Плавленый огнеупорный материал на основе -оксида алюминия

 

Изобретение относится к получению огнеупорного тугоплавкого материала на основе β-оксида алюминия. Полученные материалы применяются в стекольной промышленности в качестве огнеупоров для стекловаренных печей. Плавленый огнеупорный материал содержит, мол.%: 11,25 - 15,45 окиси щелочного металла, выбранного из группы, Na₂O, Li₂O и К₂О, при этом, содержание Na₂O составляет не менее 9,3%, 0,64 - 2,97 SiO₂, 81,38 - 88,75 Al₂О₃ и более 0,2% примесей. Огнеупорный материал характеризуется содержанием β-оксида алюминия не менее 98%. Реализация заявленного изобретения позволяет получать материалы с высокими характеристиками трещиностойкости и термостойкости при снижении их себестоимости. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 8 табл.

Изобретение касается нового тугоплавкого материала, который плавится и отливается на основе β-оксида алюминия. Он предназначен, помимо всего прочего, для осуществления надстройки стекловаренной печи.

Тугоплавкие материалы, расплавленные, отлитые на основе β-оксида алюминия, известны в течение долгого времени. US-A-2043029 описывает материалы, содержащие алюминий и 1-10% окиси натрия, и указывает, что приблизительно 5% Na₂O достаточно, чтобы добиться получения материала, полностью на основе β-оксида алюминия, и избежать наличия более 1% двуокиси кремния и двуокиси титана, потому что они препятствуют образованию β-оксида алюминия. US-A-2043029 не описывает особым образом материалы, содержащие более 5% Na₂O, и не стараются убедить, что такие материалы смогут представлять особенное преимущество.

SU-A-391103 предлагает добавлять алюминат натрия NaAlO₂ (с 1 до 15%) с целью избежать улетучивания составляющих натрия. Этот русский патент не описывает особым образом материал с содержанием Na₂O выше 7,04% и не дает никаких указаний, касающихся действия состава на характеристики материала.

В соответствии с патентом FR - А - 2739617, добавление BaO, SrO и СаО в материалы, сумма которых NaO + К₂O меняется от 4 до 7%, позволяет улучшить сопротивление при сжатии.

На практике, все материалы на основе β-оксида алюминия, необходимые для коммерческой деятельности, такие как Монофракс Н, производимый американской компанией Монофракс® Компани или японской компанией Тошиба Рефракториес, Марснайт®, производимый японской компанией Асахи или Джаргал® Н, производимый Демандрес, имеют, при анализе, очень схожие составы, а именно с 93 до 94,6% Al₂O₃, с 5,2 до 7% Na₂O и с 0,1 по 0,3% двуокиси кремния и других окисей (в качестве примесей или добавок).

В коммерческой области можно также найти другие материалы из β-оксида алюминия, количество окиси натрия которых достигает 6,7%, но содержание двуокиси кремния ниже 0,05%. С другой стороны, материал, продаваемый Демандрес под названием ER. 5312, так называемый β-оксид алюминия’’’, состоящий по весу от 86,5 до 87,5% из окиси алюминия, из 4,5% окиси натрия и 8% окиси магния и небольшого количества других окисей, в том числе из 0,30% диоксида кремния. Все эти материалы почти лишены корунда или алюминия α (менее 3-4% и что типично для Джаргале Н - максимально 2%).

Материалы, изготовленные на основе β-оксида алюминия, имеют значительную термическую сопротивляемость, так же как и при горячем механическом воздействии. Эти свойства делают их очень адаптивными при использовании в надстройках в рабочем плавильном пространстве стекловаренных печей. Однако материалы, изготовленные на основе β-оксида алюминия, страдают некоторой хрупкостью. Исходя из этого, операции по обработке или распиливанию отлитых блоков являются достаточно сложными и дорогостоящими по причине большого количества брака. С другой стороны, различные операции обработки, которым подвергается блок в ходе производственного процесса и монтажа печи могут образовывать зазубрины на краях или повреждения углов. Отсутствие вещества, даже очень локализованного, в блоке надстройки может вызвать риск появления коррозии материала, связанной с наличием отложения коррозионных веществ, выделяемых стеклом, или просто с увеличением коррозионной поверхности блока.

К тому же, повреждение блоков в ходе их производства вызывает дополнительную стоимость материала за счет снижения уровня производства. Эта проблема ограничивает концептуальные решения, потому что в надстройках существует в общем большая необходимость, чем в других местах, деталей, имеющих резко выраженные очертания.

С другой стороны, развитие способов и методов плавления стекла идет в целом в условиях более жестких, при которых материалы, составляющие печь, подвергаются большей нагрузке, и это связано, в частности, с развитием кислородно-газового горения.

Чтобы ответить на эту необходимость в безупречном монтаже, более насущной, чем в прошлом, а именно на уровне соединений, и способствовать современному развитию геометрии надстроек, существует потребность в расплавленных и отлитых материалах, состоящих в основном из β-оксида алюминия и имеющих улучшенные механические характеристики.

Следовательно, целью изобретения является обеспечение новым материалом, состоящим из β-оксида алюминия и представляющим наименьшую хрупкость. При этом полностью сохраняются свойства термического сопротивления и горячего механического воздействия, признанных для современных материалов из β-оксида алюминия.

С другой стороны, мы нашли, что изменения, призванные снизить хрупкость, позволяют нам в равной степени добиться получения материала, менее восприимчивого к гидратации и реактивная способность которого при контакте с материалами AZS и кремнеземами, так же как и при контакте с материалами с непостоянными свойствами, состоящими в основном из кремния, улучшена.

Особенно следует отметить, что представляемое изобретение касается нового тугоплавкого материала, расплавляемого, отливаемого и состоящего в основном из β-оксида алюминия, отличающегося тем, что он представляет, при анализе, следующий химический состав, в молярном процентном отношении:

от 11,25 до 15,45% окись щелочного метала, выбранного из группы, образуемой Na₂O, Li₂O и К₂О при условии, что Na₂O представляет не менее 9,3%,

от 0 до 2,97% SiO₂,

от 81,38 до 88,75% Аl₂О₃ и не более 0,2% примесей, в которых β-оксид алюминия представляет не менее 98% кристаллической фазы.

Окись щелочного металла преимущественно состоит из Na₂O, и химический состав проанализированного изобретенного материала следующий, в процентном весовом отношении:

от 7,25 до 10% Na₂O,

от 0 до l,85% SiO₂,

от 87,95 до 92,75% Аl₂О₃ и не более 0,2% примесей.

В равной степени представлен следующий проанализированный химический состав изобретенного материала в процентном весовом отношении:

от 7,3 до 8,8% Na₂O,

от 0,4 до l,65% SiO₂,

от 89,35 до 92,3% Аl₂О₃ и не более 0,2% примесей.

В особенности предпочтительно, чтобы изобретенный материала имел следующий проанализированный химический состав в процентном весовом отношении:

от 7,4% до 8,5% Na₂O,

от 0,7 до l,45% SiO₂,

от 89,85 до 91,9% Аl₂О₃ и не более 0,2% примесей.

Примеси, которые специально не включаются, получаются из сырья и состоят в основном из окиси Fe и Ti.

Неожиданным образом было установлено, что увеличение содержания окиси натрия выше порогового значения 7,25 мас.% придают этим новым материалам из β-оксида алюминия улучшенные характеристики, не ухудшая при этом основные свойства, присущие этому виду материалов.

Испытания показали, что на практике максимальное содержание Na₂O должно быть ограничено приблизительно 10 мас.%. В действительности, при показателе выше 10%, температура оседания под нагрузкой значительно уменьшается.

К тому же, содержание Na₂O не должно снижаться ниже 7,25% для того, чтобы добиться получения материалов со значительно улучшенными механическими характеристиками.

С другой стороны, мы продемонстрировали интерес к материалам, для которых Na₂O частично заменен молярным количеством, эквивалентным Li₂O или K₂O.

Мы считаем, что эти улучшения связаны, с одной стороны, с уменьшением межгранулярной пористости и, с другой стороны, с механическим упрочнением зерна на основе β-оксида алюминия, связанным с кристаллографическим изменением на основе β-оксида алюминия.

Под β-оксидом алюминия здесь подразумевается совокупность компонентов, имеющих происхождение из системы Аl₂О₃ – Na₂O, для которых Na₂O может быть заменен любой другой щелочной или щелочноземельной окисью.

Производство новых материалов, расплавленных и отлитых из изобретенного на основе β-оксида алюминия, может осуществляться традиционным способом, расплавляя сырье в адекватном процентном соотношении, затем отливая расплавленную смесь либо бесформенно с тем, чтобы добиться получения зернистого материала, который сможет снова быть спрессован в блок или использован в качестве основного компонента бетона или огнеупорной глины; либо в графитовую пресс-форму для того, чтобы непосредственно получать изделия определенной формы. При плавлении, традиционно осуществляемом в дуговой электропечи, материалы часто называются "электроплавленными". Этот последний термин следует рассматривать как обобщение выражения "расплавленный и отлитый".

Были приготовлены различные изделия промышленного формата путем отлития в графитовые пресс-формы смеси расплавленных Аl₂О₃, Na₂O и SiO₂ либо в монофазной дуговой электропечи с рабочим пространством 600 кВА, либо в промышленной трехфазной дуговой электропечи 3000 кВА, при этом используется электродуговая плавка, упоминаемая во французском патенте 1208577.

Для приготовления продуктов, описанных в настоящем изобретении, можно использовать следующее сырье:

Металлургический порошок оксида алюминия, типичный химический состав которого - 99,7% А1₂O₃, 0,3% Na₂O.

Карбонат натрия Na₂O₃, который дает Na₂O (58%) и выделяет CO₂ (42%) в процессе плавления.

Кварцевый песок, состав которого очень близок к 100% SiO₂.

Например, для получения 100 кг продукта № 3 таблицы 1 (в рамках изобретения) необходимо в итоге получить следующий состав:

- 91,37 кг А1₂O_3,

- 7,86 кг Na₂O,

- 0,77 кг SiO_2.

Таких показателей можно достичь путем загрузки 105,49 кг в дуговую печь:

- 91,64 кг металлургического порошка алюминия (86,87%),

- 13,08 кг карбоната натрия (12,40%),

- 0,77 кг кварцевого песка (0,73%).

Каждый состав, который загружается в дуговую печь, может быть вычислен таким же образом.

Химический анализ материалов, что касается Na₂O и SiO₂, приведен в таблице 1, Аl₂О₃ и примеси (менее 0,2%) составляют остаток состава. Материал № 5 является пробным материалом, находящимся вне области изобретения, речь идет о материале из β-оксида алюминия, необходимого в коммерции.

Таблица 3 приводит состав материалов, для которых Na₂O частично заменен молярным эквивалентным количеством Li₂O и К₂O.

Дальнейшее описание, сделанное со ссылкой на добавленные графики, позволят лучше понять изобретение. График 1 - это график, показывающий корреляцию между модулем Юнга и MOR и различными материалами. График 2 - график, показывающий изменения механических свойств в зависимости от состава материала.

Теперь приступим к рассмотрению различных улучшений свойств, представленных изобретенными материалами, и сделаем попытку дать им объяснения. Само собой разумеется, что Демандрес не собирается связывать изобретение с чьей-нибудь теорией и что объяснения представлены только для принятия к сведению.

А) Уменьшение хрупкости

Отталкиваясь от проблемы хрупкости блоков во время обработки и различных испытаний, мы искали такую физическую характеристику, которая позволила бы нам лучше продемонстрировать этот феномен и в частности измерить результаты изменения химического состава.

Хорошо известно от специалистов, что важнейшей характеристикой продукта, помещенного в своды стекловаренной печи, является предел ползучести. Мы проверим дальше, что это свойство сохраняется изобретенными материалами, но это не свойство, которое касается поставленной проблемы о хрупкости кромок и углов. С другой стороны, предел прочности при сжатии не представляет в этом контексте особого интереса для характеристики материалов. В то же время, известно, что характеристика, позволяющая оценить потенциальные возможности материала на представление сломанных кромок и углов, является пределом прочности при изгибе.

Предел прочности MOR является разрушающим напряжением при изгибе в трех местах пробных образцов размера 25х25х150 мм. Модуль упругости или модуль Юнга является динамическим модулем, измеряемым резонансной частотой при распространении поперечных волн в этих же пробных образцах. MOR и модуль Юнга имеют следующую связь, вытекающую из анализа Гриффиса Ирвина Орована: MOR = (Еу/ 4с) 1/2, где Е является модулем Юнга, у - энергией поверхности и 2с - длиной основного размера дефекта. Благодаря нескольким местам, данным в таблице 2, мы проверили, что мы имеем хорошую корреляцию между MOR и модулем Юнга.

На графике 1 показано, что две величины хорошо коррелируются и, следовательно, можно оценить свойства материалов на изгиб, измеряя их модуль Юнга или их MOR.

Производить измерение модуля Юнга намного легче, поэтому мы выбрали эту величину, чтобы продемонстрировать механические характеристики разных материалов.

Таблица 1 дает значения модуля Юнга всех материалов, которые мы производили, а график 2 показывает изменение модуля Юнга для составов окиси натрия и кремния. Представленные результаты являются, для каждой точки, средними величинами 6 измерений, соответствующих образцам, взятым из одного блока.

Эта кривая показывает, что начиная с процентного содержания Na₂O, приблизительно 7,5 мас.%, увеличивается модуль Юнга по крайней мере на 5 по отношению к контрольному материалу №5. Повышение механических характеристик является значительным, начиная с состава окиси натрия выше или равному 7,25 мас.%.

Можно заметить, что как только процентное содержание Na₂O достигает 7 мас.%, можно получить корректные результаты, но примеры 10* и 13* нам хорошо демонстрируют, что в этой переходной зоне полученные результаты включают элемент случайности. С другой стороны, начиная с процентного содержания 7,25 мас.% окиси натрия, можно отметить, что улучшение имеет место и что результаты являются воспроизводимыми (примеры 16 и 21). По этой причине мы будем отзываться о значении 7,25 мас.% окиси натрия как о моменте, начиная с которого механические характеристики материалов явно улучшаются.

К тому же, на этой кривой можно отметить, что содержание оксида кремния не влияет определенным образом на изменение механических свойств материалов. Содержание оксида кремния в протестированных материалах варьируется от 0 до 2 мас.%.

С другой стороны, мы получили множество материалов, в которых Na₂O частично заменен Li₂O и К₂O. В материалах, отмеченных ранее в рамках проведения настоящего изобретения, процентное молярное отношение окиси натрия может варьироваться между 11,25% и 15,45%. Именно в этих пределах мы работали, чтобы проверить, в какой момент сумма процентных молярных отношений Na₂O + Li₂O + К₂O находится между 11,25% и 15,45% , достигается получение материалов с улучшенными механическими характеристиками.

Результаты объединены в таблице 3, которая представляет весовые и молярные составы материалов; в этих двух случаях алюминий является дополнением.

Установлено, что замещая часть Na₂O, Li₂O или K₂O, мы получаем материал, который находится в области изобретения, если только сумма процентного молярного содержания Na₂O+Li₂O +K₂O находится между 11,25% и 15,48%. Необходимо отметить, что материалы с процентным весовым содержанием Na₂O ниже 6% не были изучены, потому что они не представляют интерес с экономической точки зрения.

В практическом плане можно отметить упрочнение по отношению к материалам, обладающим традиционно используемыми составами. Это упрочнение выражается в снижении восприимчивости материала к выщерблению кромок и разбиванию углов, которые обычно встречаются во время выхода пресс-формы, после распиливания или во время испытаний, проводимых на блоке (установка печей). К тому же, изобретенные материалы имеют, в целом, лучший внешний аспект.

Подводя итоги, можно сказать, что достаточное количество окиси натрия, возможно сопровождаемого окисью лития или калия, позволяет уменьшить хрупкость материала.

В) Уменьшение разрушения в воде

Важно знать степень устойчивости изделий из β-оксида алюминия к влажности. В самом деле, на практике установлено, что когда они находятся в условиях повышенной влажности, как в тех, что встречаются во время долговременного хранения вне помещения, материалы из β-оксида алюминия склонны терять свою механическую силу сцепления, может произойти ухудшение качества вплоть до раздробления изделия на части. К тому же, во время установки печи используется цемент, который требует в свою очередь использования воды, которая при испарении может привести к ухудшению свойств интересующих нас материалов.

Для того чтобы показать воздействие нового состава на разрушение в воде, мы погрузили отобранные образцы в воду при температуре окружающей среды, установив их рядом с поверхностью блоков (180х180х180 мм). Затем проходило изучение изменений механических свойств материала, делая измерения модуля Юнга. Мы провели эти испытания для материалов, не используемых в изобретении (с процентным содержанием Na₂O приблизительно 7 мас.%), и для материалов, используемых в изобретении (Nа₂O равен приблизительно 8 мас.%), и все это с различным процентным содержанием кремния. Таблица 4 объединяет различные результаты.

Значительное снижение модуля Юнга указывает на то, что влажность воздействует на границы зерен и на само зерно на основе β-оксида алюминия и должна рассматриваться как проявление разрушения материала.

Отмечено, что с материалами, использующимися в изобретении, были получены очень правильные значения для модуля Юнга после длительной гидратации, и это при каком бы то ни было процентном содержании кремния. Это происходит из-за наиболее важных первичных значений, но также и более слабого процентного соотношения потерь. Тем не менее, сделано наблюдение, что для относительно значимых процентных содержаний кремния, разрушение материала явно уменьшается. Следовательно, увеличение содержания оксида кремния позволяет значительно улучшить сопротивляемость блоков к гидратации.

С) Уменьшение реактивности по отношению к AZS и переменным составляющим кремния

При формировании надстроек стекловаренной печи, изделие из β-оксида алюминия находится обычно в контакте с изделиями типа AZS, потому что в большинстве случаев зона, расположенная выше печи, состоит из изделий типа AZS. С другой стороны, изделия из β-оксида алюминия, в общем, выступают из тугоплавких материалов из оксида кремния, а именно из тех, что составляют свод рабочей поверхности плавильных печей. Может так произойти, что эти тугоплавкие материалы, в результате коррозии, которую они испытывают, могут вызвать большую текучесть оксида кремния, который может войти в контакт с изделиями из β-оксида алюминия.

Промышленный опыт, а также лабораторные испытания показывают, что когда между этими различными материалами происходит контакт при высокой температуре, происходит следующая реакция: составляющие AZS, так же как и составляющие кремния, проникают в изделие из β-оксида алюминия, вызывая местное отслаивание другого изделия, сопровождаемое желтоватой окраской, вызванной проникновением циркония.

Были проведены тесты характеристик различных изделий в содистой атмосфере при температуре 1550°С. Тестируемый материал играл роль крышки горна из ER 1711 (материал AZS Демандрес) и содержал сульфат натрия, расплавленного при 1100°С. Комплекс устройства находился при температуре 1550°С в течение 72 ч. Образец, отобранный тем же способом, что и все тестируемые материалы, стал затем предметом особого изучения.

Таким образом, чтобы судить о свойствах материала по отношению к другому материалу, мы сравниваем содержание окиси натрия и кремния, проанализированные в разных изделиях. В действительности, этот анализ позволяет получить оценку потенциальных возможностей изделия по сопротивлению к диффузии этих элементов, начиная от горна и заканчивая материалом из β-оксида алюминия. Результаты представлены в таблице 5.

Следовательно, изделия из изобретенного материала, каким бы ни было процентное содержание оксида кремния, представляют удовлетворительные характеристики в содистой атмосфере и менее восприимчивы к диффузии окиси натрия и кремния. В частности, когда включают кремний в материал, уменьшается градиент концентрации между тестируемым материалом и горном AZS, и, таким образом, мы имеем наименьшее проникновение кремния.

С другой стороны, факт снижения реактивности изделий из β-оксида алюминия по отношению к кремнию может позволить располагать материалом на основе β-оксида алюминия, значительно менее восприимчивым к переменным свойствам оксида кремния. В самом деле, для некоторых видов стекла он может оказаться очень интересным в том, что касается снижения соотношения материалов AZS, расположенных вблизи зон загрузки материалов, предназначенных для производства стекла в пользу материалов, состоящих из β-оксида алюминия. Это изменение может способствовать уменьшению количества дефектов, вызванных коррозией в фазе пара изделий AZS.

D) Сохранение свойств изделий из β-оксида алюминия

Мы проверили, что изделия из материала изобретения сохраняют свойства, признанные за изделиями из β-оксида алюминия: термическое сопротивление и горячее механическое воздействие. Для этого мы провели различные виды испытаний на изделиях, изготовленных традиционным способом, а также на изделиях из материала изобретения.

Для того чтобы изучить термическую сопротивляемость изделий, мы поместили образцы изделий, предназначенных для анализа (25х25х75 мм), на 25 одинаковых термических цикла: 15 мин в печи при температуре 1200°С, затем 15 мин при температуре окружающей среды.

Мы также подвергли образцы испытанию на трещинообразование в стене. В этом испытании большая поверхность образцов (50х50х100 мм) проходит один термический цикл (1 ч при 900°С, затем 1 ч при 1500°С), в то время, как другие поверхности выставлены на воздух при температуре окружающей среды. Кроме термического теста горячей поверхности, изделие подвергается перепадам температур. Термические условия этого теста воспроизводят ситуацию, в которой находятся блоки в надстройке стекловаренной печи потому, что в большинстве случаев изделия из β-оксида алюминия используются в зоне выгорания и соответственно подвергаются перепадам температур на горячую поверхность в отношении с чередующимися потоками продуктов горения, выходящими из печи, и первичного воздуха, идущего из генераторов, которые его пропускают.

Для этих двух тестов, каким бы ни было содержание окиси натрия и/или кремния, мы рассмотрели похожие свойства для всех изделий.

Для того чтобы оценить устойчивость при горячем механическом воздействии, мы продемонстрировали испытания на оседание под нагрузкой и текучесть.

В самом деле, во время работы одной стекловаренной печи блоки надстройки были подвергнуты механическим нагрузкам при высоких температурах. Иногда, а именно когда блоки были собраны, чтобы создать арки или своды, усилия сжатия были такими, что можно было опасаться текучести материала.

Договорились проверить, что устойчивость при горячих механических воздействиях не была вызвана увеличением процентного содержания окиси натрия для изменяемых процентных содержаний кремния.

Во время теста на оседание под нагрузкой, на образцы изучаемых изделий (диаметр 50 мм, высота 50 мм) была применена величина сжатия в 2 кг/см² и была зарегистрирована температура оседания материала. Полученные результаты представлены в таблице 6.

Мы установили, что для изделий из материала изобретения, так же как и для изделий, изготавливаемых традиционным способом, температура оседания выше 1630°С. Это только для содержания окиси натрия на 10% выше, чем при снижении температуры оседания. Следовательно, мы ограничиваем содержание окиси натрия на 10%. К тому же, для содержания кремния, превышающего (примеры 49* и 53*) 1,9 мас.%, отмечается снижение температуры оседания. Это изменение связано с увеличением объема силикатных фаз и по этой причине изделия из материала изобретения не должны содержать более 1,85 мас.% кремния.

Для того чтобы оценить предел ползучести, образцы изучаемых изделий (диаметр 50 мм, высота 50 мм) были подвержены нагрузке сжатия в 5 кг/см², измерили скорость ползучести материала в течение 100 ч при температуре 1550°С.

Температура испытания была выбрана таким образом, чтобы воспроизвести свойства изделий в промышленной ситуации, которая намного жестче и которая может быть признана с механической точки зрения: величина 5 кг/см² соответствует своду в размахом 5 м и углом 60°.

Осуществленные испытания не позволили обнаружить характеристику, отличающую новые изделия по отношению к изделиям традиционного способа изготовления.

Е) Комментарии по процессу улучшения свойств изделий из β-оксида алюминия

Кристаллографические и микроскопические исследования, осуществляемые дифракцией Х и благодаря микрозонду, позволили продемонстрировать, что добавление окиси натрия в указанных соотношениях в материалы из β-оксида алюминия имеет последствия:

- снижение пористости;

- изменение микроструктуры, выражаемое существованием промежуточной фазы, которая играет роль цемента между зернами на основе β-оксида алюминия, повышение содержания окиси натрия в зернах на основе β-оксида алюминия (NaAl_l1O₁₇) и появление фазы на основе β-оксида алюминия, очень богатой окисью натрия и называемой β-оксид алюминия (NaAl₇O₁₁).

Таблица 7 позволяет показать изменения пористости для различных типов материалов из β-оксида алюминия:

Установлено, что материалы используемые в изобретении имеют наименьшую пористость. Очевидно, что уменьшение межгранулярной пористости станет фактором механического упрочнения материала, позволяя обеспечивать наилучший контакт зерен на основе β-оксида алюминия друг с другом. В самом деле, наличие пористости между зернами на основе β-оксида алюминия будет способствовать, когда материал подвергается нагрузке, распространению трещины вдоль границы зерен.

Воздействие увеличения процентного содержания окиси натрия на микроструктуру изделий из β-оксида алюминия было изучено с помощью микрозонда и дифракции X. В частности, мы изучили влияние добавления окиси натрия на наличие или отсутствие кремния.

Измерения, проведенные с помощью микрозонда, позволяют оценивать среднее содержание окиси натрия в зернах на основе β-оксида алюминия. Это исследование позволило нам показать, что благодаря добавлению окиси натрия при наличии или отсутствии кремния мы обогащаем окисью натрия зерна на основе β-оксида алюминия, по отношению к материалам, не используемым для изобретения.

С другой стороны, мы установили в таблице 8, что когда содержание окиси натрия превышает 7,25 мас.%, появляется фаза на основе β-оксида алюминия, более богатая окисью натрия, выявленной дифракцией X. Речь идет о фазе на основе β'-оксида алюминия NaAl₇O₁₁. Таблица 8 позволяет также показать, что когда содержание окиси натрия увеличивается, одна часть избыточного количества окиси натрия способствует обогащению зерен на основе β-оксида алюминия, как указанно ранее, а также формированию промежуточной фазы.

Характер промежуточной фазы зависит от содержания оксида кремния. В самом деле, при наличии оксида кремния компонент, сформированный на периферии зерен на основе β-оксида алюминия, будет составляющим кремне-натрий-алюминиевым компонентом типа Na₂O, Аl₂О₃, SiO₂. Содержание этого компонента будет настолько значимым, что содержание NazO, включаемое в изделие, будет важным. При отсутствии оксида кремния делается пометка о появлении промежуточной фазы типа алюмината натрия NaAlO₂. Содержание этого компонента будет настолько важным, что содержание Na₂O, включаемого в изделие, будет также значимым.

Наличие этих двух типов промежуточных фаз в достаточном соотношении может способствовать упрочнению соединения зерен друг с другом.

В качестве заключения можно сказать, что осуществленные испытания показывают, что новые материалы сохраняют основные свойства изделий из β-оксида алюминия, принося при этом ощутимые улучшения.

Необходимо отметить, что хотя настоящее изобретение специально описывает отношения с расплавленными и отлитыми в форму материалами, в равной степени оно касается гранулированных, спрессованных и непрессованных изделий, полученных посредством измельчения или дробления, или любым другим способом из вышеупомянутых материалов.

Формула изобретения

1. Плавленый огнеупорный материал на основе β-оксида алюминия, состоящий из оксида алюминия, оксида натрия, оксида кремния, отличающийся тем, что он представляет собой следующий химический состав, мол.%:

Окись щелочного металла, выбранного из группы, образуемой Na₂O, Li₂O и К₂О, при условии, что Na₂O не менее 9,3% 11,25 - 15,45

SiO₂ 0,64 - 2,97

Аl₂О₃ 81,38 - 88,75

Примеси Не более 0,2

в котором β-оксид алюминия представляет не менее 98% кристаллических фаз.

2. Плавленый огнеупорный материал на основе β-оксида алюминия по п. 1, отличающийся тем, что окись щелочного металла преимущественно состоит из Na₂O.

3. Плавленый огнеупорный материал на основе β-оксида алюминия по п. 2, отличающийся тем, что, его химический состав следующий мас.%:

Na₂O 7,25 - 10

SiO₂ 0,1 -l,85

Аl₂О₃ 87,95 - 92,75

Примеси Не более 0,2

4. Плавленый огнеупорный материал на основе β-оксида алюминия по п. 3, отличающийся тем, что его химический состав следующий, мас.%:

Nа₂О 7,3 -8,8

SiО₂ 0,4 - l,65

Аl₂О₃ 89,35 - 92,3

Примеси Не более 0,2

5. Плавленый огнеупорный материал на основе β-оксида алюминия по п. 4, отличающийся тем, что, его химический состав следующий, мас.%:

Na₂O 7,4 - 8,5

SiO₂ 0,7 - 1,45

Аl₂О₃ 89,85 - 91,9

Примеси Не более 0,2

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2