Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. ПР0ИЗЮДСТВ0 И ПРИМЕНЕНИЕ ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕ
РИАЛОВ В ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. ПЕРСПЕКТИ
ВЫ ИХ РАЗВИТИЯ. 13
1.1. Критический анализ производства и применения огнеупоров в цементной промышленности... 13
1. 2. Жаростойкие бетоны и возможности их исполь
зования в цементной промышленности 35
Глава IL ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ
СОЗДАНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ НА ОСНОВЕ СИЛИ
КАТА НАТРИЯ ДЛЯ ФУТЕРОВКИ ЗОНЫ СПЕКАНИЯ ЦЕ
МЕНТНЫХ ВРАЩАЮЩИХСЯ ПЕЧЕЙ. 59
Глава Е ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 87
3.1. Сырьевые материалы 87
3. 2. Композиционное вяжущее для изготовления жа
ростойких бетонов 90
3.2.1. Подбор оптимального состава вяжущего для
жаростойких бетонов и исследование влияния те
хнологических факторов на его физико-техничес
кие характеристики 90
3. 2. 2. Физико-химические исследования композицион
ного вяжущего 109
3. 3. Жаростойкие бетоны на композиционном вяжущем
для футеровки зоны спекания цементных вращающих
ся печей. 124
- з - ..
3. 3.1. Подбор рациональных составов жаростойких
бетонов на композиционном вяжущем 124
3. 3. 2. Влияние технологических параметров изготов
ления жаростойких бетонов на их свойства 140
3. 3. 3. Физико-химические исследования жаростойких
бетонов на композиционном вяжущем 144
3. 3. 4. Термомеханические и теплофизические свойства
жаростойких бетонов 163
3. 3. 5. Исследование клинкероустойчивости жаростой
ких бетонов 173
3. 3. 6. Выбор режимов термообработки изделий из жаро
стойких бетонов 179
3. 4. Бетонные массы (монолитные бетоны) для ремонта
футеровки зоны спекания цементных вращающихся
печей 183
3. 4.1. Подбор рациональных составов монолитных жаростойких бетонов для проведения ремонтных работ. 186
3. 4. 2. Исследование прочности сцепления монолитного
жаростойкого бетона с материалом футеровки зоны
спекания цементных вращающихся печей.. 190
3. 4. 3. Влияние технологических параметров изготов
ления монолитных жаростойких бетонов на их свой
ства 193
Глава IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ И ТЕХНИКО- ЭКОНОМИЧЕСКОЕ
ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕ
НИЯ ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ. 200
4.1. Результаты внедрения 200
4.2. Технологические схемы производства изделий и
приготовления ремонтных масс из жаростойких бето
нов 211
4. 3. Технология укладки и термообработки монолитных
жаростойких бетонов в период проведения ремонтных
работ. 221
4. 4. Технико-экономическое обоснование эффективности
производства и применения жаростойких бетонов на
композиционном вяжущем для футеровки зоны спекания
цементных вращающихся печей. 226
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ. 233
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 237
ПРИЛОЖЕНИЯ. '..- 257
Введение к работе
Повышение производительности цементных вращающихся печей зависит от продолжительности их кампании, которая определяется долговечностью футеровки, главным образом, зоны спекания, где особенно велика химическая и термическая агрессивность среды. Увеличение межремонтного периода, сокращение продолжительности капитального и текущего ремонтов являются существенным резервом повышения производительности клинкерообжигательных печей.
Одним из перспективных направлений решения данной проблемы является создание эффективных огнеупорных материалов для футеровки зоны спекания цементных печей, в первую очередь, жаростойких бетонов, которые позволяют увеличить продолжительность службы футеровки, сократить сроки проведения ремонтных работ, существенно уменьшить энергозатраты при производстве по сравнению с обжиговыми огнеупорами и т. д.
Отечественный и мировой опыт применения жаростойких бетонов для футеровки зон подогрева и охлаждения, теплообменных устройств цементных вращающихся печей свидетельствует об их высокой эффективности, однако попытки создания бетонной футеровки зоны спекания этих печей заметного успеха не имели.
Решение данной проблемы создания жаростойких бетонов, обладающих повышенной клинкероустойчивостью и высокой термостойкостью, для футеровки зоны спекания цементных вращающихся печей может быть осуществлено с помощью разработки научных принципов формирования защитной "буферной" зоны на рабочей поверхности бетонной футеровки, препятствующей проникновению - б - клинкерного расплава вглубь футеровочного материала, путем изменения фазового состава вяжущего жаростойкого бетона в направлении "форстерит - монтичеллит - мервинит - белит".
Работа проводилась в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ Академии наук СССР по проблеме "Физико-химические основы получения новых жаростойких неорганических материалов" /2. 23. б /, по Межвузовской НГП "Архитектура и строительство" и планам НИР МГСУ( МИСИ).
Цель и задачи работы. Основной целью диссертационной работы является разработка эффективных жаростойких бетонов для футеровки зоны спекания цементных вращающихся печей,обладающих высокой термостойкостью и повышенной устойчивостью к действию клинкерного расплава.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующее задачи: разработать теоретические и экспериментальные принципы создания эффективных жаростойких бетонов для футеровки зоны спекания цементных вращающихся печей, не уступающих по своим эксплуатационным характеристикам применяющимся магнезиальнош-пинелидным огнеупорам; разработать ресурсосберегающие технологии жаростойких бетонов и эффективных ремонтных масс, а также способы монтажа и ремонта футеровки зоны спекания цементных вращающихся печей созданными материалами.
Научная новизна работы. Разработаны основные принципы создания эффективных жаростойких бетонов с высокой термической стойкостью и повышенной устойчивостью к действию клинкерного - 7 -расплава, заключающиеся в формировании на рабочей поверхности футеровки (на границе "жаростойкий бетон - портландцементный клинкер") защитной буферной зоны, препятствующей проникновению клинкерного расплава вглубь футеровочного материала, путем изменения фазового состава связки бетона в направлении "форстерит - монтичеллит - мервинит - белит".
Доказана эффективность введения в состав вяжущего жаростойких бетонов для футеровки зоны спекания клинкерообжигатель-ных печей кальцийсодержащей добавки путем использования в качестве основного компонента вяжущего лома бывших в эксплуатации магнезиальношпинелидных огнеупоров, содержащих в своем составе повышенное количество оксида кальция, а также CruCL , необходимый для стабилизации J& - модификации двухкальциевого силиката (белита) и предотвращения ее перехода в ^-модификацию, сопровождающуюся увеличением объема.
Выявлены основные закономерности протекания физико-химических процессов в композиционном вяжущем и жаростойких бетонах на его основе в период сушки, обжига и эксплуатации при взаимодействии с клинкерным расплавом; определен качественный состав новообразований при различных температурах.
Установлены закономерности изменения прочности, пористости и огнеупорности композиционного силикат-натриевого вяжущего для жаростойких бетонов от содержания силикат-глыбы в его составе, дисперсности, режимов тепловой обработки и температуры.
Получены зависимости плотности, прочности жаростойких бетонов от содержания хромитовой руды в составе бетона, гранулометрического состава . заполнителя, водотвердого отношения, - 8 -режимов виброуплотнения и тепловой обработки, необходимые для оптимизации технологии жаростойких бетонов.
Выявлены закономерности изменения термомеханических и теплофизических характеристик жаростойких бетонов (прочности в нагретом состоянии, деформации под нагрузкой, коэффициента линейного термического расширения, огневой усадки, термостойкости) от состава бетонов и температуры нагрева.
Доказана высокая адгезионная способность ремонтных масс (монолитных жаростойких бетонов) к штучным изделиям,как к маг-незиальношпинелидным огнеупорам, так и к бетонным изделиям, применяемым для выполнения футеровки зоны спекания клинкерооб-жигательных печей, свидетельствующая об эффективности их применения для проведения ремонтных работ в кратчайшие сроки с высокой степенью надежности.
Практическая значимость работы. Разработаны ресурсосберегающие технологии жаростойких бетонов и ремонтных масс для футеровки зоны спекания цементных вращаюищхся печей с использованием в качестве сырья бывших в употреблении периклазохро-митовых огнеупоров и хромитовой руды.
Получено композиционное силикат-натриевое вяжущее для жа- ростойких бетонов, твердеющее в процессе сушки при 180... 200 С с образованием искуственного камня прочностью не менее 45 МПа и огнеупорностью 1630 С.
Получены жаростойкие бетоны, не уступающие по своим физико-техническим свойствам и долговечности обжиговым магнезиаль-ношпинелидным огнеупорам и характеризующиеся средней плотностью 2700... 2900 кг/м3, монтажной прочностью не менее 25МПа, - 9 -термостойкостью 5...9 теплосмен (1300С - вода).
Разработан способ монтажа и ремонта футеровки зоны спекания клинкерообжигательных печей набивными массами из жаростойких бетонов, позволяющий проводить "горячий" ремонт футеровки в кратчайшие сроки с высокой степенью надежности.
Новизна практических разработок подтверждена 5 авторскими свидетельствами на изобретения.
По своим технико-экономическим показателям разработанные жаростойкие бетоны значительно превосходят обжиговые огнеупоры: расход футеровочного материала на 1т цементного клинкера снижается на 12,5... 21,5%, расход условного топлива на 1т футеровочного материала уменьшается на 140. ..180 кг, технологический цикл производства сокращается в б... 8 раз.
Внедрение результатов. Результаты научных исследований прошли производственную проверку на предприятиях цементной промышленности (АО "Горнозаводскцемент", мкeнтcкий цементный завод), цветной металлургии (цементный завод при Норильском горно-металлургическом комбинате им А. П. Завенягина).
На основании результатов промышленных опробований руководством АО'Торнозаводскцемент" принято решение о строительстве цеха по производству жаростойких бетонов мощностью 25000т/год.
С октября 1992 года в системе АО'Торнозаводскцемент" действует участок производительностью 4,5 тыс. т в год по изготовлению изделий из жаростойкого бетона на хромитовой руде для футеровки зоны спекания цементных вращающихся печей. Данный участок обеспечивает потребности завода в необходимом огнеприпа-
Экономический эффект от производства и применения жаростойких бетонов взамен обжиговых периклазохромитовых огнеупоров составляет более 100 тыс.руб./т (в ценах на июнь 1994 года).
Разработаны следующие нормативные документы: временные технические условия на производство жаростойких бетонов на композиционном вяжущем / 2 варианта с учётом различных сырьевых материалов/; технологический регламент на изготовление жаростойких бетонов для футеровки зоны спекания цементных вращаюпщхся печей; проектная документация на строительство цеха по производству жаростойких бетонов мощностью 25000 т/год.
Результаты диссертационной работы используются в МГСУ в учебном процессе / в лекционном курсе и лабораторном практикуме/ при преподавании дисциплин "Жаростойкие материалы" и "Повышение эффективности строительных материалов и изделий", а также в дипломном и курсовом проектировании при подготовке инженеров-строителей-технологов по специальности 2906 "Производство строительных изделий и конструкций".
Апробация работы. Результаты работы докладывались на: семинаре "Пути совершенствования экономии топливно -энергетических ресурсов при производстве цемента" /Шсква, 1987 г./, 10-ом Международном совещании по строительным материалам и силикатам /Веймар, 1988 г./, YI-ом Всесоюзном совещании "Высокотемпера- турная химия силикатов и оксидов" /Ленинград, 1988 г./, Московской городской научно-практической конференции "Технический прогресс и ускорение строительства" /1988 г./, Всесоюзной научной конференции "Физико-химические основы переработки безводного природного сырья и отходов промышленности при получении жаростойких материалов" /Сыктывкар,1989г./, научно-техническом совещании "Исследование и применение вяжущих для изготовления огнеупоров" /Свердловск, 1990 г. /, научно-технической конференции "Строительный комплекс и рыночная экономика"/Ак-мола,1993г./, ежегодных научно-технических конференциях МГСУ. На основе разработанных теоретических положений под научным руководством автора выполнены и успешно защищены 3 диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук.
На защиту выносятся: теоретические и экспериментальные принципы создания жаростойких бетонов на композиционном вяжущем для футеровки зоны спекания цементных вращающихся печей; основные закономерности протекания физико-химических процессов в композиционном вяжущем и жаростойких бетонах в период сушки, обжига и эксплуатации при взаимодействии с клинкерным расплавом; зависимости общестроительных и функциональных свойств жаростойких бетонов от их состава, технологических параметров изготовления, воздействия различных температур; технологии жаростойких бетонов и ремонтных масс для футеровки зоны спекания цементных вращающихся печей; результаты внедрения разработанных ресурсосберегающих технологий жаростойких бетонов на композиционном вяжущем; технико-экономическое обоснование эффективности производства и применения жаростойких бетонов для футеровки клинке-рообжигательных печей.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 256 страницах машинописного текста, включающего 35 таблиц, 57 рисунков.