Шихта для изготовления масс и изделий для структурно- стабильных футеровок

 

Использование: в наиболее изнашиваемых участках футеровок сталеразливочных ковшей, конвертеров, электропечей и других агрегатов черной цветной металлургии. Сущность изобретения: шихта включает следующие компоненты, мас. %: зернистый и дисперсный периклазовый порошок 75-92; зернистая и дисперсная алюмомагниевая шпинель 7-20; хромпикотит 1-5, при этом соотношение зернистого и дисперсного периклазового порошка составляет 1,29-2,19, соотношение зернистой и дисперсной алюмомагниевой шпинели составляет 0,45-4,0, а отношение Cr₂O₃/Al₂O₃ в массе составляет 0,04-0,40 при отношении MgO/R₂O₃ 4-11. Использование изобретения позволяет увеличить стойкость футеровок и продолжительность кампаний тепловых агрегатов, а также сократить расход огнеупорных изделий и затраты на ремонты. 3 табл.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления огнеупорных изделий, применяемых в наиболее изнашиваемых участках футеровок сталеразливочных ковшей, конвертеров, электропечей и других агрегатов черной и цветной металлургии.

Известна шихта для изготовления огнеупоров, содержащая спеченный периклаз фракции 3 мм и менее 2-85 мас.%, плавленую алюмомагнезиальную шпинель фракции 2 мм и менее 4-80 мас.%, плавленый корунд фракции менее 0,1 мм 4-25 мас.% [1].

Недостатками известной шихты являются вторичное шпинелеобразование, происходящее при обжиге и сопровождающееся большим объемным расширением, что приводит к разрыхлению структуры огнеупора и снижению его плотности, а также низкая термостойкость полученных изделий, составляющая 6-7 теплосмен (1300^oC - вода).

Известен магнезиально-шпинелидный огнеупор, содержащий периклаз, магнезиально-глиноземистую шпинель, полученный из шихты следующего состава: периклаз фракции 3-1 мм и периклаз фракции 1-0 мм 70-75 мас.% и дисперсная смесь титаноглиноземистого катализатора и периклаза 25-30 мас.% [2].

Недостатком известного огнеупора является низкая термическая стойкость, составляющая до 6 теплосмен (1300^oC - вода).

Наиболее близкой по составу к заявляемому техническому решению является шихта для изготовления периклазошпинельных огнеупорных изделий, содержащая зернистый и дисперсный периклазовый порошок и зернистую алюмомагниевую шпинель фракции 3-0,5 мм в количестве 30 мас.% [3].

Недостатками известной шихты являются пониженная термическая стойкость и увеличенный диаметр канальных пор, приводящий к снижению шлакоустойчивости из-за проникновения шлаков в поры изделий.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение термической стойкости изделий, замедление высокотемпературного старения их при термоциклировании, уменьшение диаметра канальных пор.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в том, что дисперсная алюмомагниевая шпинель в сочетании с хромпикотитом обеспечивает хорошее спекание огнеупора при обжиге за счет формирования высокоплотных межзеренных прослоек состава MgO-Al₂O₃-Cr₂O₃-SiO₂. При этом за счет создания структуры огнеупора с низкой канальной пористостью образуется структурно-стабильная футеровка, препятствующая проникновению шлаков. Износу подвергается лишь тонкая граничная корочка огнеупора, и футеровка может служить до низкой остаточной толщины, не выгорая и не свариваясь.

Сущность изобретения заключается в том, что шихта для изготовления масс и изделий для структурно-стабильных футеровок, включающая зернистый и дисперсный периклазовый порошок и зернистую алюмомагниевую шпинель, дополнительно содержит дисперсную алюмомагниевую шпинель и хромпикотит при следующем соотношении компонентов, мас.%: зернистый и дисперсный периклазовый порошок 75-92; зернистая и дисперсная алюмомагниевая шпинель 7-20; хромпикотит 1-15, при этом соотношении зернистого и дисперсного периклазового порошка составляет 1,29-2,19, соотношение зернистой и дисперсной алюмомагниевой шпинели составляет 0,45-4,0, а отношение Cr₂O₃/Al₂O₃ в массе составляет 0,04-0,40 при отношении MgO/R₂O₃ 4-11.

Содержание зернистой и дисперсной алюмомагниевой шпинели в шихте в количестве 7-20 мас. % в сочетании с хромпикотитом 1-5 мас.% обеспечивает устойчивость футеровки к резкому повышению температуры, так как создает микроструктуру огнеупора с закрытыми порами, позволяющую компенсировать термическое расширение при тепловых ударах.

Соотношение зернистого и дисперсного периклазового порошка в диапазоне 1,29-2,19 обеспечивает достаточную прочность (плотность) межзеренной связи зернистого и дисперсного периклаза и наряду с процессами вторичного шпинелеобразования создает устойчивую к инфильтрации шлаков структуру.

Соотношение зернистой и дисперсной составляющих алюмомагниевой шпинели, взятое в диапазоне 0,45-4,0, способствует формированию структуры с кольцевыми порами, затрудняющими образование и транспортирование силикатов в интервале температур 1500-1750^oC. При этом зона трансформационных переходов выражена недостаточно четко и при циклических температурных нагружениях испытывает меньшие напряжения, что приводит к заметным изменениям структуры огнеупоров с образованием трещин.

Обязательным является соблюдение указанного соотношения компонентов шихты, так как даже при незначительном отклонении от него меняются физико-керамические свойства огнеупора. Так, при введении алюмомагниевой шпинели менее 7 мас.% изделия характеризуются высокой скоростью высокотемпературного старения при термоциклировании, а при введении алюмомагниевой шпинели более 20 мас.% изделия приобретают низкую прочность при сжатии и имеют увеличенный диаметр канальных пор наряду с высокими скоростью высокотемпературного старения при термоциклировании и открытой пористостью.

Технологии изготовления из предлагаемой шихты масс и изделий для структурно-стабильных футеровок заключается в следующем.

Изготовлены массы состава, приведенного в табл. 1. Приготовление масс осуществляли в смесительных бегунах. Изделия прессовали при давлении 130 Н/мм² и обжигали при температуре 1650^oC в туннельной печи с выдержкой в течение 4 ч.

В табл. 2 представлен вещественный состав исходных составов и масс.

У обожженных образцов определяли открытую пористость, термостойкость, предел прочности при сжатии, дополнительную линейную усадку, максимальный диаметр канальных пор и скорость высокотемпературного старения при термоциклировании.

Максимальный диаметр канальных пор определяли микроскопическим исследованием шлифов в отраженном свете.

Скорость высокотемпературного старения при термоциклировании оценивали по изменению предела прочности при сжатии образцов после испытания их на термостойкость.

Приготовление массы из известной шихты и испытание образцов осуществляли аналогично.

Свойства изделий представлены в табл. 3.

Как видно из табл. 3, изделия, изготовленные из предлагаемой шихты, обладают рядом преимуществ по сравнению с прототипом: характеризуются высоким пределом прочности при сжатии, более высокой термостойкостью, имеют значительно меньший максимальный диаметр канальных пор и более низкую скорость высокотемпературного старения при термоциклировании.

Применение огнеупоров из предлагаемой шихты позволит увеличить стойкость футеровок и продолжительность кампаний тепловых агрегатов, в частности сталеразливочных ковшей, и позволит интенсифицировать технологические процессы в агрегатах черной и цветной металлургии, так как возможно использовать эти огнеупоры как в зоне расплава металла, так и в шлаковой зоне, а также сократить расход огнеупорных изделий и затраты на ремонты.

Формула изобретения

Шихта для изготовления масс и изделий для структурно-стабильных футеровок, включающая зернистый и дисперсный периклазовый порошок и зернистую алюмомагниевую шпинель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит дисперсную алюмомагниевую шпинель и хромпикотит при следующем соотношении компонентов, мас.%: Зернистый и дисперсный периклазовый порошок - 75 - 92 Зернистая и дисперсная алюмомагниевая шпинель - 7 - 20 Хромпикотит - 1 - 5 при этом соотношение зернистого и дисперсного периклазового порошка составляет 1,29 - 2,19, соотношение зернистой и дисперсной алюмомагниевой шпинели составляет 0,45 - 4,0, а отношение Cr₂O₃/Al₂O₃ в массе составляет 0,04 - 0,40 при отношении MgO/R₂O₃ 4 - 11.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3