Раствор для сварки алюмосиликатных изделий

 

Использование: изобретение относится к огнеупорной промышленности и предназначен для кладки и сварки алюмосиликатных изделий. Сущность изобретения: раствор для сварки алюмосиликатных изделий содержит 5-15 мас.% восстановителя - алюминия, 5-25% сульфата магния или алюминия и 7-57 мас.% отходов черной металлургии: пиритных огарков, железных окатышей или органических шлаков сварочных электродов в качестве окислителя, 16-68 мас.% наполнителя из группы: хромистый концентрат, каолин, кварцит, огнеупорная глина, шамот, отходы керамического производства, 7-15 мас.%воды. 3 табл.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к составам для кладки и сварки алюмосиликатных изделий. Целью изобретения является повышение термостойкости. Предлагаемый раствор позволяет получить огнеупорный материал в режиме технологического горения, в котором фазовый состав является однородным с составом алюмосиликатных изделий. Это повышает термостойкость шва за счет отсутствия в нем местных термических расширений и гомогенности фазового состава. Продуктами горения в шве, по данным рентгенофазового анализа, являются высокотемпературные износостойкие алюмохроммагниевокремниевые или алюмокремниевые шпинели, которые по своему составу близки к составу алюмосиликатных огнеупоров. При горении, происходящем при 900^оС, поверхность кирпича размягчается и вступает в химическое и диффузионное взаимодействие со швом, в результате чего образуется керамическая связь. Предлагаемый в изобретении состав позволяет варьировать составляющие его в зависимости от марки и качества используемого шамота (в зависимости от содержания алюминия в шамотном огнеупоре). Отмечена возможность кладки футеровки без воды, но при этом прочность шва составляет 60-70% от прочности шва раствора. При нагреве футеровки шов, полученный из исходной смеси, воспламеняется при 900^оС и сгорает со скоростью 1-2 мм/с. Горение происходит за счет экзотермической реакции между алюминием, который является восстановителем, и смесью оксидов железа в виде отходов черной металлургии и сульфатов алюминия или магния. Состав используемых отходов черной металлургии, кислоты, органических шлаков и наполнителя приведен в табл. 1. В зоне горения развивается температура 1600-1700^оС (определено экспериментально), поверхность алюмосиликата размягчается и вступает в химическое и диффузное взаимодействие с реагирующим швом, в результате чего образуется прочная керамическая связь, дающая эффект "сварки" на микрошвах видно, что граница между швом и кирпичом размыта. Наличие ТiO₂ в составе отходов черной металлургии снижает в процессе СВС вязкость расплавов, что облегчает прохождение ВС-реакции в глубину шва. Оксиды циркония и бария образуют при нагревании до 700^оС эвтектики, снижающие температуру прохождения СВС-реакции. Ориентировочный вид эвтектики: Al₂O₃ FeO BaO SiO₂; Al₂O₃ FeO ZrO₂ SiO₂. При этом в конце реакции благодаря наличию соединений титана и циркония, характеризующихся высокой твердостью, образуется СВС-шов, обладающий такими характеристиками, так прочность и термостойкость. Эвтектическая система, содержащая оксид бария, способствует образованию прочного связующего огнеупорного шва с огнеупорными алюмосиликатными изделиями. Следует отметить, что введение оксидов железа в виде отходов в предлагаемый состав способствует образованию высокопрочной муллитовой фазы. Наличие в составе шихты железа приводит также к образованию высокопрочного соединения. nTi₂O₃ x m Al₂O₃ x Fe₂O₃ X SiO₂ Частично восстановленное железо в металлическом виде и в виде низших окислов (FeO) заполняет поры сгоревшей СВС-шихты, что является фактором, повышающим прочность получаемого шва и его термостойкость (7 циклов нагрев-вода). Имеется также суперэффект от применения Fe₂O₃ и Fe₃O₄ и сульфата алюминия. От реакции железа и серы Fe+S=FeS₂ получается высокотемпературный сульфит железа (FeS₂) с температурой плавления 1700^оС. За счет этой реакции получают плотные, структурнооднородные до и после сгорания швы. При этом повышается твердость и пластичность швов, что позволяет получить менее хрупкий шов. Кроме того, применение отходов черной металлургии, а не оксида железа (III) позволяет снизить себестоимость раствора для кладки в 2-3 раза. Введение в смесь сульфата магния или сульфата алюминия зависит от места использования расплава. Так, например, если раствор применяется для футеровки изделий, работающих в кислых средах, то используется Al₂(SO₄)₃, а для основных сред MgSO₄. П р и м е р 1. Раствор готовят в следующей последовательности. Растворяют 8 мас. сульфата магния в 9 мас. воды и одновременно перемешивают 16 мас. хромитового концентрата и 57 мас. пиритных огарков, после чего обе смеси соединяют и тщательно перемешивают. К однородной массе добавляют 10 мас. алюминия, например АПВ, и вновь перемешивают. Полученный раствор готов для кладки алюмосиликатных огнеупоров, кладку осуществляют слоем толщиной 3-5 мм. После окончания футеровки огнеупорных изделий начинается ее разогрев. Состав исходного раствора и результаты его испытания после сгорания приведены в табл. 2 и 3. В других примерах (см. табл. 2) составы готовят аналогично примеру 1, но при других соотношениях компонентов. Результаты их испытаний приведены в табл. 3. Из табл. 3 видно, что предлагаемый раствор обладает следующими преимуществами: повышенной термостойкостью и относительной дешевизной раствора по сравнению с аналогами. Кроме того, предлагаемое изобретение позволяет получать шов с фазовым составом близким к составу алюмосиликатного огнеупора, что ведет к образованию термостойкой и прочной муллитовой фазы. Использование состава для кладки алюмосиликатных изделий должно увеличить срок службы футеровки в 1,4-3 раза.

Формула изобретения

РАСТВОР ДЛЯ СВАРКИ АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ ИЗДЕЛИЙ, содержащий экзотермическую смесь, включающую восстановитель алюминий, окислитель сульфат металла, оксидный наполнитель и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения термостойкости, он содержит в качестве окислителя сульфат алюминия или магния, дополнительно отходы черной металлургии: пиритные огарки или железные окатыши, или органические шлаки сварочных электродов, а в качестве наполнителя компонент из группы: хромитовый концентрат, каолин, кварцит, огнеупорная глина, шамот, отходы керамического производства, при следующем соотношении компонентов, мас. Алюминий 5 15 Сульфат магния или алюминия 5 25 Отходы черной металлургии или органические шлаки сварочных электродов 7 57 Наполнитель 16 68 Вода 7 15 причем при использовании в качестве наполнителя хромитового концентрата его содержание составляет 16 20 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3