При помелі зв’язуючюї глини необхідно добиватися її найбільшого подрібнювання. Помел у дезинтеграторі при нормальної вологості глини дозволяє отримати до 80% частинок, менших за 0,5 мм. Зерна крупніше за 1,5 – 2 мм відокремлюють на ситах. Більшу тонкість помелу забезпечують встановленням після дезинтегратору повітряного сепаратору, в якому відокремлюються частинки, менші за 0,1 мм. Однак при відсіюванні глини на сепараторі витрачується у 2 – 3 рази більше електроенергії, ніж на вібраційним грохоті.
Для тонкого помелу глини з одночасною її сушкою рекомендують застосовувати аеробільний млин, що працює у замкнутому циклі з повітряним сепаратором. Гаряче повітря за допомогою вентилятора, що всмоктує, який встановлений над сепаратором, протягується через млин та уносить за собою подрібнену глину у сепаратор. Величина уносимих частинок залежить від швидкості руху повітря у шахті та у трубі, що відсмоктує, яка зв’язана з сепаратором.
2.2. Підготовка шамоту.
Основою виробництва середньо-мулітових вогнетривів є отримання муліто-корундового шамоту, що щільно спікся. Він служить наповнювачем та зв’язується при формованні виробів 15 – 20% пластичною вогнетривкою глиною, що спікається.
Брикет виготовляють з тонкомеленого технічного глинозему, до якого додають вогнетривку глину або каолін. вогнетривка глина служить компонентом для синтезу муліту у виробі та одночасно виконує роль зв’язки для глинозему при формованні брикету. Для синтезу муліту може бути використаний і гідрат глинозему. Так як процес мулітоутворення відбувається при 1300 – 14000 С, то заміна технічного глинозему гідратом не вносить змінення у цей процес. Тонке подрібнювання гідрату потребує більш тривалого часу. При організації виробництва колоїдального гідрату глинозему для потреб вогнетривкої промисловості величину зерен можна зменшити до таких розмірів, при яких не потребується подрібнювання.
Високий ступінь дисперсності компонентів брикету та їх ретельне перемішування, наприклад, у вигляді шликерів після мокрого помелу у пропелерному млині або сухих порошків у шаровому млині, забезпечують завершення мулитізації при 1400 – 15000 С та спікання брикету при 1500 – 16500 С. Випал виробів звичайно проводиться у обертових печах.
Високоглиноземістий шамот, що спікся, з водопоглинанням менш 3% подрібнюють до потрібного зернового складу. У якості зв’язки до нього додають 15 – 20% вогнетривкої глини, що спікається. Такий шамот при граничній величині зерна 1,5 – 2 мм повинен містити близько 50% найбільш дрібної фракції (менше 0,1 мм). Твердість та щільність цього шамоту вельми затрудняють його подрібнення.
2.3. Приготування виробів.
При обробці маси для того, щоб така мала кількість глини була достатньою для гарного зв’язування шамоту при пресуванні та випалу, необхідне виконувати наступні вимоги: використовувати тонко дисперсну високопластичну для більш повного та кращого обволакування шамотних зерен більш тонким шаром глини, частину її належить попередньо переводити у лікер, при цьому додаток електролітів дозволяє знизити кількість води у лікері, для рівномірного розподілу глини на поверхні шамотних зерен необхідна ретельна обробка маси. Вологість маси становить 5 – 6,5%, що дозволяє ввести до неї у вигляді лікеру лише 6% глини.
Зерновий склад шамоту повинен забезпечувати максимальну щільність укладки. Це обумовлює більшу щільність сирцю та дозволяє також знизити кількість звязуючої глини, яка потрібна лише для обволакування тонкою плівкою шамотних зерен.
Для більш ретельного перемішування шамоту з зв’язуючою глиною доцільно обробляти масу на змішувальних бігунах. Однак при такій обробці маси може змінюватися зерновий склад шамоту в результаті помелу, головним чином великих фракцій. Тому багато шамотну масу рекомендують перемішувати у наступній послідовності: тонкозернистий шамот замочують у змішувальних бігунах шликером, туди ж вводять решту: глину, що не ввійшла у лікер, потім отриману масу змішують з крупнозернистим шамотом. Ця остання стадія перемішування маси у Толстому шарі зменшує помел великої фракції. Для забезпечення тісного змішання глини з тонкою фракцією шамоту та помелу більш великих зерен глини перемішування здійснюється у трубному млині.. Отримана суміш потрапляє у змішувальні бігуни, до неї вводять лікер та потім велику фракцію шамоту. Завантаження змішувальних агрегатів здійснюють масовими дозаторами з бункерів, що розташовані над бігунами. Робота усього змішувального агрегату автоматизована.
Багато з вогнетривких заводів та цехів використовують спрощений спосіб виготовлення мулітових мас. Наповнювачем служить не фракціонований шамот з граничною величиною зерна у 3 – 4 мм та вмістом дрібної фракції (<0,5 мм) 20 – 60%. Необхідна кількість зв’язуючої глини 20 – 25%. При правильно підібраному співвідношенні великих та дрібних фракцій може бути досягнута висока щільність виробів. Маса оброблюється у один прийом у змішувальних бігунах.
Перемішана у бігунах маса потрапляє до живильника преса.
Описаний спосіб виробництва пресованих середньо-мулітових виробів забезпечує отримання вогнетривкого матеріалу високої щільності та міцності. Завдяки малої вологості мулітової маси та невеликому вмісту в ній зв’язуючої глини величина усадки при випалі не перевищує 2 – 3%, що забезпечує правильність форм та точність розмірів виробів. Цей спосіб використовується для виробів найбільш відповідального призначення.
Завершальним етапом виробництва вогнетривких виробів є випал. Він потрібен для спікання та ущільнення виробів у такій мірі, щоб забезпечити необхідну постійність їх об’єму у наступній роботі у печах. При ущільненні вироби набувають також механічної міцності. Щільність та міцність виробів забезпечуються технологічним процесом виробництва, але остаточно визначаються у процесі випалу.
Температура випалу виробів звичайно коливається у межах 1500 – 16500 С. Випал виробів можна проводити у різних типах печей, таких як обертових, періодичних та кольцевих.
При виробі середньо-мулітових вогнетривів потребується строге дотримування технологічного процесу, тому що у іншому випадку якість виробів різко погіршиться.
3. Розрахункова частина.
Задано:
1. Вміст Al2O3 в 100 мас.ч. готового вогнетривкого матеріалу – 75%.
2. Вміст сировини у вогнетривкій шихті (за сухою масою): глини-зв’язки – 17 мас. %, високоглиноземістого шамоту (далі – шамоту) – 83%.
3. Вміст Al2O3 в сировині (на прожарену речовину): мас. %: глина-зв”язка – 36,35, глина на шамот – 55, глинозем – 99.
4. Втрати при прожарюванні сировини, мас. %: глина-зв”язка – 8,42, глина на шамот – 15, глинозем – 0.
5. Необхідна кількість вогнетривкого матеріалу, кг – 5000.
Необхідно:
Розрахувати кількість сировини (глини-зв”язки, глини на шамот та глинозему) для отримання 5000 високоглиноземистих вогнетривких виробів.
Проведення розрахунку.
Перед початком розрахунків зробимо такі основні нозначення:
вміст Al2O3 в 100 мас. ч. готового вогнетривкого матеріалу – А0;
вміст Al2O3 у глині-зв”язці, глині на шамот та глиноземі (на прожарену речовину) відповідно – А1п, А2п, А3п;
втрати при прожарюванні (далі – в.п.п.) глини-зв”язки, глини на шамот і глинозему відповідно – н1, н2, н3.
1. Визначення вмісту Al2O3 в шамоті (за сухою масою).
Складемо рівняння, яке показує вміст Al2O3 в 100 мас. ч. вогнетривкої шихти за сухою масою. В загальному випалку це рівняння буде мати такий вигляд:
Аш*Ш/100+А1сух*(100-Ш)/100=Асш (3.1)
де Аш – вміст Al2O3 в шамоті (за сухою масою);
А1сух – вміст Al2O3 в глині-зв”язці (за сухою масою);
Ш – вміст шамоту в 100 мас. ч. шихти;
100 – Ш – вміст глини-зв”язки в 100 мас. ч. шихти;
Асш – вміст Al2O3 в 100 мас. ч. шихти (за сухою масою).
Для вирішення цього рівняння спочатку розраховуємо А1сух:
А1сух=А1п*(100-н1)/100=36,35*(100-8,42)/100=33,3 (3.2)
Розраховуємо в.п.п. сухої шихти, які надають їй 17 мас. % глини-зв”язки:
100 мас. % глини-зв”язки – 8,42 мас. %
17 мас. % глини-зв”язки – х мас. %
х=1,4 мас. %.
Визначимо вміст Al2O3 в 100 мас. ч. шихти за сухою масою (Асш):
Асш=А0*(100-в.п.п. шихти)/100=75*(100-1,4)/100=74,0 мас. ч. (3.3.)
Тепер запишемо рівняння 3.1 для даного випадку:
Аш*83/100+33,3*(100-83)/100=74,0 (3.4)
Вирішуючи це рівняння відностно Аш, знаходимо:
Аш=82,3 мас. ч.
Саме ця кількість Al2O3 за сухою масою міститься в 100 мас. ч. шамоту.
2. Визначення вмісту Al2O3 в шамоті (на прожарену речовину).
Перерахуємо вміст Al2O3 в шамоті за сухою масою (Аш) на вміст Al2O3 в шамоті на прожарену речовину (Ашм) за формулою:
Ашм=100*Аш/(100-в.п.п. шихти)=82,3*100/(100-1,4)=83,5 мас. ч. (3.5)
3. Визначення складу сировинної суміші для отримання шамоту (на прожарену речовину).
Складемо рівняння по вмісту Al2O3 в 100 мас. % шамоту:
А3п*х/100+А2п*(100-х)/100=83,5 (3.6)
де А2п=55 мас. ч.;
А3п=99 мас. ч.
Вирішуючи це рівняння у пакеті MATHCAD, знаходимо х=64,8 мас. ч.
Тоді кількість глини на шамот становитиме: 100 – 64,8=35,2 мас. ч.
Таким чином, для отримання 100 мас. ч. шамоту необхідно мати 64,8 мас. ч. глинозему та 35,2 мас. ч. глини на шамот, розрахованих на прожарену речовину.