Массы для огнеупорного припаса

Назначение огнеупорного припаса — защитить обжи­гаемые изделия от прямого воздействия топочных газов и резких колебаний температуры, исключить засорение поверхности изделий и механические повреждения, пре­дохранить изделия от слипания, способствовать вырав­ниванию температуры изделия. Из огнеупорного припа­са — плит и стоек устраивают этажерки на печных вагюнётках, придающие необходимую устойчивость садки при максимальном использовании рабочего объема тун­нельной печи. В щелевых роликовых печах огнеупорные плиты, подставки, ролики обеспечивают перемещение обжигаемых изделий.

По форме капсели бывают круглые, квадратные, прямоугольные, овальные. Размеры капселей зависят от вида обжигаемых в них изделий с учетом наилучшего использования капсельного объема. В один капсель укладывают до 10 изделий. Масса его колеблется от 1 до 12 кг и более. Для утельного обжига тарелок при­меняют капсели с вырезным дном, с углубленным про­филированным диом, кольцеобразной формы, а также разборные этажерки, собираемые из плит и стоек, или этажерки, стационарно устанавливаемые на печных ва­гонетках.

В связи с широким использованием в производстве туннельных печей типа ПАС для скоростного обжига изделий в УНИИСП разработан установочный огне­упорный припас (рис. 66 и 67). При утельиом обжиге расход такого огнеупорного припаса снижается на 40% по сравнению с расходом обычного огнеупорного при­паса. Отношение массы обжигаемых изделий к массе огнеупорного припаса составляет в туннельных печах 1: 5, в роликовых щелевых печах колеблется от 1: 8 до 1: 12 и более.

При загрузке туннельных вагонеток капселями круг­лой формы коэффициент заполнения печного объема составляет 0, 45—0, 5 при обжиге фарфора и 0, 5—0, 54 при обжиге фаянса. При комбинированной садке — на этажерках и в капселях использование печного объема повышается до 0, 62—0, 65 при обжиге фарфора и до 0, 65—0, 7 при обжиге фаянса.

С целью снизить такой порок, как «засорка», а так­же для продления срока службы огнеупорного припаса капсели, плиты и стойки покрывают специальными про-мазками (ангобами).

В себестоимости изделий расходы на огнеупорный припас составляют от 7 до 16% ввиду малой его обо­рачиваемости (глиношамотные капсели 4—5, круги и обечайки — 50—60, плиты 80—120, стойки до 200—250 оборотов), а также несовершенства тепловых агрегатов, требующих для обжига изделий значительное количест­во огнеупорного припаса.

К огнеупорному припасу, предназначенному для ис­пользования в щелевых печах при скоростном обжиге изделий, предъявляются высокие требования по термо­стойкости, теплопроводности, теплоемкости, пределу прочности при разрыве, средней плотности.

Этим требованиям наиболее полно удовлетворяет припас из высокоглиноземистых и карбидокремниевых масс.

Эффективными способами повышения термостойко­сти огнеупорного припаса, в том числе и для скоростно­го обжига изделий, являются: повышение предела проч­ности за счет правильного подбора зернового состава, способа формования и оптимальной температуры обжи­га; повышение коэффициента теплопроводности за счет ввода в шамотные массы добавок карбида кремния, ко­рунда, талька и др.; уменьшение модуля упругости за счет ввода в шамотные и карбидокремниевые массы технического глинозема; уменьшение коэффициента теп­лового расширения массы за счет ввода в их состав добавок, способствующих образованию в процессе об­жига соединений с низким коэффициентом теплового расширения (муллит, кордиерит и др.).

Для скоростного обжига изделий благоприятно ис­пользование крупнозернистых материалов с пористой структурой, так как мелкозернистая плотная структура ухудшает эксплуатационные свойства огнеупорного при­паса. Содержание стекловидной фазы должно быть не слишком большим, а кристаллическая фаза не должна быть непрерывной, так как разрывы в структуре облег­чают распределение внутренних тепловых напряжений в черепке огнеупорного припаса. Повышенная пори­стость также способствует снижению внутренних на­пряжений при резких перепадах температур.

Повышение прочности огнеупорного припаса обяза­тельно при организации скоростного обжига изделий, так как огнеупорный припас в этих случаях должен иметь минимальную толщину и массу. Толщина огне­упорного припаса, обладающего высокой термической стойкостью, должна превосходить толщину обжигаемых на нем изделий не более чем в 2—3 раза.

Ухудшение условий эксплуатации огнеупорного при­паса в связи с интенсификацией процесса обжига пред­определяет выбор основных материалов для его изго­товления в ближайшие годы — кордиеритовых, мулли­товых, карбидокремниевых и в меньшей мере глиноша-мотных, хотя последние еще широко используются в промышленности.

В глиношамотных массах используют глины латнен-ские, веселовские и просяновский, положский турбов-ский и другие каолины, а также бентонит. Глинистая составляющая, связывая остальные компоненты массы, придает ей пластические свойства, достаточную проч­ность полуфабриката в высушенном состоянии (предел прочности при изгибе 2, 2—2, 6 МПа), обеспечивает об­разование в черепке стекловидной фазы в количестве до 40% объема и прочность изделий при сжатии 10— 36 МПа и при изгибе 7—16 МПа.

Ввод в глиношамотную массу 15—30% технического глинозема (марки ГК, ГН-1, ГН-2 и др.) повышает оборачиваемость капселей почти в 3, 5 раза, а ввод 5— 10% талька способствует образованию кордиерита (2MgO-2Al203-5Si02), обладающего низким коэффи­циентом термического расширения и снижающего вред­ное влияние свободного кварца в черепке, что повышает оборачиваемость огнеупорного припаса на 25—30%.

Обновление в огнеупорной массе части шамота вво­дом в нее свежеобожженного шамота (не менее 40% общего количества шамота в массе) является обяза­тельным. Изменяя соотношение в массе различных фракций шамота, достигают снижения усадки массы при сушке и обжиге до 7—9% и пористости черепка в пределах 8—12%, что наиболее полно удовлетворяет требованиям прочности и термической стойкости огне­упорного припаса.

Составы глиношамотных масс для огнеупорного при­паса приведены в табл. 8. Свойства огнеупорного при­паса из таких масс характеризуются следующими пока-кателями: средняя плотность 1, 75—1, 9 г/см3, водопо­глощение 14—17, пористость 24—30%, предел прочно­сти при сжатии 15—22, при изгибе 8—12 МПа, темпе­ратура начала размягчения 1320—1360° С, КТР (5— —7) -10-6/град-С.

Свойства шамотного припаса зависят от содержания в массе шамота и глинистой составляющей. Оптималь­ное соотношение шамота и глины в массе колеблется в пределах от 7: 3 до 7, 5: 2, 5 по объему. С повышением содержания шамота в массе усадка при обжиге умень­шается почти линейно, увеличивается водопоглощение,

снижается прочность изделий. Температура размягче­ния почти не изменяется при различных соотношениях отощителя и глинистой связки.

В многошамотных массах при полусухом способе подготовки массы и повышенном давлении прессования содержание шамота достигает 80% за счет снижения со­держания мелких фракций. Замена 10—20% мелких фракций шамота корундом (плотность не менее 3, 75 г/см3) повышает оборачиваемость огнеупорного припаса в 1, 3—1, 5 раза. При этом предел прочности при изгибе возрастает до 13—15 МПа, при сжатии — до 45—49 МПа, пористость составляет 25—27%, а темпе­ратура начала размягчения под нагрузкой 0, 2 МПа находится в пределах 1420—1430° С.

При вводе в массу от 5 до 10% гидрофобных доба­вок (нефть, мазут и др.) снижают содержание зерен размером 3—5 мм за счет повышения мелких фракций, что способствует повышению термостойкости огнеупор­ного припаса при сохранении достаточной механической прочности. При этом пористость возрастает на 3—5%, увеличиваются модуль упругости, линейное термическое расширение и теплопроводность изделий. Оборачивае­мость капселей повышается в 1, 5—1, 8 раза.

Тонкий помол глинистых материалов при сухом спо­собе подготовки масс осуществляют в ротационных мельницах или дезинтеграторах с последующим рассе­вом на фракции. Гранулометрический состав глинисто­го порошка характеризуется остатком на сите № 2, 6 (отверстие 3 мм)—не более 1%, а проход через сито № 05 (отверстие размером 0, 5 мм)—не менее 50%. Шамот приготовляют из боя огнеупорного припаса в количестве до 60% и глины — до 40%.

Подготовку масс осуществляют мокрым, полусухим способами, реже шликерным.

Последовательность выполнения технологических операций при мокром способе подготовки капсельной массы приведена на рис. 68. Для смешивания компо­нентов массы используют смесительные бегуны, бегун-ковые смесители и смесители с Z-образными лопастями. После предварительного перемешивания в продолжении 5—6 мин в бегунковых смесителях или мешалках типа Эйриха шихта поступает в двухвальный смеситель для увлажнения. Увлажняют шихту водой или суспензией — каолиновой либо каолино-тальковой. В смеситель так­же подают добавки: сульфитно-спиртовую барду, жид­кое стекло и др. Продолжительность перемешивания 12—15 мин.

Лучшего смешивания компонентов массы достигают при шликерном способе подготовки глины. Глинистые компоненты распускают в воде в пропеллерной или гори­зонтальной мешалке с добавлением 0, 3—0, 4% жидкого стекла, 1, 8—2% каустической соды, сульфитно-спирто­вой барды или других поверхностно-активных веществ. Суспензию пропускают через сито № 06 139 отв/см2 и смешивают в такой же мешалке с предварительно тон­комолотым (фракция не более 1—1, 5 мм) порошкооб­разным шамотом с добавками. Последовательность технических операций при шликерной подготовке массы для капселей приведена на рис. 69. Шликерная подго­товка массы удорожает ее на 10—12%.

Влажность массы при пластическом формовании капселей из глиношамотной массы 23—25%, из карби-докремнийсодержащих масс—14—17%, при полусухом прессовании — 7—9%, литье— 19—23%.

Карбидокремниевые массы характеризуются повы­шенным и высоким до 48—99% содержанием SiC.

Карбидокремниевые огнеупоры хорошо работают под нагрузкой, не превышающей 0, 05—0, 06 МПа, при сохра­нении от ударов и поддержании при обжиге газовой среды: окислительной до 1100° С, восстановительной при 1100—1320° С и слабовосстановительной от 1320 до 1400° С. Этим условиям отвечает обжиг фарфоровых изделий.

Карбид кремния используют для изготовления огне­упорного припаса в трех композициях (табл. 9). Огне­упорный припас из карбида кремния на связке из огне­упорной глины используют до температуры не более 1450° С. Он прочнее глиношамотного припаса в 2, 5—

3 раза, что позволяет изготовлять изделия с более тон­кими стенками и повышает полезную загрузку печного объема. Высокая теплопроводность карбидокремниевого припаса (в 8 раз выше глиношамотного) позволяет со­кратить длительность нагрева и охлаждения обжигае­мых изделий, повышает их качество. Однако глинистая

Наибольшей механической прочностью обладает ог­неупорный припас раскристаллизованного SiC без связ­ки. Плиты, ролики, стойки и другие виды огнеупорного припаса могут успешно эксплуатироваться при 1500— 1550° С.

Основной недостаток карбида кремния — склонность к увеличению в объеме в результате окисления при экс­плуатации выше 1000° С, особенно в присутствии паров воды, всегда имеющихся в печных газах. После 100— 150 оборотов, например, плиты увеличиваются в объеме до 7%, а содержание SiC в них снижается с 90 до 40%• При нанесении (ангобировании) способом напыления смеси А1203 и V2O5 окисление огнеупорного припаса уменьшается почти в 3 раза.

Для изготовления огнеупорного припаса используют карбид кремния (черный или зеленый) мелкой фракции от № 16 до 24, средней —от № 36 до 60, крупной — от № 100 и выше.

В зависимости от способа прессования и назначения изделий в массу огнеупорного припаса вводят карбидо-кремниевую составляющую из 43% крупной фракции, 30%—средней и 37%—мелкой. Глинистый компонент вводится глинами — веселовской, любытинской, латнен-ской и другими, предварительно молотыми в воздушно-сухом состоянии и просеянными через сито № 0355 (400 отв/см2). Для улучшения прессования изделий вво­дят добавку — 0, 1—0, 3% сульфитцеллюлозного щелока плотностью 1, 36 г/см3 (при 40°С), имеющего сухой остаток 60%-

Шихтовые составы масс для изготовления установоч­ных огнеупоров, используемые при скоростном обжиге фарфоровых изделий в зависимости от способов их из­готовления, приведены в табл. 10. Добавки ССБ и соды кальцинированной вводятся сверх 100% •

Массы для плит этажерок туннельных печей должны иметь следующий состав, %: 83—93 карбида кремния, до 10 технического глинозема плотностью не менее 3, 75 г/см3, 7 латненской глины и 3 (сверх 100%) ССБ. Для изготовления капселей используют массы из 30— 70% карбида кремния, 10% технического глинозема, 20—30% глинистой связки, 30—20% капсельного боя и 2% ССБ (сверх 100%). Изготовляют карбидокрем-ниевый припас в последовательности, приведенной на рис. 70.

Карбид кремния и часть глины перемешивают в смесителе с Z-образными лопастями в течение 10 мин.

Подготовка массы для установочных огнеупоров (см. рис. 66 и 67), изготовляемых способом литья, имеет свои особенности. Бой карбидокремниевых огне­упоров для повторного использования предварительно измельчают до прохода через сито № 0355 (400 отв/см2). Тонкий помол осуществляют в шаровой мельнице в два приема. В первый завес загружают в мельницу все каменистые материалы, 3—5% глини­стых, часть воды и электролиты, растворенные в теплой воде. Тонина помола определяется остатком на сите № 006 (10000 отв/см2), который должен быть не бо­лее 7%. Во втором завесе в мельницу загружают все остальные компоненты массы. Совместный помол осу­ществляют 1, 5—2 ч. Сливая суспензию в сборную ме­шалку, ее пропускают через сито № 035. Влажность шликера должна быть 30%, число загустеваемости (по Энглеру) 1, 2—1, 5. Затем шликер подают на участок от­ливки изделий.

Особую трудность представляет изготовление плит для щелевых печей, работающих по скоростному режи­му обжига изделий (3—5 ч) при температуре до 1400° С. Для этих целей УНИИСП разработал составы масс и технологию производства плит и стоек (рис. 71).

Глина после сушки измельчается и просеивается че­рез сито № 05 (размер ячейки 0, 5 мм). Карбид крем­ния после дробления рассеивают на фракции 3—2 мм. Порошок карбида кремния поступает в производство без дополнительной подготовки. Глинозем технический предварительно обжигают при 1350° С и измельчают в шаровой мельнице сухого помола. Продолжительность помола 48 ч.

Этилсиликат-40 вводят в количестве от 1 до 5% в виде эмульсии, приготовленной путем интенсивного раз­мешивания его с водой в соотношении 1: 3 в быстроход­ной мешалке в течение 3 мин. Для более полного гид­ролиза карбидокремниевую массу после ввода в ее со­став эмульсии этилсиликата выдерживают в закрытой емкости в течение 48 ч, а затем подают на прессование. При влажности 10—12% масса обладает достаточной сыпучестью. Этилсиликат препятствует комкованию массы при вылеживании.

В многоканальных щелевых печах, внедряемых в ке­рамическую промышленность нашей страны, для транс­портирования изделий используют вращающиеся ролики и ребристые лещадки. Учитывая, что продолжитель­ность скоростного обжига не более 3 ч, а нагрузка на одну лещадку составляет более 2 кг, они должны обла­дать значительной термической стойкостью и механиче­ской прочностью. Поэтому водопоглощение лещадок должно быть в пределах 12—18%, термостойкость не менее 20 теплосмен, отклонения размеров по длине ±3 мм, по ширине ±1 мм, деформация (прогиб) не более 2 мм.

Сложившиеся условия службы лещадок в интервале температур 1100—1200° С предопределяют выбор масс для их изготовления. Наряду с карбидом кремния в массах может быть использован тальк, образующий со свободной кремнекислотой при обжиге кордиерит.

Кордиеритовые массы используют для изготовления плит и фасонных деталей печей, в том числе часто сме­няемых роликов. Известно, что кордиерит обладает не­значительным тепловым расширением — всего 2Х ХЮ~6 град-1 против 5—б-10^6 град-1 шамотных огне­упоров. Это способствует длительной службе изделий из тальковых масс в условиях температур 1300—1350°С. Недостаток тальковых масс — короткий интервал спек­шегося состояния. Оксид магния в массу вводят обычно с тальком (3MgO-4Si02-H20). В тальковых массах ис­пользуют тальк Миасского, Онотского, Шабровского ме­сторождений или сырой магнезит Саткинского место­рождения, шамот из латненской глины, каолин полож-ский, глину латненскую, глинозем технический (табл. 11).

Для капселей и плит в производстве фаянсовых из­делий и изделий из низкоспекающихся масс (низкотем пературный фарфор) рекомендуется масса следующего состава, %: 39 капсельного боя из кордиеритовых из­делий, 15 технического глинозема, 25 глины дружков-ской, 10 каолина просяновского, 11 талька. Оборачивае­мость капселей из такой массы более 50. Последова­тельность изготовления ребристых лещадок из кордие­ритовых масс приведена на рис. 72.

Магнезит и брикет на шамот из дружковской или латненской глин предварительно обжигают при 1350° С, а технический глинозем 'при 1370—1430° С. Подготов­ленные компоненты массы дозируют и загружают в ша­ровую мельницу для тонкого помола. Соотношение ме­лющих тел к размалываемому материалу 1: 1. В каче­стве электролитов используют по 0, 2% жидкого стекла и соды. Помол осуществляют до остатка на сите № 006 (100 отв/см2) не более 0, 05—0, 06%. При сливе из мельницы шликер процеживают через латунное сито и

выдерживают в пропеллерной мешалке 48 ч. Подготов­ленный шликер имеет водосодержание 33—34%, рН — 7, 5—8, текучесть — 25—28 с.

В массы для изготовления роликов вводят АЬ03 в виде минералов силлиманита природного или синтези­рованного или муллита. Огнеупорный припас из таких масс устойчиво работает при температуре 1200—1350° С из силлиманита и до 1650° С из муллита.

Технология производства роликов из дистен-силли-манитовых масс, разработанная в УНИИСП, приведена на рис. 73. Процесс получения дистен-силлиманитового шамота включает следующие операции: предваритель­ный помол талька и дистен-силлиманита до размера зе­рен 0, 05 мм. Тальк вводится в количестве 5% как мине­рализатор для снижения температуры обжига брикета до 1430° С (вместо 1560° С без минерализаторов). Тальк в массе можно заменить на доломит 5—8%. После до­зирования дистен-силлиманит и тальк измельчают в шаровой мельнице сухого помола в течение 2 ч. Размо­лотую смесь увлажняют водой, формуют в брикеты, су­шат и обжигают при температуре 1420—1430° С. Водо-поглощение шамота 2, 5%. Шамот измельчают в щеко-вой дробилке с последующим помолом в шаровой мель­нице до полного прохода через сито- № 0112 (2630 отв/см2). Рассев шамота предусматривает отде­ление фракций размером более 0, 125 мм, возвращаемых на домол, и разделение остальной части шамота на фракции 0, 125—0, 08; 0, 08—0, 05 и менее 0, 05 мм.

Дозируют компоненты масс из расчета 10% каолина положского, 10% глинозема технического, 80% шамота силлиманитового. Гранулометрический состав шамота должен содержать фракции 0, 125—0, 08 мм — 1—4%, фракции 0, 08—0, 05 мм — 2—7%, фракции менее

05 мм — 89—97%. Введение в массу глинистой состав­ляющей ограничивается с целью устранить деформации роликов при сушке и обжиге. При содержании в мас­сах до 90% отощающих компонентов получают отлив­ку без дефектов. Подготовленный шликер после созре­вания поступает на участок отливки роликов.

Вопросы для самопроверки

Охарактеризуйте назначение и ассортимент огнеупорного припаса.

2.Основные требовании к огнеупорному припасу, в том числе для
скоростного обжига изделий.

Пути повышения длительности службы огнеупорного припаса.

Особенности производства глиношамотного огнеупорного припаса.

Особенности производства карбидокремниевого огнеупорного при­паса.

в. Особенности производства кордиеритового огнеупорного припаса. 7. Особенности производства дистен-силлимвнитового огнеупорного припаса.