Сырьевая смесь для изготовления огнеупорных изделий

 

Изобретение относится к производству огнеупорных материалов и может быть использовано в цветной металлургии для изготовления элементов литейной оснастки, работающих в режиме длительного непрерывного контакта с расплавами алюминия и его сплавов. Для повышения срока службы изделий за счет повышения шлакоустойчивости и стойкости сырьевая смесь, включающая огнеупорную глину, кремнеземсодержащий материал, графит и ортофосфорную кислоту, содержит в качестве кремнеземсодержащего материала пыль газоочистки производства кремния крупностью не более 1 мм и дополнительно гидроокись алюминия, асбест и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: ортофосфорная кислота 1,5-3; огнеупорная глина 37-42; пыль газоочистки производства кремния крупностью не более 1 мм 17-22; графит 5-10; гидроокись алюминия 3-7; асбест 12-17; вода 8-10. Изделия из предлагаемой смеси изготавливают следующим образом. Смешивают сухие компоненты (глина огнеупорная, пыль газоочистки производства кремния крупностью не более 1 мм, графит, гидроокись алюминия). В полученную смесь заливают необходимое количество ортофосфорной кислоты плотностью 1,47 г/см³ и перемешивают. В полученный состав добавляют асбест (размоченный в течение 2 сут и отжатый) и воду. Затем из полученной смеси методом прессования изготавливают литейные втулки. Изделия имеют повышенный срок службы за счет снижения зашлаковывания и низкую себестоимость. 3 табл.

Изобретение относится к производству огнеупорных материалов и может быть использовано в цветной металлургии для изготовления элементов литейной оснастки, контактирующих с расплавами алюминия и его сплавов.

Известна сырьевая смесь для изготовления огнеупорных изделий, включающая алюмохромфосфатное связующее, графит, огнеупорную глину, борную кислоту, гидроокись алюминия и шамот [1].

Недостатком смеси является низкая термостойкость.

Известна шихта для огнеупорных изделий следующего состава, мас.%: Шамот 29-33 Глина огнеупорная 29-33 Кварцевый песок 20-30 Графит 5-20 Ортофосфорная кислота 1,5-3 Бифторид алюминия 0,5-2 Изделия, изготовленные из состава по прототипу [2], были опробованы при непрерывном литье. Выявлены следующие недостатки: изделия (литейные втулки) при длительном непрерывном контакте с расплавленным металлом зашлаковывались; на поверхности изделий, контактирующей с расплавом, наблюдались раковины и трещины; затруднено изготовление изделий прессованием - низка прочность получаемых втулок.

Цель изобретения - повышение срока службы изделий и снижение их стоимости.

Это достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления огнеупорных изделий, включающая огнеупорную глину, кремнеземсодержащий материал, графит, ортофосфорную кислоту, содержит в качестве кремнеземсодержащего материала пыль газоочистки производства кремния крупностью не более 1 мм, в качестве добавки - двуокись алюминия и дополнительно асбест и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: Ортофосфорная кислота 1,5-3 Огнеупорная глина 37-42 Пыль газоочистки про- изводства кремния круп- ностью не более 1 мм 17-22 Графит 5-10 Гидроокись алюминия 3-7 Асбест 12-17 Вода Остальное Техническая сущность заключается в следующем.

Из практики известно, что одним из основных недостатков огнеупорных изделий, в частности и литейных втулок при разливке алюминия и его сплавов, является быстрое зашлаковывание пропускного отверстия. Особенно существенно этот недостаток проявляется для огнеупорных материалов, содержащих в составе натриевые составляющие. Как правило, в алюминии, извлеченном из электролизной ванны, всегда присутствуют компоненты электролита, например алюмината натрия. Вследствие химического средства алюмината натрия и оксида алюминия, образующегося на поверхности разливаемого металла, с огнеупорным материалом, имеющим в составе аналогичные химические компоненты, происходит интенсивная адсорбция шлаковых компонентов на поверхности огнеупора и быстрое зарастание пропускных отверстий. Вследствие этого возникает необходимость проведения операции механической чистки отверстий, при которой происходит загрязнение металла шлаком, что ухудшает качество готовой продукции.

Введение в состав смеси пыли газоочистки производства кремния крупностью менее 1 мм способствует повышению прочности сырых прессованных изделий и повышению прочности и стойкости термообработанных к расплаву металла и шлаку. Повышение прочностных свойств связано с грансоставом пыли, а повышение стойкости - с химическим составом.

Характеристики пыли газоочистки производства кремния приведены в табл. 1.

При содержании в составе пыли газоочистки менее 17% при использовании готовых изделий в процессе непрерывного литья наблюдается зашлаковывание поверхности, соприкасающейся длительное время с расплавом.

При содержании более 22% снижается прочность сырых прессованных изделий, затрудняется прессование.

При содержании глины менее 37% снижается огнеупорность изделий, на поверхности, соприкасающейся с расплавом, наблюдаются раковины.

При содержании глины более 42% появляются трещины на изделиях в процессе их термообработки.

При содержании в составе графита до 5% повышается смачиваемость изделий расплавом, происходит зашлаковывание.

При содержании графита более 10% наблюдается увеличение пористости изделий за счет выгорания графита и зашлаковывание.

Асбест в составе смеси необходим для повышения трещиностойкости и термостойкости изделий, а также сырой прочности изделий.

Содержание асбеста менее 12% не обеспечивает высокой трещиностойкости изделий - наблюдаются микротрещины.

При содержании более 17% снижается сырая прочность изделий, затрудняется прессование.

Гидрооксид алюминия используется в качестве упрочняющей добавки и как повышающий металлопроницаемость изделий.

Менее 3% гидроокись алюминия не оказывает влияния на стойкость изделий. При более 7% снижается сырая прочность изделий.

Ортофосфорная кислота используется в составе как компонент, повышающий шлакоустойчивость. Количество ортофосфорной кислоты, как и в составе по прототипу - 1,5-3 мас.%.

Вода используется как связующее. При содержании менее 8% затрудняется прессование, снижается сырая прочность изделий.

При содержании воды более 10% появляются трещины на изделиях в процессе их термообработки.

Составы сырьевой смеси, смеси по прототипу и результаты исследований свойств образцов и изделий приведены в табл. 2 и 3.

Для испытаний изготавливают цилиндрические образцы диаметром 50 мм и высотой 50 мм и литейные втулки (конусные) высотой 130 мм, внутренним диаметром 35 мм, с толщиной стенки 11-14 мм.

П р и м е р 1. Сухие компоненты шихты, мас.%: Глина огнеупорная 40 Пыль газоочистки производства кремния крупностью не более 1 мм 20 Графит 7 Гидроокись алюминия 5 загружают в смеситель и перемешивают 15 мин. Затем в смесь заливают 3 мас.% ортофосфорной кислоты плотностью 1,47 г/см³ и перемешивают в течение 10 мин. После этого в состав добавляют размоченный в течение 2 сут. асбест (отжатый) 15 мас.% и добавляют 10 мас.% воды. Состав перемешивают 10-15 мин.

Всего приготовляют 3 кг смеси. Развешивают состав по 400-420 г (для литейных втулок), загружают в пресс-формы и прессуют. Изделия извлекают из пресс-формы, загружают в графитошамотный тигель, засыпают изделия пылью газоочистки производства кремния крупностью не более 1 мм и устанавливают в камерную печь.

Нагрев изделий производят со скоростью 30-40^оС в 1 ч до 1000-1100^оС. Для достижения максимальной температуры выдерживают в течение 30 мин, а затем охлаждают с печью в течение 15-20 ч. Изделия извлекают из тигля и устанавливают на установку непрерывного литья. Пыль газоочистки, применяемую при термообработке, используют затем в качестве компонента смеси. Полученные изделия при использовании в процессе непрерывного литья и прокатки алюминиевой катанки не зашлаковывают при длительном контакте с расплавом металла (до 20 ч).

Анализ приведенных в табл. 2 и 3 данных показывает, что при использовании литейных втулок, изготовленных из сырьевой смеси с заявляемым компонентным составом и предельными соотношениями, не наблюдается нарушений режима питания металлом кристаллизатора машины непрерывного литья из-за зашлаковывания изделий. Повышается срок службы огнеупорных изделий. Снижается себестоимость изделий за счет использования в составе сырьевой смеси отходов производства кремния - пыли газоочистки.

Формула изобретения

СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ, работающих в контакте с жидким алюминием или его сплавами, включающая ортофосфорную кислоту, огнеупорную глину, кремнеземсодержащий материал, графит, добавку и воду, отличающаяся тем, что, с целью повышения срока службы и снижения стоимости изделий, в качестве кремнеземсодержащего материала она содержит пыль газоочистки производства кремния крупностью не более 1 мм, в качестве добавки - гидроксид алюминия и дополнительно асбест при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ортофосфорная кислота - 1,5 - 3,0
Огнеупорная глина - 37 - 42
Пыль газоочистки производства кремния крупностью не более 1 мм - 17 - 22
Графит - 5 - 10
Гидроксид алюминия - 3 - 7
Асбест - 12 - 17
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5