автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Жаростойкий бетон с применением шлаков феррохромового производства

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ' УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

АЕШ1ГАЗИН Дулат Жардемович

ЖАРОСТОЙКИЙ БЕТОН С ПРИМЕНЕНИЕМ ШЛАКОВ ФЕРРОХРОМОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 19Э5

Работа выполнена в Московском государственном строительном университете.

Научный руководитель

доктор технических наук, доцент Буров В.Ю.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор йуков В,В, - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Седых ЮЛ'.

Ведущая организация -' АООТ ПКТИпромстрой-

, ¿—у ; /—

Защита состоится 1995 г. в часов на за-

седании диссертационного совета К.053.11.02 в Московском государственном строительном университете по адресу: 113114, Москва, Шлюзовая наб., 8, ИГС9, ауд. 30?.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан

935 г.

Йченый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Б.й. Ефимов

Актуальность. Повышен п\ •.'изьидительности цементных вращающихся печнй зависит мт продолжительности их кампании, которая определяется долговечностью футеровки, главным образом, зона спек-зния, где особенно велика терничнская и химическая агрессивность среды. Увеличение меяремонтного периода, сокращение продолжительности капитального и текущего ремонтов являются су-цестеенннм резервом повышения производительности клинкерообжи-гательных печей.

Одни« из перспективных путей решения данной проблем« является расширение сырьевой базы производства огнеупорных изделий за счет использования местных неде^ициткнх материалов и создания на их основе высокоэффективных материалов, в первуи очередь, жаростойких бетонов, которые в большинстве случаев по своим физико-техническим характеристикам не уступают обаиговкм огнеупорам.

В отличие от традиционных штучных материалов варостокие бе-тонн применяются в конструкциях тепловых агрегатов без предварительного обхига. который осуществляется при первом нагреве конструкции в период пуска тепловых агрегатов.

Мировой,« отечественный опыт применения варостойких бетонов для Футеровки зон подогрева и охлаждения,' теплообмекных устройств цементных вращавщихся печей свидетельствуит об их зысо- > кой эффективности. ' однако попытки создания бетонных Футсровок зпнн спекания заметного успеха не имели.

Вышеизложенное свидетельствует о перспективности и актуальности научно-исследовательских работ по 'созданию эффективных жаростойких бетонов для Футеровки зоны спекания вращающихся клинкерообжигательных печей.

Работа проводилась в соответствии с координационным планом научно-исследовательских раоот Академии наук РФ по проблеме "Физико-химические основы получения новых каростойких неорганических материалов" (2.23.6), По Межвузовской НТН "(Архитектура и строительство" и планам НИР КГСУ.

Цель и задачи работы. Основной целья диссертационной работы является разработка эффективного жаростойкого бетона для Футе, ровки зоны спекания цементных вращающихся печей, обладающего высокой термостойкостью и повышенной устойчивости к действии клинкерного расплава, на основе шлаков феррохроиового производства.

Для достижения поставленной цели необходимо было реыить следующие задачи:

- обоснование выбора компонентов вяаущего и заполнителя ааростойкого бетона;

- определение оптимального состава композиционного вянущего и изучение его свойств;

- исследование зависимостей активности вяжущего от технологических Факторов;

- подбор рационального состава ааростойкого бетона:

- исследование физико-химических процессов, протекающих в бетоне при сушке, оБаиге и эксплуатации;

- исследование зависимостей физико-технических свойств жаростойкого бетона от технологических параметров приготовления бетонной смеси, формования и реяимов тепловой обработки изделий из ааростойкого бетона;

- исследование термомеханических и теплофизических свойств ааростойкого бетона;';

- разработка технологии изделий из ааростойкого бетона для Футеровки зоны спекания цементных врацающикся печей;

- промышленная апробация разработанного ааростойкого бетона и анализ результатов проведенных испытаний;

- обоснование технико-экономической эффективности производства и применения ааростойкого бетона в качестве футеровки зоны с.пекания цементных вращающихся печей.

Научная новизна работы заключается в создании защитной "буферной" зоны на поверхности футеровки, выполненной из жаростойкого бетона, в процессе его первого нагревания во вращающейся клинкерообяигательной печи, препятствующей проникновению клинкерного расплава в "глубь футеровочного материала.

Это является отличительной особенностью разработанного «а---ростойкого бетона от ранее созданных, в которых формирование защитной зоны осуществлялось в первые часы эксплуатации футеровки при непосредственном контакте с силикатным расплавом, за счет изменения фазового состава связки в направлении "форстерит ионгичеллит — иервиниг •*• двухкальциевый силикат".

Доказана эффективность введения в состав вяяущего ааростойкого бетона кальцийсодераащей добавки,в виде самораспадающегося илака низкоуглеродистого феррохрома, содераащего в..своем хими^ ческом составе повышенное количество оксида кальция и позволя-

- 5 -

вцего получать мерв^нитовый состав связки.

Выявлены основные закономерности протекания физико-химических процессов в композиционном оякущем и ааростойкои бетоне на его основе в период суики, обкига и эксплуатации при взаимодействии с клинкерным расплавом, определен качественный состав новообразований при различных температурах.

Установлены закономерности изменения прочности, пористости и огнеупорности композиционного силикат-натриевого вяаущего от содержания силикат-глыба о его составе, тонкости помола и режимов тепловой обработки»

Получены закономерности прочностных показателей жаростойкого бетона от содержания йлака углеродистого феррохрома в составе заполнителя бетона при раэличних температурах, гранулометрического' состава заполнителя, водо-твердого отношения, реаинов виброуплотнения и тепловой обработки, необходимые для оптимизации технологии каростойкого оетона.

Выявлены закономерности изменения термонеханических и теп-лофизических характеристик жаростойкого Оетона -с прочности при сжатии в нагретой состоянии, деформации под нагрузкой, коз^тч-циента линейного термического расширения, огневой усадки, термостойкости) от состава бетона и тешератур'ы нагрева«

Практическая значимость раЬоты, Выполнен комплекс исследований, позволивший получить паристойкий бетон, отвечающий требованиям эксплуатации огнеупорных материалов для Футеровки зоны спекания врацапщихся клинкерообжигательных печей и обладающий высокой термостойкостью и повышенной клинкероустойчивостья, оптимизирован« основные технологические параметры изготовления бетонных изделий.

Разработана технология' жаростойкого бетона, позволяющая организовать производство изделий из жаростойкого бетона непосредственно на предприятии-потребителе огнеупорных изделий.

По своим технико-экономическим показателям разработанный жаростойкий бетон значительно превосходит обжиговые огнеупоры: расход футеровочного материала на 1 т цементного клинкера снижается на 12,5,,.21,5 У., расход условного топлива на 1 т Футе-ровочного материала уменьшается на 140..Л80 кг, технологический цикл производства сокращается в Й...8 раз.

Внедрение результатов. Опытно-промышленная апробация разработанного жаростойкого бетона с применением алаков феррохромо-

вого производства осуществлялась в условиях Карагандинского цементного завода Ш "Карагандзцемент">.

Шштные блоки находились в эксплуатации в зоне спекания цементной вращапщейся.печи габаритами ?/Ь,4 х 95 м, раоотавщей по сухому способу, в течение 176 суток.

Результаты испытания жаростойкого бетона позволяют установить, что изделия из «аростойкого бетона удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к огнеупорам для футеровки зоны спекания цементных вращающихся печей.

Овидаемый экономический эффект от внедрения изделий из разработанного «аростойкого бетона составляет оолее 150 тыс. руб. на I т (в ценах на 1 марта 1995 г.).

Апробация работы. Результаты работы докладывались на еяе-годннх научно-технических конференциях научных работников, специалистов и студентов в МГСУ и Акмолинском инаенерно-строитель-нои институте 11334 г. и 1995 г.).

На защиту выносятся:

- теоретические и экспериментальные исследования по созданию жаростойкого материала на основе шлаков феррохромового производства;

- подбор рационального состава жаростойкого бетона, рекомендуемые технологические параметры приготовления бетонной смеси. формования изделий, режимов термообработки и их влияние на эксплуатационные свойства' бетона;

- результаты Физико-химических исследований процессов, происходящих в ааростойком бетоне при сушке, при различных температурах обяига и в процессе эксплуатации;

- исследования теплофизических и термомеханических характеристик жаростойкого бетона;

- технология изготовления изделий из жаростойкого бетона с' применением шлаков феррохоромового производства для футеровки зоны спекания цементных вращающихся печей;

- результаты опытно-промыиленного испытания жаростойкого бетона в заводских условиях и расчет технико-экономической эффективности производства и применения изделий из разработанного жаростойкого бетона.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырехглав, основньнс. выводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем ра-

- ? -

биты -152 страницимапинописного текста, включающего 24 таблицы и 23 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАВОТИ.

Развитие и совершенствование индустриального строительства промыиленных печей возможно лишь при условии перехода на крупноблочное строительство, что придает особуш важность проблеме создания жаростойких бетонов, которые позволяют увеличить продолжительность слуабы футеровки, сократить сроки проведения ремонтных работ-, -существенно уменьюить материальные и энергетические затраты при производстве по сравнению с обжиговыми огнеупорами.

Целенаправленная работа па созданию «оростойких бетонов для Футеровки зон« спекания цементных вращающихся печей ведется в ЙГСУ, где разработаны яаростойкне бетоны на силикат-натриевом композиционном вякущем с использованием в качестве сырьевых материалов лома бывших в употреблении периклазохромитовых огнеупоров и хромитовой руды, которые с успехом внедрены в производство в системе АО "Горнозаводскцемент".

В основу проводимого комплекса работ полонены основные принципы создания эффективных жаростойких бетонов, обладавших высокой термостойкостью и повышенной клинкероустойчивостью, заключавшиеся в формировании на поверхности жаростойкого бетона защитной "буферной" зоны, препятствующей дальнейшему проникновения клинкерного расплава в глубь футеровочного материала, за счет введения в связующее кальцийсодержащей добавки, позволяющей целенаправленно изменять фазовый состав связки в направлении: форстерит - монтичеллит - ыервинит - белит. Основные принципы создания эффективных жаростойких бетонов включают следующие полокения:

1. Использование безводного силиката натрия в качестве одного из компонентов вяжущей композиции при производстве жаростойких бетонов весьма эффективно. На его основе при соответствующем подборе остальных компонентов вяжущего и заполнителя «окно синтезировать ааростойкие бетоны, сходные по минералогическому составу широко, применяющимся в цементной промышленности магнезиальноипинелидныи огнеупорам, а по термомеханическим и теплофизическиы показателям даже превосходящих их.

2. С целью повыиения клинкероустойчивости жаростойкого бе-

- а -

тона целесоооразен ввод кальцийсодержаедей добавки в состав вяжущей композиции, позволяющей целенаправленно воздействовать на Фазовый состав связки, изменяя ее минералогический состав в направлении: форстерит — моктичеллит •»■ мервинит * белит 1гМд0'510а Са0-кд0-510а — ЗСаО-МеО-¿БИ^ — ¿СаО -Б).

Переход форстерито-монтичеллитовой связки в мервинито-бели-товую возможен при увеличении соотниения СаО/5Ю2 от 1,7 до 4,0.

3. Для стабилизации белита и предотвращения его пе-

рехода а З^-модификациш, сопровождающуюся увеличением объема в среднем на 12 X, необходимо присутствие в системе Сг2 03. Наличие Сг2 Од позволяет увеличить продолжительность слукбы гаро-стойкого бетона в зоне спекания клинкерообяигательных печей, так как ионЫ шестивдлентного хрома замещают ионы кремния в кристаллической реиетке р~С2 Б. тем самым создавая определенные трудности для дальнеййего проникновения клинкерного расплава в глуоь Футеровочного материала.

Данные принципы свидетельствуют, что для создания Еаростой-ких бетонов для Футеровки зоны спекания цементных вращающихся печей коано использовать сырьевые материалы, сходные по химическому и минералогическому составу магнезиальноипинелидным огнеупорам, в частности, некоторые металлургические шлаки, обладающие достаточно высокой огнеупорностьа.

Анализ химических и минералогических составов металлургических шлаков показывает, что наиболее полно требования«, предъявляемым к сырью для жаростойких бетонов, отвечают шлаки феррохромового производства. Данные шлаки в настоящее время практически не утилизируются и поскольку большинство цементных заводов.расположены в непосредственной близости от предприятий металлургической промышленности, то очевидно, что данные илаки являются ценным сырьем для производства жаростойких бетонов для Футеровки зоны цементных вращающихся печей.

Шлак углеродистого феррохрома отвечает требованиям, предъявляемым к заполнителю для жаростойкого бетона, так как приближается по минералогическому составу к периклазохромитовым огнеупорам и обладает огнеупорностьа сване 1йй0°С. Минералогический состав шлака углеродистого феррохрома представлен в основном форстеритом - 65...?5 У., магнезиальноглинозеыистой

ипинельв М^О-А^Оз- до 20 X. хромшпинелидами (Мд,Ке)0'(Сг,А1)г0з - до 5 У. и стеклофазой.

Наличие в фазовом составе каршлийкиго оетона форстерита и благородной шпинели кеооходино для предотвращения падения прочностных показателей в интервале средних температур 1600..,900"С) за счет плавления силиката натрия,

В качестве кальцийсодеряащей добавки в вякущуи часть гаро-стойкого бетона возможно использовать самораспадающийся шлак низкоуглеродистого феррохрома, содержащий в своем химическом составе до 50 7. оксида Са, а в минералогическом •- мерзинит и двухкальциевнй силиикат. Выпуск данных шлаков только на Челябинском электро-металлургическом квиоинате составляет более 630 тыс. т в год.

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований била выдвинута, рабочая гипотеза о возможности получения жаростойкого бетона на основе растворимого силиката' натрия и длаков феррохромивого производства, обладекоцего высокой термостойкостью и повышенной клинкероустойчнвостьга, Р. г одой кальцийсодеряацей добавки в сзязующее в виде самораспадающегося углеродистого шлака кото получить мервинито-Оелиговкй состав связки каростойкого бетона в процессе его .первого кагрона во враатаюе;ейся цементной печи, сходный ооннгаеиону катериллу -портландцекентному клинкеру. Таким образом, так называемая "буферная" зона уае до воздействия клинкерного расплава будет образовываться при одностороннем нагреве на поверхности футеровки, выполненной из яаростойкого бетона, те».самим препятствуя проникновению клинкерного расплава в глубь футеровочного материала.

Сходство минералогических составов жаростойкого бетона и обжигаемого материала - портлакдцементного клинкера будет способствовать образованию обмазки из клинкерного расплава, что несомненно повысит эксплуатационные характеристики футеровочного материала,

В качестве компонентов вяжущей композиции всегда стараются использовать сырьевые материалы близкие по химическому составу основному компоненту заполнителя жаростойкого бетона, поэтому было решено использовать в качестве огнеупорного компонента-вяжущего и заполнителя лом бывших в эксплуатации периклазохроми-товых огнеупоров, хорошо зарекомендовавших себя в ранее выполненных научно-исследовательских работах. Вывшие в употреблении периклазохромитовые огнеупоры ' имеют в своем химическом составе повышенное' количество СаО, а в минералогическом - монтичоллит и

мервинит.

Подбор оптимального состава композиционного вяжущего для жаростойкого бетона проводился методом математического планирования, его целью являлась разработка жаростойкого бетона с монтажной прочностью (после суаки при ¿00*0 не менее ¿0 МПа.

Рациональный состав вянущего составил, в '/. по массе: 20 -силикат-глыба, 30 - самораспадающийся шлак низкоуглеродистого феррохрома, 50 - лом бивших в упо.реблении периклазохромитовых огнеупоров. Данный состав вяжущего позволяет получать каростой-кий бетон с контакной прочностью - не менее 25 КИа. Огнеупорность вяжущего оптимального состава составила 1б20вС.

На образцах композиционного вякуцего оптимального состава оыло исследовано влияние тонкости помола и режимов тепловой обработки на его активность.

Процесс твердения композиционного вякуцего, приводящий к омоноличиванип структуры оетона, происходит в температурном интервале от 20 до 200°С и включает в себя следующие стадии:

- гидролиз силиката натрия в воде;

- поликонденсацию кремниевой кислоты и образование кремне-геля;

- обезвоживание и частичную кристаллизацию геля.

Исследования различных режимов тепловой оораоотки вяжущего

(.таил, и показали, что для полного протекания Физико-химичес-4 ких процессов, происходящих при твердении вянущего, необходима изотермическая выдержка при температуре в течение

¿.5...3 ч.

На образцах композиционного вяжущего оптимального состава такке были исследованы изменения относительной влажности от продолжительности термообработки и определены сроки твердения вяжущего.

Расчет гранулометрического состава заполнителя для жаростойкого бетона проводился по методике, в основу которой положен принцип последовательного заполнения пустот с учетом требований, предъявляемых к магнезиальношпинелйдным заполнителям. Был разработан состав яаростойкого оетона с использованием в качестве заполнителя смеси, состоящей из шлака углеродистого феррохрома и лома бывших в употреблении периклазохромитовых ог-. неупоров. Использование данной смеси объясняется тем, что лом бывших в эксплуатации огнеупоров является ценным сырьем для из-

Таблица I

Влияние реккмов термообработки на прочностные характеристики композиционного вяауиего

N Реяим термообработки Продолжительность Прочность при

ч. сжатии, МПа

Подъем температуры до 90*С и,5

Выдержка; при '90 - 95вС 1,0

1 Подъем температуры до 200°С 0,5 24

Выдержка при 200*С 1,0 Охлаждение

в

Подъем температуры до 90 С 0,?5

Выдержка при 90 - 95 С ¿,0

Подъем температуры до 200°С 0,Ь 31

Выдержка при 200°С 1.0

Охлаждение

Подъем температуры до У0*С 0,?5

Выдеряка при 90 - 95 С ¿,!3

3 Подъем температуры до 200вС 0,75 39

'—^-быдеряка при 200°С ¿,0 Охлакдение

Подъем температура до 30*С, , 0,?5

Выдержка при 90 - 953,0

Подъем температуры до 200 9С 0,Ь 43

Ьыдеркка при 200°С 3,0

Охлакдение

4

готоеления «аростойких оегонов. И в случае широкого производства и применения жаростойких бетонов в цементной промышленности с Целью экономии лома отслуживаих периклазохромитовых огнеупоров реиено было ввести алак углеродистого феррохрома в смесь заполнителя, Полностыа отказаться от использования лоиа бываих в употреблении периклазохромитовых огнеупоров в составе жаростойких бетонов не представляется возможным, так как в этом

случае ухудшаются прочностные характеристики каростокого бетона при повышенных температурах и его стойкость к клинкерной агрессии.

С целью определения количественного содержания шлака углеродистого феррохрома в сиеси заполнителя были проведены исследования, в ходе которых выявлена зависимость прочностных показателей жаростойкого бетона при различных температурах от со-деряания шлака в заполнителе. При этом максимально допустимое содержание млака в заполнителе составляет 30...35 X, при дальнейшем увеличении содержания- шлака в смеси заполнителя ухудшается прочностные показатели бетона после обжига при 1400°С. Это объясняется изменением фазового состава жаростойкого бетона, в частности, увеличением количества стеклофазы. .В силу указанной причины было принято решение ограничить содержание ¡слака углеродистого феррохрона в составе заполнителя жаростойкого бетона до 35 у..

Оптимальный состав жаростойкого бетона, позволяющий получать изделия с ионтаякой прочностью после сушки при -200 еС 31,¿ МПа и прочностьи после обжига при IbüO'c - 'á'i.ti Hila, следующий (в У. по мае се):

Бякущее: силикат-глыба - 4 ;

саиораспадаащнйся илак низкоуглеродистого Феррохрома - 6 ;

лом о/у периклазохромитовых огнеупоров - 10 ; Заполнитель: шлак углеродистого'феррохрона - 28 ;

лом б/у периклазохромитовых огнеупоров - 52 ;

Гранулометрический состав запонителя определили следувщии: 0-0,31 Зим - 14,2 г\ 0,315-0,бона - а,0 7-\ 0,ЬЗ-1,25мм - 12,5 7.', 1,25-2,5мм - LS.4 У.\ 2,5-5,Омм - 25,9 /..

Однако пятифракционный гранулометрический состав заполнителя с целью упрощения технологии многокомпонентного яаростойкого бетона целесообразно было упростить, т.е. уменьшить количество Фракций, с последующим расчетом г'рансостава по прерывистой гранулометрии. Для этого, чтобы ограничить изменения структуры бетона, из гранулометрического состава исключалась фракция с наименьшей долей присутствия, которая распределялась меяду остав-аикися фракциями соответственно их процентному содержанию.

В результате были получены трех- и 'чегырехфракционные составы. йаростойкий бетон на основе 4-х Фракционного грансосгава:

5-2,5мм - ¿и,5 ¿,5-1,25мм - VJ.il У.; 1,25-0,ЬЗмм - 14-,0-Х; 0,о15-0мм - 3?,? /. - показал прочность при сжатии после сушки ¿9,4 МПа. а бетон на основе 3-х Фракционного состава: 5-2,Зим -32,2 У.; 2,5-1,25мм - 22,6 У.\ 0,315-0мм - 45,2 У. - 23,1 МПа,

В дальнейших исследованиях применялся трехфракционный состав заполнителя, так как он является наиболее технологичным при изготовлении изделий из жаростойкого бетона.

На образцах яаростойкого бетона было исследовано влияние технологических параметров приготовления бетонной смеси, формования и режимов тепловой обработки изделий на эксплуатационные свойства бетона, а также его термомеханические и теплофизичес-кие характеристики.

В частности, с целью исследования влияния параметров В1юрп-уплотнйния на физико-механические свойства жаростойкого бетона была проведена серия экспериментов, в которой частота вибрации изменялась от 50 до 150 Гц, амплитуда колебаний от 0,1 до 0,? мм, а водо-твердое отношение от 0,04 до 0,03, Максимальные значения прочности при сжатии яаростойкого оетона- были достигнуты при частоте вибрации 100 Гц и амплитуде колеоаний 0,5 мм, при В/Т равном 0,0?...0,08.

Рекомендуемый реяим термообработки изделий из яаростойкого бетона толщиной до 250 мм следующий:

- подъем температуры до 90...Я5*С - 40-45 мин;

- изотермическая выдержка при У0...У5вС - 3 ч.;

- подъем температуры до 200°С -1ч.;

- изотермическая выдеряка при 200вС - 3 ч.;

- охлаждение.

Исследования по определении коэффициента линейного термического расширения яаростойкого бетона при различных температура^ нагрева показывают, что К/П'Р изменяется от 11,3 при 200° С до 12,? х10-4-*с"1 при 1400°С, 4-х процентная деформация жаростойкого бетона под нагрузкой 0,2 МПа составляет свыше 1530ЭС, что соответствует 16 классу бетона и температуре применения до 1600вС.

■ Комплексные физико-химические исследования яаростойкого бетона осуществлялись с использованием рентгеноструктурного, дифференциально-термического, петрографического и электронно-микроскопического анализов.

Исследования клинкероустойчивости жаростойкого бетона "таблеточным" спосооои с применением физико-химических методов по-

казало следующее - в зоне контакта клинкерного расплава с бетонными образцами больших изменений в фазовом составе варостой-кого бетона не происходит, что свидетельствует о его стабильности, жаростойкий бетон практически не взаимодействует с клинкерным расплавом.

результаты исследований подтверждают правильность выдвинутого научного предположения о Формировании защитной "буферной" зоны на поверхности жаростойкого,бетона в процессе его первого нагрева до рабочих температур. 5 процессе обжига в разработанном жаростойком бетоне активизируются процессы рекристаллизации силикатов кальция, магнезиально-глиноземистой шпинели, синтез впинелидов, формируются твердые растворы силикатов магния и кальция, образующих высокоогнеупарнуи клиикероустойэдегу^ дог^кд жаростойкого бето'на. В результате спекания происходит 'пористости и образование плотной структуры бетона. При одностороннем нагреве на поверхности бетонных изделий оОразуется "буферная" зона, представленная мервинитом и двухкальциевым силикатом и препятствующая проникновении клинкерного расплава в глубь футе" ровочного материала. На поверхности радела сред " футеровка -портландцементный клинкер" образуется переходный слой в результате диффузии компонентов расплава и жаростойкого бетона, что приводит к лучшему сцеплении расплава с футеровкой, а в дальнейшем - к образованию устойчивого гарнисаша.

Основные физико-технические свойства разработанного жаростойкого бетона для футеровки зоны спекания цементных вращающихся печей приведены в табл. 2.

Положительные результаты теоретических и экспериментальных исследований по разработке жаростойкого бетона позволили принять решение об опытно-промышленном опробовании в заводских условиях на Карагандинском цементном заводе I АО "Карагандаце-мент"). По согласованию с техническим отделом завода Оыл разработан технологический регламент, включающий в себя технологическую схему производства изделий, нормы расхода сырьевых материалов и нормы времени основных технологических процессов.

Опытные блоки находились в эксплуатации в зоне спекания цементной вращающейся печи габаритом ?/В,4 х 95 м, работающей по сухому способу, в течение 176 суток. Печь оыла остановлена на плановый текущий ремонт футеровки в зоне охлаждения.

Результаты испытания жаростойкого бетона позволяют устано-

вить, что изделия из аэростойкого оетона с применением шлаков Феррохромового производства удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к огнеупорным материалам для футеровки зоны спекания цементных вращающихся печей.

Ояидаемый экономический эффект от внедрения изделий из разработанного жаростойкого бетона составляет более 150 тыс. руб. на 1 т (в ценах на t марта 1У35 г.).

По своим технико-экономическим' показателям разработанный «аростойкий бетон значительно превосходит магнезиальношпинелид-ные огнеупоры: расход футеровочного материала на i т портланд-цементного клинкера снижается на 12,5...¿1.5 У., а расход условного топлива на 1 т футеровочного материала укеньиается на 140...180 кг, технологический процесс производства сокращается в б...8 раз.

Таолица 2

Наименование свойств Единица Показатели

измерения .

Средняя плотность " кг/м* 2?00 - 2800

Прочность при сжатии:

- после сушки при 200*С Hila не менее 25

- после обжига при 1500*С МПа ' 37 - 40

Термостойкость (,1300вС - вода) теплосмен 3 - 6

Температура начала деформации под

нагрузкой 0,2 МПа *С 1510

Огневая усадка У. не более 0,35

Коэффициент линейного термического -6 -1

расширения х 10 • К 12,?

Температура применения °С 1600

- 1Ь -

исиоиш тили

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверкдена возиокность получения каростойкого бетона на основе силикат-натриевого композиционного вяжущего и феррохромовых шлаков для Футеровки зоны спекания цементных вращающихся печей. Отличительной особенностью данного бетона является повышенная клинке-роустойчивость за счет создания на поверхности футеровки защитной "оуферной" зоны в процессе первого нагрева ааростойкого бетона. состоящей из ыервинита и двухкальциевого силиката и пре-пчтствипвкй.проникновения кл$<орного расплапа в глубь футеро-еочного материала. <

2. Методом математического планирования эксперимента определен оптимальный состав композиционного вяжущего ( в У. по массе): силикат-глыба - 20, самораспадапщийся клак низкоуглеродистого феррохрома - 30, лои бывших в эксплуатации периклазохромитовых огнеупоров - 50. Исследованы технологические факторы, влияющие на свойства вяжущего для каростойкого оетона. Оптимальные параметры изготовления вяжущего следующие: тонина помола - 300...350 ** /кг; водовякущее отношение - 0,...0,19; ре-кик тепловой обработки: нагрев до 90,,.9Ь*С - 0,5 ч., изотермическая выдеряка - 2,5...3 ч., нагрев до 1У0...200 "С - 0,5 ч., изотермическая выдерака - 3 ч., охлаждение.

3. Разработан оптимальный состав каростойкого оетона для изготовления изделий для Футеровки зоны спекания клинкерообки-гательных печей, предусматривающий использование в качестве заполнителя смесь - 35 У. шлака углеродистого феррохрома и 65 у. лома отслуживших периклазохромитовых огнеупоров. йонтажная прочность (не менее 25 ЫПа) и высокие термомеханические показатели достигаются при содержании вяжущего в оетоне 20 "4; водо-твердое отношение - 0,07...О,08; рациональный гранулометрический состав заполнителя: 5-2,5мм - 32,2 '/.; 2,5-1,25мм - 22,6 '/.; 0,315-0мм - 45,2 7..

4. Исследованы физико-технические свойства разработанного жаростойкого бетона с применение« шлаков феррохромового производства: средняя плотность - 2700,.,2Й00 кг/к5 , прочность при скатии после сушки при 200 *С - 28...29 М!а, после обжига при 1500*С - 37...40 ННа, температура начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа - 1510 *С, термостойкость 11300 вС - вода) - 3...6

' - 11 -

теплосмен, огневая усадка - не оолее 60/., коэффициент линейного термического расширения и,?х10 'V .

5. Процесс структуроооразования жаростойкого бетона на композиционном вяжущем подразделяется на два периода; низкотемпературный, протекающий при сушке в интервале от ¿0 до 200 и высокотемпературный - в процессе первого нагрева в клинкерооб-жигательной печи.

Низкотемпературный период твердения включает в себя следующие процессы:

- гидролиз силиката натрия в Ьоде;

- поликонденсацию кремниевой кислоты с последующим образованием кремнегеля;

- обезвоживание и частичную кристаллизации геля.

Комплексные физико-химические исследования жаростойкого бетона показали, что в интервале температур от ?и0 до ООО вС происходит увеличивание содержания форстерита и алвмомагнезиальной ыпинели в системе, предотвращающее разупрочнение бетона в данном температурном интервале. При температурах 1¿00... 1400 °С продолжаетбя рост кристаллов магнезиальной шпинели, образуются мервинит и в небольших количествах двухкальциевнй силикат, спо-, собствующие повышению клинкероустойчивости йитина.

Установлено, что при одностороннем нагреве в жаростойком бетоне образуется зонная структура. На поверхности футеровки, выполненной из жаростойкого бетона, происходит образование защитной "буферной" зоны, представленной мервинитом и двухкальци-евым силикатом - белитом, которая препятствует проникновению клинкерного расплава в глубь футеровочного материала и способствует образовании гарнисажа, что несомненно повышает эксплуатационные характеристики Футеровочного материала.

6, Разработана технология изготовления изделий из жаростойкого бетона с применением шлаков феррохромового производства, включающая в себя следующие основные переделы:

- подготовку компонентов вяжущего и заполнителя;

- приготовление вяжущего, и бетонной смеси;

- формование изделий и их термическую обработку.

Данная технология отличается простотой, не требует сложного оборудования и значительных топливно-энергетических затрат и позволяет наладить производство изделий из разработанного жаростойкого бетона непосредственно на заводе - потребителе огнеу-

порных материалов.

?. Опытно-промышленное испытание проводилось на Карагандинском ценентном заводе t АО "Ка'рагандацемент"). Из опытного бетона оыли изготовлены блоки, и зафутеровано кольцо длиной 1,6 м в зоне спекания цементной вращавшейся печи габаритом ?/б,4 х 95 м.

Результаты испытания разработанного жаростойкого бетона позволяет установить, что изделия из бетона удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к огнеупорам для футеровки зоны спекания вращающихся клинкерообяигательных печей.

8. По своим технико-экономическим показателям разработанный жаростойкий бетон значительно превосходит магнезиальношпинелид-ные огнеупоры: расход Футеровочного материала на 1 т портланд-цеиентного клинкера снимается на 12,5...21,5 К, расход условного топлива на 1 т футеровочного материала уменьшается на 140...180 кг, технологический цикл производства сокращается в 6,. .Н раз,

Экономический эффект от производства и применения жаростойкого бетона взамен обжиговых магнезиальношпинелидных огнеупоров составляет более 150 тыс. руо, на 1т t в ценах на 1 марта 1995 г. ).

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Буров В.В., Горлов И.П., йБылгазин ДЛ. Маростойкие смеси для ремонта футеровки.вращающихся печей //Строительные материалы - К 8 - 1934. - С.16-1?. '

I. Горлов Ю.П., Буров В.Ю., йбылгазин Д.й. Маростойкие бетоны для Футеровки зоны спекания цементных вращающихся печей // Материалы научно-технической конференции "Строительный комплекс и рыночная экономика" - йкмола - 1993. - С.40-50.

3. йбылгазин Д.В. Технико-экономическое обоснование эффек-. тивности применения безобкигового огнеупора на основе растворимого силиката натрия и углеродистого феррохромрвого шлака //Сб. научн. трудов "Современные проблемы управления и рыночная экономика". - м.: ГАУ - 1994. - С.159-161.