Способ изготовления огнеупоров для разливки металла

 

Способ заключается в том, что сначала приготовляют огнеупорный компонент массы для изготовления огнеупора, который представляет собой тонкомолотую смесь совместного помола глинозeма и кремния в соотношении 80:20 - 60:40, затем готовят массу состава, мас. %: зернистый наполнитель с содержанием Al2O3>98%, фр. 2-1 мм - 20 - 28, фр. 1-0,5 мм - 15 - 20, фр. 0,5-0 мм - 12 - 18, графит - 3 - 8, тонкомолотая смесь совместного помола глинозeма и кремния в соотношении 80:20 - 60:40 - 30 - 38 и временное связующее, сверх 100% - 3 - 5, следующим образом: в смеситель засыпают зернистый наполнитель фр. 2-1 и 1-0,5 мм, перемешивают, увлажняют половиной временного связующего, перемешивают, засыпают приготовленную ранее смесь совместного помола глинозeма и кремния, перемешивают, сформованные изделия сушат до остаточной влажности не более 0,5% и обжигают в реакционноспособной среде не менее 4 ч, при этом скорость подъeма температуры в интервале 1000 - 1400oС составляет не более 50oС/ч с не менее чем одной выдержкой в течение не менее одного часа. Способ обеспечивает создание экологически безопасной технологии изготовления корундографитовых огнеупоров. 1 табл.

Изобретение относится к производству огнеупоров и может быть использовано при изготовлении изделий для разливки металла, в частности плит шиберных затворов.

Плиты для шиберных затворов должны характеризоваться высокой стойкостью к коррозии металлами и шлаками, прочностью и термостойкостью.

Таким комплексом свойств обладает корундоуглеродистые плиты. В последнее время такие плиты используются за рубежом. В России корундоуглеродистые плиты не изготавливаются.

Для получения корундоуглеродистых материалов, как правило, используют метод реакционного спекания, в результате чего получают равномерно распределенные вновь образовавшиеся соединения, скрепляющие матрицу из наполнителя.

Известен материал, полученный из Al2O3, кремния, алюминия и углерода, обожженный в среде азота до получения в матрице сиалона (заявка N 4109375 ФРГ, C 04 B 35/68, 1991).

Аналогичен материал в заявке PCT 92/07806, C 04 B 35/66, B 22 D 41/54, 41/35, 1992.

Технология получения сиалонов, особенно в промышленных условиях, сложна, при этом эксплуатационные показатели таких изделий уступают изделиям, содержащим нитриды и карбиды.

Возможно использование в качестве наполнителя не только Al2O3, но и его смеси с различными оксидами: с ZrO2 (заявка 0298860 ЕПВ, С 04 B 35/48, B 22 D 41/08, 1989), с SiO2 и/или ZrO2 (патент 4775504, США, C 04 B 35/64, 1985).

Использование в составе материала ZrO2 приводит к удорожанию продукции без улучшения эксплуатационных показателей. Кроме того, изделия, содержащие ZrO2, характеризуются повышенным весом, что нежелательно для конструкционных материалов, работающих в качестве огнеупоров для разливки металла.

Введение в состав материала нитевидных кристаллов или волокна, также используется с целью повышения эксплуатационных показателей плит (заявка Японии 61-146754, С 04 В 35/00, С 04 В 35/80, 1984).

Действительно, нитевидные кристаллы (волокно) повышают эксплуатационные показатели плит. Однако, во-первых, рентабельность продукции, изготовленной с использованием кристаллов, будет низкой из-за высокой стоимости исходных материалов и отсутствия их промышленного изготовления в России, во-вторых, производство изделий с волокнами требует использования технологического оборудования, отсутствующего на отечественных предприятиях.

В качестве технологического связующего используют, как правило, органические соединения (заявка N 61-41861, С 04 В 35/10, 35/04, 35/44, 35/48// B 22 D 11/10, 1980, заявка N 4109375, ФРГ, С 04 В 35/68, 1991) или различные смолы, например, фенольные (патент 4775504, США, С 04 В 35/64, 1986). Как смолы, так и органические соединения являются веществами токсичными и экологически небезопасными.

Спекание отформованного материала может быть проведено в потоке азота (заявка N 61-68374, Япония, С 04 В 35/58, С 04 В 35/58, С 04 В 35/10, 1984) или в азотирующей атмосфере (заявка Японии 61-41861).

Известны способы обжига в неокислительной (аргон или коксовая засыпка) (заявка Японии N 60-200866, С 04 В 35/76, B 22 D 11/10, 1984) или в восстановительной среде (заявка Японии N 62-46951, С 04 В 35/10, 1985).

Известные решения предполагают проведение обжига в какой-либо одной реакционноспособной среде (или азот, или коксовая засыпка). Специфика отечественных предприятий выявляет необходимость разработки технологии изготовления качественных огнеупоров обжигом как в азотной среде, так и в коксовой засыпке.

Снижение пористости в обожженных изделиях обычно достигают путем пропитки смолой или пеком (заявка N 60-200866, Япония, С 04 В 35/76, B 22 D 11/10, 1984). Однако при эксплуатации плит важно не только значение пористости, но в большей степени важен размер пор. Известно, что в поры размером меньше 3,5 мкм не проникают металлы и шлаки и, следовательно, плиты, имеющие такую поровую структуру, меньше подвержены коррозии металлами и шлаками в процессе эксплуатации.

Наиболее близким является огнеупор для плиты скользящего затвора, включающий (мас. ч. ): Al2O3 - 60 (размер зерен < 2 мм), муллит - 30 (зерно 3-1 мм), кремний - 2 (зерно < 0,074 мм), углерод - 8 (зерно < 0,1 мм). Исходные материалы смешивают со связующим, формуют на фрикционном прессе и обжигают в восстановительной среде при 1200oC. После обжига изделия могут пропитываться углеродсодержащим веществом (пек), содержащим серу. Материал, полученный по данному способу, характеризуется следующими свойствами: Пористость - 14,2% Плотность - 2,71 г/см3 Предел прочности: при изгибе (20oC) - 18 Н/мм2 (1400oC) - 24 Н/мм2 при сжатии - 102 Н/мм2 (заявка 63-103856, Япония, С 04 В 35/00, С 04 В 35/10, 1986).

К недостаткам прототипа можно отнести следующее: - использование в качестве одного из зернистых наполнителей муллита снижает прочность (особенно при изгибе), химическую и термическую стойкость изделий; - использование крупнозернистой шихты (от 3 мм) не обеспечивает плотную упаковку зерен;
- обжиг при температуре 1200oC не реализует все возможности карбидo- и нитродообразования;
- в технологию изготовления изделий включена экологически небезопасная пропитка пеком.

Задачей данного изобретения является создание экологически безопасной технологии изготовления отечественных корундоуглеродистых огнеупоров, в частности плит для шиберных затворов, обеспечивающих многократную разливку металла.

Поставленная задача решается за счет следующей последовательности операций: сначала приготовляют огнеупорный компонент массы для изготовления огнеупора, который представляет собой тонкомолотую смесь совместного помола глинозема и кремния в соотношении 80:20 - 60:40, затем готовят массу состава, мас.%:
Зернистый наполнитель с содержанием Al2O3 > 98%
фр. 2-1 мм - 20 - 28
фр. 1-0,5 мм - 15 - 20
фр. 0,5-0 мм - 12 - 18
Графит - 3 - 8
Tонкомолотая смесь совместного помола глинозема и кремния в соотношении 80:20-60:40 - 30 - 38,
Временное связующее, сверх 100% - 3 - 5
следующим образом: в смеситель засыпают зернистый наполнитель фр.2-1 мм и 1-0,5 мм, перемешивают, увлажняют половиной временного связующего, перемешивают, засыпают графит и зернистый наполнитель фр.0,5-0 мм, перемешивают, затем добавляют оставшееся связующее, перемешивают, засыпают приготовленную ранее смесь совместного помола глинозема и кремния, перемешивают, сформованные изделия сушат до остаточной влажности не более 0,5% и обжигают при температуре не ниже 1400oC в реакционноспособной среде не менее 4 ч, при этом скорость подъема температуры в интервале 1000-1400oC составляет не более 50oC/ч c не менее чем одной выдержкой в течение не менее одного часа.

В результате получают мелкопористый материал из корундовой матрицы, скрепленный оксинитридом, нитридом и карбидом кремния.

Обжиг изделий может быть осуществлен как в восстановительной, так и в азотной среде, причем физико-технические свойства изделий практически не зависят от среды обжига.

Как правило, корундовые материалы спекают при температуре не менее 1700oC.

Именно совокупность признаков, указанных в формуле изобретения: состав массы, ее приготовление, режимы и среда обжига сформованных изделий, позволяет получить огнеупоры с необходимыми физико-техническими свойствами и оптимальной пoровой структурой.

Пример (см. таблицу, пример N 7а).

Для приготовления тонкомолотой составляющей шихты исходные материалы (глинозем и технический кремний) загружают в вибромельницу в соотношении 70: 30. Остаток на сетке N 0,063 после помола не более 0,1%.

Массу готовили в смесительном бегуне.

Состав шихты, мас.%:
Корунд фр.мм: 2-1 - 25
1-0,5 - 20
0,5-0 - 15
Графит - 5
Смесь совместного помола - 35
В качестве связующего использовали лигносульфонат плотностью 1,24 г/см3.

В смеситель засыпали корунд фракций 2-1 и 1-0,5 мм, перемешивали 2 мин, увлажняли 1/2 части лигносульфоната, продолжали перемешивание в течение 5 мин, после чего засыпали графит и корунд фракции 0,5-0 мм и снова перемешивали 2 мин. Затем в смеситель добавляли оставшуюся половину лигносульфоната, перемешивали 4 мин, после чего засыпали смесь совместного помола и продолжали перемешивание 10-15 мин.

Смешение осуществляли в смесительных бегунах при ручной загрузке, при этом засыпание порций компонентов осуществляли при неработающем агрегате. При условии засыпания компонентов через автоматические дозаторы - отключения смесителя не требуется. Время смешения подбирается экспериментально для каждого вида смесительного оборудования.

Количество связующего 3-5 мас.%, влажность массы 1,5-2,5%.

Плиты размером 320х154х30 мм формовали на фрикционном прессе до получения кажущейся плотности сырца 2,98-3,02 г/см3.

Сушку проводили при 40oC в течение 3 суток, а затем при 110oC в течение 5 суток до остаточной влажности не более 0,5%. Сушку проводили в промышленных сушилках по режиму, принятому на заводе.

Обжиг изделий осуществляли в промышленной туннельной печи, имеющей 30 позиций. Условия обжига: максимальная температура в печи 1500oC, 6 прогонок в сутки (выдержка на каждой позиции 4 ч, изменение температуры 30oC). Изделия загружали в муфели, засыпали коксовой засыпкой и закрывали крышками.

Физико-технические показатели шиберных плит:
Пористость открытая - 14,3%
Плотность - 2,9 г/см3
Предел прочности:
при изгибе, 20oC - 28 н/мм2
при сжатии - 128 н/мм2
Преобладающий размер пор (90%) менее 1 мкм.

Плиты, изготовленные по описанному примеру, прошли испытания на заводе "Днепроспецсталь". Кратность опытных затворов составила 4 плавки.

Разница в структуре материала, обожженного в коксовой засыпке и азоте, отсутствует: количество пор размером менее 1 мкм в обоих случаях превышает 90%. Незначительное уменьшение прочности при уменьшении пористости плит, обожженных в азоте, объясняется образованием в засыпке немного большего количества SiC и Si2ON2, а в азотной среде - дополнительно Si3N4.

Предложенным способом можно изготавливать плиты для шиберных затворов по эксплуатационным характеристикам, не уступающим зарубежным плитам, без использования пропитки.


Формула изобретения

Способ изготовления плиты шиберного затвора путем приготовления массы, содержащей огнеупорный и углеродсодержащий компоненты и временное связующее, формования изделия, его сушки и обжига, отличающийся тем, что масса содержит в качестве огнеупорного компонента тонкомолотую смесь совместного помола глинозема и кремния в соотношении 80:20 - 60:40 и зернистый наполнитель с содержанием Al2O3 > 98%, а в качестве углеродсодержащего компонента - графит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Зернистый наполнитель с содержанием Al2O3 > 98%
фр.2-1 мм - 20 - 28
фр.1-0,5 мм - 15 - 20
фр.0,5 - 0 мм - 12 - 18
Графит - 3 - 8
Тонкомолотая смесь совместного помола глинозема и кремния в соотношении 80:20 - 60:40 - 30 - 38
Временное связующее, сверх 100% - 3 - 5
при этом массу приготавливают следующим образом: в смеситель засыпают зернистый наполнитель фр.2-1 и 1-0,5 мм, перемешивают, увлажняют половиной временного связующего, перемешивают, засыпают графит и зернистый наполнитель фр.0,5-0 мм, перемешивают, затем добавляют оставшееся связующее, перемешивают, засыпают приготовленную ранее смесь совместного помола глинозема и кремния, перемешивают, сформованные изделия сушат до остаточной влажности не более 0,5% и обжигают при температуре не ниже 1400oС в реакционноспособной среде не менее 4 ч, при этом скорость подъема температуры в интервале 1000 - 1400oС составляет не более 50oС/ч с не менее, чем одной выдержкой в течение не менее одного часа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 07.08.2010

Дата публикации: 10.12.2011




 

Похожие патенты:
Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к производству сталеразливочных изделий типа погружных стаканов и теплозащитных труб

Изобретение относится к области производства огнеупорных материалов и может быть использовано для изготовления футеровок плавильных и металлоперерабатывающих агрегатов

Изобретение относится к технологии изготовления керамических изделий в системе Al2O3 - Sic-C и может быть использовано в огнеупорной промышленности

Изобретение относится к огнеупорной подотрасли, а именно к составам набивных масс для футеровки вагранок

Изобретение относится к производству огнеупорных материалов и может быть использовано при изготовлении плит для шиберных затворов сталеразливочных ковшей, ковшевых сталеразливочных стаканов и т.д

Изобретение относится к способу изготовления корундового мартеля и может найти применение в выполнении высокоогнеупорной футеровки

Изобретение относится к огнеупорным материалам, используемым для футеровки металлургических агрегатов

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано при изготовлении мертеля или пасты, предназначенных для склеивания безобжиговых корундовых изделий

Изобретение относится к производству огнеупорных масс, применяемых для футеровки желобов, закрытия леток, набивки футляров чугунных леток доменных печей
Изобретение относится к керамическим материалам и может быть использовано при изготовлении футеровки тепловых агрегатов, огнеприпаса, подставок для обжига керамики и т.д., работающих в условиях, где требуется высокая термостойкость

Изобретение относится к производству огнеупорных изделий, в частности, для футеровки высокотемпературных металлургических агрегатов
Изобретение относится к технологии огнеупоров, которые могут использоваться в черной и цветной металлургии, в стекловаренной, химической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к производству огнеупорных материалов и может быть использовано для футеровки коксовых и пекококсовых печей

Изобретение относится к технологии получения легковесных изделий, которые могут быть использованы в футеровках высокотемпературных тепловых агрегатов с регулируемой атмосферой

Изобретение относится к производству огнеупоров и может быть использовано для установок внепечной обработки стали в черной и цветной металлургии

Изобретение относится к производству огнеупорных изделий, используемых в цветной металлургии для футеровки печей и оборудования, применяемых для транспортировки, хранения и разливки жидкого алюминия и его сплавов

Изобретение относится к производству огнеупорных изделий и может быть использовано в высокотемпературных тепловых аппаратах и устройствах различного назначения

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано при изготовлении футеровки нагреваемых печей, преимущественно муфельных, а также плавильных тиглей и фасонных огнеупорных изделий

Изобретение относится к производству огнеупоров и может быть использовано при изготовлении изделий для разливки металла, в частности плит шиберных затворов

Наверх