO + CO (восстановление) Fe2O3 + CO → 2 FeO + CO2 (восстановление)

Добавка в глину железистых примесей (например, пиритных огарков), а также органических веществ (уголь, соляровое масло, мазут) увеличивает способность глины вспучиваться.

Этапы вспучивания глиняных гранул.

Процесс формирования керамзитовой структуры при обжиге глиняной гранулы развивается в три температурных этапа.

Первый этап (100-8000С). В этом температурном интервале в грануле образуются поры различных размеров за счет удаления физической влаги и частично химически связанной воды, а также за счет частичного выгорания органических примесей.

Второй этап (800 – 10500С). В этом интервале происходит образование наружной спекшейся оболочки и дальнейшее развитие пористости. В материале развиваются твердофазовые реакции и происходит накопление жидкой фазы.

Третий этап (1050 – 12000С). Интенсивно развиваются и завершаются процессы вспучивания, нарастает количество средних и крупных пор радиусом до 50 мкм.

Восстановительная среда повышает вспучиваемость глин и понижает температуру их вспучивания. Однако это не обусловливает необходимость вести процесс обжига с недостатком воздуха для горения топлива. Важно, чтобы Со и Н2 содержались не в печных газах, а в газовых пузырьках, заполняющих поры гранул, что достигается наличием восстановительных реакций в обжигаемых гранулах.

55

Способы производства керамзитового гравия

В зависимости от методов обработки глины и приготовления гранул различают три способа производства керамзита: сухой, пластический и шликерный.

1. Сухой способ. При этом способе гранулы не формуются, а образуются дроблением и рассевом карьерной глины. Гранулы подсушивают при карьерной влажности более 8%. Сухой способ наиболее экономичен по капиталовложениям и эксплуатационным затратам.

2.Способ пластического формования гранул. При этом способе их формуют из пластичной глиняной массы. Гранулы поступающие в печь имеют влажность 12-14%. Пластический способ является более сложным и дорогим, чем сухой, но зато он допускает использование глин более распространенных разновидностей и дает возможность вводить в глину добавки, повышающие ее вспучиваемость.

3.Шликерный способ. Он является бесформовым, т.е. во вращающуюся печь падают глиняный шликер, и гранулы образуются самопроизвольно в самой печи. Этот способ целесообразно применять, когда карьерная влажность глин выше формовочной. Приготовленный шликер должен иметь растекаемость по прибору МХТИ-ТН-2 55-60 мм. Этот способ является универсальным, т.к. позволяет использовать глины с более широким диапазоном свойств. Недостаток - повышенный расход топлива и снижение производительности печи на 25-30%.

Принципиальная схема производства керамзита

Добытая в карьере одноковшовым экскаватором глина автосамосвалом перевозиться в глинозапасник, где подсушивается и вылеживается. Готовая к переработке глина грейферным краном загружается в один из приемных бункеров глинорыхлительной машины. Через ящичный подаватель глина поступает по ленточному конвейеру в двухвальную глиномешалку, где разрушается структура сырья и происходит смешение с органической добавкой – мазутом. После смешения глина по ленточному конвейеру подается в пресс с фильтрующей приставкой для дополнительного перемешивания, затем смешенная масса поступает в формующий пресс. Сформованные гранулы ленточным конвейером подаются в сушильный барабан.

Сухая керамзитовая пыль из электрофильтров автотранспортом доставляются в специальный бункер и через загрузочное устройство по течке дозируется в сушильный барабаню В процессе вращения барабана поверхность каждой гранулы покрывается слоем опудривающей добавки толщиной 0,5-1,0 мм, что предотвращает слипание гранул в конгломераты. Расход опудривающей добавки составляет 2% от сухой массы глины.

56

Гранулы после сушильного барабана с влажностью 3-5% с помощью скребкового конвейера , элеватора направляются в расходные бункера . Обжиг в производстве керамзита – главная и наиболее ответственная операция. Важнейшими технологическими параметрами процесса вспучивания являются скорость нагревания, температура и газовый режим в различные периоды обжига. Во вращающейся печи (13) продолжительность обжига керамзита составляет 30-60 минут. Характер процессов, происходящих при обжиге керамзитового гравия во вращающейся печи, позволяет условно разделить ее на четыре зоны:

1.сушки или испарения влаги;

2.нагрева, совпадающую с зонами дегидратации, декарбонизации и окислительно-восстановительных реакций,

3.вспучивания;

4.охлаждения.

Вначале сырец поступает в зону сушки, где под действием теплоты дымовых газов, имеющих в этой зоне температуру от 200 до 7500С, свободная и частично физически связанная вода, содержащаяся в нем, испаряется. Свободная вода полностью удаляется лишь тогда, когда температура глинистого материала достигает 1200С. Физически связанная вода, адсорбированная на поверхности мельчайших глинистых частиц и заполняющая микрокапиляры, при медленном обжиге удаляется в температурном интервале 150-1700С, а при быстром нагреве – при более высоких температурах. Так как на испарение затрачивается большое количество теплоты, температура самого материала в зоне сушки поднимается весьма медленно и лишь к концу обезвоживания достигает примерно 2000С. Длина зоны сушки при пластическом способе составляет до 25-40% общей длины печи.

Далее высушенный материал с температурой около 200 С поступает в следующую зону – зону нагрева длиной 20-30% общей длины печи. В этой зоне происходит сложный комплекс важнейших в технологии керамзита окислительно-восстановительных реакций, дегидратация и декарбонизация материала. Обжиг керамзита, как правило, ведут в слабоокислительной и окислительной внешней среде, а весь процесс нагрева материала в этой зоне с 200 до 1100-1250 0С, когда он начинает вспучиваться, занимает всего лишь около 15-30 минут. Время же нагрева в период наиболее интенсивного выделения паро- и газообразных продуктов разложения глинистых материалов, карбонатов и т.д. до температуры вспучивания составляет всего 6-8 мин. (со скоростью 70-90 град/мин).

Из зоны нагрева материал поступает в зону вспучивания, где под влиянием высоких температур размягчается за счет давления изнутри газообразных продуктов, окислительно-восстановительных реакций, незавершенных в период нагрева, а также реакций разложения и взаимодействия отдельных компонентов породы. Длина зоны вспучивания составляет около 15-20% всей

57

длины печи. После вспучивания керамзит проходит зону отвердевания (5% длины печи).

При выходе из вращающейся печи керамзит имеет температуру 950-1050 0С. Для беспрепятственного проведения дальнейших технологических операций его охлаждают до 50-70 0С с использованием барабанного холодильника охладителя. Далее материал поступает на рассев с помощью грохотов , а затем направляется в силоса для хранения.

58

РАЗДЕЛ №16. Технология производства газосиликатных блоков.

Технологический процесс изготовления изделий из ячеистого бетона

Процесс включает следующие стадии:

1.прием и складирование исходных сырьевых материалов;

2.подготовка сырьевых материалов (помол известкова-песчаного вяжущего и песчаного шлама);

3.приготовление ячеистобетонной смеси;

4.заполнение формы и ее выдерживание;

5.вспучивание (для газобетона);

6.доавтоклавная обработка (разрез массива, прикатка горбушки,

выдержка);

7.автоклавирование;

8.распалубка изделий.

Вяжущие вещества (цемент, строительная негашеная известь) поступают на завод железнодорожным транспортом. Кремнеземистый компонент (кварцевый песок) доставляется с помощью автомобильного транспорта (1) и разгружается в приемные бункера (2), которые сверху перекрыты металлическими решетками с размером ячеек около 20 см, что предотвращает попадание крупных каменистых и иных включений. Далее с помощью ленточного питателя (3) песок направляется по ленточному конвейеру (4) на рассев на сито бурат (5), подситный продукт распределяется по промежуточным бункерам (5а), а затем распределяется по расходным бункерам (7 и 17). Часть песка отправляется для приготовления известковопесчаного вяжущего, а другая часть для приготовления песчаного шлама.

Практически на всех заводах ячеистого бетона в странах СНГ используется технология приготовления известково-песчаного вяжущего путем совместного помола в шаровых (трубных) (18) мельницах негашеной извести и кварцевого песка в соотношении 1:1. Соотношение между указанными выше компонентами определяется таким образом, чтобы активного СаО в вяжущем было в пределах 32-36%, удельная поверхность вяжущего не менее 4500 см2/г, в том числе удельная поверхность песка в известково-кремнеземистом вяжущем 2000-2400 см2/г. После помола вяжущее направляется для усреднения в гомогенизаторы (23). Разброс активного СаО в вяжущем после гомогенизации допускается в пределах 0,5- 1,0%.

Молотый кварцевый песок используется в виде песчаного шлама. Для приготовление которого в мельницу мокрого помола (8) дозируется песок, вода и добавки-интенсификаторы помола. Подача сырьевых материалов в мельницу осуществляется с помощью весовых дозаторов (3) с точностью дозировки не менее +1%. Песчаный шлам с помощью пневмокамерного насоса перекачивается в накопительную емкость (25), где производится его гомогенизация за счет механического перемешивания и барбатирования. Эффективность мокрого помола кварцевого песка на 30% выше, чем сухого.

59

В зависимости от плотности ячеистого бетона удельная поверхность молотого песка может колебаться от 3000 до 1700 см2/г(чем нижеплотность , тем выше удельная поверхность).

Плотность песчаного шлама должна быть для вибро- и ударной технологии 1700-1750 Kr/MJ, литьевой технологии 1600-1650 кг/м3.

Приготовление ячеистобетонной смеси.

Перемешивание ячеистобетонной смеси производят в гидродинамическом смесителе (вибросмесителе) (36). Очень важна последовательность загружаемых материалов в смеситель, которая должна быть следующей: сначала подается песчаный шлам и вода (перемешивание производится в течение 30 секунд). Затем добавляют вяжущие компоненты (цемент + известково-песчаное вяжущее). Время для перемешивание составляет 3-4 минуты. После этого в смеситель подают алюминиевую пудру из расчета 300-700 г на 1 м3 бетона в зависимости от его плотности. Поверхность частиц алюминиевой пудры покрыта слоем ориентированных молекул жирных кислот. Для удаления с поверхности частиц жировой пленки пудра подвергается обработке поверхностно-активными веществами (ПАВ). Приготовление алюминиевой суспензии происходит в суспензаторе (28). Температура компонентов ячеисто-бетонной смеси и воды подбирается из расчета начальной температуры смеси (40-45 С). При заливке смеси на смешанном вяжущем в форму ее подвижность (текучесть) по прибору Суттарда (диаметр расплыва смеси) должна быть для литьевой технологии в пределах 20-30 см. (В/Т=0,55-0,65), для технологии с применением динамических воздействий соответственно 10-16 см (В/Т=0,4-0,45).

Формование ячеистобетонной смеси может осуществляться тремя способами: литьевым, вибрационным, ударным. При использовании динамических воздействий при вспучивании ячеистобетонной смеси формование производят на ударной или вибрационной площадках (37). В качестве газообразователя для формирования ячеистой структуры бетона используется алюминиевая суспензия, действие которого основано на свойстве пластичного раствора удерживать при вспучивании распределенный в нем газ:

2А1 + 3Са(ОН)2 + 6Н20 = 3СаО·А12О3·6Н2О + 3Н2

Зерна пудры являются центрами газообразования, по мере накопления которого возникают и сохраняются сфероидальные ячейки, рассредоточение равномерно по всему объему смеси.

Таким образом процесс формования включает:

-заливку смеси из смесителя в форму;

-разравнивания и вспучивания высоковязкой смеси с использованием динамических воздействия; Общая продолжительность цикла формования с учетом установки форм, заливки смеси и формования непревышает 15 минут. По возможности формы должны быть нагреты до 35-40 С.

60