Производство спеченных периклазовых порошков
Актуальность проблемы
состоит в том, что периклазовые порошки были и есть востребованы, так как они служат
огнеупорной основой для периклазовых материалов – простых изделий, используемых
для кладки разных печей, футеровка которых контактирует с расплавами металлов и
основных шлаков, изделий для устройства подин металлургических печей и
торкретирования, а также сырьем для производства периклазосодержащих изделий.
Целью данного реферата
является: изучить производство спеченных периклазовых порошков.
Для достижения
поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1.
Изучить
характеристику исходного сырья для производства спеченных периклазовых порошков
2.
Ознакомится с
технологией производства спеченных периклазовых порошков
3.
Изучить свойства
готовой продукции
1.
Характеристика
исходного сырья
1.1
Сырье
и его свойства
Исходным сырьем для производства спеченных периклазовых
порошков является сырой магнезит. Магнезит МgС03, кристаллизуется в виде ромбоэдрических
кристаллов тригональной сингонии. Чистый минерал магнезит содержит 47,6 % МgO и 52,4 % СO2 . Цвет магнезита белый с желтоватым или сероватым оттенком,
иногда снежно-белый, блеск стеклянный, твердость магнезита 4—4,5, плотность
2,9—3,1 г/см3, расположен чаще в виде крупнозернистых агрегатов.
Магнезит образует непрерывный ряд твердых растворов с сидеритом MgFе(СО3)2. При содержании в магнезите ≥
30 % сидерита минерал называют брейнеритом. С кальцием СаСO3 магнезит образует двойное соединение – доломит СаСO3*МgСO3.
Кристаллический магнезит представляет собой продукт изменения
известняков или доломитов, полученный при воздействии на них растворов,
содержащих двууглекислый магний.
Са(С03)2
+Mg (НС03)2 →
МgС03 + Са(НС03)2
СаМg (С03)2 +Mg (НС03)2 = 2МgС03 + Са(НС03)2
Встречается и «аморфный» магнезит, который представляет собой
продукты разрушения гидросиликатов магния, например змеевика или фосфорита при
воздействии на них воды и углекислоты. Аморфный магнезит с характерным
фарфоровидным раковистым изломом, кристаллическое строение которого
обнаруживается лишь рентгенографически. Характерным отличием магнезита от
кальцита является то, что он под действием соляной кислоты не вскипает на
холоде, а растворяется лишь при нагревании.
Магнезит отличается малым количеством примесей. Основные
примеси в кристаллическом магнезите: доломит, кальцит, диабаз и кварц, а в
аморфном – змеевик и кварц. Особенно вредны в сырье примеси минералов,
содержащих оксид кальция и кремния.
1.2 Обогащение исходного сырья
Природный
магнезит, на ряду с карбонатом магния содержит следующие примеси: доломит,
диабаз, перит и др. Наиболее вредными являются доломит, диабаз, песок, кварц.
Для удаления вредных примесей применяют следующие виды обогащения: обогащение в
тяжелых суспензиях, флотация, химические методы.
Обогащение в тяжелых суспензиях
основано на разной плотности минералов. Магнезит имеет плотность 2,94-2,96 г/см3,
а примеси имеют плотность 2,94 г/см3. Суспензия, в которой проводят
обогащение имеет плотность 2,95 г/см3, в качестве тяжелой суспензии
используют смесь воды с фероселицием. Плотность суспензии контролируется либо
весовым методом либо радиометрическим плотномером.
В тяжелой суспензии магнезит оседает,
а примеси всплывают. В результате такого обогащения образуются 2 продукта:
концентрат и хвосты.
Концентрат отмывают от суспензии, в
результате получается готовый продукт.
Флотация более эффективный метод. Он
обеспечивает глубокое разделение магнезита от примесей. Флотацию используют для
магнезитов, с тонко вкрапленными вредными примесями. Этот метод основан на
различной смачиваемости прилипании частиц магнезита и примесей к флотационным
реагентам. В качестве реагентов используют смеси жирных кислот. Частицы
магнезита прилипают к смеси кислот и оседают на дне, а примеси всплывают.
Химическое обогащение используют для
каустических магнезитов. Каустический магнезит взаимодействуя с раствором HCl –
растворяется и образуется MgCl2. Примеси остаются в осадке.
Полученную пульпу, с помощью насосов, подают в фильтр пресс, где происходит
разделение раствора MgCl2 от осадка.
Раствор MgCl2 подвергают гидролизу, в результате гидролиза образуется MgO и
HCl (газ). MgO промывают, в результате образуется
паста Mg(OH)2 затем пасту обжигают. В результате обжига образуется
периклаз.
Аналогично проводят обогащение в
азотной кислоте. Азотная кислота менее агрессивна, чем соляная.
По аммонийному методу в
реактор-растворитель вводят соли аммония NH4Cl и (NH4)2CO3
в результате взаимодействия образуется MgCH2, который
подвергают гидролизу, как в соляно-кислом методе.
По бикарбонатному методу в
реактор-растворитель, к каустическому магнезиту добавляют воду и углекислый газ
CO2, под давлением 0,7-0,8 МПа, в результате образуется бикарбонат
магния Mg(HCO3)2 , которую подвергают далее
термообработке, в результате термообработке получают MgO.
2. Технологическая схема и ее описание
Сырой магнезит на участок вращающихся
печей подается в думпкарах, затем подается в расходные бункера над печами.
Подача сырого магнезита в печь
производится автоматическими ленточными дозаторами. Сырой магнезит на участок вращающихся печей подается в
думпкарах, затем подается в расходные бункера над печами.
Подача сырого магнезита в печь производится автоматическими
ленточными дозаторами. Обжиг сырого магнезита производится во вращающихся
печах. Температура обжига при сниженной
тепловой нагрузке ~1500º С (для получения более плотного спеченного
магнезита применяют обжиг в шахтных печах до 2200 °С).
Периклазовый порошок из вращающихся
печей поступает в холодильник. При выходе из холодильного барабана разделяется
на две фракции: 8-0 мм и >8 мм.
Фракция >8 мм идет на дробление в
конусной дробилке, затем рассеивается по фракциям и поступает в бункеры
отдельных фракций (заправочные порошки). Заправочные порошки (металлургические)
применяют для изготовления и заправки (ремонта) подин и откосов мартеновских и
электросталеплавильных печей. Металлургические порошки классифицируют по химическому
и зерновому составам. Для уменьшения пылеобразования при транспортировании и
особенно при заправке печей порошок обмасливают.
Фракция 0-8 мм рассеивается на
грохоты и поступает в бункера фракций (крупной, средней и мелкой). Эти фракции
идут на дозирование и упаковку. Часть мелкой фракции поступает на домол в
трубную мельницу, где измельчается до фракции <0,063 мм. Затем
пневмотранспортом подается в бункер тонкого помола и далее на дозирование и
упаковку.
2.1 Технология обжига
Из
сырого магнезита ввиду его большой (до 25 %) усадки при обжиге -изделия не
изготовляют. Первоначально из сырого магнезита путем обжига получают спеченные
периклазовые порошки. Обжиг магнезитов осуществляют в шахтных или вращающихся
печах.
При обжиге
магнезита происходит разложение карбоната магния с выделением углекислого газа
по реакции
МдСО3
MgО + СO2 - q
Реакция
идет с поглощением тепла q =
2753кДж/кг МgО. Карбонат кальция СаСО3,
присутствующий в виде известняка или доломита, при нагревании также
разлагается:
СаСO3СаО + СO2 - q
а
расход тепла составляет q =
2828 кДж/кг СаО.
В
расчете на 1 кг исходных карбонатов затраты тепла составляют 1584 и 1316кДж/кг
соответственно для СаСO3 и МgСO3. При полном разложении 1 кг СаСO3 образуется 0,56 кг СаО и 0,44 кг СO2, а 1 кг МgС03 соответственно 0,478 кг МgО и 0,522 кг СO2.
При
нагревании МgСO3 и СаСO3 в печи процесс их разложения
начинается с поверхности, и по мере прогрева граница реакции перемещается к
центру куска карбоната. Сама реакция разложения карбонатов протекает лишь на
границе двух твердых фаз: карбонатоксид.
Важно
отметить, что температура на границе реакции диссоциации в момент разложения
остается постоянной до тех пор, пока не завершится реакция декарбонизации.
Поэтому время, необходимое на разложение куска карбоната, прямо пропорционально
его линейным размерам и для повышения производительности печей по обжигу
магнезита необходимо уменьшить размеры кусков материала, подаваемых в печь.
Вращающиеся
печи являются более высокопроизводительными агрегатами для обжига магнезита.
Для обжига применяют печи длиной от 50 до 170 и диаметром от 3 до 5 м. Их
производительность колеблется от 4,5 до 24 т/ч обожженного периклазового
порошка.
Температура
обжига магнезита составляет 1500-1650 °С. Пористость обожженного порошка
колеблется от 10 (для плотных зерен) до 30 % (для пористых зерен). Критерием
степени обжига магнезита является истинная плотность, которая зависит от
температуры обжига. У спекшегося периклазового порошка истинная плотность
составляет 3,55-3,56, а у каустического - 3,20-3,25 г/см3.
Условно всю длину вращающихся печей делят на зоны подогрева и
декарбонизации, спекания и охлаждения Распределение зон по длине вращающихся
печей приведено в таблице 1.
Таблица 1 – распределение зон по длине вращающихся печей
Длина печи, м
Длина зоны
|
75
|
90
|
170
|
Подогрева и
декарбонизации
|
57
|
65
|
115
|
Спекания
|
13
|
16
|
20
|
Охлаждения
|
5
|
9
|
35
|
В процессе обжига происходит значительное измельчение
магнезита в результате растрескивания и механического измельчения при перемешивании
во вращающейся печи. Скорость движения материала в печи определяется свойствами
магнезита в результате физико-химических процессов, происходящих при обжиге.
Продолжительность движения магнезита зависит от колебаний зернового состава
сырья и состояния футеровки.
Удельный расход условного топлива на 1 т обожженного
периклазового порошка составляет во вращающихся - 360-460 кг. В качестве
топлива используют природный газ.
Примеси
в магнезите и особенно легкоплавкие образуют в обжиге расплав, который
способствует образованию сваров окатышей. Свары дробят, измельчают и складируют
отдельно вследствие более низкого содержания в них оксида магния и повышенного
содержания примесей.
Магнезит,
обогащенный флотационным методом и полученный химическим путем, рекомендуют
предварительно брикетировать, а затем в виде брикетов обжигать в печи.
Основной
недостаток при обжиге магнезита во вращающихся печах по сухому способу
заключается в большом уносе пыли, достигающем 20-25 %. Также недостатком
считается высокая температура отходящих газов (до 900 °С). Отходящее тепло
утилизируют в котлах-утилизаторах, а очистку газов от пыли осуществляют в
газоочистных устройствах. Эффективная работа этих устройств зависит от
параметров газового потока: его температуры, состава и влажности, концентрации
пыли в газовом потоке и удельного электрического сопротивления пыли перед
электрофильтром.
Пыль, уловленная в системе газоочистки, имеет различную
степень обжига и является тонкодисперсной. Она содержит до 80 % частиц размером
< 0,06 мм. Эта пыль называется каустической. Каустическая пыль плохо
спекается, поэтому перед повторным ее обжигом рекомендуют часть пыли измельчать
в трубной мельнице, а затем брикетировать на плоских пресс-вальцах с немолотым
порошком.
2.3 Используемое оборудование
3. Готовая продукция и ее свойства
Порошки
классифицируют по химическому и зерновому составам, чем и объясняется
значительное количество марок периклазового порошка. По ГОСТ 70360-85
предусмотрен выпуск 15 марок спеченных периклазовых порошков для производства
изделий, которые разбиты на две группы: высшей (ППИ-92, ППИУ-91 и ППТИ-92) и
первой категории качества (ППИ-91, ППИ-90, ППИ-89, ППИ-88, ППТИ-90, ППТИ-88,
ПМИ-1, ПМИ-2, ПМИ-3, ПМИ-4, ПМИ-5 и ПМИ-6). Требованиями ГОСТа ограничивается
содержание оксидов кальция, кремния и железа, а также содержание зерен
отдельных фракций.
По ГОСТ 24862-81 для изготовления и ремонта подин и стен
электропечей выпускается 16 марок периклазовых и периклазоизвестковых порошков
высшей (ППЭ-88, ППП-86 и ПП03-86) и первой категории качества (ППК-88, ППЭК-87,
ППК-87, ППК-85, ППМ-85, ППП-85, ППОЗ-85, ППИК-78, ППИМ-78, ПМС-1, ПМС-2, ПМС-3,
ПМС-4, ПМС-5). Требованиями ГОСТа установлены пределы содержания примесных
оксидов кальция и кремния и размеры зерен отдельных фракций.
По
химическому составу плавленый периклаз должен содержать, % (масс.): МgО не менее 95, оксидов железа не
более 0,5 и SiO2 не более 1,0.
Исходным
сырьем для спеченных периклазовых порошков является сырой магнезит.
Химический
состав природных магнезитов представлен в таблице 2.
Таблица
2 – химический состав природных магнезитов
Месторождение
|
MgO
|
CaO
|
FeO+Al2O3
|
SiO2
|
∆mпрк и другие примеси
|
Саткинское
|
45,0-47,5
|
0,2-2,0
|
1,3-3,5
|
0,5-2,5
|
49,5-52,0
|
Тальское
|
~ 46,20
|
~ 1,21
|
~ 0,95
|
~0,60
|
~ 50,20
|
Савинское
|
45,2-46,4
|
0,42-0,88
|
1,42-1,58
|
0,96-3,88
|
52,0-48,0
|
Химический
состав периклазовой шихты должен удовлетворять следующим требованиям:
1)
общее количество силикатов в шихте должно быть минимальным, так как они
представляют собой наиболее вредную примесь в периклазовых огнеупорах;
2)
молекулярное отношение СаО/SiO2 должно
быть выбрано в зависимости от содержания оксидов железа. При большом содержании
железистых оксидов и малом содержании SiO 2 выгоднее иметь СаО/ SiO 2<2;
3)
содержание ферритов должно быть ограничено. Высококачественные периклазовые
порошки должны содержать от 96 до 99 % МgО, низкое количество SiO 2 и полуторных оксидов.
Соотношение
СаО/ SiO 2 в таких порошках, как правило,
больше 2. В высококачественных порошках фирмы Ргеmir Реriclase
(Ирландия) содержится более 97 % Мg0, а СаО/ SiO 2 достигает 8. В порошках Ankerharth NB-90 фирмы Veitsch-Radex (Австрия) содержание SiO 2 составляет не более 0,5 %, а СаО/SiO 2 находится в пределах 36-40.
Высококачественные периклазовые порошки, как правило, содержат крупные
кристаллы МgO размером более 140 мкм.
Крупнокристаллический периклаз получают обжигом сырья при 2100-2300 °С. В этом
случае растворимость МgO
(кристаллического) в шлаке заметно снижается вследствие уменьшения удельной
поверхности кристаллов, а в рабочей зоне периклазосодержащих изделий не
происходит рекристаллизации MgO.
1.
Кащеев И. Д. Химическая
технология огнеупоров / Кащеев И. Д., Стрелов К. К., Мамыкин П. С. // М.:
Интермет Инжиниринг, 2007. – 752 с.
2.
Кащеев И. Д. Производство
огнеупоров // М.: Металлургия, 1993. – 256 с.