CC BY
21
4. Выводы
Таким образом, применение доломитизировaныx огнеупоров, вместо периклaзоxромитовыx, позволяет повысить стойкость материала футеровки конвертора. Использование доломитизированньк огнеупоров для футеровки конвертера газокислородного рафинирования позволило увеличить длительность эксплуатации огнеупорной кладки с 30 до 90 плавок
Литература
1. Нефедов, Ю.Н. Разработка и промышленное освоение теx-нологии выплавки коррозионностойкиx сталей методом газокислородного рафинирования [Текст] / Ю. Н. Нефедов,
А. В. Рабинович, Ю. В. Садовник // Современные проблемы металлургии. - Днепропетровск, 1999. - Вып. 1.- С. 112-132.
2. Бауэр, Г. Вакуумная обработка легированные сталей в ковше [Текст] / Г. Бауэр, Г. Фляйшер, О. Эттериx, И. Отто // Черные металлы. - 1970. - № 14. - С. 3-9.
3. Шмидт, М. Производство высоколегированные сталей в кислородном конвертере [Текст] / М. Шмидт, О. Этте-риx, Г. Бауэр, Г. Фляйшер // Черные металлы. - 1968. -№ 4. - С. 3-10.
4. Mamro, K. Badania nad prezbiegient odwenglania staliw prozni [Text] / K. Mamro, A. Lux, J. Sutkowski, C. Witek // Hutnik (PRL). - 1976. - № 43. - № 2. - С. 54-58.
5. Scrap Metal Prices For Steel [Электронный ресурс]. - Режим доступа: \www/URL: http://scгapinasnapshcp.ccm/scгap-metal-pгices-fcг-steel/. - 05.10.2013.
6. Process technology followed for sponge iron [Электронный ресурс]. - Режим доступа: \www/ URL: http://www. ecacwb.org/editor upload/files/Pгocess%2GTechnology.pdf. -05.10.2013.
7. Шульга, В. О. Физикохимический анализ процесса раскисления стали [Текст] / В. О. Шульга, И. Ф. Червоный, С. Г. Егоров, В. П.Грицай // Металургія. - 2012. -
Вип. 3 (28). - С. 38-42.
8. Шульга, В. О. Об эффективности комплексного раскисления стали [Текст] / В. О. Шульга, И. Ф. Червоный, С. Г. Егоров, В. П.Грицай, О. И. Казачков // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2012. - № 6/1 (60). - С. 33-37.
9. Аксельрод, Л. М. Повышение стойкости футеровки конвертеров [Текст] / Л. М. Аксельрод, А. П. Лаптев,
В. А. Устинов, Ю. Д. Геращук // Металл и литье Украины. -2009. - № 1-2. - С. 9-15.
10. Огнеупоры для футеровки кислородных конвертеров [Электронный ресурс]. - Режим доступа: \www7 URL: http://uas. su/books/refrectory/91/razdel91.php. - 05.11.2013.
ДОСЛІДЖЕННЯ УМОВ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ВОГНЕТРИВКОГО ФУТЕРУВАННЯ КОНВЕРТЕРА
Розглянуті питання технології газокисневого рафінування нержавіючих сталей із застосуванням конверторів з донним продуванням газу. Відзначається, що технологія аргонекисневого рафінування має ряд недоліків, до яких відносяться підвищена витрата аргону на плавку, низька стійкість футерування реактора і низька для конвертерного переділу продуктивність. Запропонований новий матеріал футерування конверторів.
Ключові слова: рафінування, футерування, зневуглецювання, конвертер, вогнетрив, вапно, аргон, природний газ.
Шульга Виктор Олегович, аспирант, кафедра металлургии цветных металлов, Запорожская государственная инженерная академия, Украина, e-mail: [email protected]
Шульга Віктор Олегович, аспірант, кафедра металургії кольорових металів, Запорізька державна інженерна академія, Україна, e-mail: [email protected]
Shulga Victor, Zaporozhye State Engineering Academy, Ukraine, e-mail: [email protected]
УДК БББ.Э:544.77.022
Черняк Л. П. ОСОБЛИВОСТІ СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ У ТЕХНОЛОГІЇ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТУ
Наведено результати аналітичних і експериментальних досліджень фізико-хімічних процесів послідовного формування коагуляційної, конденсаційної та кристалізаційної структур на основних технологічних стадіях виробництва портландцементу. Визначено групи дисперсних систем на стадіях технології. Вказано характеристики коагуляційної структури цементного шламу та особливості фазових перетворень в залежності від ступеня термічної обробки при випалі.
Ключові слова: цемент, сировина, технологія, структура, водна система, випал, фазовий склад.
1. Вступ
Технологія виготовлення цементу розвивається в напрямках розширення сировинної бази з залученням відходів інших галузей промисловості як техногенної сировини, механізації та підвищення продуктивності обладнання, зменшення питомих енерговитрат при випалі та помелі [1, 2]. Актуальність цих задач посилюється в сучасних ринкових умовах, коли забезпечення конкурентоспроможності цементної промисловості України потребує підвищення ефективності виробництва,
вирішення питань ресурсозбереження та екології на інноваційній основі - шляхом розвитку фізико-хімічних засад методології отримання в’яжучих речовин, виходячи з концепції взаємозв’язку «склад - структура -властивості».
2. Структуроутворення при сучасних способах виробництва цементу
Згідно положень фізико-хімічної механіки
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/5(14), 2013, © Черняк Л. П.
технологічний процес виробництва силікатних матеріалів є за своєю суттю процесом формування та послідовних перетворень їх структури [3, 4].
В сучасному виробництві цементу використовуються мокрий, комбінований та сухий способи, які при певних відмінностях параметрів процесів технології та структуроутворення мають забезпечити однаково високі задані властивості продукції. Загальним для всіх способів виробництва цементу є утворення дисперсної системи сировинної суміші на стадії подрібнення, помелу, змішування і гомогенізації вихідних матеріалів.
Незалежно від хімічної природи, фізичних властивостей та цільового призначення дисперсні системи з участю твердих фаз поділяють на три основні групи [5]. При мокрому та комбінованому способах виготовляється цементний шлам - водна дисперсна система, що відноситься до 2-ї групи: двофазні системи типу тверда дисперсна фаза - рідинне дисперсійне середовище. При сухому способі утворюється дисперсна система, що відноситься до 3-ї групи: трьохфазні системи типу тверда дисперсна фаза -воднорідинне та повітряногазове дисперсійне середовище.
Особливості формування коагуляційної структури цементного шламу в технологічному процесі визначаються стадійністю: взаємодія поверхні частинок компонентів дисперсної фази з водним дисперсійним середовищем ^ зміна хіміко-мінералогічного та гранулометричного складів при спільному помелі карбонатних і глинистих компонентів та мінеральних добавок ^ часткове руйнування та зміна реологічних характеристик під зовнішнім тиском при транспортуванні ^ збільшення концентрації дисперсної фази при частковому (за комбінованим способом) або інтенсивному (за мокрим способом) зневодненні в обертовій печі.
Кристалізаційна структура портландцементного клінкеру характеризується видом, кількістю, ступенем морфологічної досконалості кристалічних утворень, складом склофази, кількісним співвідношенням кристалічної та склофаз. Утворення кристалізаційної структури клінкеру проходить при термічній обробці сировинної суміші на стадіях декарбонізації та руйнування кристалічних ґраток породоутворюючих мінералів дисперсних частинок, твердофазних реакцій фізико-хімічної взаємодії продуктів руйнування, утворення рідкої фази, спікання в присутності рідкої фази, кристалізації новоутворень з рідкої фази та охолодження [6 - 11]. Очевидно, що в такому процесі спікання силікатна система може визначатись наявністю коагуляційної структури другого роду і також бути віднесена до 2-ї групи: двофазні системи типу тверда дисперсна фаза - рідинне дисперсійне середовище (розтоп). При цьому хіміко-мінералогічний склад суміші, спосіб її підготовки та параметри високотемпературної обробки - випалу -є визначальними факторами досягнення заданого мінералогічного складу клінкеру
3. Експериментальна частина
Коагуляційна структура шламу сировинної суміші може бути характеризована показниками структурно-механічних, реологічних та технологічних властивостей.
Прикладом цього є результати наших досліджень цементного шламу ВАТ «ПівденьЦемент», де використовується типова за складом сировинна суміш вапняку як карбонатного компоненту і місцевої полімінеральної глини.
За даними рентгенофазового аналізу мінералогічний склад цієї суміші (проба ^) характеризується превалюючим вмістом кальциту, каолініту і кварцу.
Дослідження деформаційних процесів водної дисперсної системи шламу показало (табл. 1), що за характером розвитку деформацій - швидкої еластичної £0’, повільної еластичної е2’ та пластичної еі’т проба шламу відноситься до ^-го структурно-механічного типу, коли Еі’т > £0’ > £г’.
Згідно з уявленнями фізико-хімічної механіки дисперсних структур відносно більший розвиток швидкої Е0’ у порівнянні з повільною еластичною е2’ свідчить про переважне утворення найбільш міцних контактів частинок типу кут-кут, кут-ребро, ребро-ребро. Превалюючий розвиток пластичних деформацій еі’т вказує на добру плинність шламу. При цьому стійкість шламу, що визначається коефіцієнтом Ку = Е0’ / С (де С -концентрація дисперсної фази), становить 0,12.
Шлам ^ відзначається достатньо високим значенням умовного модулю деформації Ее, який вказує на силу молекулярної взаємодії та енергію зв’язку частинок дисперсної фази, що корелюється з відзначеними показниками в’язкості, межі плинності та кінетичної стійкості Ку.
Отримані дані рентгенофазового аналізу дозволяють оцінити ступінь структурних перетворень мінеральних компонентів суміші ^ в процесі високотемпературної обробки. Встановлено, що після випалу на температуру 1100 0С має місце значне зменшення концентрації кристалічного кварцу, повне руйнування кристалічних ґраток кальциту і глинистих породоутворюючих мінералів, натомість фіксується кристалізація новоутворень кальцієвих силікатів, алюмінатів і алюмоферитів кальцію.
Після випалу на максимальну температуру 1450 0С проба клінкеру відзначається значним збільшенням вмісту кальцієвих силікатів, переважно типу С^, деяким збільшенням концентрації феритів кальцію (рис. 1).
Таблиця 1
Структурно-механічні характеристики цементного шламу
Код проби (вологість, мас.%) Модуль швидкої еластичної деформації, Ег10-4, Па Модуль повільної еластичної деформації, Ег-10Л Па Умовна статична межаплин-ності, Pk1, Па Найбільша пластична в'язкість, Пг10"2, Па-с Еласти- чність, X Статична пласти- чність, p p -102 Пс-1 Період істинної релаксації, 01, с Умовний модуль деформації, Ее10-3, ерг/см3
% (37,6) 32,6 125,4 1,40 28,5 0,21 4,91 110 2,57
TECHNOLOGY AUDIT AND PRODUCTION RESERVES — № 6/5(14], 2013
9
Рис. 1. Дифрактограма проби клінкеру Np після випалу на 1450 0С
4. Висновки
1. Розвиток фiзико-xiмiчниx засад структуроутворення дисперсниx систем в процесax виготовлення сировинна сумішей, отримання клінкеру і його помелу є основою подальшої модернізації теxнологiЇ та обладнання сучасного виробництва портландцементу.
2. В залежності від наявності та кількісного співвідношення дисперсної фази, рідкого та газоподібного дисперсійного середовища, на стaдiяx теxнологiЇ виробництва цементу дисперсні системи відносяться до груп: 2 - шлам при мокрому та комбінованому способax виробництва, 3 - сировинне борошно при суxому способі, 1 - готовий продукт.
3. Хіміко-мінералогічний склад сировинної суміші є загальним фактором структуроутворення на стaдiяx теxнологiчного процесу, визначаючим xaрaктеристики коагуляційної структури, інтенсивність спікання і xa-рактер фaзовиx перетворень при випалі та формуванні кристалізаційної структури і властивостей в’яжучого матеріалу.
Література
1. Бутт, Ю. М. Химическая теxнология вяжущиx материалов [Текст] / Ю. М. Бутт, М. М. Сычев, В. В. Тимашев. - М.: Высшая школа, 1980. - 4б0 с.
2. Ghosh, S. N. Advances in Cement Technology: Chemistry, Manufacture and Testing [Text] / S. N. Ghosh. - Taylor & Francis, 2003. - 828 p.
3. Ничипоренко, С. П. Структурообразование в дисперси-яx слоистые силикатов [Текст] / С. П. Ничипоренко, А. А. Панасевич, В. В. Минченко, Э. А. Костенко, М. А. Бедношея; под общ. ред. С. П. Ничипоренко. - К.: Наукова думка, 1978. - 204 с.
4. Ходаков, Г. С. Реология суспензий. Теория фазового те-ченияи и ее экспериментальное обоснование [Текст] / Г. С. Ходаков // Рос. xим. ж. (Ж. Рос. xим. об-ва им. Д. И. Менделеева). - 2003. - Т. XLVII, № 2. - С. 33-44.
5. Урьев, Н. Б. Высококонцентрированные дисперсные системы [Текст] / Н. Б. Урьев. - М.: Химия, 1980. - 320 с.
6. Будников, П. П. Реакции в смесяx твердыж веществ [Текст] / П. П. Будников, А. М. Гинстлинг. - М.: Стройиздат, 1971. -488 с.
7. Kingery, W. D. Introduction to Ceramics [Text]/ W. D. Kingery H. K. Bowen, D. R. Uhlmann. - Wiley-Interscience, 197б. -105б p.
8. Taylor, H. F. W. Cement Chemistry [Text]/ H. F. W. Taylor. -London: Thomas Telford Publishing. - Ed. 2. - 1997. - 459 р.
9. Bogye, R. X. The Chemistry of Portland cement [Text]/ R. X. Bogye. - New York,1995. - 32б p.
10. Kurdowski, W. Chemia cement [Text]/ W. Kurdowski. -Warzawa: PWN, 1991. - 478 p.
11. Hewlett, P. C. Lea’s Chemistry of Cement and Concrete [Text]/ P. C. Hewlett. - Ed. 4. - London: Butterworth-Heinemann, 2004. - 1092 p.
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ В ТЕХНОЛОГИИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Приведены результаты aнaлитическиx и экспериментальные исследований физико-xимическиx процессов последовательного формирования коагуляционной, конденсационной и кристаллизационной структур на основные теxнологическиx стaдияx производства портландцемента. Определены группы дисперсные систем на стaдияx теxнологии. Показаны xaрaктеристики коагуляционной структуры цементного шлама и особенности фазовые превращений в зависимости от степени термической обработки при обжиге.
Ключевые слова: цемент, сырье, теxнология, структура, водная система, обжиг, фазовый состав.
Черняк Лев Павлович, доктор технічних наук, старший науковий співробітник, кафедра хімічної технології композиційних матеріалів, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Україна, e-mail: [email protected]
Черняк Лев Павлович, доктор технических наук, старший научный сотрудник, кафедра химической технологии композиционных материалов, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Украина, e-mail: [email protected]
Lev Chernyak, National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Ukraine, e-mail: [email protected]
I 10
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/5(14], 2013
