Смесь для изготовления безобжиговых кварцитовых огнеупоров

 

Изобретение относится к производству огнеупоров, в частности для футеровки металлургических агрегатов, например коксовых батарей, нагревательных колодцев, сталеразливочных и чугуновозных ковшей. Техническим результатом является получение качественных огнеупоров, утилизация промышленных отходов и расширение сырьевой базы производства огнеупоров с низкой себестоимостью. Смесь для изготовления безобжиговых кварцитовых огнеупоров, включающая кварцитовый заполнитель, феррохромовый шлак и жидкое стекло, содержит в качестве кварцитового заполнителя отход производства кристаллических кварцитов со структурой, представленной размером зерен 0,005 - 0,05 мм, состава, мас.%: халцедон 7 - 10, акцессорные минералы 1 - 3, кварц - остальное, жидкое стекло плотностью 1,32 г/см³, полученное прямым растворением едким натром отходов сухих газоочисток производства высокопроцентного ферросилиция - кремнеземсодержащей пыли с размером частиц (50 - 2500)×10^-6 м, содержанием общего углерода 0,3 - 2,9% при температуре 90 - 95°С, весовом соотношении твердого вещества и жидкости 1:1,1-1,6 и гидротермальной обработки в течение 60 - 90 мин, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный отход производства кристаллических кварцитов 94 – 97, феррохромовый шлак 3 – 6, указанное жидкое стекло 8 – 14 сверх 100%. 5 табл.

Изобретение относится к производству огнеупоров, в частности для футеровки металлургических агрегатов, например коксовых батарей, нагревательных колодцев, сталеразливочных и чугуновозных ковшей.

Известна кварцитовая огнеупорная масса для изготовления безобжиговых бетонных монолитных футеровок и блоков, содержащая следующее соотношение компонентов, вес.%:

кристаллический кварцит 95-99

основной саморассыпающийся

шлак металлургического

производства с основностью

не менее 2 1-5

жидкое стекло

плотностью 1,2-1,35 г/см³ 16-18 сверх 100%

(а.с. СССР №411738, М.Кл. 2 С 04 В 35/14, 1976 г.).

Данная кварцитовая огнеупорная масса имеет низкую прочность при значительной себестоимости.

Известна масса для изготовления кварцитовых огнеупорных безобжиговых изделий, содержащая следующее соотношение компонентов, мас.%:

кварцитсодержащая добавка - совместно молотая

смесь кварцита и порошка феррофосфорного чугуна

в соотношении 90:10-95:5 10,8-17,7

феррохромовый шлак 0,5-0,9

жидкое стекло 7,4-10,6

кварцитовый заполнитель остальное

(а.с. СССР №1689359, М.Кл. 5 С 04 В 35/14, 1991 г.).

Промышленное применение данной массы ограничено из-за дефицита кварцитсодержащей добавки указанного состава.

Задачей изобретения является получение качественных огнеупоров, утилизация промышленных отходов и расширение сырьевой базы производства огнеупоров с низкой себестоимостью.

Поставленная задача достигается тем, что смесь для изготовления безобжиговых кварцитовых огнеупоров, включающая кварцитовый заполнитель, феррохромовый шлак и жидкое стекло, согласно изобретению она содержит в качестве кварцитового заполнителя отход производства кристаллических кварцитов со структурой, представленной размером зерен 0,005-0,05 мм, состава, мас.%: халцедон 7-10, акцессорные минералы 1-3, кварц - остальное, жидкое стекло плотностью 1,32 г/см³, полученное прямым растворением едким натром отходов сухих газоочисток производства высокопроцентного ферросилиция - кремнеземсодержащей пыли с размером частиц (50-2500)·l0^-6 м, содержанием общего углерода 0,3-2,9% при температуре 90-95°С, весовом соотношении твердого вещества и жидкости 1:1,1-1,6 и гидротермальной обработки в течение 60-90 мин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный отход производства

кристаллических кварцитов 94-97

феррохромовый шлак 3-6

указанное жидкое стекло 8-14 сверх 100%

Экспериментально установлено, что при подготовке смеси для изготовления безобжиговых кварцитовых огнеупоров использование в качестве кварцитового заполнителя отходов производства кристаллических кварцитов мас.% менее 94 и более 97 приводит к ухудшению качества полученных огнеупоров.

Выбор пределов содержания в смеси феррохромового шлака обусловлен следующим. При содержании в смеси феррохромового шлака 3-6 мас.% качество огнеупоров удовлетворяет предъявляемым техническим требованиям; при содержании в смеси данного шлака мас.% менее 3 и более 6 качество огнеупоров ниже требуемого.

Исследованиями установлено, что добавление сверх 100% в смесь жидкого стекла плотностью 1,32 г/см³, полученного прямым растворением едким натром отходов сухих газоочисток производства высокопроцентного ферросилиция - кремнеземсодержащей пыли с размером частиц (50-2500)·10^-6 м, мас.% менее 8 нецелесообразно, т.к. ухудшается удобоукладываемость смеси; избыток вяжущего в смеси мас.% более 14 нежелателен из-за увеличения времени затвердевания бетона.

Испытания показали, что для данной кремнеземсодержащей пыли оптимальной являлась температура растворения 90-95°С. Выдерживать температуру ниже 90°С, когда степень растворения отхода снижается, а длительность гидротермальной обработки увеличивается, нецелесообразно. Превышение температуры растворения пыли 95°С нежелательно, т.к. происходит коагуляция раствора. Продолжительность получения жидкого стекла плотностью 1,32 г/см³ более 90 мин экономически нецелесообразно, а при гидротермальной обработке менее 60 мин нет готовности продукта. Оптимальное соотношение твердого вещества, жидкости выявлено проведенными опытами 1:1,1-1,6, которое необходимо сохранять при получении жидкого стекла плотностью 1,32 г/см³, т.к. при увеличении жидкости степень растворимости пыли снижается, а при снижении содержания жидкости раствор коагулирует, что нежелательно.

Предлагаемая смесь для изготовления безобжиговых кварцитовых огнеупоров с указанной совокупностью признаков обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в получении качественных огнеупоров, утилизации промышленных отходов горнометаллургического производства, расширении сырьевой базы производства огнеупоров с низкой себестоимостью.

Получение данного технического результата достигнуто решением задачи на изобретательском уровне, в частности оптимально подобранной рецептурой смеси и технологии получения жидкого стекла, утилизацией промышленных отходов: отход производства кристаллических кварцитов и отход сухих газоочисток производства высокопроцентного ферросилиция - кремнеземсодержащая пыль с размером частиц (50-2500)·10^-6 м, содержанием общего углерода 0,3-2,9%. Необходимость использования в смеси в качестве кварцитового заполнителя отходов производства кристаллических кварцитов со структурой, представленной размером зерен 0,005-0,05 мм, состава, мас.%: халцедон 7-10, акцессорные минералы 1-3, кварц - остальное, обусловлена:

- минеральным составом добавки, т.к. халцедоновый цемент кварцита активно вступает во взаимодействие с натрово-силикатной связкой бетона, при этом повышается силикатный модуль связки, следовательно, и температура ее размягчения; α-кварц в цементе и на его контакте интенсивнее и в более растянутом интервале превращается в низкотемпературный и метастабильный кристобалит, минуя полиморфное превращение в β-кварц, что предотвращает скачкообразное объемное расширение кремнезема бетона за счет полиморфного превращения, а также взаимодействия акцессорных минералов с натрово-силикатной связкой и минералами феррохромового шлака создает стабильную пироксеноливиншпинелевую долговременную связку, армированную графитом из органики кварцита и силикатного стекла;

- тонкой гранобластовой структурой кварцита, которую образуют разноориентированные его зерна размером 0,005-0,05 мм, а также халцедоновый порово-крустификационный цемент положительно влияют на прочность огнеупоров из данной смеси при высокой температуре их эксплуатации: переход α-кварца в β-кварц связан с увеличением объема на 0,86%; коэффициент линейного термического расширения, а следовательно, деформация при нагревании в направлении, перпендикулярном оси симметрии третьего порядка, в два раза больше, чем по оси, которая в тонко и микрокристаллическом кварците при наличии вязкого халцедонового скелета компенсируется и не оказывает отрицательного воздействия на прочность огнеупора, полученного из смеси заявляемого состава.

Пример. Для получения безобжиговых кварцитовых огнеупоров готовили смесь со следующим соотношением компонентов, мас.%:

молотый кварцит - отход производства кристаллических кварцитов со структурой, представленной размером зерен 0,005-0,05 мм, состава, мас.%: халцедон 7-10, акцессорные минералы 1-3, кварц – остальное 96

феррохромовый шлак 4

жидкое стекло плотностью 1,32 г/см³ 9 сверх 100%

Предварительно для смеси подготовили жидкое стекло, которое получили прямым растворением едким натром отходов сухих газоочисток производства высокопроцентного ферросилиция - кремнеземсодержащей пыли с размером частиц (50-2500)·l0^-6 м и содержанием общего углерода 2,9% в реакторе с водяным обогревом при весовом соотношении твердого вещества, жидкости 1:1,6; температуре 93°С и гидротермальной обработке в течение 60 мин. Кремнеземсодержащая пыль содержала двуокись кремния, мас.% 93,3 с индексом активности, % - 98,5. Характеристика используемой для получения жидкого стекла пыли, ее фракционный состав представлены в таблицах 1, 2 соответственно. Опыты подтвердили, что при получении жидкого стекла по параметрам, выходящим за пределы заявляемого технологического режима (пример 1 таблицы 3), получали смесь с низкой степенью растворимости SiO₂; огнеупоры, изготовленные из смеси с таким жидким стеклом, были пониженного качества (пример 10 таблицы 5). Анализ показал, что в раствор перешли практически все примеси, содержащиеся в отходах сухих газоочисток: СаO, МgO, Аl₂O₃, Fе₂O₃. Степень растворимости SiO₂ от общего SiO₂, мас.% - 92,5. Условия и результаты получения жидкого стекла приведены в таблице 3.

В качестве отвердителя использовали феррохромовый шлак фракции 0,09 мм следующего состава, мас.%: СаО - 46,0; МgО - 12,0; Аl₂O₃ - 5,0; Сr₂O₃ - 8,0; SiO₂ - 29,0; влага - 1,5.

В качестве кварцитового заполнителя использовали молотый кварцит - отход производства кристаллических кварцитов со структурой, представленной размером зерен 0,005-0,05 мм, состава, мас.%: халцедон 7-10, акцессорные минералы 1-3, кварц - остальное. Характеристика данного отхода, его минералогический состав представлены в таблице 4.

Приготовление смеси осуществляли в смесителе, формование образцов из полученной смеси - на прессе с валковым вибратором, сушку - в сушильном шкафу с температурой 100°С в течение 16 ч с последующей прокалкой в муфельной печи при температуре 800°С и обжигом в селитовой печи при 1550°С. Для изготовления безобжиговых кварцитовых огнеупоров получали смеси с различными соотношениями компонентов, составы которых и показатели качества приведены в таблице 5.

Практические данные доказали, что соотношением компонентов предлагаемой смеси можно варьировать в заявляемых пределах с сохранением требуемых свойств. Изменение содержания компонентов за заявляемые пределы нежелательно, т.к. огнеупоры были получены с худшими свойствами (таблица 5).

Предлагаемая смесь промышленно применима при производстве безобжиговых огнеупорных блоков и монолитных футеровок металлургических агрегатов, например коксовых батарей, нагревательных колодцев, сталеразливочных и чугуновозных ковшей.

Формула изобретения

Смесь для изготовления безобжиговых кварцитовых огнеупоров, включающая кварцитовый заполнитель, феррохромовый шлак и жидкое стекло, отличающаяся тем, что она содержит в качестве кварцитового заполнителя отход производства кристаллических кварцитов со структурой, представленной размером зерен 0,005-0,05 мм, состава, мас.%: халцедон 7-10, акцессорные минералы 1-3, кварц остальное, жидкое стекло плотностью 1,32 г/см³, полученное прямым растворением едким натром отходов сухих газоочисток производства высокопроцентного ферросилиция - кремнеземсодержащей пыли с размером частиц (50-2500)·10^-6 м, содержанием общего углерода 0,3-2,9% при температуре 90-95°С, весовом соотношении твердого вещества и жидкости 1:1,1-1,6 и гидротермальной обработки в течение 60-90 мин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный отход производства

кристаллических кварцитов 94-97

Феррохромовый шлак 3-6

Указанное жидкое стекло 8-14 сверх 100%

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5