способ получения высокоглиноземистого цемента

Формула изобретения

Способ получения высокоглиноземистого цемента, включающий 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.

Описание изобретения к патенту

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.

Сроки схватывания и нормальную густоту высокоглиноземистого цемента, полученного из гранулированного клинкера при его помоле в лабораторной шаровой мельнице до удельной поверхности 450±20 м²/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