Производство периклазоуглеродистых изделий марки ПУПЭ

 

 

Для защиты углерода от окисления  в массу вводят специальные добавки  – антиоксиданты, в качестве которых могут быть использованы металлический алюминий, магний, натрий. Во время службы эти добавки окисляются в первую очередь, защищая графит от окисления.

Ввести в состав шихты  большое количество углерода невозможно из-за высокого модуля упругости графита. Поэтому часть углерода вводят в виде связок, к которым предъявляют следующие требования: высокое содержание остаточного углерода, необходимая вязкость для получения плотного сырца, отсутствие загрязнений в окружающую среду.

В настоящее время  в основном используются синтетические фенольные связки.

Для получения массы  для периклазоуглеродистых изделий  можно использовать смесители «СМ 15104М». Поскольку плотность периклазового клинкера и добавок различаются, получить однородную массу очень трудно.

Смесители выпускаются с полезной емкостью от 3 – 10 (лабораторные образцы) и до 75 – 5000 м³ (промышленные образцы). Применение определенных рабочих органов в сочетании с соответствующей скоростью вращения делает эти смесители применимыми для всех процессов и задач имеющих место в огнеупорной промышленности.

Смесители «СМ 15104М» состоят из вращающейся чаши, набора смешивающих инструментов и системы выгрузки. Чаша смесителя оснащена быстросъемными бронированными плитами для стенок и дна. Смеситель снабжен пылезащитым кожухом, имеющим фланцы для подачи компонентов и удаления пыли. В случае необходимости смесители имеют холодильные агрегаты или устройства для нагрева материала до 200⁰С (электрический или газообогрев чаши).

Перемешивание материала  происходит со скоростью 1 – 2 м/сек и интенсифицируется одним или несколькими завихрителями, вращающимися с окружной скоростью 10 – 40 м/сек. Работа смесителя происходит полностью в автоматическом режиме.

Основными отличительными особенностями смесителей «СМ 15104М» являются: экономичность, достаточно широкий диапазон интенсивности смешения вследствие соответствующей скорости и формы смешения рабочих органов, высокий удельный объем загружаемого материала, более короткий цикл смешения вследствие более высокой удельной энергии смешения при относительно одинаковых затратах труда, небольшой износ и возможность быстрой замены лопасти смесителя и вихревых элементов, внутреннее пространство смесителя поддается легкой и быстрой очистке благодаря большому отверстию для обслуживания в тарелке смесителя, отсутствие пыли при работе смесителя благодаря пылеотсасывающему устройству.

Последовательность перемешивания  следующая: загрузка плавленого клинкера фракции 3 – 1 мм и этиленгликоля, перемешивание 60 сек; загрузка плавленого клинкера фракции 1 – 0 мм и графита, перемешивание 60 сек; загрузка плавленого клинкера фракции 0,063 мм и перемешивание 120 сек; загрузка СФП и перемешивание 720 сек. Общий цикл перемешивания 16 мин.

Готовую массу выгружают  в кюбеля и выдерживают в течение 4 часов. После чего подают в бункер пресса.

Прессуют изделия в  основном на гидравлических прессах  фирмы «Лайс». Удельное давление прессования зависит от размера изделий.

Пресса фирмы «Лайс» отличаются высокой производительностью, высоким качеством прессования, учитывающим особенности прессуемых масс. В последнее время выпускается серия прессов типа HPF и HPF-P с верхним расположением прессующего цилиндра поршневого типа и плавающей пресс-формой на гидравлической подвеске. Выталкивание происходит за счет сдергивания пресс-формы с изделия. Верхнее расположение цилиндра исключает загрязнение уплотнений осыпью порошка, позволяет выполнять повторные деаэрирующие циклы прессования преждевременного выталкивания изделий из пресс-формы. Пресс-форма засыпается массой из каретки, которая располагается на плавающем столе. В приемной воронке и засыпной каретке имеются перемешивающие устройства с горизонтальными валами.

Прессы оборудованы  схемами управления с программируемой  памятью, цифровым бесконтактным управлением  всеми вертикальными и горизонтальными перемещениями без конечных выключателей наряду с вариантом обычного релейного управления с конечными выключателями, электронным измерением давления с цифровой индикацией. Также имеется автоматический регулятор высоты засыпки, автоматический контроль толщины прессуемых изделий с индикацией на табло. Прессы формуют массы с керамической, химической и смоляной связкой. Предусмотрены конструктивные решения, продлевающие срок службы пресс-форм, а также форсунки для смазки пресс-форм и пуансона.

Преимущества используемой системы управления: ввод главных  данных работы пресса через клавиатуру в диалоговом режиме; обзорная индикация  на экране; автоматическое регулирование  толщины изделий с помощью  микропроцессора; индикация неисправностей в незашифрованном виде алфавитными знаками; определение места неисправности с помощью цветной мнемосхемы; уменьшение трудностей в устранении неисправностей.

Фирма «Лайс» достигла больших  успехов в прессовании, особенно масс на основе MgO-C – на углеродистом связующем. В настоящее время применительно к технологии этих огнеупоров работают прессы усилием 1600 тонн, бесшумные, с защитой гидравлической части от пыли и автоматической схемой управления. 

Термообработка изделий  производится в термопечи при  температуре 200 – 250⁰С смесью дымовых газов и воздуха. Термопечь работает в автоматическом режиме. Время термообработки 24 часа.

После термообработки изделия  поступают на сортировку, где сортируются  вручную.

 

периклазовый порошок          периклазовый порошок      графит       СФП      этиленгликоль

        фракции 3-1 мм                        фракции 1-0 мм 

 

 

              бункер                                        бункер                бункер      бункер         бункер

 

 

             дозатор                                       дозатор                 дозатор      дозатор         дозатор

               60%    15%       15%          5%             10%

 

 

смеситель «СМ 15104М»

 

 

пресс «Лайс»

 

 

садка на вагонетки

(вручную)

 

 

 

термопечь

 

 

сортировка

 

 

                                     брак готовая продукция

                       (возврат в производство)

 

 

Рис. 7. Технологическая схема производства периклазоуглеродитсых изделий марки ПУПЭ.

 

Физико-химические основы производства.

 

Периклазоуглеродистые огнеупоры представляют собой изделия сформованные под высоким давлением с применением специальной углеродистой связки. Масса состоит из периклазового клинкера различных фракций, графита и модифицирующих добавок (CФП и этиленгликоля)

После формования изделия высушиваются при температуре не более 300⁰С в восстановительной среде для предотвращения окисления углерода. Углерод и периклаз не образуют эвтектической смеси, поэтому периклазоуглеродистые огнеупоры обладают высокой огнеупорностью. Кроме того, низкое термическое расширение углерода и повышенная теплопроводность значительно повышают термостойкость изделий. Также углерод предотвращает проникновение шлака в огнеупор, поэтому изделия обладают высокой шлакоустойчивостью.

Модифицирующие добавки, играющие роль плавней, при термообработке изделий, расплавляясь и взаимодействуя с огнеупором, образуют стеклоподобную фазу с пространственной коагуляционной структурой. Происходит ликвидация пор на местах бывшего графита и первичных пор посредством возникновения множества мелких пор, изолированных друг от друга пленками стеклофазы сложного состава. Пленки цементируют мелкие частицы периклаза. Закупоривание пор резко ограничивает доступ воздуха к углеродсодержащему материалу, обеспечивая тем самым защиту огнеупора от окисления углерода.

Кроме того, плавни участвуют  в спекании при службе безобжигового  огнеупора, создании керамической связки, упрочнении обезуглероженного слоя, что также увеличивает износостойкость огнеупора.

После термообработки изделия имеют черный цвет. Строение прочное с неровным изломом. Структура состоит из зерен заполнителя (белые, серые, желтоватые) размерами 1 – 3 мм и черной связующей массы.

Структура неравномернозернистая, что обусловлено наличием зерен  заполнителя размерами 0,08 – 3 мм и черной непрозрачной криптокристаллической связующей массы. Зерна заполнителя представлены бесцветными либо желтоватыми обломками монокристаллов плавленого периклаза и агрегатами состоящими из зерен периклаза, сцементированных тонкими пленками силикатов. Силикаты представлены форстеритом и монтичеллитом и присутствуют в виде пленок и включений неправильной формы в агрегатах плавленого периклаза.

Связующая масса состоит  из мелких зерен периклаза неправильной остроугольной формы, чешуек графита и черной криптомассы.

В изделиях при службе происходят несколько эндотермических  и экзотермических эффектов: первый эндотермический эффект связан с удалением адсорбционной влаги при 100⁰С; второй – с окислением органического вещества (максимум при 510⁰С). Нагрев до 1350⁰С сопровождается постепенной потерей массы образца. Ряд экзотермических эффектов при 880⁰ и 1140⁰С связан с окислением глубинных слоев углерода. При 1330⁰С происходит резкий эндотермический эффект с увеличением массы, что вызвано окислением Fe и Al. Общая потеря массы 12,1%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойства периклазоуглеродистых изделий

марки ПУЭП.

 

Таблица 12

Показатель в соответствии с ТУ 14 – 8 – 463 - 90	ПУЭП
Массовая доля, %: MgO, не менее	90
С, в пределах	8 - 20
Пористость открытая, %, не более	8
Предел прочности при  сжатии, Н/мм2, не менее	30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основное оборудование.

 

Дозаторы.

 

Дозировку отдельных  компонентов шихты производят по массе и по объему. От точности дозирования  во многом зависит качество продукции. Объемное дозирование проще по устройству, но точность его работы ниже, чем весовых дозаторов. Наиболее совершенны автоматические весовые дозаторы, применяемые для дозирования порошкообразных материалов и жидкостей.

На огнеупорных заводах  применяют автоматические весовые  дозаторы двух типов: порционные –  для взвешивания отдельных порций материала и непрерывного действия – для взвешивания материалов в потоке одно-  и многокомпонентные. По конструкции порционные весовые дозаторы всех типов имеют характерные узлы одинакового функционального назначения: загрузочное устройство, бункер, рычажную систему, весовой механизм, выпускной механизм и систему управления. Наиболее распространены полуавтоматические порционные дозаторы для порошков типа ДПО – 100, ДПО – 250 и тд.

Надежность и точность работы дозаторов зависят от состояния весовых механизмов и систем автоматического регулирования. Для безотказной и надежной работы дозаторов необходимо регулярно проводить профилактический осмотр, регулировку и проверку.

Используется весовой дозатор ДПО – 250, его техническая характеристика приведена в таблице 13

 

 

 

 

 

Техническая характеристика дозатора ДПО - 250

Таблица 13

Наименование показателей	Норма
Пределы взвешивания	50 – 250
Объем бункера, м3	0,25
Цикл взвешивания, с	60
Класс точности каждого  отвеса	1,5
Допустимая погрешность, %	1,25
Потребляемая мощность, кВт/ч	3,4

 

Смесители.

 

Процесс смешения различных  материалов должен обеспечить однородность массы по количеству составляющих материалов, зерновому составу и влажности. Смешение зависит от многих параметров. Скорость и эффективность смешения зависят от формы и размеров частиц, общего зернового состава и каждого компонента в отдельности, числа смешиваемых компонентов и их соотношения, плотности смешиваемых компонентов, коэффициента трения, степени измельчения и тд.

Эффективность смешения характеризуют гомогенностью массы, т.е. степенью равномерности распределения компонентов в объеме полученной смеси. Однородность смеси зависит от системы питания смесителя исходными компонентами шихты, порядка подачи в смеситель твердых компонентов и увлажняющей добавки и других технологических факторов.

Высокая однородность готовой  смеси еще не гарантирует получение  массы, пригодной для формования. Для стабилизации достигнутого при  смешении распределения компонентов  в массу вводят временную связку, которые с помощью капиллярных сил, сил адгезии или механического зацепления фиксируют в массе распределение компонентов. Однако введение компонентов в сухую смесь порошков различных фракций вызывает комкование и грануляцию массы, что резко нарушает однородность приготовленной массы. Комкованию подвергаются прежде всего тонкодисперсные фракции, поэтому большое значение имеет последовательность введения различных компонентов в смеситель.