Способ производства кристобалита

 

Использование: для получения керамических материалов, а именно клинкеров специального назначения, в том числе огнеупорного наполнителя формовочных масс для точного литья по выплавляемым моделям. Сущность изобретения: готовят смесь из 90-100% кварцевого песка и не более 10% бентонитового концентрата, измельчают до фракции 0,5 мм. Одновременно готовят смесь из не более 40% силикатглыбы и 100-60% воды. 96-99% первой смеси перемешивают с 1-4% второй смеси и формируют спрессованный до степени уплотнения 0,4-0,8 слой толщиной не более 20 мм на движущейся со скоростью не более 0,5 м/с поверхности расплава металла. Обожженный материал отделяют от расплава под углом 2-4^o вверх и охлаждают. 1 табл.

Изобретение относится к производству керамических материалов, а именно клинкеров специального назначения, в том числе огнеупорного наполнителя формовочных масс для точного литья по выплавляемым моделям.

Известен способ получения кристобалита обжигом брикетов кварцевого песка в смеси с 2-5% бентонитовой глины и 0,1-0,6% щелочного оксида при температуре 1400-1700^oС в обжиговых агрегатах с газообразным теплоносителем со скоростью нагрева до 500 градусов в час и выдержкой при максимальной температуре 30-90 мин в зависимости от температуры в обжиговом пространстве (Р.Я. Попильский, Г. А. Серова. Об условиях получения кристобалита из кварцевого песка, труды МХТИ им. Менделеева, вып. ХХVII, Исследования в области химии и технологии силикатов. Госстройиздат, 1959, с. 197-204).

Наиболее близким техническим решением является способ производства кристобалита, заключающийся в приготовлении смеси путем дозирования и смешения компонентов, формировании равномерного слоя спрессованного до степени уплотнения, равной 0,4-0,8, обжиге последнего на движущейся со скоростью V не более 0,5 м/с от загрузочного к разгрузочному концу расплавотермического реактора по поверхности расплава металла, отделении обожженного материала от расплава под углом 2-4^o вверх с последующим охлаждением продукта в холодильнике (заявка N 5000091/33(059776) от 04.07.91, решение о выдаче патента от 08.07.92 (патент N 2010779).

Указанные способы имеют существенные недостатки, заключающиеся в том, что последовательность операций и количественное соотношение ингредиентов не позволяет равномерно распределить микродобавки на стадиях подготовки сырьевой смеси, отсутствие ограничений на помольное оборудование процесса приводит к загрязнению продукта металлическими включениями и снижению качества продукта, отсутствие в составе сырьевых компонентов материалов, выделяющих в процессе обжига газообразные продукты, создает условия в реакторе, благоприятные для подсоса воздуха в реактор и окисления теплоносителя с последующим загрязнением продукта этими оксидами по поверхности непосредственного контакта теплоносителя и материала, что заставляет механически отделять загрязненный слой продукта для отбраковки и снижает выход готового продукта.

Основной задачей данного изобретения является повышение качества получаемого кристобалита и его выхода из единица сырьевой смеси.

Поставленная цель достигается тем, что в способе производства кристобалита, заключающемся в приготовлении смеси путем дозирования и смешения компонентов, формировании равномерного слоя, спрессованного до степени уплотнения, равной 0,4-0,8, обжиге последнего на движущейся со скоростью V не более 0,5 м/с от загрузочного к разгрузочному концу расплавотермического реактора поверхности расплава металла, отделении обожженного материала от расплава под углом 2-4^o вверх с последующим охлаждением продукта в холодильнике, приготовление смеси производят одновременно на двух технологических потоках, на одном из которых производят дозирование, смешение 90-100% кварцевого песка и не более 10% бентонитового концентрата и совместное усреднительное измельчение до фракции менее 0,5 мм, а на другом дозирование и смешение не более 40% силикатглыбы и 100-60% воды, после чего дозируют и смешивают 99-96% смеси твердых компонентов первого потока и 1-4% смеси с жидким компонентом второго потока, из приготовленной смеси формируют равномерный спрессованный слой материала толщиной не более 20 мм, обжиг производят при температуре не более 1650^oС в течение 300-700 с, после охлаждения производят измельчение полученного материала до заданной тонины помола.

Ограничения по содержанию в сырьевой смеси добавочных компонентов кроме кварцевого песка объясняются реологическими свойствами материала при технологически необходимом формировании спрессованного слоя материала, способного нести торцевую нагрузку для осуществления транспортных функций в расплавотермическом агрегате.

Экспериментально показана возможность получения спрессованного слоя материала, способного без разрушения пройти все транспортное расстояние, состоящего из кварцевого песка фракции менее 0,5 мм при смешении его с 10% бентонитового концентрата и увлажнения смеси 1% воды. Таким же образом определена возможность получения качественного спрессованного слоя из фракций менее 100 мкм из смеси, содержащей 96% кварцевого песка и 4% раствора жидкого стекла, содержащего 40% силикатглыбы. Следует отметить также каталитическое воздействие добавки жидкого стекла на процесс кристобализации, что обусловливает возможность применения порошка силикатглыбы как компонента, повышающего скорость кристобализации или увеличивающего производительность технологической линии.

Однако при сухом смешении кварцевого песка и порошка силикатглыбы после обжига отмечалась неравномерность кристаллизации кристобалита в разных объемах продукта и появление зон с повышенным содержанием стеклофазы.

Эту неравномерность удается ликвидировать, вводя силикатглыбу в состав смеси в виде суспензии, содержащей 60% воды.

Увеличение толщины спрессованного слоя материала более 10 мм приводит к некоторому снижению содержания кристобалита в продукте, однако в указанном температурно-временном интервале критическое содержание кристобалита в 70% массы достигается при толщине ленты 20 мм.

Процесс кристобализации кварцевого песка наиболее интенсивно протекает при температуре не более 1650^oС. Повышение температуры выше 1650^oС приводит к появлению увеличивающегося количества застекленного материала.

Минимальное время 300 с расплавотермической обработки определяется временем достижения минимально допустимого с точки зрения использования продукта содержания кристобалита (70%), а максимальное ограничивается резким замедлением скорости процесса после обработки длительностью 700 с.

Предложенный способ осуществляется следующим образом: кварцевый песок и бентонитовый концентрат из сырьевых емкостей дозаторами подают в соотношении 90-100% кварцевого песка и не более 10% бентонита в мельницу безжелезистого помола с керамическими мелющими телами, где проводят смесительное измельчение их до фракции менее 0,5 мм. Из других сырьевых емкостей дозируют в смеситель порошок силикатглыбы не более 40% и смешивают с 100-60% воды, после чего дозируют и смешивают 99-96% смеси твердых компонентов первого потока и 1-4% смеси с жидким компонентом второго потока, из приготовленной смеси формируют равномерный спрессованный слой со степенью уплотнения 0,4-0,8, толщиной не более 20 мм, который подают в расплавотермический агрегат, где его обжигают, продвигая по поверхности расплава металла, разогретого до температуры не более 1650^oС в течение 300-700 с, после чего обожженный материал перегружают в холодильник, где охлаждают до температуры 200-250^oС, после чего мелют до заданной тонины помола, расфасовывают и подают на склад готовой продукции.

В Санкт-Петербургском технологическом институте создана и эксплуатируется лабораторная расплавотермическая установка мощностью 10 кВт, а также совместно с институтом "Гипроцемент" экспериментальная установка мощностью 100 кВт, на которых проведены исследования по отработке технологии производства кристобалита.

В работе использованы кварцевый песок Люберецкого месторождения, бентонитовый концентрат (ГОСТ из регламента), жидкое стекло ТУ 6-15-856-79. Сырьевые компоненты смешивали по вышеприведенной технологической схеме и обжигали в расплавотермическом агрегате. Содержание кристобалита в продуктах обжига определяли количественным ИК-спектрометрическим методом. Результаты определений сведены в таблицу.

Как видно из таблицы, наиболее интенсивно процесс кристобализации кварцевого песка протекает при температуре 1650^oС. Повышение температуры выше 1650^oС приводит к появлению увеличивающегося количества застеклованного материала. Минимальное время 300 с расплавотермической обработки определяется временем достижения минимально допустимого с точки зрения использования продукта содержания кристобалита (70%), а максимальное - ограничивается резким замедлением скорости процесса после обработки длительностью 700 с.

Ограничения по содержанию в сырьевой смеси добавочных компонентов кроме кварцевого песка объясняются реологическими свойствами материала при технологически необходимом формировании спрессованного слоя материала, способного нести торцевую нагрузку для осуществления транспортных функций в расплавотермическом агрегате. Экспериментально показана возможность получения спрессованного слоя материала, способного без разрушения пройти все транспортное расстояние, состоящего из кварцевого песка фракции менее 0,5 мм при смешении его с 10% бентонитового концентрата и увлажнения смеси 1% воды. Таким же образом определена возможность получения качественного спрессованного слоя из фракций менее 100 мкм из смеси, содержащей 96% кварцевого песка и 4% раствора жидкого стекла, содержащего 40% силикатглыбы. Смешение всех компонентов улучшает реологические свойства смеси и, как видно из таблицы, не ухудшает качества получаемого продукта. Следует отметить также каталитическое воздействие добавки жидкого стекла на процесс кристобализации, что обусловливает возможность применения порошка силикатглыбы как компонента, повышающего скорость кристобализации или увеличивающего производительность технологической линии. Однако при сухом смешении кварцевого песка и порошка силикатглыбы после обжига отмечалась неравномерность кристаллизации кристобалита в разных объемах продукта и появление зон с повышенным содержанием стеклофазы.

Эту неравномерность удалось ликвидировать, вводя силикатглыбу в состав смеси в виде суспензии, содержащей 60% воды.

Увеличение толщины спрессованного слоя материала более 10 мм приводит к некоторому снижению содержания кристобалита в продукте, однако в указанном температурно-временном интервале критическое содержание кристобалита в 70% массы достигается при толщине ленты 20 мм и обжиге в течение 600 с при температуре 1650^oС.

В процессе отработки технологии на лабораторной установке нами не отмечено загрязнения обожженного материала продуктами окисления теплоносителя, в то время как после перехода на работу на 100 кВт реакторе габаритные изменения разгрузочного и загрузочного окон расплавотермического агрегата привели к загрязнению слоя продукта, непосредственно контактирующего с теплоносителем во время обжига. Толщина этого слоя не превышала 1 мм, что свидетельствует о наличии конвективного подсоса воздуха в обжиговое пространство. Загрязнение кристобалита продуктами окисления расплава металла удалось ликвидировать после установки устройства, перегружающего обожженный материал из пространства за разгрузочным порогом реактора в холодильник, которое исключает возможность поступления атмосферы холодильника в реакционное пространство. В качестве такого устройства могут быть использованы соответствующих размеров ячейковые питатели, последовательно установленные поворотные заслонки и тому подобные устройства.

Формула изобретения

Способ производства кристобалита, заключающийся в приготовлении смеси путем дозирования и смешения компонентов, формировании равномерного слоя, спрессованного до степени уплотнения, равной 0,4-0,8, обжиге последнего на движущейся со скоростью 0 <V <0,5 м/с от загрузочного к разгрузочному концу расплавотермического реактора по поверхности расплава металла, отделении обожженного материала от расплава под углом 2-4° вверх с последующим охлаждением продукта в холодильнике, отличающийся тем, что приготовление смеси производят одновременно на двух технологических потоках, на одном из которых производят дозирование, смешение 90-100% кварцевого песка и не более 10% бентонитового концентрата и совместное усреднительное измельчение до фракции менее 0,5 мм, а на другом дозирование, смешение не более 40% силикат-глыбы и 100-60% воды, после чего дозируют и смешивают 99-96% смеси твердых компонентов первого потока и 1-4% смеси с жидким компонентом второго потока, из приготовленной смеси формируют равномерный спрессованный слой материала с толщиной не более 20 мм, обжиг производят при температуре не более 1650^oС в течение 300-700 с, после охлаждения производят измельчение полученного материала до заданной тонины помола.

РИСУНКИ

Рисунок 1