Введение
Актуальность проблемысостоит в том, что периклазовые порошки были и есть востребованы, так как они служатогнеупорной основой для периклазовых материалов – простых изделий, используемыхдля кладки разных печей, футеровка которых контактирует с расплавами металлов иосновных шлаков, изделий для устройства подин металлургических печей иторкретирования, а также сырьем для производства периклазосодержащих изделий.
Целью данного рефератаявляется: изучить производство спеченных периклазовых порошков.
Для достиженияпоставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучитьхарактеристику исходного сырья для производства спеченных периклазовых порошков
2. Ознакомится стехнологией производства спеченных периклазовых порошков
3. Изучить свойстваготовой продукции
1. Характеристикаисходного сырья
1.1Сырьеи его свойства
Исходным сырьем для производства спеченных периклазовыхпорошков является сырой магнезит. Магнезит МgС03, кристаллизуется в виде ромбоэдрическихкристаллов 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, плотность2,9—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 измененияизвестняков 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 собойпродукты разрушения гидросиликатов магния, например змеевика или фосфорита привоздействии на них воды и углекислоты. Аморфный магнезит с характернымфарфоровидным раковистым изломом, кристаллическое строение которогообнаруживается лишь рентгенографически. Характерным отличием магнезита откальцита является то, что он под действием соляной кислоты не вскипает нахолоде, а растворяется лишь при нагревании.
Магнезит отличается малым количеством примесей. Основныепримеси в кристаллическом магнезите: доломит, кальцит, диабаз и кварц, а ваморфном – змеевик и кварц. Особенно вредны в сырье примеси минералов,содержащих оксид кальция и кремния.
1.2 Обогащение исходного сырья
Природныймагнезит, 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 втяжелых суспензиях, флотация, химические методы.
Обогащение в тяжелых суспензияхосновано на разной плотности минералов. Магнезит имеет плотность 2,94-2,96 г/см3,а примеси имеют плотность 2,94 г/см3. Суспензия, в которой проводятобогащение имеет плотность 2,95 г/см3, в качестве тяжелой суспензиииспользуют смесь воды с фероселицием. Плотность суспензии контролируется либовесовым 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, врезультате получается готовый продукт.
Флотация более эффективный метод. Онобеспечивает глубокое разделение магнезита от примесей. Флотацию используют длямагнезитов, с тонко вкрапленными вредными примесями. Этот метод основан наразличной смачиваемости прилипании частиц магнезита и примесей к флотационнымреагентам. В качестве реагентов используют смеси жирных кислот. Частицымагнезита прилипают к смеси кислот и оседают на дне, а примеси всплывают.
Химическое обогащение используют длякаустических 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 происходитразделение раствора MgCl2 от осадка.
Раствор MgCl2 подвергают гидролизу, в результате гидролиза образуется MgO иHCl (газ). MgO промывают, в результате образуетсяпаста Mg(OH)2 затем пасту обжигают. В результате обжига образуетсяпериклаз.
Аналогично проводят обогащение вазотной кислоте. Азотная кислота менее агрессивна, чем соляная.
По аммонийному методу вреактор-растворитель вводят соли аммония NH4Cl и (NH4)2CO3в результате взаимодействия образуется MgCH2, которыйподвергают гидролизу, как в соляно-кислом методе.
По бикарбонатному методу вреактор-растворитель, к каустическому магнезиту добавляют воду и углекислый газCO2, под давлением 0,7-0,8 МПа, в результате образуется бикарбонатмагния Mg(HCO3)2, которую подвергают далеетермообработке, в результате термообработке получают MgO.
2. Технологическая схема и ее описание
Сырой магнезит на участок вращающихсяпечей подается в думпкарах, затем подается в расходные бункера над печами.
Подача сырого магнезита в печьпроизводится автоматическими ленточными дозаторами. Сырой магнезит на участок вращающихся печей подается вдумпкарах, затем подается в расходные бункера над печами.
Подача сырого магнезита в печь производится автоматическимиленточными дозаторами. Обжиг сырого магнезита производится во вращающихсяпечах. Температура обжига при сниженнойтепловой нагрузке ~1500º С (для получения более плотного спеченногомагнезита применяют обжиг в шахтных печах до 2200 °С).
Периклазовый порошок из вращающихсяпечей поступает в холодильник. При выходе из холодильного барабана разделяетсяна две фракции: 8-0 мм и >8 мм.
Фракция >8 мм идет на дробление вконусной дробилке, затем рассеивается по фракциям и поступает в бункерыотдельных фракций (заправочные порошки). Заправочные порошки (металлургические)применяют для изготовления и заправки (ремонта) подин и откосов мартеновских иэлектросталеплавильных печей. Металлургические порошки классифицируют похимическому и зерновому составам. Для уменьшения пылеобразования притранспортировании и особенно при заправке печей порошок обмасливают.
Фракция 0-8 мм рассеивается нагрохоты и поступает в бункера фракций (крупной, средней и мелкой). Эти фракцииидут на дозирование и упаковку. Часть мелкой фракции поступает на домол втрубную мельницу, где измельчается до фракции
2.1 Технология обжига
Изсырого магнезита ввиду его большой (до 25 %) усадки при обжиге -изделия неизготовляют. Первоначально из сырого магнезита путем обжига получают спеченныепериклазовые порошки. Обжиг магнезитов осуществляют в шахтных или вращающихсяпечах.
Приобжиге магнезита происходит разложение карбоната магния с выделениемуглекислого газа по реакции
МдСО3MgО + СO2 — q
Реакцияидет с поглощением тепла q =2753кДж/кг МgО. Карбонат кальция СаСО3,присутствующий в виде известняка или доломита, при нагревании такжеразлагается:
СаСO3СаО + СO2 — q
арасход тепла составляет q =2828 кДж/кг СаО.
Врасчете на 1 кг исходных карбонатов затраты тепла составляют 1584 и 1316кДж/кгсоответственно 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.
Принагревании МgСO3 и СаСO3 в печи процесс их разложенияначинается с поверхности, и по мере прогрева граница реакции перемещается кцентру куска карбоната. Сама реакция разложения карбонатов протекает лишь награнице двух твердых фаз: карбонатоксид.
Важноотметить, что температура на границе реакции диссоциации в момент разложенияостается постоянной до тех пор, пока не завершится реакция декарбонизации.Поэтому время, необходимое на разложение куска карбоната, прямо пропорциональноего линейным размерам и для повышения производительности печей по обжигумагнезита необходимо уменьшить размеры кусков материала, подаваемых в печь.
Вращающиесяпечи являются более высокопроизводительными агрегатами для обжига магнезита.Для обжига применяют печи длиной от 50 до 170 и диаметром от 3 до 5 м. Ихпроизводительность колеблется от 4,5 до 24 т/ч обожженного периклазовогопорошка.
Температураобжига магнезита составляет 1500-1650 °С. Пористость обожженного порошкаколеблется от 10 (для плотных зерен) до 30 % (для пористых зерен). Критериемстепени обжига магнезита является истинная плотность, которая зависит оттемпературы обжига. У спекшегося периклазового порошка истинная плотность составляет3,55-3,56, а у каустического — 3,20-3,25 г/см3.
Условно всю длину вращающихся печей делят на зоны подогрева идекарбонизации, спекания и охлаждения Распределение зон по длине вращающихсяпечей 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 измельчениемагнезита в результате растрескивания и механического измельчения приперемешивании во вращающейся печи. Скорость движения материала в печиопределяется свойствами магнезита в результате физико-химических процессов,происходящих при обжиге. Продолжительность движения магнезита зависит отколебаний зернового состава сырья и состояния футеровки.
Удельный расход условного топлива на 1 т обожженногопериклазового порошка составляет во вращающихся — 360-460 кг. В качестветоплива используют природный газ.
Примесив магнезите и особенно легкоплавкие образуют в обжиге расплав, которыйспособствует образованию сваров окатышей. Свары дробят, измельчают и складируютотдельно вследствие более низкого содержания в них оксида магния и повышенногосодержания примесей.
Магнезит,обогащенный флотационным методом и полученный химическим путем, рекомендуютпредварительно брикетировать, а затем в виде брикетов обжигать в печи.
Основнойнедостаток при обжиге магнезита во вращающихся печах по сухому способузаключается в большом уносе пыли, достигающем 20-25 %. Также недостаткомсчитается высокая температура отходящих газов (до 900 °С). Отходящее теплоутилизируют в котлах-утилизаторах, а очистку газов от пыли осуществляют вгазоочистных устройствах. Эффективная работа этих устройств зависит отпараметров газового потока: его температуры, состава и влажности, концентрациипыли в газовом потоке и удельного электрического сопротивления пыли передэлектрофильтром.
Пыль, уловленная в системе газоочистки, имеет различнуюстепень обжига и является тонкодисперсной. Она содержит до 80 % частиц размером
2.3 Используемое оборудование
Изучивтехнологическую схему производства, установили, что для производства спеченныхпериклазовых порошков используют следующее основное оборудование: вращающиесяили шахтные печи, холодильники, сита, грохоты, конусные дробилки, трубныемельницы. А так же вспомогательное оборудование: ленточные конвейеры, бункерыготовой продукции и бункеры сырья, дозаторы, пневмотранспорт.
3. Готовая продукция и ее свойства
Порошкиклассифицируют по химическому и зерновому составам, чем и объясняетсязначительное количество марок периклазового порошка. По ГОСТ 70360-85предусмотрен выпуск 15 марок спеченных периклазовых порошков для производстваизделий, которые разбиты на две группы: высшей (ППИ-92, ППИУ-91 и ППТИ-92) ипервой 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 ограничиваетсясодержание оксидов кальция, кремния и железа, а также содержание зеренотдельных фракций.
По ГОСТ 24862-81 для изготовления и ремонта подин и стенэлектропечей выпускается 16 марок периклазовых и периклазоизвестковых порошковвысшей (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 примесныхоксидов кальция и кремния и размеры зерен отдельных фракций.
Похимическому составу плавленый периклаз должен содержать, % (масс.): МgО не менее 95, оксидов железа неболее 0,5 и SiO2 не более 1,0.
Заключение
Исходнымсырьем для спеченных периклазовых порошков является сырой магнезит.
Химическийсостав природных магнезитов представлен в таблице 2.
Таблица2 – химический состав природных магнезитовМесторождение 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
Химическийсостав периклазовой шихты должен удовлетворять следующим требованиям:
1)общее количество силикатов в шихте должно быть минимальным, так как онипредставляют собой наиболее вредную примесь в периклазовых огнеупорах;
2)молекулярное отношение СаО/SiO2 должнобыть выбрано в зависимости от содержания оксидов железа. При большом содержаниижелезистых оксидов и малом содержании SiO2 выгоднее иметь СаО/ SiO2
3)содержание ферритов должно быть ограничено. Высококачественные периклазовыепорошки должны содержать от 96 до 99 % МgО, низкое количество SiO2 и полуторных оксидов.
СоотношениеСаО/ SiO2 в таких порошках, как правило,больше 2. В высококачественных порошках фирмы Ргеmir Реriclase(Ирландия) содержится более 97 % Мg0, а СаО/ SiO2 достигает 8. В порошках Ankerharth NB-90 фирмы Veitsch-Radex (Австрия) содержание SiO2 составляет не более 0,5 %, а СаО/SiO2 находится в пределах 36-40.Высококачественные периклазовые порошки, как правило, содержат крупныекристаллы МgO размером более 140 мкм.Крупнокристаллический периклаз получают обжигом сырья при 2100-2300 °С. В этомслучае растворимость МgO(кристаллического) в шлаке заметно снижается вследствие уменьшения удельнойповерхности кристаллов, а в рабочей зоне периклазосодержащих изделий непроисходит рекристаллизации MgO.
Библиографический список
1. Кащеев И. Д. Химическаятехнология огнеупоров / Кащеев И. Д., Стрелов К. К., Мамыкин П. С. // М.:Интермет Инжиниринг, 2007. – 752 с.
2. Кащеев И. Д. Производствоогнеупоров // М.: Металлургия, 1993. – 256 с.