Технология производства корундоциркониевых огнеупоров для выстилки дна ванн стекловаренных печей

   Основное  воздействие на огнеупор –  интенсивная вертикальная ячеистая  коррозия. Главную роль развития  коррозии играют разнородность  основного кристаллического компонента и межкристальной стекловидной фазы. Помимо коррозийной стойкости, наиболее важными показателями для плавленолитых огнеупоров считаются температура образования стекловидной фазы и склонность к образованию пузырей в контакте со стекломассой.

   Коррозия огнеупоров, их рациональное применение и служба в отдельных конструктивных элементах кладки стекловаренных печей.

   Рассмотрим  процессы коррозии и способы  повышения стойкости отдельных  элементов футеровки стекловаренных  печей, износ которых определяет  длительность компании печей.

   Стены  варочного бассейна в процессе  длительной компании стекловаренной  печи постоянно подвергаются  агрессивному коррозионному воздействию  высокотемпературного расплава: в  зоне варки - плавящейся шихты,  особенно активной по отношению к огнеупору, в зонах осветления и гомогенизации – сваренной стекломассы.

   Проток, так же как и стены варочного  бассейна, является тем элементом  огнеупорной кладки, интенсивный  износ которого во многих случаях  лимитирует длительность компании  ванной стекловаренной печи. Конструктивно проток имеется лишь в печах, предназначенных для выработки штучных и специальных изделий, и служит для разделения по стекломассе варочного и выработочного бассейнов стекловаренной печи.

   Верхнее  строение стекловаренной печи состоит из стен пламенного пространства, влетов горелок,  арок, сводов и стен горелок [29].

  Дно варочного  бассейна. При устаревшей конструкции  дна варочного бассейна из  шамотных брусьев толщиной 300-400 мм  и плитки из плавленого бадделеитокорундового  огнеупора толщиной 70-100 мм износ дна в подавляющем большинстве случаев лимитирует продолжительность кампании стекловаренных печей; в ряде случаев дно оставляют без замены на следующую кампанию. Однако вследствие больших тепловых потерь через дно (до 4100 Вт\м²) устанавливался значительный градиент температур стекломассы по глубине варочного бассейна (1450-1500 °С в поверхностных слоях и 1000-1050 °С в придонных), что отрицательно влияло на варочную и усредняющую способность печи. При этом малоподвижные природные  слои стекломассы часто являлись причиной ухудшения качества стекла. При применении обязательной в современных печах тепловой изоляции варочного бассейна наблюдается резкое снижение тепловых потерь через дно (до 1400-1630 Вт\м²) и градиента температур по глубине вследствие повышение температуры придонных слоев стекломассы на 250-300  °С, что способствует значительному увеличению удельной производительности стекловаренной печи, но усиливает корродирующее воздействие стекломассы на огнеупорную кладку дна. Последнее связано не только с повышением температуры, но и с наличием в придонных слоях при температурах выше 1200  °С агрессивных фаялитовых расплавов, образующихся вследствие неизбежного попадания в варочный бассейн с шихтой или со стеклобоем различных железных (стальных) предметов и немагнитных материалов, так же активно корродирующих футеровку дна [29]. 

   Усовершенствованная  конструкция дна варочного бассейна, используемая за рубежом в  современных стекловаренных печах  с учетом роста температуры и агрессивного воздействия расплава, состоит из трех основных частей: защитной, промежуточной и изоляционной. Из общей толщины дна, равной 700-1200 мм, защитная часть составляет 20-25%, промежуточная 40-60%, изоляционная 30-40%. Защитная часть дна выполняется из высокостойких огнеупоров обычно в два слоя: верхний толщиной 75-100 мм из плавленолитого бадделеитокорундового огнеупора (без усадочных раковин), нижний из высокоплотного цирконового огнеупора той же толщины. Как правило, эта часть дна полностью нейтрализует агрессивное воздействие природных слоев стекломассы. Этому способствует и присутствие в этой части дна коррозионностойких мертелей на основе цирконийсодержащих материалов и фосфатных связующих. Промежуточную часть дна также выполняют в два слоя из алюмосиликатных огнеупоров: верхний шамотный с повышенным содержанием Al2O3 (типа каолинового) толщиной 200-250 мм, нижний – из обычного шамотного бруса такой же толщины. Особое внимание обращается на необходимость тщательной подгонки (притирки) брусьев для обеспечения минимальной толщины шва между ними. Изоляционная часть дна включает несколько слоев огнеупорных легковесных блоков общей толщиной 200-300 мм из теплоизоляционных материалов с достаточной механической прочностью и низкой теплопроводностью. Эта часть дна, являющаяся его основанием, выкладывается не на стальные полосы, а на сплошной стальной лист толщиной 6-8 мм. На наших заводах широко применяется несколько иная конструкция дна: верхний слой – плитка из бадделеитокорундового огнеупора толщиной 150 мм, далее слой цирконового мертеля толщиной 30-50 мм и два слоя шамотных брусьев толщиной 300-400 мм. Такая конструкция дна варочного бассейна также характеризуется высокой коррозионной стойкостью и практически теми же показателями тепловых потерь через кладку. В конструкции варочного бассейна многих типов стекловаренных печей предусматриваются узел бурления стекломассы сжатым воздухом или инертным газом, порог, дополнительный электроподогрев стекломассы. Из-за высоких температуры и агрессивности придонных слоев стекломассы эти элементы кладки выполняют из цельнонаполненных (без усадочных раковин) брусьев типа С, [29].

   Развитие  стекольной промышленности в  большей мере обусловлено наличием  качественных огнеупоров для  футеровки стекольных агрегатов. При выборе оптимального огнеупорного материала учитывается не столько прочность ванны, свода или регенератора, сколько обеспечение заданного качества стекольного расплава. Выбор состава и технологии изготовления футеровок стекловаренных печей должен основываться на знании процессов, протекающих при разрушении футеровки в условиях варки стекла. Термин коррозия огнеупорных подразумевает их разрушение под воздействием корродиентов, прежде всего расплавов и газов, а так же твердых веществ, оказывающих на футеровку химическое, физико-химическое воздействие.

1.4. Теоретические  основы процесса коррозии

  Коррозия  огнеупорных материалов может  осуществляться под воздействием  газов и твердых веществ, но  чаще всего в результате действия  расплавов. Коррозия огнеупоров стекломассой является частным случаем растворения твердых веществ жидкостями. При описании этого процесса из-за его сложности исходят из представлений и зависимостей, используемых при изучении растворения твердых веществ жидкостями со сравнительно низкой вязкостью, учитывая особенности системы “огнеупорный материал – стеклообразующий расплав”.

   Взаимодействие  ингредиентов начинается на поверхности  твердого вещества. Растворенным  веществом обогащаются те слои  жидкости, которые находятся в  непосредственном контакте с поверхностью твердого вещества. С возрастанием концентрации количество растворенного вещества приближается к концентрации насыщения, в результате поверхностные слои теряют способность к взаимодействию и дальнейшее растворение зависит от отвода растворенного вещества от поверхности контакта в объем растворителя, [3].

Виды коррозии.

1. Поверхностная коррозия, вынужденная свободной или вынужденной конвекцией.
2. Коррозия ниже уровня стекломассы, вызванная свободной или вынужденной конвекцией.
3. Ячеистая коррозия, вызванная интенсивной свободной конвекцией на границе трех фаз. Она обусловлена присутствием пузырьков газа или капель металла. Поступательная скорость ячеистой коррозии обратно пропорциональна 2\3R. Это означает, что меньшие пузырьки или капельки вращаются быстрее. Однако их размер должен быть лимитирован, чтобы выполнялись условия течения. Ячеистая коррозия разрушает нижние части поплавков, протоков, подвесных заслонок,  погруженных в стекломассу. Капли металла обычно разрушают дно, в некоторых случаях это приводит к уменьшению срока службы стекольных плавильных агрегатов.

   На коррозию  влияют такие факторы, как:

• Химический состав твердой фазы огнеупорных материалов,
• Минеральный состав твердой фазы,
• Стеклофаза огнеупорных материалов,
• Пористость огнеупорных материалов,
• Химический состав стекломассы,
• Вязкость,
• Поверхностное натяжение,
• Смачивание,
• Коэффициент диффузии,
• Время,
• Температура,
• Технологические факторы,
• Электрический потенциал.

1.5. Основные  потребители корундоциркониевых  изделий    

        Основными потребителями корундоциркониевых огнеупоров являются стекольная промышленность. Российская Стекольная Компания  (ЗАО «РСК») объединяет группу предприятий по промышленной переработке стекла, которые расположены в регионах Санкт-Петербурга, Москвы, Н. Новгорода,  Краснодара, Самары и Ярославля.Завод по изготовлению стекла ООО «Стеклоиндустрия» занимает одно из ведущих мест среди российских предприятий по производству стекла.Компания «Стекло-Декор» - это новая производственная компания в России, а так же многие другие предприятия производства стекол.  Предприятия, выпускающие корундоциркониевые огнеупоры. ОАО «Подольскогнеупор» - одно из ведущих предприятий огнеупорной промышленности России. Щербинский завод электроплавленых огнеупоров. Уралогнеупор.

                                                                                                         Таблица 2 Характеристика промышленных бакоровых плит согласно ГОСТ-23053-78.

Тип и марка  огнеупора	Химический  состав, мас.%	Фазовый состав об.%	Кажущаяся плотность, г\см³	Открытая пористость, %
Бадделеитокорундовые, тип А: БК-33	ZrO2  32,5-33,8 Al2O3  49,7-51,5 SiO2     13,3-15,3 R2O      1,0-1,4 Примеси   0,25-0,4	Бадделеит 32,0-33,0 Корунд  47,0-49,0 Стекловидная фаза 18,0-21,0	3,70-3,85	1,0-1,5
Бадделеитокорундовые, тип В: БК-37	ZrO2  36,0-37,2 Al2O3  47,8-48,7 SiO2     13,0-14,0 R2O      1,05-1,4 Примеси   0,25-0,4	Бадделеит 36,0-37,0 Корунд  43,5-46,5 Стекловидная  фаза 17,5-21,0	3,78-3,98	1,0-1,5

 

 

 

 

 

 

 

2. Технологическая  часть

2.1 Технологическая схема производства корундоциркониевых огнеупоров

              Каолин  10%                      глинозем   75%              Zr4SiO2 15%                           

                              совместный помол, вибромельница  (анализ)

 

вода с раствором ЛСТ              Смешение (мешалка)                         

 

                          Приготовление порошка (распылительное  сушило)

                                                               Сепаратор 

                                                              Смеситель

                                                             

                                          Прессование (гидравлический пресс)

 

                                                   Обжиг (туннельная печь)

                                                                 1700 °С

 

                                                          Склад ГП (контроль)

2.2. Описание  технологической схемы

 Со склада  сырья глинозем, циркон и каолин  закрытыми течками подаются на совместный помол в вибромельницу. Смесь совместного помола выгружается в лопастную мешалку, туда же подается вода с раствором ЛСТ. Влажность шликера доводится до 42%.

   Приготовленный, шликер  насосами подается в  распылительное сушило, где производится сушка шликера, до влажности 6-7%. Получившийся продукт представляет собой гранулы размером 2-0 мм. Сушка производится в сушилах с использованием сепаратора и выгрузкой порошка в двух точках.  Это позволяет классифицировать гранулы на грубые – 65%, мелкие – 35% и пыль. Пыль возвращается в лопастную мешалку на переработку. Получившийся продукт закрытыми течками  подается в смеситель, для равномерного смешения гранул.

       Ленточными транспортерами  порошок  подается в бункер пресса. Прессование  производится на гидравлических прессах методом полусухого прессования, при давлении 1-1,5 тонны. В результате получаются сырец корундоциркониевой  плиты.  Отпрессованный сырец устанавливается вертикально на подсад из корундовых изделий и отправляется на обжиг в туннельную печь.

     Принципиальное  отличие туннельных печей от  кольцевых заключается в том,  что печной канал имеет постоянные  зоны, а изделия, загруженные на  вагонетки, перемещаются в печи, последовательно проходя все  периоды обжига. Основным преимуществом туннельных печей является улучшение условий труда рабочих, так как садка и выгрузка производятся вне печи.

Аппаратурно-технологическая  схема приведена в приложении 1.

  2.3. Подбор  необходимых компонентов

По данной технологической  схеме подберем необходимое сырье.

   Циркониевое  сырьё. Концентрат цирконовый  – по ОСТ 48-82-81.

  В качестве  сырья для цирконистых огнеупоров  используются получаемые в результате  обогащения цирконийсодержащих  пород концентраты: цирконовый, состоящий  из цирконаZr4SiO2 и незначительного количества сопутствующих материалов – ильменита, биотита, кварца, полевого шпата и бадделеитовый, представленный бадделеитом ZrO2.

Марка КЦПТ (порошкообразный  тонкодисперсный).

                                                                                                              Таблица 3