Производство плавленого периклаза из природного брусита (стр. 2 из 4)

Во время плавки производится шуровка с целью предупреждения зависания шихты, ликвидации образования кратеров и снижения тепловых потерь. Шуровка шихты от стенок ванны к центру производится между загрузками и перед каждой загрузкой с целью выравнивания и трамбовки слоя сырья. Ведение плавки без шуровки воспрещается.

В процесса плавки температура масла трансформатора не должна

превышать 60 °С, а превышение над температурой окружающей среды - не более 60 °С. После окончания плавки печь отключается высоковольтным выключателем.

Приводы подъема и опускания электродов переключаются на ручное управление, и электроды поднимаются на высоту, позволяющую произвести выкатку тележки с выплавленным в ванне печи блоком периклаза.

После окончания плавки поверхность блока засыпается слоем исходного сырья и через 30 мин блок транспортируется на электромагнитной сепарации на потоках или линии сепарации.

Для магнитной сепарации порошки в кюбелях пофракционно подаются мостовым краном в приемные воронки над сепараторами. Сепарация производится на барабанном сепараторе ЛБСЦ-83-50 с диаметром барабана 600мм. Подача материала на питающий лоток сепаратора регулируется с помощью шибера и должна составлять 900-1400 кг/ч. Частота вращения барабана 75 об/мин. Она соответствует наибольшему извлечению железа в магнитный продукт. После сепарации порошки засыпаются по фракциям в кюбеля, стоящие на переда точных тележках, или мягкие контейнера и подаются на отгрузку.

Порошки из плавленого периклаза, предназначенные для изготовления изделий, в кюбелях пофракционно илинавалом автотранспортом подаются в цех магнезиальных изделий №2.

Хранение всех порошков на складе готовой продукции производится в кюбелях, мешках и резинокордовых контейнерах.

III. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА

В процессе плавки исходный материал испытывает сложные физико-химические превращения. Рост кристаллов периклаза осуществляется в различных участках блока по пяти основным механизмам (рис.3.1).

Вследствие неоднородного температурного режима, разновременного роста кристаллов по различным механизмам и воздействия гравитации при плавке периклаза происходит заметная дифференциация компонентов расплава, и отдельные зоны блока обогащаются оксидом магния, тогда как примеси накапливаются в корке, центральной зоне и плавильной пыли. Наибольшему перераспределению в блоке подвергаются оксид кальция и кремнезем и в меньшей мере - оксиды железа и алюминия.

Выплавленный блок неоднороден по химическому составу, плотности, макро- и микроструктуре. Неоднородность обусловлена его зональным строением, определяемым степенью расплавления материала, условиями кристаллизации в различных участках, миграцией примесных оксидов и другими факторами. Блок может быть условно подразделен на пять зон (рис.3.2): центральную шириной 400-500 мм, периферийную - 250-300 мм, образования монокристаллов иногда столбчатого строения, расположенную между внутренней частью блока и наружным слоем, - 100-200 мм, боковую корку - 250-350 мм, нижнюю корку - около 200 мм.

Рис.3.I. Схема роста кристаллов периклаза при электродуговой плавке:

I - область -направленной кристаллизации из расплава; II - область объемной кристаллизации из расплава; III- область образования пара и парофазных превращений; IV- область кристаллизации из паров; V - область собирательной перекристаллизации;

1 - графитовый электрод; 2 - электродная дуга; 3 - пары оксида магния и продуктов его диссоциации; 4 - зеркало расплава; 5 - расплав; 6 - зона монокристаллов; 7 - направление теплоотвода при направленной кристаллизации из расплава; 8 - кристаллы периклаза; 9 -направление теплоотвода при объемной кристаллизации расплава; 10 - корка; 11 - нитевидные, скелетные и изометричные кристаллы периклаза, образовавшиеся из паров; 12 - осыпь; 13 -направление миграции внутрикристаллических пор; 14 - направление движения внутрикристаллических легкоплавких включений; 15 - направление термокапиллярного переноса легкоплавких примесей.

На поверхности блока остается недоплав (осыпь) белая масса, представляющая собой смесь порошка, близкого по составу к каустическому магнезиту, и кусков частично разложившегося брусита.

Рис.3.2. Схема зонального строения блока;

1 - центральная зона; 2 - периферийная зона; 3 - зона монокристаллов; 4 - боковая корка; 5 - нижняя корка; 6 - осыпь (недоплав).

Химический состав периклаза по зонам показывает, что наиболее чистые разности расположены в монокристальной и периферийной зонах. При плавке брусита в этих зонах содержится меньше оксидов железа, чем при плавке магнезита, однако в этом случае в центральной зоне значительно больше кремнезема и СаО. В наружных зонах блока (боковой и нижней корках) содержится значительное количество СаО, Al₂O₃, вследствие миграции примесей, обусловленной градиентом температуры. Эта миграция, вероятно, обусловлена также и гравитационными силами. В нижнюю корку миграция примесей наибольшая. Микроструктура разных зон заметно отличается. Во внутренней части блока как в периферийной, так ицентральной зонах силикаты представлены преимущественно мервинитом

ЗСаО - МgО · 2SiО₂, который характеризуется полисинтетическими двойниками и показателями преломления Ng = 1,724, Np= 1,706. Большое количество силикатов, особенно в центральной зоне, в которой они образуют значительные скопления какна границе кристаллов, так и внутри них. Наблюдается направленность миграции силикатов по градиенту температур.

Боковая корка также содержит большое количество силикатов. Силикаты представлены мервинитом, содержание которого достигает 10-15%. В зоне монокристаллов присутствует менее 1% 2СаО·SiО₂. Размер кристаллов оказывает заметное влияние на коэффициент линейного термического расширения периклаза (табл.3.1).

Таблица 3.1 . Термическое расширение плавленого периклаза

Зона	Средний размер кристаллов, мм	Коэффициент линейного термического расширения α•108 град-1 в интервале 20-1450 °С
Центральная	0,2-0,3	10,4-12,0
Периферийная	0,6-0,9	13,8-15,5

Периферийная зона блока с большим размером кристаллов периклаза имеет больший коэффициент линейного термического расширения.

Установлено, что структура блока, характер зональности и количество примесей в периклазе можно регулировать питанием печи шихтой, скоростями плавления и охлаждения. Увеличение продолжительности плавки положительно сказывается на толщине зоны монокристаллов и размере кристаллов периклаза. Увеличение скорости плавки также позволяет получать плавленый периклаз достаточно высокого качества. Вместе с тем, размер кристаллов и величина их удельной поверхности зависят от чистоты исходного сырья.

Плавка периклаза происходит преимущественно в восстановительной среде, что связано со сгоранием кокса при розжиге и электродов. Воздействие восстановительной среды обусловливает появление периклаза металлических включений и включений углеродистого вещества. Обнаруженные в кристаллах периклаза из отдельных участков блоков тонкодисперсные включения металлического магния свидетельствуют об отклонении состава периклаза от стехиометрического при температурах, близких к температурам его кристаллизации. Количество включений различного типа зависит от чистоты исходного сырья.

Примесные оксиды в плавленом периклазе обнаруживаются в виде форстерита, монтичеллита, мервинита, двух- и трехкальциевых силикатов, твердых растворов магнезиоферрита и магнезиовюстита. Возможно ограниченное растворение в периклазе оксида кальция. Силикаты, образующие пленки на межкристаллических границах периклаза, обладают определенной пространственной протяженностью, тесно связанной с удельной поверхностью кристаллов периклаза. Величина удельной поверхности силикатов, как более легкоплавкой фазы, оказывает существенное влияние на прочностные и электрические свойства периклаза.

Измельчение периклаза сопровождается большим намолом железа, что вызывает необходимость последующей магнитной сепарации. Установлено, что железо извлекается в виде металлических включении и магнезиоферрита. Выявлено также, что при измельчении периклаза на его зернах образуются "примазки" железа, и это приводит к незначительному попаданию частиц периклаза в извлекаемую магнитную фракцию. Вместе с тем, наблюдается частичное извлечение в магнитную фракцию немагнитных оксидов (SiO₂ и СаO) в виде силикатов, что обусловлено наличием в них частиц металлического железа. Следовательно, магнитная сепарация не только очищает периклаз от железа, но и снижает содержание силикатных примесей.

С помощью комплексных методов исследования было изучено строение кристаллов периклаза. Процесс кристаллизации периклаза при охлаждении расплава сопровождается образованием дефектов в кристаллах. Эти дефекты обусловлены внутренними напряжениями, возникающими в кристаллах периклаза при охлаждении и приводящими к пластической, упругой и хрупкой деформациям, а также влиянием примесей, образующих кристаллические, стекловидные или газовые включения в кристаллах.

Дефекты кристаллов в плавленом периклазе могут быть подразделены на две группы:

- дефекты первого рода, обусловленные внутренними напряжениями; к ним относятся следы механической деформации, линии скольжения, механические двойники, блочное мозаичное строение, трещины спайности и микротрещины;