Способ изготовления плоского стеклокристаллического материала

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов для изготовления плиточных химическистойких, износостойких и морозостойких материалов. Сущность изобретения: силикатный расплав непрерывно подается в ванну на поверхность расплавленного материала (металла, сплава), отформованная и закристаллизованная лента перемещается при помощи тянульного устройства и подается на рольганг отжиговой печи, где отжигается и охлаждается. При этом формование и кристаллизация осуществляются в зоне с температурой массовой кристаллизации. 1 ил.

Изобретение относится к производству плоского плиточного стеклокристаллического материала (каменного литья) и может быть использовано для защиты от коррозии и абразивного изнашивания различного технологического оборудования химической, металлургической и горнодобывающей промышленностей, в строительстве для настила полов и облицовки стен, а также во всех отраслях промышленности и сельском хозяйстве.

Известен способ получения стеклокристаллического материала, включающий формование ленты материала на поверхности расплава с последующей кристаллизацией.

Недостатком известного способа является его двухстадийность, что ведет к значительному удорожанию изделий.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления стеклокристаллического материала, включающий отливку расплава, формование ленты материала и ее кристаллизацию на поверхности расплавленного материала.

Недостатком известного способа является то, что он многостадиен по технологии и имеет дополнительно, как минимум, две температурные зоны для кристаллизации материала (предусматривалось шесть температурных зон в ванне с расплавленным материалом).

Цель изобретения улучшение качества камнелитых плиток, снижение затрат на их производство и использование расширенного диапазона химического состава стеклокристаллического материала. Это достигается тем, что в способе изготовления плоского плиточного стеклокристаллического материала (каменного литья), включающем отливку силикатного расплава, формование ленты материала и ее кристаллизацию на поверхности расплавленного материала (металла или сплава) ведут в зоне с температурой массовой кристаллизации.

При проведении процесса получения стеклокристаллического материала в нескольких температурных зонах при различных температурах конструкция ванны усложняется, что приводит к резкому удорожанию получаемых изделий.

На чертеже показано устройство, реализующее предлагаемый способ.

Расплав, приготовленный в плавильных печах из горных пород или шихт, огненно-жидких шлаков металлургических производств или отходов других производств, подается в специальную ванну 1, закрытую со всех сторон стенами и сводом 2, на поверхность расплавленного материала (металла или сплава) 3.

В торцовых частях ванны предусмотрены входное отверстие 4 для непрерывной подачи по специальному лотку 5 силикатного расплава на поверхность расплавленного материала (металла или сплава) и выходное отверстие 6 для выхода из ванны ленты 7 закристаллизованного материала.

В ванне 1 ленту 7 перемещают по поверхности расплавленного материала (металла или сплава) 3, заполняющего ванну и инертного по отношению к материалу ленты 7, причем пространство над ней заполнено газом, нейтральным по отношению к расплавленному материалу (металлу или сплаву) и не вызывающим его окисление.

Ванна с расплавленным материалом (металлом или сплавом) имеет одну температурную зону 800-1200^оС.

Температура поддерживается при помощи электрических нагревателей 8 и системой автоматических терморегуляторов 9.

При этой температуре в ванне на поверхности расплавленного материала (металла или сплава) силикатный расплав находится в течение времени, необходимого и достаточного для одновременного образования в расплаве центров кристаллизации, кристаллизации основных минеральных фаз и получения отформованной закристаллизованной ленты. Длина температурной зоны или длина ванны с расплавленным материалом (металлом или сплавом) определяется временем, необходимым для пребывания ленты при этой температуре, и линейной скоростью ее перемещения.

После ванны с расплавленным материалом (металлом или сплавом) закристаллизованная лента проходит валики тянульного устройства 10 и подается на рольганг отжиговой печи 11. После окончания отжига твердая закристаллизованная лента известными способами разрезается на заготовки для дальнейшего использования и переработки.

Способ иллюстрируется конкретными примерами.

П р и м е р 1. Используется огненно-жидкий шлак завода ферросплавов следующего химического состава, вес. SiO₂ 48,2; Al₂O₃ 8,37; CaO 19,8; MgO 5,3; FeO 0,36; Fe₂O₃ 0,2; MnO 11,4; R₂O 3,6; P₂O₅ 0,012; Cr₂O₃ 0,001; F 0,6; SO₃ 2,25. Удельный вес шлака 3,0 г/см³. Температура плавления 1300^оС. Температура массовой кристаллизации 950-1050^оС. Остывший закристаллизованный шлак имеет зеленую окраску, обусловленную содержанием в ней закиси марганца.

Огненно-жидкий шлак при 1500^оС, вылитый из металлургической электропечи в шлаковозный ковш, подается к миксеру и сливается в него. В миксере поддерживается температура 1400-1450^оС. Из миксера огненно-жидкий шлак через дозирующее устройство непрерывно подается на поверхность расплавленного материала (металла или сплава), находящегося в специальной ванне при 950-1050^оС, закрытой со всех сторон стенками, а сверху сводом. В торцовых стенках ванны предусмотрены щелевые отверстия: одно для подачи в ванну огненно-жидкого шлака, второе для выхода из ванны отформованной и закристаллизованной ленты. Пространство в ванне над поверхностью расплавленного материала (металла или сплава) заполненного инертным газом азотом для устранения возможного окисления материала (металла или сплава).

Так как для получаемого на поверхности сплава стеклокристаллического материала темная окраска (зеленого цвета) не имеет никакого значения, возможна дополнительная окраска его поверхности за счет диффузии атомов металла в поверхностный слой стеклокристаллического материала, соприкасающегося с поверхностью расплавленного материала (металла или сплава), при этом избегают применения олова, обычно используемого во всех вариантах производства листового стеклокристаллического материала, чтобы получаемые изделия не окрашивались при применении других металлов или сплавов.

В данном случае для получения из огненно-жидкого марганцовистого шлака стеклокристаллического плиточного материала используют в ванне в качестве расплавленного материала латунь марки Л62, содержащую 60% меди и 40% цинка, с температурой плавления 910^оС и удельным весом 8,2 г/см³.

В ванне как в расплавленной латуни, так и в пространстве над ней с помощью электрических нагревателей и системы автоматических терморегуляторов поддерживается заданная температура 1000^оС для одновременного протекания трех пpоцессов: формования ленты, продолжения образования центров кристаллизации и кристаллизации минеральных фаз.

В огненно-жидком марганцовистом шлаке приведенного выше состава при 1500^оС начинается выделение сульфидов марганца (MnS), которые для этого материала являются центрами кристаллизации. При 1300-1400^оС этот процесс ускоряется, усиливается микрогетерогенность расплавленного шлака, начинается коагуляция микрокристаллов MnS. При 1050-1200^оС начинается кристаллизация основных минеральных фаз марганцевосодержащих пироксенов. При 950-1000^оС протекает процесс интенсивного пироксенообразования. После завершения процесса кристаллизации пироксенообразующих фаз степень кристалличности образовавшегося стеклокристаллического материала достигает 90% Из огненно-жидкого шлака на поверхности расплавленной латуни Л62 при 1000^оС одновременно формируется лента толщиной 10 мм и одновременно с этим кристаллизуется расплавленный шлак, образуя стеклокристаллический плоский плиточный материал зеленого цвета с ровными гладкими поверхностями, без разнотолщинности и изогнутости. Из него после отжига и охлаждения известными способами нарезаются плиточные изделия необходимых размеров для облицовки стен и настила полов промышленных и сельскохозяйственных предприятий.

Для завершения одновременного формования из расплавленного шлака ленты толщиной 10 мм и ее кристаллизации требуется пребывание ленты на поверхности расплавленной латуни в течение 15 мин. С учетом этого и производительности определяется длина ванны с расплавленным сплавом. Так, при ширине ленты 1000 мм и заданной производительности 1 м/мин длина ванны с расплавленным сплавом будет равна 15 м. Необходимое для отжига и охлаждения отформованной и закристаллизованной ленты толщиной 10 мм время равно 60 мин, отсюда длина роликовой туннельной печи составит 60 м. Общая пpодолжительность процесса образования стеклокристаллического материала (каменного литья) по предлагаемому способу 80-85 мин.

П р и м е р 2. Используется силикатный расплав термостойкого каменного литья следующего химического состава: SiO₂ 55,0% TiO₂ 0,1% Al₂O₃ 4,15% FeO 1,14% Fe₂O₃ 2,0% CaO 21,2% MgO 14-3% Cr₂O₃ 0,9% Na₂O 1,02% K₂O 0,31% Удельный вес материала 2,9 г/см³. Температура плавления 1280^оС, температура массовой кристаллизации 1100-1150^оС. Остывший закристаллизованный материал имеет светло-зеленую окраску, обусловленную содержанием окислов железа и хрома.

Расплав, приготовленный в плавильной печи из шихты (песок, доломит, глина) при 1350^оС, через питающее устройство непрерывно подается на поверхность расплавленной латуни Л8Л, находящейся в специальной ванне при 1150^оС, закрытой со всех сторон стенками, а сверху сводом. Конструкция и оборудование такие же, как и в первом примере, и с той же защитой латуни от окисления. Также не может повлиять на качество возможная окраска поверхности изделия из-за диффузии атомов металла в силикатный материал.

В данном случае используется более высокотемпературный сплав латуни Л80, содержащий 80% меди и 20% цинка, температура плавления 1000^оС, удельный вес 8,1 г/см³.

Температура расплавленной латуни в ванне и в атмосфере азота над ванной поддерживается на уровне 1100-1150^оС, чтобы обеспечить одновременное формование и кристаллизацию силикатного расплава.

В силикатном расплаве при 1300^оС начинается образование центров кристаллизации в виде хром-шпинелидов, а при 1250^оС процесс кристаллизации диопсидовых кристаллических фаз, завершающийся при 1100^оС, степень кристалличности образовавшегося стеклокристаллического материала 90% В данном случае формуется лента толщиной 30 мм для получения плиточных изделий толщиной 30 мм улучшенного качества с ровными гладкими поверхностями, без разнотолщинности и изогнутости.

Для завершения процессов одновременного формования и кристаллизации, для образования из силикатного расплава стеклокристаллического материала толщиной 30 мм требуется пребывание его на поверхности расплавленной латуни в течение 30 мин.

При ширине ленты 1 м и скорости движения ленты 0,25 м/мин длина ванны с расплавленной латунью составит 0,25 х 30 7,5 м. При отжиге продолжительностью 4 ч длина туннельной печи будет 0,25 х 240 60 м.

Кроме того, предлагаемый способ одновременного формования и кристаллизации из силикатного расплава на поверхности расплавленного материала (металла или сплава) позволяет использовать для получения плоских плиточных изделий более широкий диапазон расплавов из материалов с различными химическими свойствами, которые непригодны для прокатки из них листа стекла (так называемых "коротких" стекол).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет: 1. Применять в более широком диапазоне расплавы из материалов, которые по своим свойствам непригодны для формования из них ленты на прокатных валках.

2. При отливке расплава, формовании и кристаллизации его на поверхности расплавленного материала (металла или сплава) за счет увеличения скорости кристаллизации расплава значительно (в несколько раз) увеличивается съем закристаллизованного материала с 1 м² поверхности ванны с расплавленным материалом (металлом или сплавом), благодаря чему значительно уменьшается длина ванны.

3. Получить стеклокристаллические материалы с большей степенью кристалличности, с меньшим содержанием стеклофазы, за счет чего повышаются показатели прочности, износостойкости и кислотостойкости.

4. Получить плоские плиточные стеклокристаллические изделия различной толщины (10-40 мм) без разнотолщинности и с улучшенной поверхностью.

5. Получить плоские плиточные стеклокристаллические изделия при меньших затратах на их производство.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛОСКОГО СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА путем отливки стекломассы на поверхность расплавленного материала с последующим формованием ленты, ее кристаллизации и отжига, отличающийся тем, что отливку, формование и кристаллизацию ведут при температуре массовой кристаллизации.

РИСУНКИ

Рисунок 1