Способ изготовления высокотемпературных бескорундовых огнеупоров для стекловарочных печей

 

Изобретение относится к изготовлению огнеупорных изделий. Способ изготовления высокотемпературных бескорундовых огнеупоров для стекловаренных печей включает формовку ядра и оболочки, при этом сформованную конструкционную деталь выдерживают в обжиговой печи до полного завершения химической реакции взаимодействия массовых долей стехиометрической смеси аморфного углерода и двуокиси титана, из которых формуют ядро конструкционной детали, в результате чего получают карбид титана, имеющий температуру плавления 3250°С. При этом завершается химическая реакция взаимодействия массовых долей стехиометрической смеси аморфного углерода и двуокиси циркония, размещенной между рабочими поверхностями ядра и оболочки, в результате чего получают слой карбида циркония, имеющий температуру плавления 3735°С. Также во внешнем слое оболочки конструкционной детали завершается процесс сплавления массовых долей стехиомертической смеси двуокиси циркония и трехокиси молибдена до образования циркомолибдена. Технический результат - снижение себестоимости бескорундовых огнеупоров без снижения их стойкости к воздействию расплавленной стекломассы. 1 ил.

Известные бадделеито-корундовые огнеупоры, из которых строятся стены стекловарочных печей, изготавливаются путем розлива в формы расплавленной смеси окислов циркония, алюминия и кремния. Несмотря на то, что не менее, чем на треть своей массы бадделеито-корундовые огнеупоры состоят из окислов циркония, устойчивых к воздействию расплавленной стекломассы, наличие окислов алюминия и кремния приводит к существенному сокращению срока безопасной эксплуатации стекловарочных печей, так как контактирование расплавляемых веществ с рабочей поверхностью огнеупоров приводит к постепенному переходу части их массы в расплав. Этот процесс приводит к уменьшению толщины стенки печи, в результате чего иногда случаются излияния расплавленной стекломассы из печи, создающие серьезную угрозу здоровью и даже жизни людей, работающих вблизи печи.

Известные попытки разработки огнеупорных материалов с содержанием двуокиси циркония свыше 92 мас.% изделий (патент RU 2069651, С 04 В 35/657, 35/48) привели только к существенному увеличению затрат окислов циркония, окислы алюминия и кремния остались, а это означает, что осталась возможность постепенного разрушения стенок стекловарочных печей при воздействии на такие огнеупоры расплавляемых материалов.

В целях создания безопасных условий эксплуатации стекловарочных печей необходимо предотвратить эрозию конструкционных деталей стен печей в процессе контактирования с ними расплавленной стекломассы.

Такая задача решается за счет замены корундовых огнеупоров бескорундовыми конструкционными деталями для строительства стекловарочных печей.

Для иллюстрации описываемого способа изготовления высокотемпературных бескорундовых огнеупоров на фигуре №1 показана в разрезе одна из конструкционных деталей для строительства стекловарочных печей в момент завершения первого этапа формования оболочки этой детали. Плоскость сечения детали перпендикулярна рабочей поверхности 1 и двум боковым поверхностям 2. Конструкционная деталь может иметь любые геометрические размеры с необходимым количеством плоскостей, из которых плоскость 3, расположенная напротив рабочей поверхности 1, открыта, а остальные плоскости соприкасаются с листами формы 4, изготовленными из прочного жаростойкого материала, например из тантала, с температурой плавления 3000 градусов по Цельсию. Внутри формы 4 размещена подвижная часть 5 формовочной машины 6 (формовочная машина 6 известной конструкции показана одним блоком во избежание затемнения чертежа). Подвижная часть 5 формовочной машины 6 имеет на конце, который входит в форму 4, сменный металлический короб нужной конфигурации, открытый со стороны плоскости 1, с двойными стенками и щелью по всему периметру нижней части, предназначенной для подачи в форму 4 формовочной смеси, из которой состоит оболочка конструкционной детали. Формовочная машина 6 имеет раздаточные бункеры 7, предназначенные для приготовления формовочной смеси, из которой состоит оболочка конструкционной детали, а также раздаточные бункеры 8, предназначенные для приготовления формовочной смеси, из которой состоит ядро конструкционной детали.

Процесс изготовления конструкционных деталей из высокотемпературных бескорундовых огнеупоров включает формовку их ядра и оболочки с последующим обжигом сформованных изделий. Форма 4 устанавливается на площадку вибростенда открытой частью вверх (не показана во избежание затемнения чертежа) и внутрь нее вводится подвижная часть 5 формовочной машины 6 так, чтобы до дна формы 4 оставался зазор, равный толщине оболочки формуемого огнеупорного изделия со стороны рабочей поверхности. После выпуска из раздаточных бункеров 7 смеси увлажненных порошков огнеупорного материала, например двуокиси циркония и трехокиси молибдена, она попадает через щели в нижней части сменного металлического короба подвижной части 5 формовочной машины 6 в форму 4. Под действием вибрации эта смесь распределяется равномерным слоем по дну формы 4. Следующим этапом формования конструкционной детали является подача через раздаточные бункеры 8 в форму 4 смеси глицерина и аморфного углерода, предназначенной для создания слоя, непосредственно контактирующего со слоем ранее размещенной на дне формы 4 смеси двуокиси циркония и трехокиси молибдена. Поверх слоя аморфного углерода размещается смесь, состоящая из веществ, способных выдерживать высокие температуры и более широко распространенных на планете Земля, чем двуокись циркония. В качестве таких веществ подходят, например, двуокись титана и аморфный углерод в смеси с глицерином. Указанная смесь размещается в пределах внутренних плоскостей сменного металлического короба подвижной части 5 формовочной машины 6, после чего включается в работу вибростенд и смесь уплотняется. Затем из бункеров 7 подается необходимая порция смеси увлажненных порошков двуокиси циркония и трехокиси молибдена для заполнения пространства между внешними поверхностями сменного металлического короба и стенками формы 4, после чего включается в работу вибростенд и одновременно производится медленный подъем подвижной части 5 формовочной машины 6, в результате чего слой оболочки конструкционной детали смыкается с ее ядром. Таким чередованием подач компонентов формуемой конструкционной детали из бункеров 7 и 8, включением в работу вибростенда и подъема подвижной части 5 формовочной машины 6 форма 4 постепенно заполняется до необходимого объема. Все вышеуказанные смеси имеют стехиометрический состав, поэтому входящие в них компоненты вступают в химические реакции без остатка. Полностью сформованная заготовка конструкционной детали вместе с формой 4 убирается из-под формовочной машины 6 и подается в обжиговые печи известных конструкций, например в электропечи, где происходит спекание формовочных смесей. После завершения процессов обжига и остывания готовых конструкционных деталей они отделяются от форм 4 и укладываются на поддоны так, чтобы их рабочие поверхности были сверху для предотвращения повреждений при транспортировке.

Источники информации:

1. Патент RU 2069651, С 04 В 35/657, 35/48 (прототип) опубликован 27. 11. 96 г.

2. Патент RU 2185350, С 04 В 35/48, 38/06 опубликован 20.07.02 г.

Формула изобретения

Способ изготовления высокотемпературных бескорундовых огнеупоров для стекловарочных печей, отличающийся тем, что включает формовку ядра и оболочки, при этом сформованную конструкционную деталь выдерживают в обжиговой печи до полного завершения химической реакции взаимодействия массовых долей стехиометрической смеси аморфного углерода и двуокиси титана, из которых формуют ядро конструкционной детали, в результате чего получают карбид титана, имеющий температуру плавления 3250°C, при этом также завершается химическая реакция взаимодействия массовых долей стехиометрической смеси аморфного углерода и двуокиси циркония, размещенной между рабочими поверхностями ядра и оболочки, в результате чего получают слой карбида циркония, имеющий температуру плавления 3735°C, а во внешнем слое оболочки конструкционной детали завершается процесс сплавления массовых долей стехиометрической смеси двуокиси циркония и трехокиси молибдена до образования циркомолибдена.

РИСУНКИ