Способ изготовления периклазошпинельных огнеупорных изделий

 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для получения обожженных термостойких периклазошпинельных (ПШ) огнеупорных изделий, предназначенных для футеровки высокотемпературных печей. Способ включает приготовление зернистой алюмомагнезиальной (АМ) композиции, смешение ее с зернистым и дисперсным периклазом, увлажнение шихты временным связующим, прессование, сушку и обжиг изделий. При этом АМ композицию готовят помолом смеси, содержащей, мас.%: периклаз 28-40; глинозем 60-72, до размера частиц менее 0,2 мм, окускованную молотую смесь термообрабатывают посредством сушки или кратковременного обжига при 1450 - 1650^oC, после чего АМ композицию измельчают. Шихта для прессования ПШ изделий содержит, мас.%: зернистый периказ 45-70; зернистая АМ композиция 5-20; дисперсный периклаз 25-35. АМ композиция содержит 4 - 72 мас.% свободного Al₂O₃ и имеет линейную усадку при обжиге в составе ПШ изделий не более 5,5%. Способ обеспечивает повышение термостойкости ПШ изделий при сокращении расхода шпинельного компонента и снижение энергозатрат на его производство. Технический результат - повышение качества периклазошпинельных огнеупорных изделий и уменьшение выделений вредных веществ при их производстве. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для получения обожженных термостойких периклазошпинельных изделий для футеровки высокотемпературных печей.

Известен способ изготовления периклазошпинельных огнеупорных изделий [1] , включающий приготовление плавленой алюмомагнезиальной шпинели, смешение измельченной шпинели с периклазовым порошком, увлажнение шихты временным связующим, прессование, сушку и обжиг изделий. При этом шихта для прессования содержит, мас.%: Плавленая шпинель < 5 мм - 8-30 Спеченный периклаз - 70-92 Недостатком известного способа является сложность технологии изготовления шпинельного компонента. Осуществление электроплавки для получения алюмомагнезиальной шпинели связано с большими энергозатратами, что повышает стоимость изделий. Кроме того, изделия, изготовленные известным способом, имеют относительно низкую термостойкость.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления периклазошпинельных огнеупорных изделий, включающий приготовление алюмомагнезиальной композиции путем совместного помола периклаза, глинозема и хромита, окускования молотой смеси, увлажненной временным связующим, и термообработки окускованной смеси с последующим дроблением, смешение полученной зернистой алюмомагнезиальной композиции с дисперсным и зернистым периклазом, увлажнение шихты временным связующим, прессование, сушку и обжиг изделий. Алюмомагнезиальную композицию готовят помолом смеси, содержащей, мас.%: спеченный магнезит 43; глинозем 55; хромит 2, до размера частиц менее 0,09 мм, а термообработку окускованной смеси осуществляют при температуре 1750^oC в течение 6 часов. Шихта для прессования изделий содержит, мас.%: зернистый периклаз 30; зернистая алюмомагнезиальная композиция 20-30; дисперсный периклаз 30-40 [2].

Условия приготовления алюмомагнезиальной композиции с добавкой хромита обеспечивают практически полное шпинелеобразование в процессе термообработки окускованной смеси. Вследствие этого, шпинельный компонент не содержит в своем составе свободного алюминия и не претерпевает объемных изменений реакционного характера при обжиге в составе кирпича, приводящих к формированию термостойкой структуры. Поэтому, для достижения удовлетворительной термической стойкости (более 10 теплосмен, 1300^oC - вода) требуется введение в состав шихты для прессования не менее 20 мас.% шпинели, что повышает стоимость изделий. Кроме того, синтез алюмомагниевой композиции по известному способу требует значительных энергозатрат. Другим недостатком способа является использование добавки хромита, являющегося источником выделений токсичного шестивалентного хрома в процессе изготовления и службы огнеупоров.

Задачей изобретения является повышение качества периклазошпинельных огнеупорных изделий при сокращении затрат на их производство, а также уменьшение выделений вредных веществ при производстве и эксплуатации огнеупоров.

Технический результат, который может быть достигнут при использовании изобретения, заключается в повышении термостойкости периклазошпинельных огнеупоров при сокращении расхода шпинельного компонента и снижении энергозатрат на его производство, а также исключении из состава огнеупоров хромсодержащих компонентов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления периклазошпинельных огнеупорных изделий, включающем приготовление алюмомагнезиальной композиции путем совместного помола периклаза и глинозема, окускования молотой смеси, увлажненной временным связующим, и термообработки окускованной смеси с последующим дроблением, смешение полученной алюмомагнезиальной композиции с дисперсным и зернистым периклазом, увлажнение шихты временным связующим, прессование, сушку и обжиг изделий, согласно изобретению алюмомагнезиальную композицию готовят помолом смеси, содержащей, мас.% периклаз 28-40; глинозем 60-72, до размера частиц менее 0,2 мм, а термообработку окускованной смеси производят посредством сушки или кратковременного обжига при температуре 1450-1650^oC, при этом прессование изделий осуществляют из шихты, содержащей, мас.%: Зернистый периклаз - 45-70 Зернистая алюмомагниевая композиция - 5-20 Дисперсный периклаз - 25-35 Используемая в предлагаемом способе алюмомагнезиальная композиция содержит от 4 до 72 мас.% свободного оксида алюминия и имеет линейную усадку при обжиге в составе изделий не более 5,5%.

Отличительные признаки способа по изобретению обусловливают возможность осуществления синтеза алюмомагнезиальной шпинели при обжиге алюмомагнезиальной композиции в составе кирпича или проведение частичного синтеза в предварительном менее интенсивном обжиге изделий. Это обеспечивает значительную экономию энергозатрат и сокращение расхода алюмомагнезиального компонента в производстве изделий.

Для реализации этих возможностей задан состав исходной смеси, обеспечивающей при обжиге формирование шпинели стехиометрического состава или шпинели с некоторым (до 16%) избытком периклаза, что обусловливает повышенное сродство зерен композиции к дисперсной периклазовой матрице и их взаимное спекание при обжиге изделий.

Кроме того, в составе алюмомагнезиальной композиции создается определенная концентрация свободного оксида алюминия, вступающего в реакцию шпинелеобразования в период обжига изделий. Благодаря объемному росту зерен в течение реакции и их усадке после завершения реакции, в теле кирпича возникают напряжения, приводящие к формированию микротрещиноватой термоустойчивой структуры. Усадка зерен композиции при обжиге изделий варьируется от минимальной - у предварительно термообработанных, до 5,5% - безобжиговых и не превышает этой величины, благодаря нормированной дисперсности алюмомагнезиальной смеси (менее 0,2 мм). Нарушение указанного предела усадки приводит к заметному снижению механической прочности и плотности изделий за счет отрыва шпинельных зерен от периклазовой матрицы и обусловленного этим роста структурной пористости.

Содержание компонентов в шихте диктуется необходимостью получения максимально плотной упаковки при прессовании изделий, а добавка алюмомагнезиальной композиции в указанных пределах позволяет оптимизировать качество изделий при экономном расходе шпинельного компонента. Увеличение количества алюмомагнезиальной композиции в шихте более 20 мас.% приводит к снижению прочности и плотности изделий, а уменьшение ее количества менее 5 мас.% - к снижению термостойкости изделий.

Выбор режима обжига обусловлен следующим. Снижение температуры ниже 1450^oC приводит к разупрочнению окускованной смеси, что впоследствии не позволяет использовать алюмомагнезиальную композицию в шихте в зернистом состоянии, увеличение температуры выше 1650^oC приводит к практическому завершению шпинелеобразования алюмомагнезиальной композиции, что отрицательно сказывается на термостойкости изделий и увеличивает расход шпинельного компонента.

Кратковременность обжига в заявленном интервале температур обусловлена получением алюмомагнезиальной композиции с содержанием свободного оксида алюминия не менее 4%. Осуществление такой термообработки возможно при обжиге во вращающихся или шахтных печах.

Возможность осуществления изобретения подтверждается примерами конкретного выполнения.

Для изготовления периклазошпинельных изделий первоначально получали алюмомагнезиальную композицию. Для этого проводили совместный помол каустического периклаза и глинозема в соотношениях, представленных в табл. 1, до размера частиц менее 0,2 мм. Полученные смеси увлажняли раствором лигносульфоната технического и осуществляли их окускование посредством брикетирования. Брикеты подвергали термообработке, причем часть брикетов использовали после сушки, а часть обжигали при 1450 и 1650^oC в течение 20 мин. После термообработки брикеты дробили до получения зернистой алюмомагнезиальной композиции фракции 2-0 мм. Свойства полученной композиции, а также состав исходных компонентов и их соотношение приведены в табл. 1.

Зернистую алюмомагнезиальную композицию смешивали с зернистым (фракции 3-0 мм) и дисперсным (фракции менее 0,063 мм) периклазовым спеченным порошком.

Полученные шихты, составы которых приведены в табл. 2, увлажняли временным связующим в виде раствора лигносульфоната технического плотностью 1,22 г/см³ до влажности 3,2% и после перемешивания прессовали изделие при усилии 100 Н/мм². Изделия сушили, а затем обжигали в промышленной туннельной печи при 1650^oC в течение 4,5 ч.

Для получения сравнительных данных были также изготовлены периклазошпинельные изделия известным способом (пример 12 в табл. 2 и 3). Шпинельный компонент в этом случае готовили из тонкомолотой смеси (фракция менее 0,09 мм) периклаза, глинозема и хромита в соотношении 43:55:2 соответственно.

Брикетированную смесь обжигали при 1750^oC в течение 6 ч, а затем дробили до получения фракции 3-0 мм. Зернистую спеченную шпинель смешивали с зернистым (фракция 3-0 мм) и дисперсным (фракция менее 0,09 мм) периклазовым спеченным порошком, увлажняли шихту временным связующим, остальные операции проводили аналогично предлагаемому способу.

Свойства периклазошпинельных изделий приведены в табл. 3.

Как видно из табл. 3, периклазошпинельные изделия, полученные предлагаемым способом, имеют более высокую термостойкость при сокращении количества шпинельного компонента по сравнению с изделиями, полученными известным способом. Так, при содержании шпинели в изделиях в примере 12 (известный способ), равном 25 мас. %, термостойкость составляет 10 теплосмен, 1300^oC - вода. Такую же термостойкость имеют изделия по изобретению, содержащие всего 5 мас.% алюмомагнезиальной композиции (примеры 7 и 9).

Увеличение количества алюмомагнезиальной композиции до 20 мас.% (примеры 8 и 10) обеспечивает повышение термостойкости периклазошпинельных изделий в 2 и более раз по сравнению с примером 12.

Наряду с повышением термостойкости сохраняется высокий уровень других физико-химических свойств огнеупоров, что свидетельствует о повышении качества периклазошпинельных изделий в целом. Вместе с тем, сокращение содержания шпинельного компонента в шихте, снижение температуры и времени его термообработки уменьшает затраты на производство периклазошпинельных огнеупоров, что благоприятно отражается на их себестоимости.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить термостойкость периклазошпинельных огнеупорных изделий без введения хромистых соединений, благодаря чему улучшаются санитарно-гигиенические условия труда при изготовлении и эксплуатации огнеупоров.

Формула изобретения

1. Способ изготовления периклазошпинельных огнеупорных изделий, включающий приготовление алюмомагнезиальной композиции путем совместного помола периклаза и глинозема, окускования молотой смеси, увлажненной временным связующим, и термообработки окускованной смеси с последующим дроблением, смешение полученной зернистой алюмомагнезиальной композиции с дисперсным и зернистым периклазом, увлажнение шихты временным связующим, прессование, сушку и обжиг изделий, отличающийся тем, что алюмомагнезиальную композицию готовят помолом смеси, содержащей, мас.%: периклаз 28 - 40, глинозем 60 - 72, до размера частиц менее 0,2 мм, а термообработку окускованной смеси производят посредством сушки или кратковременного обжига при 1450 - 1650^oС, при этом прессование изделий осуществляют из шихты, содержащей, мас.%: Зернистый периклаз - 45 - 70
Зернистая алюмомагнезиальная композиция - 5 - 20
Дисперсный периклаз - 25 - 35
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что алюмомагнезиальная композиция содержит 4 - 72 мас.% свободного оксида алюминия и имеет линейную усадку при обжиге в составе изделий не более 5,5%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2