книги из ГПНТБ / Кайнарский И.С. Основные огнеупоры (сырье, технология и свойства)

И.С. КАЙНАРСКИЙ, Э. В. ДЕГТЯРЕВА

ОС Н О В Н Ы Е

ОГ Н Е У П О Р Ы

(сырье, технология и свойства)

Москва, «МЕТАЛЛУРГИЯ», 1974

Н0£ТП<ШЫі! а*:?зз

УДК 666.763.42

УДК 666.763.42

Основные огнеупоры: К а й н а р с к н й И. С., Д е г т я р е в а Э: В: М., «Металлургия», 1974, 367.

Описываются технология и свойства различных групп магнези­ альных, магнезиальноизвестковых и магиезиальношпинелидиых типов огнеупоров. Рассматриваются сырье, его подготовка и переработка, составы шихт, смешение масс, формирование сырца и его сушка, обжиг изделий. Систематически излагаются химические, керамичес­ кие, физико-химические и физические свойства изделий и рассмат­ ривается связь свойств с исходным сырьем, технологией и ее па­ раметрами.

Предназначена для инженерно-технических работников огнеупор­ ной промышленности, научных работников, педагогов, студентов выс­ ших учебных заведений, специализирующихся по технологии огнеупо­ ров, проектировщиков огнеупорных предприятий. Книга представляет интерес для работников металлургической, стекольной и цементной отраслей промышленности. Ил. 85, табл. 87, список лит.: 714 иазв.

9

(С) Издательство «Металлургия» 1974

ПРЕДИСЛОВИЕ

Основные огнеупоры находят широкое применение в производстве стали начиная с 1880 г., когда появились томасовские конвертеры с набивной доломитовой футе­ ровкой. В дальнейшем в связи с внедрением основного мартеновского процесса были применены магнезитовые или доломитовые подины. В тридцатых годах начали ис­ пользовать для верхнего строения мартеновских печей хромомагнезитовые огнеупоры, полная эффективность применения которых выявилась при интенсификации мартеновской плавки кислородом. Развитие кислород­ но-конвертерного процесса также связано с использова­

строения мартеновских печей привел к широкому ис­ пользованию основных огнеупоров.

В соответствии с этим в современном сталеплавиль­ ном производстве преимущественное применение нахо­ дит несколько типов огнеупоров — магнезиальные, маг­ незиальноизвестковые и магнезиальношпинелидные. Для. указанных огнеупоров характерно обязательное содер­ жание окиси магния, колеблющееся в широких-пределах (от 25 почти до 100%). Вторыми компонентами химичес­ кого состава этих огнеупоров являются либо СаО- в коли­ честве от 10 до 70% (магнезиальноизвестковые)-, либо Сг20з от 5 до 25% и более (содержащие хромит), либо А120 3 о т 15 д о 70% (содержащие магнезиальную шпи­ нель).

В соответствии со своим составом эти огнеупоры яв­ ляются химически основными, в результате чего их пра­ вомерно объединить под . общим названием «основные огнеупоры».

Для фазового состава этих огнеупоров характерно наличие содержащих окись магния и кальция минера­ лов с высокими температурами плавления — периклаза, шпинелидов, отчасти кальцоксита к двух- и трехкальциевых силикатов.

Основные огнеупоры имеют важнейшее значение для народного хозяйства; Они используются преимуще­ ственно в черной и цветной металлургии, а также для

Магнезиальные огнеупоры, основным слагающим мине­ ралом которых является периклаз, занимают в классе основных огнеупоров превалирующее положение по тон­ нажу и изготовляются в виде магнезитовых изделий и порошков.

Производство магнезиальных огнеупоров в СССР

базируется на кристаллических магнезитах Саткинского месторождения. В ряде зарубежных стран, не распола­ гающих месторождениями магнезитов или магнезиты которых имеют недостаточно высокое качество, широко используется окись магния, из природной воды. Ее про­ изводство намечается организовать в СССР. Значитель­ ную часть магнезиальных изделий производят в виде нормального кирпича; изготовляют также некоторое ко­ личество фасонных изделий и в первую очередь для разливки стали. Ассортимент магнезитовых металлурги­ ческих порошков предусматривает их различие по хими­ ческому и зерновому составам.

МАГНЕЗИТ

Магнезит представляет собой карбонатную горную породу, сложенную минералом магнезитом, имеющим кристаллохимическую формулу Mg[COs] 2 и содержа­ щим 47,62% MgO и 52,38% С02. Минерал имеет плот­ ность 2,98 г/см3, стеклянный блеск; цвет его белый, се­ рый, голубовато-серый, зависящий от изоморфных и других примесей; излом плоско-раковистый.

В зависимости от природных условий образования различают две основные морфологические разновиднос­ ти магнезита — кристаллическую и криптокриеталлическую (аморфную). В кристаллических магнезитах кри­

5

сталлы ясно выражены, но хорошо образованные кри­ сталлики редки; кристаллы собраны в зернистые: плотные агрегаты из неправильных зерен. В крипто­ кристаллических магнезитах кристаллическое строение иногда обнаруживается лишь с помощью рентгеновского метода в результате высокой степени дисперсности кристаллитов. Они часто имеют фарфоровидный облик,, излом их раковистый.

Плотность магнезитовой породы зависит от состава и количества примесей; она колеблется в пределах 2,9— 3,1 г/см3 у кристаллического и 2,9—3,0 г/см3 у крипто­ кристаллического магнезита. Твердость по Моосу у пер­ вых 4—4,5, у вторых нормально 4, но в случае примеси

зиальных растворов. Схематически этот процесс пред­ ставляется как следующий цикл реакций двойного об­ мена:

CaCOg -|- Mg(HC03)2 ->- MgCOg 4- Са (НС03)2;

осадок раствор осадок раствор

Са(НС03)2 + Mg(HC03)2 -> CaMg (С03)2 + 2Н20 + 2С03;

раствор раствор осадок

CaMg (С03)2 + Mg (НС03)а -* 2MgC03 + Са (НС03)2

кислым магнием обусловливается малой растворимо­ стью углекислых солей магния и кальция и растворимо­ стью их двууглекислых солей, причем большей двуугле­ кислого кальция.

Последняя реакция доломитов с раствором бикарбо­ ната магния является основной при образовании Саткинской группы месторождений кристаллических магнезитов [ 1J.

Генезис кристаллических магнезитов обусловливает наличие в них примесей доломита и доломитизированного магнезита, представляющего собой твердый раствор магнезита с доломитом. Весьма распространена также

иногда карбоната марганца. При значительном замеще-

6

ими магнезита сидеритом первый переходит в брейнерит (95—70% MgC03). Примесями могут быть также алю­ мосиликаты, тальк, кварц, пирит, серпентин, графитит

и др.

Криптокристаллические магнезиты образовались под воздействием богатых углекислотой гидротерм на мас­ сивы ультраосновных магнезиальных пород—-серпен­ тинитов, оливинов и др. Образование из них магнезита идет по реакциям

3MgO • 2SiOa ■2Н20 + ЗС02 -> 3MgC03 -f 2Si02 + 2Н20;

2MgO • Si02 + 2С02 -> 2MgC03 + Si02

и другим, им подобным.

Вместе с магнезитом может выпадать жремнезем, в результате чего криптокристаллические магнезиты загрязняются опалом. Обычно же кремнезем в основной своей массе выносится растворенным щелочными вода­ ми, чему способствует повышение pH. Примесь кремне­ зема может присутствовать в виде неразложившихся силикатов магния материнских пород. Наибольшее рас­ пространение имеют примеси сидерита, кальцита, сер­ пентина, кварца и опала.

Кристаллические магнезиты залегают в виде боль­ ших ЛИИ30или пластообразных масс, причем часто в ассоциации с доломитом. Криптокристаллические маг­ незиты образуют обычно жилы, линзы, гнезда и включе­ ния в змеевиках. По данным [2],криптокристаллические магнезиты в СССР встречаются во многих змеевиковых массивах. Крупные месторождения магнезитов встреча­ ются относительно редко; в СССР они известны в Челя­ бинской области, Красноярском крае и в Иркутской области.

Широкое применение для изготовления основных ог­ неупоров нашли кристаллические весьма плотные маг­ незиты Саткинской группы месторождений в Челябин­ ской области.

Магнезиты Саткинской группы месторождений, вклю­ чающей Гологорское, Волчьегорское, Карагайское, Каргйнское, Степное, Мельничное и Паленихенское место­ рождения, представляют собой ассоциацию ряда

7

являются карбонаты. Минералогический состав приме* сей определяет наличие в саткинском магнезите загряз­ нений, преимущественно СаО, Fe20 3, FeO, А120 3, Si02, углерод и некоторых других. Наиболее вредными явля­ ются’ примеси окиси кальция и кремнезема. Окисью кальция магнезит заметно загрязняется в процессе до­ бычи [3]. Несмотря на последующее обогащение, увели­ чение содержания окиси кальция по сравнению с исход­ ным ее содержанием в магнезите в залежи составляет 0,6—0,3%, тогда как кремнезема только 0,05—0,06%.

Магнезит Саткинского месторождения под микроско­ пом представлен крупными, удлиненными, веретеновид­ ными (острый ромбоэдр), иногда зазубренными кри­ сталлическими зернами неправильной формы. Их очер­ тания большей частью ксеноморфные, т. е. форма зерна несвойственна магнезиту вследствие тесного взаимостесненного их развития. Кристаллы часто с хорошо выра­ женными трещинами спайности по ромбоэдру. В трещи­ нах и пустотах основной крупнозернистой массы магне­ зита иногда выделяются мелкие кристаллы магнезита второй генерации, часто ассоциирующиеся с тальком.

Кальцит в саткинском магнезите присутствует в ви­ де отдельных кристаллов, выпадавших одновременно с магнезитом, или чаще тонких прожилок, рассекающих породу в разных направлениях, обязанных своему обра­ зованию инфильтрации окисленных поверхностных вод. Кальцит представлен хорошо образованными кристал­ лами, обычно в отличие от магнезита полисинтетически сдвойникованными.

Доломит в виде кристаллических зерен встречается среди зерен магнезита, не отличаясь от них своей фор­ мой и видом; по всей вероятности, он сингенетичен маг­ незиту. Доломит заполняет также трещины в магнезите; он крупнокристалличен, молочно-белого цвета, нередко присутствует в смеси с кальцитом.

Тальк образует серые плотные или тонкочешуйчатые массы по трещинам в магнезите; иногда с тальком при­ сутствует хлорит (пеннин).

Кварц образует в магнезите жилки и .гнезда и иног­ да пронизывает кристаллы магнезита; реже он скрыто кристалличен в виде хальцедона.

Пирит вкраплен в магнезите в виде хорошо окристаллизованных кубов, но чаще присутствует по трещинам в магнезите в виде отдельных мелких кристаллов или

8