СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТОГО ЦЕМЕНТА
METHOD FOR PRODUCTION OF HIGH-ALUMINOUS CEMENT

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления огнеупорной бетонной футеровки тепловых агрегатов в различных отраслях.
Известен способ получения высокоглиноземистого цемента методом восстановительной плавки в электродуговой печи, включающий расплавление шихты, состоящей из извести, глиноземсодержащего компонента и коксика, слив в изложницы, охлаждение и кристаллизацию расплава, дробление и помол (Кравченко И.В. Глиноземистый цемент. - М.: Госстройиздат, 1961, стр.41, 47). Недостатком этого способа является науглероживание высокоглиноземистого расплава, приводящее к резкому ухудшению прочностных показателей полученного цемента из-за образования карбидов и газовыделения при твердении цемента.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению способом является «Способ получения высокоглиноземистого цемента» (по авторскому свидетельству СССР № 1502509, кл. С04B, опубликованному 23.08.89 в бюллетене изобретений № 31. Авторы Востриков В.П., Залдат Г.И., Бобров Б.С. и др.) включающий приготовление из шлаков от выплавки металлического хрома, кокса и извести шихты, ее плавление в электродуговой печи, восстановление оксида хрома углеродом, охлаждение клинкерного расплава, дробление и помол клинкера, в котором с целью улучшения качества цемента за счет снижения остаточного количества углерода в клинкере шихту плавят при определенных температурно-временных параметрах в зависимости от содержания СаО в клинкере.
Недостатком этого способа является нарушение окислительно-восстановительного баланса плавки с дефицитом кислорода в расплаве, приводящие к нежелательной поверхностной активизации цемента из такого клинкера и нестабильно коротким срокам схватывания («быстрякам»), что делает невозможным использование таких цементов без применения специальных приемов.
Цель изобретения - нормализация сроков схватывания высокоглиноземистого цемента за счет устранения дефицита кислорода и обезуглероживания клинкерного расплава.
Указанный технический результат достигается тем, что согласно предлагаемому способу получения высокоглиноземистого цемента, включающему приготовление шихты, состоящей из извести, высокоглиноземистого шлака хрома и углеродистого восстановителя, ее плавление в электродуговой печи с довосстановлением хрома в расплаве, выпуск, охлаждение клинкерного расплава, дробление и помол клинкера, отличающийся тем, что с целью нормализации сроков схватывания высокоглиноземистого цемента за счет устранения дефицита кислорода в расплаве и его обезуглероживания клинкерный расплав при сливе его из печи раздувают на гранулы струей кислорода, или осушенного сжатого воздуха, или их смесью под давлением от 5 до 20 атм.
При раздуве высокоглиноземистого клинкерного расплава на мелкие гранулы кислородом, сжатым воздухом или их смесью, происходит интенсивное окисление остаточного углерода в расплаве, обезуглероживание гранул и нормализация окислительно-восстановительного баланса с устранением дефицита кислорода в клинкерном расплаве.
Способ осуществляют следующим образом: шлак от выплавки металлического хрома смешивают в смесителе с известью и коксиком, равномерно подают в электродуговую печь и проплавляют под дугами при 1950-2050°С в течение 80-105 мин до образования зеркала расплава и выдерживают 20-25 мин при включенных электродах для полного усвоения извести и гомогенизации расплава. Затем печь наклоняют и при сливе расплава из печи раздувают его при помощи щелевидной форсунки, установленной под сливным носиком печи.
Давление кислорода, сжатого воздуха или их смеси подбирали экспериментально в зависимости от содержания остаточного углерода в гранулированном клинкере, максимального размера гранул, сроков схватывания и других необходимых условий технологического процесса. Для раздува расплава кислородом использовали кислородные баллоны; для сжатого воздуха - компрессор. Клинкер размалывали в шаровой мельнице.
Пример. В электродуговой печи мощностью 2200 кВА расплавляют приготовленную в двухвальном смесителе однородную шихту общей массой 2000 кг из шлака от выплавки металлического хрома (1630 кг), извести (220 кг) и коксика (150 кг). Скорость подачи шихты в печь составляет 100 кг в 3-4 минуты. Плавки вели при температуре 1950-2050°С. После проплавления последних порций шихты расплав выдерживали 20-25 мин при включенных электродах для гомогенизации. Затем наклоняли печь и при равномерной скорости слива расплав диспергировали при помощи щелевидной форсунки кислородом сжатым воздухом или их смесью в соотношении 1:1 при давлении от 3 до 22 атм. Гранулированный клинкер, выпавший из газового потока, собирали в коробе, установленном в приемной камере.
При испытаниях регулировали скорость слива клинкерного расплава из печи, давление диспергирующих газов, количество остаточного углерода в клинкере.
2
Сроки схватывания и нормальную густоту высокоглиноземистого цемента, полученного из гранулированного клинкера при его помоле в лабораторной шаровой мельнице до удельной поверхности 450±20 м/кг определяли в соответствии с ГОСТ 310.4-86.
Результаты испытаний показывают следующее:
Грануляция расплава кислородом, сжатым воздухом или их смесью при давлении этих газов от 5 до 20 атм позволяет обезуглероживать клинкерный расплав и получать высокоглиноземистый цемент с нормальными сроками схватывания. Прочность полученных по предлагаемому способу высокоглиноземистых цементов соответствует маркам «500-700».
Снижение давления газов ниже 5 атм (в случае со сжатым воздухом менее 10 атм опыты 1, 7) не позволяет хорошо диспергировать расплав и получать мелкие гранулы, что приводит к недостаточному обезуглероживанию клинкера и получению цементов с коротким началом схватывания.
Повышение давления газов, подаваемых на раздув расплава, более 20 атм (опыты 5, 10, 15) не приводит к дальнейшему увеличению обезуглероживания расплава и изменению сроков схватывания цемента.
Использование предлагаемого способа получения высокоглиноземистого цемента позволяет также исключить из технологического передела операции крупного и среднего дробления слитков клинкера и подавать гранулированный продукт непосредственно на помол в мельницу, а также увеличить производительность мельницы.
№ опыта
Режим плавки
Давление газа при грануляции, атм
Остаточное содержание углерода в клинкерных гранулах, %
Свойства ВЦ из гранулированного клинкера
время плавки, мин
температура расплава, °С
кислород
сжатый воздух
кислородовоз-душная смесь
НГ, %
сроки схватывания, час-мин
начало
конец
1
100
2010
3
---
---
0,070
23,7
0-20
0-40
2
85
1980
5
---
---
0,008
20,3
1-20
2-15
3
95
2020
13
---
---
0,004
19,8
1-30
2-05
4
105
2030
20
---
---
0,003
20,3
2-10
3-15
5
80
1980
23
---
---
0,003
20,8
1-50
2-45
6
95
1990
---
3
---
0,050
24,1
0-18
0-35
7
100
2040
---
5
---
0,030
22,9
0-30
0-50
8
90
2010
---
13
---
0,008
20,8
1-50
2-10
9
95
1980
---
20
---
0,007
19,7
2-25
3-40
10
85
1950
---
23
---
0,007
20,4
2-45
4-00
11
105
2040
---
---
3
0,090
24,6
0-15
0-30
12
90
2010
---
---
5
0,009
19,1
1-50
2-40
13
85
1970
---
---
13
0,008
19,8
2-15
3-25
14
80
1950
---
---
20
0,006
18,9
2-30
4-15
15
95
2020
---
---
23
0,006
19,3
1-55
3-35
16 (прототип)
90
1970
Медленное охлаждение в слитке
0,070
23,3
0-25
0-45