Способ изготовления футеровки шаровых мельниц для получения водного шликера кварцевого стекла

Изобретение относится к керамической промышленности, а именно к изготовлению футеровки шаровых мельниц, используемых для приготовления водных шликеров для производства изделий из керамики на основе кварцевого стекла.

Известен способ изготовления футеровки шаровых мельниц для получения водных шликеров кварцевого стекла (Ю.Е. Пивинский, Е.И. Суздальцев Кварцевая керамика и огнеупоры. Том I. Теоретические основы и технологические процессы. - М.: «Теплоэнергетик», 2008 - 672 с.), в котором с целью исключения загрязнения измельчаемого материала в процессе помола применяют футеровку, выполненную из материалов на основе кварцевого стекла, а именно двух сосудов из непрозрачного кварцевого стекла ТУ 25.11.1004-75, которые обрезаются до заданного размера и соединяются посредством клеевого соединения.

Недостатком такой футеровки является большая хрупкость стекла и низкая трещиностойкость кварцевых сосудов, что негативно сказывается на сроках службы футеровки, изготовленной из них. Кроме того, из-за большой разнотолщинности стенок сосудов из непрозрачного кварцевого стекла 5-30 мм, связанной с технологией производства, срок их службы невелик 10-12 циклов помола, что вызывает необходимость частой замены футеровки мельниц и высокий расход материала сосудов в расчете на 1 литр приготовленного шликера 0,2-0,3 кг/л.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления футеровки шаровых мельниц для получения водного шликера кварцевого стекла, описанный в патенте №2460582, кл. В02С 17/22 от 10.09.2012 г., включающий приготовление первичного водного шликера кварцевого стекла с плотностью 1,86÷1,91 г/см³, влажностью 13÷15%, тониной с остатком на сите 63 мкм 4÷10%, введение и перемешивание зернистого наполнителя из обожженной кварцевой керамики или кварцевого стекла с размером частиц от 0,5 до 5,0 мм в количестве 20÷40% к твердой фазе шликера, формование керамической заготовки составной конструкции толщиной 20÷40 мм способом водного шликерного литья или другим методом, ее подвялки при температурах 20÷100°С на воздухе и в сушильных шкафах, обжиг в электрических печах при Т_mах 1220+20°С в течение 1÷4 часов, подгонку элементов футеровки и их склейку, например, эпоксидной смолой, сверловка загрузочного люка, герметизация и упрочнение футеровки путем нанесения на наружную поверхность органополимера, а для больших размеров и органопласта, при этом в качестве органополимера можно использовать любые, например, эпоксидные смолы, эмали, лаки холодного отверждения, в качестве наполнителя в органопласт можно использовать стеклоткань, мешковину и др., установку футеровки в металлический барабан мельницы, ее центровку и фиксацию методом заливки в промежуток между футеровкой и металлическим барабаном гипсового раствора.

К недостаткам указанного способа изготовления футеровки следует отнести, что длительность формования керамических заготовок толщиной более 30 мм составляет более 24 часов, при этом набор на завершающих стадиях идет уже в основном за счет оседания более крупных частиц. Наличие в шликере зернистого наполнителя из обожженной кварцевой керамики или кварцевого стекла с размером частиц от 0,5 до 5,0 мм в количестве 20÷40% к твердой фазе влечет за собой большую неоднородность свойств по объему отформованного элемента футеровки. Эта неоднородность более выражена при использовании шликеров с указанными в прототипе параметрами. Кроме того, подвялка заготовок большой толщины при температурах 20÷100°С на воздухе и в сушильных шкафах зачастую приводит к их разрушению вследствие неоднородной усадки, а проведение обжига в указанном температурном интервале не обеспечивает получение заготовок необходимого уровня плотности, так как в качестве исходного сырья могут быть применены различные отходы производства изделий из кварцевой керамики (шликер, сырец, обожженный материал). Подгонка элементов футеровки перед склейкой осуществляется исключительно по геометрическим размерам, без учета свойств самих заготовок, разброс которых, как было отмечено выше, может быть существенный. Использование в качестве клеящего вещества и основы для органопласта чистой эпоксидной смолы нецелесообразно ввиду ее достаточно низкой прочности и хрупкости, что особенно сказывается в конструкциях шаровых мельниц, испытывающих большие ударные нагрузки. Все указанные выше недостатки не позволяют получить качественную футеровку шаровой мельницы, способную длительно эксплуатироваться для приготовления шликеров кварцевого стекла.

Задачей настоящего изобретения является улучшение качества и технологичности футеровки шаровой мельницы.

Поставленная задача достигается тем, что предложен способ изготовления футеровки шаровых мельниц для получения водного шликера кварцевого стекла, включающий приготовление шликера кварцевого стекла с плотностью 1,86÷1,91 г/см³, тониной с остатком на сите 63 мкм 4÷10%, формование керамической заготовки составной конструкции толщиной 20÷40 мм способом водного шликерного литья или другим методом, ее подвялку и обжиг, подгонку элементов футеровки и их склейку эпоксидной смолой, герметизацию и упрочнение футеровки путем нанесения на наружную поверхность органопласта, состоящего из эпоксидной смолы и наполнителя из мешковины, либо любого другого материала, сверловку загрузочного люка, установку футеровки в металлический барабан мельницы, ее центровку и фиксацию методом заливки в промежуток между футеровкой и металлическим барабаном гипсового раствора, отличающийся тем, что перед началом подвялки заготовку накрывают чехлом из мешковины, выдерживают в течение не менее 24 часов, после чего досушивают без чехла в течение не менее 48 часов, обжиг осуществляют в два этапа, сначала при температуре 120÷200°С в течение 2÷3 часа, а затем при температуре 1130÷1250°С в течение 1÷4,5 часа, при этом скорость подъема температуры между первым и вторым этапом не должна превышать 300°С/час, подгонку элементов футеровки осуществляют путем подбора обожженных заготовок, имеющих разницу значений плотности не более 0,02 г/см³, а в эпоксидную смолу добавляют кварцевый порошок в количестве 35÷45 масс. %.

Авторами экспериментально установлено, что накрытие заготовки перед началом операции подвялки чехлом из мешковины и выдержка в таком состоянии не менее 24 часов препятствует активному выделению влаги с поверхности заготовки и, как следствие, не создает критических градиентов по объему толстостенных (толщиной 30÷40 мм) заготовок. Также экспериментально установлено, что сушка после снятия чехла должна осуществляться не менее чем 48 часов. При этом снижение длительности выдержки заготовки с чехлом менее 24 часов и без чехла менее 48 часов не гарантирует получение целых заготовок.

Установлено, что проведение обжига толстостенных заготовок целесообразно в два этапа. При этом на первом этапе, при температуре 120÷200°С происходит полный прогрев заготовки и ее окончательная сушка. Длительность выдержки при данных температурах должна быть не менее 2 часов, выдержка более 3 часов нецелесообразна, т.к. приводит к неоправданному расходу электроэнергии. Температура обжига на втором этапе должна быть не менее 1130°С, так как снижение температуры ниже данного параметра не обеспечивает спекание материала. Превышение температуры обжига более 1250°С может привести к переспеканию материала, т.е. к получению материала с высокими значениями плотности, а следовательно, низким значениям пористости, а следовательно, к снижению трещиностойкости керамики, что отрицательно скажется на работоспособности заготовок, работающих в конструкциях шаровых мельниц. Экспериментально установлено, что длительность обжига на верхней температуре должна находиться в интервале 1÷4,5 часа и определяется исходными параметрами отформованных заготовок и их толщиной. При этом скорость подъема температуры между первым и вторым этапом не должна превышать 300°С/час, так как это может привести к возникновению температурных градиентов в объеме обжигаемой заготовки и, как следствие, к ее разрушению.

Теоретически обосновано, что для увеличения срока службы футеровочных элементов шаровых мельниц, выполненных из двух и более составных элементов, необходимо произвести подгонку элементов футеровки путем подбора обожженных заготовок, имеющих разницу значений плотности не более 0,02 г/см³. Превышение указанного параметра может привести к получению футеровки с различными значениями прочности по ее длине и, как следствие, к разрушению по менее прочному месту.

Экспериментально установлено, что для повышения прочности склеиваемых элементов и снижения хрупкости органопласта целесообразно использовать эпоксидную смолу с введенным в нее кварцевым порошком в количестве 35÷45 масс. %. Снижение указанного количества ниже 35 масс. % не обеспечивает достаточного повышения прочности, а превышение выше 45 масс. % не позволяет достичь необходимой текучести. При этом выбор в качестве заполнителя кварцевого порошка обоснован тем, что при его попадании в измельчаемый материал он не вносит существенных загрязнений получаемого шликера.

Реализация предложенного технического решения представлена на следующем примере.

Из шликера кварцевого стекла, имеющего следующие параметры: плотностью 1,89 г/см³, тонина с остатком на сите 63 мкм 6,5%, была отформована партия керамических заготовок толщиной 35 мм. После окончания формования, заготовки устанавливались на стеллаж и накрывались чехлом из мешковины, под которым они выдерживались в течение 30 часов, после чего чехол снимался и производилась выдержка в течение 50 часов. Обжиг высушенных заготовок осуществлялся в два этапа, сначала при температуре 160°С в течение 2,5 часов, а затем при температуре 1200°С в течение 3,5 часов, со скоростью подъема температуры между первым и вторым этапом 250°С/час. После обжига на полученных заготовках определяли плотность и подгоняли элементы футеровки таким образом, чтобы разность значений плотности была не более 0,02 г/см³. Затем осуществляли склейку элементов футеровки и их герметизацию. В качестве основного клеящегося вещества использовали эпоксидную смолу с добавкой кварцевого порошка в количестве 30 масс. %. После чего в полученном таким образом футеровочном барабане производят сверловку загрузочного люка, а сам барабан устанавливают в металлический каркас мельницы, его центруют и фиксируют методом заливки в промежуток между футеровкой и металлическим барабаном гипсового раствора.

Средний срок службы футеровочных барабанов, изготовленных описанным выше способом, составил 57 циклов, в то время как работа мельниц, полученных по прототипу, как правило, не превышала 40 циклов. Кроме того, в процессе изготовления элементов футеровки по предложенному техническому решению процент брака толстостенных керамических заготовок составил 15% против 45% по прототипу.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет существенно повысить технологичность изготовления футеровки шаровых мельниц при увеличении их качества.

Источники информации

1. Ю.Е. Пивинский, Е.И. Суздальцев. Кварцевая керамика и огнеупоры. Том I. Теоретические основы и технологические процессы. - М.: «Теплоэнергетик», 2008 - 672 с.

2. Патент РФ №2460582, кл. В02С 17/22 от 10.09.2012 г.