189739. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szilikátalapú szálas anyagok előállítására, az előállítás hőenergia szükségletének megállapítására
1 189 739 2 A találmány tárgya eljárás alapkőzetből és adalékanyagokból álló, szilikátalapú szálas anyagok előállítására - főként hőkezelési ill. olvadékképzési - hőenergia szükségletének megállapításával. A s/ilikát alapú szálasanyagok előállítása során, függetlenül a szálképzés formájától, minden esetben először szilikát olvadék létrehozása szükséges. Az olvadék előállításakor úgy járnak el, hogy valamely tömeges szilikátos kőzet (bazalt, diabáz, gabró stb.) alkotja a nyersanyag fő tömegét, amelyhez korrekciós anyagként más, általában nagy alkáli földfém tartalmú anyagot adnak, amelyek lehetnek természetes eredetű kőzetek, mint pl. dolomit, mészkő, márga, stb. vagy ipari melléktermékek, mint pl. nagyolvasztó salak, nikkelsalak, erőművi pernye stb. Az adalékanyagok ill. korrekciós anyagok funkciója több irányú. Feladatuk az olvasztás közvetlen hőenergia igényének és az olvadék viszkozitásának csökkentése, amely utóbbi közvetve ugyancsak a hőszükségletet csökkenti, mert az olvadék alacsonyabb hőmérsékleten éri el a szálazáshoz szükséges megfelelő viszkozitást azaz kevesebb hőt kell vele közölni. A százalásra alkalmas olvadék megjelenéséig bonyolult, többnyire nagy hőigényű folyamatok játszódnak le, nevezetesen a nyersanyagkeverék felmelegedése, a szabad és kötött víz elpárologtatása, a karbonátok dekarbonizálása, polimorf átalakulások, amelyek lehetnek mind hőtermelők, mind hőfogyasztók, egyes komponensek olvadása, a szilárd fázis esetleges oldódása az olvadék fázisban, amely ugyancsak lehet hőtermelő vagy hőfogyasztó egyaránt, végezetül az olvadék oly mérvű felhevítése, hogy a viszkozitása az éppen alkalmazott szálazási módszernek legmegfelelőbb legyen. A fent leírt folyamatok bonyolultsága miatt az alkalmazott olvasztási technológiáknál tapasztalati úton járnak el az összetétel megállapításában. Az évek során kialakult tapasztalatok adták meg azokat a határértékeket is, amelyek az, egyes alkotók, elsősorban az alkáli földfém oxidok mennyiségére vonatkoznak. Ezek az értékek a következők: az összes alkáli földfém tartalom nem lehet több 33-35%nál, ezen belül a CaO mennyisége 20-22%-nál. A megadott értékek a végtermék, vagyis a szálas anyag minőségének szempontjából, pontosabban a szálas anyag kömyezetállóságának szempontjából fontosak. Nyilvánvaló, hogy tapasztalati úton, valamennyi folyamatot figyelembe venni és így a legkevesebb energiabefektetést igénylő nyersanyagkeveréket összeállítani nem lehet. A találmány célja olyan eljárás kidolgozása, amelylyel az olvasztási technológiában az egyes lépések hőszükséglete meghatározható és ebből kiindulva a legkisebb fajlagos hőenergia igényű nyersanyagkeverék összetétele pontosan meghatározható. Találmányunk alapja az a felismerés, hogy az alapkőzethez fokozatosan növekvő mennyiségben adva a korrekciós anyagokat, az alapkőzet olvasztási hőigénye csökken, míg a bevitt korrekciós anyag növekvő mennyiségével növekvő hőigény jár együtt. A két hőigény összege adja azt a hőmennyiséget, amely az olvadék képződéséhez szükséges. Ez a hőmennyiség a korrekciós anyag mennyiségének függvényében változik és a legkedvezőbb korrekciós anyaghányadnál minimuma van. Az egyes összetételek hőigénye pontosan kimérhető, láthatóvá tehető termoanalitikai módszerekkel, ahol is meg tudjuk jeleníteni az egyes részfolyamatok energia fogyasztását, vagy energia termelését, ugyanakkor pontosan tudjuk mérni a tömegveszteség vagy gyarapodás mértékét. A differenciál-termoanalitikai (DTA) felvételeken az energiaigényeken túlmenően láthatóvá válik az is, ha az olvadék képződés rendellenesen, két, vagy több fázisban történik meg, tehát kiszűrhetők azok az összetételek, amelyek az olvasztási, ill. szálazási technológiában nehézségeket okoznának. Találmányunk szerint úgy járunk el, hogy ismert összetételű olvasztási alapanyagból és korrekciós anyagból meghatározott arányú keverékeket készítünk, ezeknek a keverékeknek elkészítjük a differenciál-termoanalitikai (DTA) és a differenciál-termogravimetriai (DTG) felvételeit. Elkészítjük az alapkőzet és egy ismert hőigényű anyag hasonló felvételét. Valamennyi összetételt legalább 1300°C felső hőmérséklet határig vizsgáljuk. A felvételek ezek után bármely ismert módon értékelhetők: planimetrálással, gravimetrikus úton, integráló berendezéssel stb. olymódon, hogy külön értékeljük az olvadék hőigényét jelző görbe alatti területet, valamint az egyéb folyamatok hőfogyasztását, esetleg hőtermelését. Az értékelés módja nem kötött, megadható az adalék nélküli nyersanyag teljes hőigényének %-ában, vagy a párhuzamosan felvett, ismert hőigényű anyag görbe alatti területére, KJ-ban kalibrálva számszerűsíthetjük is. Az értékelés további lépéseiben a termogravimetriás felvételen mért tömegveszteség figyelembevételével tömegegységnyi olvadékra számítjuk át mind az olvasztási, mind a kiegészítő hőigényt és ezekből az értékekből összegzéssel képezzük az összes hőigényt, ezt x—y koordinátarendszerben vagy táblázatosán ábrázoljuk, kiválasztjuk a legkisebb energia igényű pontot és az ahhoz tartozó összetételt. A találmány szerinti eljárás lényege, hogy különböző alap- és adalékanyag mennyiségeket tartalmazó nyersanyagkeverék minták differenciál-termoanalitikai függvényeinek területi integráljait — amelyek a nyersanyagkeverék különböző hőmérsékleteken lejátszódó átalakulásainak hőenergia szükségletével arányosak - összegezzük és a technológiai nyersanyagkeveréket az összegek minimumához tartozó minta összetétele szerint állítjuk össze. Csak azokat az összetételeket vesszük figyelembe, amelyek a termoanalitikai függvény tanúsága szerint homogén módon — egyfázisban — olvadnak meg. A kalciumkarbonát ill. magnéziumkarbonát adalékot tartalmazó nyersanyagkeverék minták differenciál-termoanalitikai függvényábráiból megállapítjuk a 450°C feletti hőmérséklettartományban lejátszódó dekarbonizáláshoz és az 1100°C- feletti hőmérséklettartományban lejátszódó olvadékképződéshez tartozó függvényszakaszok területi integráljainak összegét. A nyersanyagkeveréket az összegek minimumához tartozó minta összetétele szerint áUíjtuk össze. Kohósalak adalékot tartalmazó nyersanyagkeverék minták differenciál-termoanalitikai függvényábráiból megállapítjuk az 1100°C feletti hőmérséklettartományban lejátszódó — olvadékképződéshez tartozó — függvényszakaszok területi integráljait és azt az összetételt választjuk ki, amelynél az olvadék még homogén módon - egyfázisban - képződik. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
