Способ приготовления формовочной сырьевой смеси

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении литых композиций для получения облицовочных строительных изделий, державок резцов токарных станков, заполнения пустот металлических конструкций. Сущность изобретения: способ приготовления формовочной сырьевой смеси предусматривает смешение каустического магнезита и молотых отходов доменного производства - по крайней мере одного компонента из группы: основной доменный шлак, колошниковая пыль, затворение водным раствором бишофита плотностью 1,3 кг/см³ до В/Т = 0,21 - 0,44, а перед формованием введение в полученную смесь состава, содержащего, мас. % : каустический магнезит 23 - 27,9; указанные отходы доменного производства 37,6 - 45,3; бишофит MgCl₂ 8,95 - 13,16 и вода (с учетом химически связанной в бишофите) остальное, сверх 100% смеси 3 - 4% молотого цементного клинкера. Характеристики способа: связующая способность по песку 25 - 60% , время до начала возможного распалубливания 15 - 25 мин, прочность через 28 сут 72 - 95 МПа, то же с предварительным подогревом 90 - 112 МПа. 1 табл.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении литых композиций, применяемых для формования методом литья облицовочных строительных изделий, для заполнения пустот металлических конструкций и для формования державок резцов токарных станков.

Известен способ получения формовочной сырьевой смеси путем введения воды в смесь портландцемента, окиси магния, порошка магнезитового каустического, кислоты лимонной и кизельгура [1] . Наряду с большими достоинствами известного способа имеются и существенные недостатки: 1. Низкая связующая способность по отношению к инертным мелкодисперсным наполнителям, например кварцевому песку; 2. Сложная технология формования изделия методом литья в связи с длительным сроком начала схватывания смеси в формах (45-60 мин), что снижает темпы оборачиваемости форм; 3. Низкая подвижность при В/Т= 0,21-0,44, что усложняет процесс формования методом литья (расплыв по вискозиметру Сутторда не более 10 см). Наиболее близким к предлагаемому является способ [2] , предусматривающий смешивание каустического магнезита с молотым доменным граншлаком и ферромарганцевой колошниковой пылью с последующим затворением раствором хлористого магния с плотностью 1,3 г/см² при указанном соотношении компонентов.

Известный способ наряду с достоинствами имеет следующие недостатки: 1. Длительный срок начала схватывания 180-1200 мин, что усложняет технологию формования методом литья - низкие температуры оборачиваемости форм; 2. Низкая связующая способность по отношению к инертным мелкодисперсным пескам, например кварцевому, при В/Т= 0,21-0,44; 3. Низкая подвижность при В/Т= 0,21-0,44, что усложняет процесс формования методом литья изделий сложных конфигураций (расплыв по вискозиметру Сутторда 0-10 см).

Цель изобретения - увеличение связующей способности и упрощение технологии за счет повышения подвижности и ложного схватывания после формования.

Характеристика компонентов: 1. Каустический магнезит (MgO) имеет белый цвет, без примесей, удельная поверхность S= 6000 см²/г, содержание Mg 98% 2. Молотый основной гранулированный шлак - модуль основности 1,05-1,08, удельная поверхность S= 2800-3000 см²/г. Химический состав, мас. % : SiO₂ 38,47-39,38 FeO 0,31-0,35 Al₂O₃ 7,5-9,05 MnO 0,23-0,26 CoO 42,26-43,36 S остальное МоО 7,27-7,9 3. Колошниковая молотая пыль - отход доменного производства обычного чугуна. Используется молотая колошниковая пыль с удельной поверхностью 2800-3000 см²/г.

Химический состав, масс. % : SiO₂ 6,00-13,0 MnO 0,07-0,95 Al₂O₃ 0,95-1,78 P₂O₅ 0,053-0,14 СаО 10,45-32,40 SO₃ 1,08-1,90 MgO 1,59-1,72 S 0,40-0,79 FeO 2,2149,31 С 16,01-18,50 Fe₂O₃ 33,0-41,29 Na₂O+K₂O 0,172-0,32
TiO₂ 1,08-2,23
4. Шлам газоочистки доменного производства обычного чугуна. Химический состав шлама (отвального), мас. % : Н₂О 18,93-22,00 MgO 1,62-1,74 FeO 5,03-6,81 MnO 0,12-0,14 Fe₂O₃ 34,04-45,27 P₂O₅ 0,11-0,14 SiO₂ 7,62-9,95 SO₃ 2,67-3,52 Al₂O₃ 1,2-1,42 К₂О 0,16-0,17 СаО 8,96-28,30 Na₂O+K₂O 0,08-0,09
В экспериментах принят сухой молотый шлам с удельной поверхностью 2500 см²/г.

5. Гидрооксихлорид магния (MgCl₂ 6H₂O) или бишофит Карабугазгольского месторождения. Может быть пригодным и концентрированный раствор MgCl₂ Волгоградского месторождения. Плотность принятого раствора 1,3 г/см³.

6. Ферромарганцевая колошниковая пыль (отход газоочистки доменных печей производства ферромарганцевого чугуна), удельная поверхность S= 1475 см²/г.

Химический состав ферромарганцевой пыли, мас. % : SiO₂ 9,89-13,70 Al₂O₃ 2,84-2,89 Fe₂O₃ 5,86-14,68 FeO 2,16-2,26 СаО 8,14-9,44 Mn₃O₄ 25,84-33,93 S 0,84-1,38 P₂O₅ 0,13-0,15 R₂O 4,13-5,75 С (уголь) остальное
7. Молотый клинкер с удельной поверхностью 2800-3000 см²/г является полуфабрикатом при производстве шлакопортландцемента. Может быть пригодным и клинкер портландцемента.

П р им е р 1. Взвесили 2 кг 790 г (27,9 мас. % ) каустического магнезита и 4 кг 530 г (45,3 мас. % ) молотого основного гранулированного шлака. Смесь сухих порошков перемешивали 0,5 мин и, не прекращая процесса перемешивания, добавили в мешалку раствор хлористого магния плотностью 1,3 г/см³ в количестве 2 кг 680 г (26,8 мас. % ). содержащий 0,895 г MgCl₂ (8,95 мас. % ), так как концентрация раствора с плотностью 1,3 г/см³ составляет 33,4% ), и 1 кг 785 г воды (17,85 мас. % ) с учетом химически связанной, введенной с бишофитом (MgCl₂˙ 6Н₂О). В приготовленную малоподвижную смесь (расплыв смеси по вискозиметру Сутторда равен был нулю) перед формованием ввели при интенсивном ее перемешивании 0,3 кг молотого клинкера (3% сверх массы приготовленной смеси) и, не прекращая перемешивания, залили смесь в формы размером 16х4х4 см, которые при заполнении вибрировали на виброплощадке. Изделия оставили в формах до момента их распалубливания. Одновременно приготовленную смесь после введения в нее клинкера и перемешивания испытали на два показателя свойств - подвижность и связующую способность. Подвижность по вискозиметру Сутторда составляла 16 см (таблица опыт N 3). Связующую способность определяли максимальным количеством песка (в % ) с модулем крупности 1,5, которое можно было ввести в состав смеси без потерь ее подвижности. Связующая способность по кварцевому песку составила 22% (таблица опыт N 3). Через 15 мин после прекращения вибрирования смеси, формы распалубливали, а изделия - полуфабрикаты в упруго-пластичном состоянии выдерживали в течение 28 сут на воздухе при 20±2^оС, причем часть образцов на поддонах предварительно твердели в течение одних суток при 60±5^оС. После твердения изделия испытывали на прочность.

Аналогичным способом получали и все остальные сырьевые формовочные смеси N 2-7, приведенные в таблице, в том числе и запредельные N 1 и N 8.

П р и м е р 2. Приготовление смеси по способу-прототипу осуществляли по методике примера N 1, но перед заливкой смеси в формы в ее состав клинкер не вводили. Данные испытаний свойств смеси, полученной известным способом, приведены в таблице, опыт N 9) (прототип).

В таблице приведены составы формовочных смесей, приготовленных заявляемым способом и известным, а также соответствующие свойства этих смесей для заявляемого способа и известного с использованием одинаковых компонентов.

Принятый предел В/Т от 0,21 до 0,44 обусловлен обеспечением готового продукта повышенной водостойкостью (К_раз≥0,8) и возможностью формования смеси методом литья.

Как видно из данных, приведенных в таблице, смеси опыта N 1 и N 8 являются запредельными, так как при увеличении каустического магнезита более 27,9 мас. % , а молотого основного граншлака более 45,3 мас. % и при соответствующих дозах уменьшения MgCl₂ (менее 8,95 мас. % ) и молотого клинкера (менее 3 мас. % ) - формовочная смесь остается жесткой и не формуется методом литья с вибрированием. При уменьшении MgO (менее 23 мас. % ) и соответствующем незначительном уменьшении отходов доменного производства (менее 37,6 мас. % ), несмотря на увеличение дозы MgCl₂ (более 13,16 мас. % ) и молотого клинкера (более 4 мас. % ). эффекта повышения подвижности, связующей способности не наблюдается (опыт 8), а прочность несколько уменьшается в сравнении с известным способом-прототипом.

Заявляемый способ в сравнении с известным (прототипом) имеет преимущества: при одинаковом В/Т (0,36) увеличивается подвижность по вискозиметру Сутторда на 8-9 см, что упрощает и ускоряет процесс формования; связующая способность увеличивается (по кварцевому песку) на 10-20% без снижения подвижности; промежуток времени до начала схватывания сокращается в 60-80 раз, что существенно упрощает технологию и повышает производительность за счет оборачиваемости форм; прочность готовых изделий практически не снижается, а несколько увеличивается.

Положительный эффект достигается благодаря следующему физико-химическому процессу.

Тонкодисперсный клинкер, вводимый в смесь за 2 мин до момента ее заливки в формы при интенсивном перемешивании, разжижает смесь вследствие проявления тиксотропного действия, свойственного клинкеросодержащим цементам и связи с электролитическим действием Са(ОН)₂, которое появляется при гидратации минералов клинкера. При этом резко возрастает подвижность смеси и она легко формуется методом литья. После заливки в формы и прекращения действия перемешивания и вибрирования смесь быстро загустевает (коагулирует) и через 15-20 мин переходит в упруго-пластическое состояние, так как прекращается тиксотропийное влияние клинкера с одной стороны и переход части свободной воды смеси в химически связанную при образовании гидросиликатов и гидроалюминатов кальция с другой стороны, благодаря быстрому схватыванию клинкера происходит ложное схватывание всей смеси, т. е. смесь переходит в упруго-пластическое состояние, но не твердое, так как магнезиальное вяжущее к этому времени в составе смеси еще находится в коллоидно-дисперсном состоянии. Ложное схватывание обеспечивает только клинкер и не дают такого эффекта другие цементно-образующие компоненты, принятые в способе аналога (например, портландцемент), так как образуется минерал эттрингит, который замедляет процесс схватывания.

Заявляемый способ в сравнении со способом-прототипом имеет следующие технико-экономические достоинства.

Уменьшается расход бишофита на 10-15% в связи с повышением подвижности композиции.

Увеличивается в 1,5-2 раза выход готовых изделий, так как увеличивается связующая способность смеси к инертным заполнителя без потери подвижности.

Увеличивается производительность за счет увеличениям в 20-50 раз темпов оборачиваемости форм.

Снижается себестоимость с применением заявляемого способа на 32,15% в производстве стройматериалов и80% при изготовлении державок резцов.

Формула изобретения

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ФОРМОВОЧНОЙ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ путем смешения каустического магнезита и молотых отходов доменного производства с последующим затворением раствором бишофита плотностью 1,3 г/см³, отличающийся тем, что в качестве молотых отходов доменного производства используют по крайней мере компонент из группы: основной доменный шлак, колошниковая пыль, затворение ведут до В/Т = 0,21 - 0,44, а перед формованием в полученную смесь состава, мас. % :
Каустический магнезит 23 - 27,9
Указанные отходы доменного производства 37,6 - 45,3
бишофит (на MgCl₂) 8,95 - 13,16
Вода (с учетом химически связанной в бишофите) Остальное
вводят сверх 100% смеси 3 - 4% молотого цементного клинкера.

РИСУНКИ

Рисунок 1