Способ изготовления кварцито-углеродистого огнеупора

 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупоров для футеровки металлургических агрегатов. Способ изготовления кварцито-углеродистого огнеупора предусматривает разведение этиленгликоля водой, смешение измельченных мелкозернистого кристаллического кварцита и графита, порошкообразного полимерного фенольного связующего, водного раствора этиленгликоля плотностью 1,03-1,5 г/см³ в смесителе, формование изделий на прессах, сушку, при этом в кварцит фракции до 3,2 мм с влажностью до 1% добавляется 1/2-2/3 части водного раствора этиленгликоля, в полученную смесь вводится измельченный графит, далее вводится порошкообразное фенольное связующее и оставшаяся 1/2-1/3 часть объема водного раствора этиленгликоля, полученная масса смешивается 3-6 минут, после достижения равномерного смачивания водным раствором этиленгликоля кварцита, измельченного графита и порошкообразного фенольного связующего приготовленная масса нагревается до температуры желатинизации порошкообразного фенольного связующего и гомогенизируется в течение 0,5-10 часов при температуре 20-35°С. Формование изделий осуществляется на фрикционных прессах до достижения плотности сырца 2,27-2,29 г/см³, свежесформованные изделия выдерживаются в естественных условиях и термообрабатываются в туннельных сушилах при температуре полимеризации порошкообразного фенольного связующего. Рабочая поверхность высушенных изделий термообрабатывается в инертной газовой атмосфере или расплавом металла при температуре 1550-1650°С с образованием в пограничном рабочем слое футеровки антиоксиданта - карбида кремния. Огнеупоры обладают повышенной химической стойкостью к расплавленному металлу и к окислению, а также имеют улучшенную прочность свежеотформованных огнеупорных изделий, что позволяет использовать их в производстве специальных сплавов. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупоров для футеровки сталеразливочных металлургических агрегатов и ковшей.

Известен способ формования углеродистых огнеупоров, содержащих графит, огнеупорную глину и кварцит. Компоненты шихты дозируют по массе; порошки вначале смешивают всухую, затем увлажняют и перемешивают их вторично. После вылеживания куски массы 2-3 раза пропускают через ленточный пресс для получения заготовок необходимой конфигурации. Затем из заготовок путем формования в гипсовых формах изготовляют изделия. Сушку изделий ведут 13-18 дней, обжигают в коксовой засыпке при 1300-1500°С [1, 2].

Недостатком способа является сложность и трудоемкость технологии, связанные с трудностью равномерного распределения графита и кварцита в шихте по всему объему изделий, вследствие чего масса подвергается многократной обработке.

Известен способ изготовления магнезиально-углеродистого огнеупора, включающий смешение огнеупорного магнезитового порошка, графита, порошкообразного фенольного связующего, этиленгликоля и металлического антиоксиданта (Al+Mg, ферросплавного порошка, чугунной стружки, специальных сплавов, ферросплавов) в смесителе, гомогенизацию массы перед прессованием, формование изделий на прессах методом ковки, сушку при температуре 120-180°С [3]. Недостатки способа связаны с использованием в смеси высокоплотного магнезитового порошка (≈3,5 г/см³), вязкого этиленгликоля и металлических антиоксидантов. Из-за высокой вязкости этиленгликоля требуется смешение компонентов при повышенных температурах (20-120°С), так как вязкий этиленгликоль обволакивает частицы огнеупорного порошка, антиоксиданта и фенольного связующего, препятствуя их равномерному распределению по всему объему огнеупорной массы. Поэтому на поверхности и внутри огнеупора могут быть области, не содержащие углерод и антиоксидант. Кроме того, металлические антиоксиданты в основном крупнодисперсные, что снижает эффективность поглощения ими кислорода.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ кремнеземуглеродистого огнеупора, включающий смешение огнеупорного наполнителя на основе кремнеземсодержащего песка высокой плотности, графита, фенолформальдегидной смолы, этиленгликоля и воды, подогрев приготовленной массы, формование, сушку и термообработку [4].

Недостатки способа связаны с использованием в смеси кремнеземсодержащего песка высокой плотности, вязкого этиленгликоля и фенолформальдегидной смолы и отсутствием антиоксидантов. Содержащиеся в песке неорганические (глина) и органические (гуминовые кислоты, остатки растений и др.) примеси всупают в реакцию с основными компонентами кремнеземуглеродистого огнеупора и понижают его прочностные и огнеупорные характеристики. Вязкие этиленгликоль и фенолформальдегид также не могут равномерно распределиться по всему объему огнеупорной массы. Осутствие антиоксидантов приводит к выгоранию графита в рабочем слое футеровки и в конечном к ухудшению качества выплавляемого металла. Все вышеперечисленные факторы не позволяют использовать известный кремнеземуглеродистый огнеупор в производстве прецизионных сплавов и снижают его стойкость к расплавам металлов.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Технический результат: улучшение качества изделий и увеличение срока службы и повышение стойкости к расплавам металлов углеродистых огнеупоров, снижение энергетических, трудовых и сырьевых затрат при их использовании в металлургическом производстве.

Способ изготовления кварцито-углеродистого огнеупора по предложенному изобретению предусматривает введение в кварцит водного раствора этиленгликоля, смешение увлажненной массы в смесителе, введение в полученную смесь измельченных графита и порошкообразного фенольного связующего, после смешения и достижения равномерного смачивания водным раствором этиленгликоля измельченных кварцита, графита и порошкообразного фенольного связующего, приготовленную массу нагревают до температуры желатинизации порошкообразного фенольного связующего (20-35°С), формование изделий осуществляют до достижения плотности сырца не ниже 2,27/см³, свежесформованные изделия выдерживают в естественных условиях, после чего проводят термообработку при температуре полимеризации порошкообразного фенольного связующего (20-35°С), рабочую поверхность высушенных изделий подвергают последующей термообработке в инертной газовой атмосфере при температуре 1390-1410°С или расплавом металла без доступа кислорода при температуре 1550-1650°С до образования в пограничном рабочем слое антиоксиданта-карбида кремния.

В варианте предложенного способа в кварцит добавляется 1/2-2/3 части водного раствора этиленгликоля плотностью 1,03-1,5 г/см³, масса смешивается в смесителе, в полученную смесь вводится измельченный графит, масса смешивается, в полученную смесь вводится порошкообразное фенольное связующее, масса смешивается, в полученную смесь вводятся оставшиеся 1/2-1/3 части объема водного раствора этиленгликоля плотностью 1,03-1,5 г/см³.

В варианте предложенного способа используется мелкозернистый кристаллический кварцит фракций до 3,2 мм с влажностью до 1%, который смешивается с водным раствором этиленгликоля в смесителе 1-2 минуты, после введения измельченного графита масса смешивается в течение 1-2 минут, после введения в смесь порошкообразного фенольного связующего масса смешивается в течение 3-6 минут, после введения в смесь остальной 1/3 части объема водного раствора этиленгликоля полученная масса смешивается в течение 3-6 минут, приготовленная масса гомогенизируется в течение 0,5-10 часов и прогревается до температуры 20-35°С, формование изделий осуществляется до достижения плотности сырца не ниже 2,29 г/см³, свежесформованные изделия выдерживаются на вагонетках в естественных условиях в течение 8 часов и термообрабатываются в туннельных сушилах при температуре 50-220°С в течение 96 часов.

Предложенный способ изготовления кварцито-углеродистого огнеупора исключает недостатки известного способа: снижает энергетические, трудовые и сырьевые затраты, что повышает эффективность использования изделий.

Анализ информации показал, что заявленное техническое решение не известно из достигнутого уровня техники, в связи с чем оно соответствует критерию “новизна”.

Подобное техническое решение явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Заявленное изобретение создает положительный эффект, который выражается в том, что оно предусматривает сушку отформованных изделий в естественных условиях и термообработку при температуре полимеризации порошкообразного фенольного связующего, содержащего порошкообразный антиоксидант. Применение кварцита оптимального фазового и гранулометрического состава и водного раствора этиленгликоля упрощает технологию, мелкая пористость изделий препятствует проникновению кислорода в огнеупор, что позволяет отказаться от применения металлических антиоксидантов, взаимодействующих с расплавами металлов, при производстве кварцито-углеродистых огнеупоров для сталеразливочных металлургических ковшей.

Изложенное свидетельствует, что изобретение соответствует критерию “промышленная применимость”.

В ОАО “Первоуральский динасовый завод” разработана технология изготовления кварцито-углеродистого огнеупора, изготовлена и испытана опытная партия изделий, в которой реализовано заявляемое решение.

Положительные результаты испытаний кварцито-углеродистых огнеупоров на ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат" подтвердили эффективность и широкие возможности их практического использования в будущем.

Источники информации

1. Материаловедение для футеровщиков-каменщиков и огнеупорщиков. Г.Н.Бурмистров. М.: Стройиздат. 1987 г., с. 80.

2. Технология огнеупоров. М.: Металлургия, 1988 г., с. 438-439.

3. Огнеупоры и техническая керамика, 1999 г., №6, с. 4-12.

4. Патент США №4387173, кл. С 08 К 5/06, опубликован 07.06.1983 г. (прототип).

Формула изобретения

1. Способ изготовления кварцито-углеродистого огнеупора, включающий смешение огнеупорного кремнеземсодержащего наполнителя, графита, фенолформальдегидной смолы, этиленгликоля и воды, подогрев приготовленной массы, формование, сушку и термообработку, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего наполнителя используют измельченный кварцит, в который вводят водный раствор этиленгликоля, далее осуществляют смешение увлажненной массы в смесителе, введение в полученную смесь измельченных графита и порошкообразного фенольного связующего, после смешения и достижения равномерного смачивания водным раствором этиленгликоля измельченных кварцита, графита и порошкообразного фенольного связующего, приготовленную массу нагревают до температуры желатинизации порошкообразного фенольного связующего, формование изделий осуществляют до достижения плотности сырца не ниже 2,27 г/см³, свежесформованные изделия выдерживают в естественных условиях, после чего проводят термообработку при температуре полимеризации порошкообразного фенольного связующего, рабочую поверхность высушенных изделий подвергают последующей термообработке в инертной газовой атмосфере или расплавом металла без доступа кислорода при температуре 1550-1650°С, до образования в пограничном рабочем слое антиоксиданта-карбида кремния.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в кварцит добавляется 1/2-2/3 части водного раствора этиленгликоля плотностью 1,03-1,5 г/см³, масса смешивается в смесителе, в полученную смесь вводится измельченный графит, масса смешивается, в полученную смесь вводится порошкообразное фенольное связующее, масса смешивается, в полученную смесь вводится оставшиеся 1/2-1/3 части объема водного раствора этиленгликоля плотностью 1,03-1,5 г/см³.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используется мелкозернистый кристаллический кварцит фракций до 3,2 мм с влажностью до 1%, который смешивается с водным раствором этиленгликоля в смесителе 1-2 мин, после введения измельченного графита масса смешивается в течение 1-2 мин, после введения в смесь порошкообразного фенольного связующего масса смешивается в течение 3-6 мин, после введения в смесь остальной 1/3 части объема водного раствора этиленгликоля полученная масса смешивается в течение 3-6 мин, приготовленная масса гомогенизируется в течение 0,5-10 ч и прогревается до температуры 20-35°С, формование изделий осуществляется до достижения плотности сырца не ниже 2,29 г/см³, свежесформованные изделия выдерживаются на вагонетках в естественных условиях в течение 8 ч и термообрабатываются в туннельных сушилах при температуре 50-220°С в течение 96 ч.