Способ получения минерального расплава

Способ получения минерального расплава путем приготовления шихты и ее плавления в вагранке, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и снижения расхода сырьевых материалов за счет использования корольков расплава, последние смешивают с фосфополугидратом сульфата кальция в соотношении (3 4):1, полученную смесь затворяют водой до 3,5 4,0% влажности, брикетируют с удельным усилием прессования 80 150 МПа, выдерживают в естественных условиях в течение 8 12 ч, после чего вводят в шихту.

Изобретение относится к области производства строительных материалов, а именно к способам получения минерального расплава при вагроночном плавлении шихты для производства минеральной ваты.
Цель изобретения повышение производительности и снижение расхода сырьевых материалов.
При получении минерального расплава с плавлением шихты в вагранке в качестве сырьевых материалов используют природные силикатные и карбонатные горные породы, шлаки отходы черной и цветной металлургии, отходы промышленности бой глиняного и силикатного кирпича и т.д.
Основополагающей характеристикой состава сырья, шихты, расплава является модуль кислотности, представляющей собой отношение суммы кислых окислов (кремнезем и глинозем) к сумме основных окислов (окиси кальция и магния). В производственной практике для получения требуемого значения технологического модуля кислотности достаточно иметь набор из двух компонентов сырьевых материалов, один из которых кислый, а другой основной или нейтральный.
В процессе подготовки сырьевых материалов раздельно дробят входящие в состав шихты компоненты. Дробление производят на куски до 100 мм. Затем от каждого компонента отсеивают фракции менее 20 мм.
Отсевы первого и второго компонентов и "корольки", образующиеся при переработке расплава на волокно на центрифуге, совместно со связующим перемешивают между собой.
Отсевы первого и второго компонентов для перемешивания завешивают в количествах, обеспечивающих равенство модуля кислотности их смеси модулю кислотности "корольков" расплава.
В качестве связующего используют фосфополугидрат сульфата кальция отход производства экстракционной фосфорной кислоты в технологии получения суперфосфатов, предварительно высушенный до содержания гидроскопической влаги около 1% и имеющий удельную поверхность материала 1500 2000 см²/г. Количественное отношение между наполнителем (отсевы и "корольки") и связующим берут в интервале значений от 75:25 до 80:20. Полученную смесь затворяют водой до влагосодержания 3,5 4% и вновь перемешивают. Образовавшуюся массу в виде брикетов цилиндрической формы с диаметром, равным высоте и равным 80 100 мм прессуют с удельным усилием 80 150 МПа. Брикеты такой формы проще в изготовлении и имеют лучшие показатели по механической прочности при ударных нагрузках в процессе перевалки и загрузки в вагранку по сравнению с брикетами прямоугольной формы.
После прессования брикеты выдерживают в нормальных условиях в течение 8
12 ч. За это время они приобретают прочность 2,0 3,5 МПа (за время 20 24 ч прочность брикетов удваивается и в дальнейшем практически не изменяется). Среднее значение объемной массы брикетов составляет 1600 кг/м³.
Первый и второй компоненты исходного сырья перемешивают с брикетами в количественном отношении.
m₁:m₂:m₃=x:y: ,
где x, y и a относительное содержание масс первого (m₁), второго (m₂) компонентов и брикетов (m₃) в составе шихты.
Из-за широкой номенклатуры сырьевых материалов, разнообразия их химического состава, большого количества их возможных сочетаний в составе шихты, а также зависимости химического состава сырьевых материалов от месторождения или условий и режимов производства этих материалов в технике минераловатного производства численные соотношения компонентов шихты определяют в каждом конкретном случае расчетным путем. В способе для определения соотношения компонентов шихты используют систему уравнений

где A₁, A₂, A₃ и A₄ сумма кислых окислов SiO₂ + Al₂O₃ соответственно основного или нейтрального компонента, кислого компонента наполнителя и связующего брикетов, по массе;
B₁, B₂, B₃ и B₄ сумма основных окислов CaO + MgO соответственно основного или нейтрального компонента, кислого компонента, наполнителя и связующего брикетов, по массе;
К относительное содержание наполнителя в составе брикетов;
M_k технологический модуль кислотности расплава;
_m предельное, максимально возможное относительное содержание брикетов в составе шихты.
Решением системы (1) уравнений является:

Численные значения x и y определяются химическим составом исходного сырья и брикетов, технологическим модулем кислотности, относительным количеством наполнителя К в брикетах и относительным количеством брикетов в шихте.
Увеличение коэффициента К более 0,8 приводит к снижению прочности брикетов менее 1,5 МПа из-за уменьшения количества связующего. Прочность брикетов должна быть не менее 1,5 МПа во избежание их разрушения на мелкие фракции при транспортировании, перевалках, перемешивании и падении в вагранку. Принципиальных ограничений по снижению величины коэффициента К менее 0,75 нет. Ограничения накладываются лишь увеличением выдержки времени брикетов после прессования из-за увеличения в их составе количества связующего и снижением содержания отходов минераловатного производства в брикетах, что приводит и к росту расхода исходного кислого компонента шихты.
При a=0 шихта представляет собой известную двухкомпонентную систему, а (2) и (4) преобразуются в расчетные формулы для определения относительного содержания кислого и основного или нейтрального компонентов.
Предельное или близкое к _m значение используют в условиях производственного дефицита исходных сырьевых материалов или избытка запасов брикетов. Так как модуль кислотности брикетов из-за высокого содержания окиси кальция в связующем меньше технологического модуля кислотности расплава, то при a= _m в состав шихты помимо брикетов войдет лишь кислый компонент (при этом x=0).
В ритмичных производственных условиях предпочтительное значение соответствует количеству отходов и равно 0,3 0,4, т.е. все отходы минераловатного производства брикетируют, чем обеспечивают безотходный технологический процесс.
Осуществление способа рассмотрено на примерах трех серий плавок, каждую из которых ведут в течение 24 ч, а для сравнимости результатов и сопоставления их с известным способом массу рабочей колоши, массу шихты, расход воздуха и давление дутья поддерживают постоянными.
Пример 1. Минеральный расплав получают при плавлении шихты в коксовой вагранке 5232-М производительностью по расплаву 1000 3000 кг/ч. Масса рабочей колоши 600 кг, в том числе 450 кг шихты. Расход воздуха 6000 м³/ч. Исходные сырьевые материалы по компонентам дробят на куски, отсеивают мелочь до 20 мм и используют фракции 20 100 мм. Отсев составляет d₀=10% Расплав перерабатывают на волокно на центрифуге с отходами в виде "корольков", составляющих a_k=20% Технологический модуль кислотности расплава M_k=1,4. Относительное содержание наполнителя в брикетах К=0,8, содержание связующего в брикетах (1-К)=0,2, содержание брикетов в шихте a=0,3. Влажность исходных сырьевых материалов ₁= ₂=2 % , влажность брикетов ₃= 4,0 %.
Химический состав исходных сырьевых материалов приведен в табл. 1.
По (3) рассчитывают _m= 0,822 и проверяют неравенство _m.
По (2) и (4) при =0,3 рассчитывают относительное содержание компонентов в составе шихты.
x=0,524; y=0,176.
Вещественный состав шихты на одну рабочую колошу указан в табл. 2.
По (2) и (4) при =0 вычисляют относительное содержание отсевов доменного шлака и гранодиорита в составе смеси отсевов x₀₁=0,8; y₀₁=0,2.
По найденным численным значениям отвешивают отсевы, "корольки" и связующее и перемешивают, после чего смесь затворяют водой из расчета 4% влажности от расчетной массы брикетов. Полученную массу брикетируют с удельным усилением прессования 110 МПа и выдерживают в нормальных условиях в течение 8 ч.
С учетом влажности отвешивают m₁(1+ ₁)=240,5 кг доменного шлака, m₂(1+ ₂)=81 кг гранодиорита и m₃(l+ ₃)=140,4 кг ранее изготовленных брикетов. Компоненты шихты перемешивают между собой и загружают в вагранку.
Химический состав минерального расплава (усредненный) и показатели процесса получения серии I плавок приведены в сводной таблице.
Пример 2. Минеральный расплав получают из запасов "корольков" предыдущих плавок с модулем кислотности 1,4. В качестве подкисляющего компонента берут гранодиорит. Шихту составляют с предельным содержанием брикетов в ее составе. Требуемый технологический модуль кислотности M_k=1,5. Остальное по примеру 1.
По (3) и (4) при x=0 определяют _m= 0,822 и y=0,178.
По найденным численным значениям отвешивают "корольки" и связующее, перемешивают, затворяют водой и брикетируют полученную массу с усилием прессования 150 МПа, после чего брикеты выдерживают в нормальных условиях 12 ч.
С учетом влажности отвешивают m₂(1+ ₂)= 81,6 кг гранодиорита и m₃(1+ ₃)= 385 кг ранее изготовленных брикетов. Перемешивают эти компоненты и готовую шихту загружают в вагранку. Химический состав минерального расплава и показатели процесса получения серии II плавок приведены в сводной таблице.
Пример 3. Минеральный расплав получают из исходных сырьевых материалов, в качестве которых используют известняк, горнбландит и "корольки" из отвалов. Содержание брикетированных отходов в шихте = 0,2. Остальное по примеру 2.
Проводят химический анализ усредненной массы "корольков" на содержание окислов.
По (2) и (4) при =0,2 рассчитывают относительное содержание компонентов в составе шихты x=0,11 и y=0,69.
По найденным числовым значениям отвешивают "корольки" и связующее, после перемешивания смесь затворяют водой. Полученную массу брикетируют с усилием прессования 150 МПа, после чего выдерживают брикеты в нормальных условиях в течение 12 ч.
С учетом влажности отвешивают m₁(1+ ₁)=50,5 кг известняка, m₂(1+ ₂)=316,7 кг горнбландита и m₃(1+ ₃)=93,6 кг брикетированных отходов. Все компоненты перемешивают и готовую шихту загружают в вагранку.
Химический состав минерального расплава и показатели процесса получения серии III плавок приведены в сводной табл. 10.
Пример 4. Минеральный расплав получают с использованием "корольков" предыдущих плавок. Относительное содержание "корольков" в брикетах К=0,75, относительное содержание связующего в брикетах (1-К)=0,25. Влажность брикетов ₃= 3,5 %. Остальное по примеру 2.
По (3) и (4) при x=0 определяют _m=0,804 и y=0,196.
Отвешивают 271,5 кг "корольков" и 90,5 кг связующего, перемешивают, затворяют водой и брикетируют полученную массу с усилием прессования 150 МПа, после чего брикеты выдерживают в нормальных условиях 12 ч. С учетом влажности отвешивают m₂(1+ ₂)=90 кг гранодиорита и m₃(1+ ₃)=375 кг ранее изготовленных брикетов. Перемешивают эти компоненты и готовую шихту загружают в вагранку.
Химический состав минерального расплава, мас. 41,83 SiO₂, 12,12 Al₂O₃, 28,84 CaO, 7,15 MgO, 1,53 Fe_общ, 0,57 SO₃, 7,94 прочее.
Показатели процесса плавки: количество загрузок в вагранку 5,2 шт/ч; расход исходных сырьевых материалов 19,6% производительность по расплаву 2130 кг/ч плотность расплава 2,71 г/см³; вязкость 1,2 Па с.
Пример 5. Минеральный расплав получают с использованием "корольков" в качестве наполнителя брикетов при их относительном содержании в брикетах К= 0,75 и относительном содержании связующего (1-К)/0,25. Остальное по примеру 3.
По (2) и (4) при рассчитывают относительное содержание компонентов в расплаве шихты, в результате чего получают x=0,107 и y=0,694. В пределах ошибки расчетов, анализа и измерений химический состав минерального расплава, показатели процесса и свойства расплава соответствуют аналогичным параметрам по примеру 3. Практическое совпадение результатов по примерам 5 и 3 объясняется малым содержанием брикетов ( =0,2) в составе шихты.
Зависимости прочности брикетов от усилия их прессования в интервале 80 - 150 МПа и за его пределами, а также от времени выдержки брикетов после прессования, приведены в табл. 13.
Использование изобретения позволит обеспечить следующие преимущества: снижение себестоимости расплава за счет утилизации отходов и снижение транспортных расходов на их перевозку, снижение расходов электроэнергии при дроблении сырьевых материалов в связи с использованием раздробленных отсевов и не требующих дробления "корольков", а также прирост производства без увеличения поставок сырьевых материалов.
Изобретение относится к области производства строительных материалов, а именно к способам получения минеральной ваты. С целью повышения производительности и снижения расхода сырьевых материалов за счет использования "корольков" расплава способ получения минерального расплава включает смешивание "корольков" с фосфополугидратом сульфата кальция в отношении (3 - 4): 1, полученную смесь затворяют водой до 3,5 - 4,0%-ной влажности, брикетируют с удельным усилием прессования 80 - 150 МПа, выдерживают в естественных условиях в течение 8 - 12 ч, после чего вводят в шихту и плавят в вагранке. Использование изобретения позволяет снизить себестоимость за счет утилизации отходов, а также повысить производительность до 1910 - 2140 кг/ч. 13 табл.