Интенсификации термических процессов

Морозостойкие керамические материалы

Для объяснения процесса фазовых превращений при обжиге глин в различных газовых условиях большой интерес представляют исследования А.В. Шлыкова, установившего явление  попеременного восстановления оксидов железа в глинах, содержащих органические примеси. Выявлено, что процесс окисления ранее восстановленного железа начинается только тогда, когда скорость выделения паров воды из дегидратирующихся минералов уменьшается настолько, что перестаёт препятствовать диффузии кислорода внутрь образца. При этом, когда скорость окисления FeO превышает скорость удаления оставшейся воды, кривая изменения массы на некоторое время меняет направление, образуя изгиб (эффект Шлыкова).

Кроме того, выделение низкотемпературных газов и паров воды сопровождается разрушением кристаллических решеток исходных минералов, что увеличивает их реакционную способность. Образовавшаяся при этом микропористость выполняет роль элементарных  ячеек-зародышей,  разрастающихся при  последующем нагреве и вспучивании.

В органосодержащих сырьевых массах наличие минералов, термическая деструкция которых приводит к выделению паров воды, имеет дополнительное значение.

Так, в работах А.А. Безверхого для ускорения процесса агломерации шихт на основе глинистых сланцев или суглинков рекомендовано использовать добавление минералов (Ca(OH)2 , монотермитовая глина), разлагающихся при высоких температурах (более 400…600 оС) с выделением паров воды. Интенсифицирующее действие гидрата окиси кальция давно известно в металлургии. Однако его влияние объяснялось флюсующим действием извести и образованием каналов в результате газовыделения при высоких температурах.

Безверхий  А.А. доказал,  что  главные  причины  заключаются не в этих факторах, а в том, что высокотемпературные пары воды ускоряют процесс разложения и горения твердого топлива. Интенсифицирование процесса агломерации возможно путем увеличения доли  глинистых  минералов, содержащих  химически  связанную воду, выделяющуюся при высоких температурах. С этой точки зрения целесообразно получать не зольный, а глинозольный аглопорит и спекать на решетках отходы углеобогатительных фабрик в смеси с глинистыми породами. Интенсифицировать процесс возможно также путем применения топлива с большим количеством летучих.

Исследованиями ВНИИСТРОМ подтверждается наличие устранения «чёрной сердцевины» при вводе асбоотходов в глиномассу или отходов углеобогащения, что обусловлено взаимодействием воды, выделяющейся при разложении серпентина, с органическими примесями в сырье.

Полученная информация особо важна для разработки технологии керамических стеновых материалов на основе топливосодержащих попутных продуктов и отходов угольных шахт, обогатительных фабрик, коксохимических производств, отходов ТЭС. Одним из технических решений задачи создания керамического кирпича из углеродосодержащих отходов является способ термообработки изделий, позволяющий интенсифицировать процесс выгорания углерода в керамической массе путем ввода паровоздушной смеси в зону высоких температур. Он основан на высокой проницаемости водяных паров в поры керамического тела, которая превосходит проницаемость кислорода и других газов, уступая лишь водороду.

Водяные пары, взаимодействуя с углеродом, запрессованным в сырец, по реакции

C + H2O = CO + H2 (1.4)

способствуют быстрейшему выгоранию углерода и образованию дополнительных порций газов-восстановителей. При этом повышается  механическая  прочность  изделий,  улучшается  их  внешний вид, отсутствует высолообразование.

Первыми производствами, освоившими новые технические решения, были предприятия Ворошиловградской, Донецкой и Львовской областей.  Так,  на Ворошиловградском  комбинате строительных материалов освоена технологическая линия по производству пустотелого кирпича из отходов углеобогащения ЦОФ «Ворошиловградская» по технологии, разработанной НИИСМИ НПО «Стройматериалы». Предприятие работает по схеме пластческого формования и выпускает пустотелый кирпич (пустотность 12…27 %)  марок  100…150.  При  наличии  сульфидной серы в сырье (или в его топливной части) рекомендуется его изотермическая выдержка до четырех часов при максимальной температуре обжига в паровоздушной среде для обеспечения полного выгорания углерода.