Электрокорунд нормальный плавкой на выпуск

   Удельный  вес боксита колеблется от 2,9 до 3,5 г/см³ в зависимости от содержания железа. Химический состав также колеблется в широких пределах. Несмотря на то, что бокситы известны уже более 140 лет, по вопросу их происхождения нет единого мнения.

   Приведены некоторые из гипотез происхождения бокситов.

   1. Бокситы являются остатком после  выщелачивания известняков.

   2. Бокситы представляют собой продукт выветривания земной коры с последующим механическим перемещением остаточного продукта, находящегося в коллоидном состоянии (С. Ф. Малявкин)

   3. Бокситы являются химическим  осадком, образовавшимся при разложении  алюминиевых, железных и титановых  солей в момент поступления их в водоемы — моря и озера.

   Мировые разведанные запасы бокситов определяются примерно в 1 млрд. т.

   Химический  состав бокситов некоторых месторождений  различных стран приведен в табл. 12. 
 
 
 

Химический  состав бокситов месторождений некоторых стран

   Железо  присутствует в бокситах в виде гематита (Fе₂O₃), а кремнезем частично в виде кварца и опала, а частично в связанной форме шамуазита (ЗFеО*ЗАl₂O₃*2SiO₂*ЗН₂O). Титан в виде рутила, а кальций и магний в виде карбонатов присутствуют в боксите.

   Абразивная промышленность предъявляет определенные требования к качеству сырья. Боксит должен содержать максимальное количество А1₂O₃. Кремнезем является нежелательной примесью, так как требует большой затраты энергии на восстановление. Окислы кальция и магния — наиболее вредные примеси, потому что они снижают качество продукта. Содержание окислов железа обычно не ограничивается, так как они лето восстанавливаются, но находятся в тесной связи с температурой плавления боксита, которая играет существенную роль при плавке электрокорунда. Окись титана не оказывает вредного влияния на корунд, и ее содержание не ограничивается. Гидратная вода и влага отрицательно влияют на процесс плавки электрокорунда, вызывая расстройство работы печей (выбросы и т. д.) и перерасход электроэнергии.

   При производстве электрокорунда к бокситу  предъявляются следующие требования:

   1) кремневый модуль должен быть  не меньше 10;

   2) содержание окиси кальция не  должно быть больше 0,5 %;

   3) количество кусков размером менее  10 мм в боксите не должно превышать 15%.

   Углеродистый  восстановитель и вспомогательные  материалы.

   В качестве восстановителя при производстве электрокорунда нормального применяют малозольные сорта антрацита. Это вызвано необходимостью избежать введения примесей, понижающих качество электрокорунда.

   Количество  восстановителя обосновывают расчетом. Он обычно составляет около 7—8% от веса боксита. Применение антрацита обусловлено  его достаточной чистотой и относительной  дешевизной по сравнению с другими углеродистыми материалами.

   Крупность антрацита берут 3—5 мм. Для обеспечения лучшей его реакционной способности обычно используют антрацит крупностью 3 мм. Согласно ГОСТу 3253—52, антрацит должен содержать не более 5% влаги; 2% серы; 3,5% летучих.

   Кроме антрацита, при производстве электрокорунда нормального используют ряд вспомогательных материалов.

   Железная  стружка добавляется в шихту  для обеспечения требуемых магнитных свойств ферросплава, а также с целью утяжеления ферросплава (увеличения его удельного веса). В процессе плавки окислы, сопутствующие глинозему, восстанавливаются до металлов, образуя сложный по составу ферросплав. Основными его составляющими являются железо и кремний. Чем больше боксит содержит двуокиси кремния, тем больше необходимо добавлять железной стружки.

   Для получения  качественного шлифзерна ферросплав должен быть магнитным и полностью  извлечен из электрокорунда путем магнитной  сепарации. Сплав, содержащий 18—20% Si не обладает магнитными свойствами. С увеличением содержани я кремни я удельный вес ферросплава падает и ухудшаются условия его осаждения на дно ванны в процессе плавки.

   Для получения  ферросплава, содержащего 9—15% Si, в шихту добавляют   железную   стружку.  При плавке на бокситах с кремневым модулем Al₂O₃/SiO₂ > 20 добавка железной стружки не производится.

   К железной стружке, добавляемой в шихту, предъявляются  следующие требования: она должна быть разрезана на куски не длиннее 20—25 мм, содержать не более 5—10% окислов железа и не быть загрязненной маслом, песком, землей, известью и т. п.

   Литейный кокс (металлургический) применяется для розжига печей, так как он обладает достаточной электропроводностью. Большое значение для успешного розжига имеет размер кусков кокса. Мелкий кокс (мельче 25 мм) имеет плохую электропроводность, и токовая нагрузка набирается долго. Крупный кокс (свыше 100 мм) позволяет быстро набрать нагрузку током. Оптимальная крупность кокса составляет 25—60 мм.

   Окалина используется при доводке с целью  окисления карбидов и нитридов титана в TiO₂, а также для уменьшения аномального расширения абразивных изделий.

   Возвратными материалами при выплавке электрокорунда на блок являются старая шихта и шлак. Старая шихта (непроплавленная) остается между печным кожухом и блоком электрокорунда. Она служит в качестве футеровки кожуха. Химический состав ее неоднороден. Она отличается повышенным содержанием углерода (6—12%). Шлак (недовосстановленный продукт) находится на периферии блока в зоне температур 1600— 1700° С. Он содержит от 70 до 85% А1₂O₃ и до 5% СаО и MgO.

   Подготовка  сырьевых материалов. Особенность процесса производства нормального электрокорунда заключается в том, что температура плавления шихты (боксита) значительно ниже температуры плавления продукта (корунда). Боксит плавится при температуре 1600—1700° С, а электрокорунд нормальный при 1900— 2000° С.

   По  мере восстановления примесей в расплаве температура его плавления повышается, что приводит к постепенному выкристал-лизовыванию  корунда на поду печи в процессе плавки. Этот момент затрудняет выплавку электрокорунда непрерывным методом с выпуском расплава через летку.

   Для того, чтобы повысить температуру  расплава, нужно поднять температуру плавления боксита. Для этого необходимо провести специальную подготовку шихты перед тем, как загружать ее в электропечь. Такая подготовка заключается в следующем. Поступающий с рудников боксит дробится на щековой дробилке до крупности 100 мм. Мелкий боксит резко ухудшает газопроводность колошника и способствует спеканию шихты, что приводит к расстройству хода печей, к перерасходу электроэнергии и ухудшает условия обслуживания. Поэтому фракция размером до 20 мм отсеивается.

   Некоторые бокситы (большей частью гидраргиллитовые), например тургайские, венгерские и греческие, обладают склонностью рассыпаться на колошнике в пыль, в результате чего ухудшается газопроводность колошника. Это приводит к накоплению газа в печи и увеличению давления, к выбросам шихты из печи и взрывам. Поэтому такие бокситы следует подвергать брикетированию, агломерации (спеканию) или прокаливанию(кальцинации).

   Кальцинация (гидроокиси алюминия) – прокаливание, обжиг, во вращающейся печи, при нагреве  до температуры 1100-1200°С гидроокиси алюминия Аl(ОН)₃ с целью отделить связанную воду и получить глинозём Al₂O₃.

   Вращающиеся печи широко применяют для нагрева  сыпучих материалов в различных  отраслях промышленности.

   Корпус  печи представляет собой сварной  металлический барабан диаметром до 5 м и длиной до 185 м, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Барабан сваривают из листовой стали. Как правило, диаметр барабана по всей длине одинаков.

   Футеровка барабана работает в тяжелых условиях, что связанно с периодическими перепадами температур на поверхности кладки, обусловленными вращением печи и пересыпанием находящегося в ней материала. Перепад температур при входе и выходе из-под слоя шихты составляют 150...200°С. В зоне спекания на футеровку сильное химическое и абразивное воздействие оказывает материал. В зоне сушки кладка подвержена значительному истиранию цепями или отбойными устройствами. Основным материалом для футеровки печей глиноземного производства служит шамот. Высокотемпературные зоны печи выкладывают из хромомагнезитового, магнезитового и периклазошпинелидного огнеупорного кирпича. Толщина футеровки составляет 230... 350 мм. Чтобы предотвратить разрушение футеровки при остановках печи, барабан должен вращаться до ее полного охлаждения. На наружной поверхности барабана закрепляют стальные опорные бандажи в виде неразрывных колец шириной 400... 800 мм. Каждый бандаж опирается на два ролика, вращающиеся во время работы печи. Ширина роликов обычно на 50...100 мм больше ширины бандажа. Опорные ролики установлены на массивных стальных плитах, укрепленных на железобетонных фундаментах таким образом, что барабан печи имеет небольшой уклон к горизонту, составляющий 1...3 град. Как правило, уклон задают в процентах от общей длины печи (2...4 %).

   Барабан вращается вокруг своей оси со скоростью 0,6...2,0 об/мин, регулирование числа оборотов барабана производят специальным устройством.

   Для остановки вращения печи в любом  положении служит электромагнитный фрикционный тормоз, через обмотку  которого во время работы печи постоянно  пропускается ток. Когда подача тока прекращается, электромагнит выключается и отпускает колодки тормоза, которые и зажимают приводной вал.

   Верхний торец печи входит в загрузочную  камеру. Сухую шихту загружают  в печь с помощью шнекового  питателя через патрубок, расположенный в загрузочной камере. Пульпу подают в печь через пульповую трубку ковшом-дозатором или с помощью специальной форсунки. Уловленную пыль возвращают в печь вместе с шихтой, подавая ее либо через дозатор, либо в специальный смеситель.

   Нижний  конец печи входит в загрузочную (или топочную) камеру. Между ней и барабаном ставят специальное кольцевое уплотнение, перекрывающее щель между вращающимся барабаном и неподвижной камерой. 

   

   Рис. 2. Печь для спекания бокситов

1-железный барабан, 2- холодный конец, 3 - горячий конец, 4 - ролики, 5 - бандажи, 6 - подшипники, 7 - приспособление, препятствующее сходу барабана с опор, 8 - двигатель, 9 - венцовая шестерня, 10 - топливная головка. 11 - кольцо с кромкой, 12 - загрузочная коробка, 13 - отбойное приспособление (стальная болванка) 
 
 

   Расчет  шихты для выплавки электрокорунда нормального

   При расчете шихты исходят из химического  состава сырьевых материалов, а также  степени перехода, восстановления и  улета окислов. В табл. 82 и 83 приведены  исходные данные для расчета шихты. 

   Таблица 82

   Химический  состав исходного сырья