Шихта для изготовления огнеупоров

Изобретение относится к огнеупорным материалам корундового состава и может быть использовано для изготовления изделий для футеровки различных тепловых агрегатов, работающих в условиях действия высоких температур. Шихта для изготовления огнеупоров включает электрокорунд, модифицированный легкоразлагающейся добавкой алюминатного состава (например, нитратом алюминия, формиатом алюминия, бокситом и т.п.) в количестве 1-5 мас.%, и фосфатное связующее. В качестве фосфатного связующего используют алюмоборфосфатную связку при следующем соотношении компонентов, мас.%: модифицированный корунд - 90-93, фосфатное связующее - 7-10. Изобретение позволяет понизить температуру спекания шихты и пористость изделий, а также повысить их прочность и термостойкость; кроме того, дополнительным преимуществом является пониженное остаточное изменение размеров при нагреве (на 10-13%). 1 табл.

 

Область техники

Изобретение относится к огнеупорным материалам корундового состава и может быть использовано для изготовления изделий для футеровки различных тепловых агрегатов, работающих в условиях действия высоких температур.

Уровень техники

Известно, что корундовые огнеупоры широко используются в металлургической, химической, машиностроительной и других отраслях промышленности. Благодаря набору их уникальных свойств и широкому применению их дальнейшее совершенствование является перспективным [Кайнарский И.С., Дегтярева Э.В., Орлова Г.М. Корундовые огнеупоры и керамика. - М.: Металлургия, 1981. - 168 с.].

Известна шихта для изготовления огнеупоров, содержащая глинозем, электрокорунд и борид циркония при следующем соотношении компонентов, мас. %: электрокорунд 68-72, борид циркония 0,2-0,5, триэтаноламин 0,05-0,5, глинозем - остальное [А.с. 765237, СССР. Шихта для изготовления огнеупоров. Семченко Г.Д. и др. БИ 1980, №35]. Однако шихта данного состава спекается при высокой температуре (свыше 1600°С), что делает производство огнеупоров на ее основе весьма энергоемким; сформованные необожженные изделия имеют низкую прочность; готовые огнеупоры характеризуются повышенной ползучестью; кроме того, борид циркония является дорогостоящей добавкой.

Известна также шихта, содержащая добавку ТiO₂, вводимая при измельчении в глинозем и позволяющая снизить температуру спекания до 1480-1500°С [Брон В.А. Огнеупоры, 1953, №6, с.247-254], однако эта добавка рекомендуется для рекристаллизационного спекания сферолитовых частиц глинозема в брикет, являющийся полупродуктом в производстве огнеупорных изделий.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению, т.е. прототипом, является шихта для изготовления огнеупоров, содержащая электрокорунд, гидроксид алюминия, ортофосфорную кислоту и алюмохромфосфатную связку (Аl(ОН)₃ 5-10, Н₃РO₄ 3-5, АХФС 3-15 мас. %, электрокорунд - остальное) [А.с. 963976, СССР. Шихта для изготовления огнеупоров. Андреев А.В. и др. БИ 1982, №37].

Однако прототип имеет высокую температуру спекания (свыше 1500°С), недостаточную прочность и термостойкость при пониженных температурах спекания, его приготовление низкотехнологично из-за использования двух видов связующего.

Сущность изобретения

Изобретательская задача состояла в разработке шихты для изготовления среднеплотных корундовых огнеупоров, позволяющей существенно снизить температуру спекания и пористость, а также повысить прочность и термостойкость.

Поставленная задача решена путем создания шихты для изготовления огнеупоров, включающей электрокорунд и фосфатное связующее, причем она содержит электрокорунд, модифицированный легкоразлагающейся добавкой алюминатного состава (например, нитратом алюминия, формиатом алюминия, бокситом и т.п.) в количестве 1-5 мас. %, а в качестве фосфатного связующего - алюмоборфосфатную или алюмохромфосфатную связку при следующем соотношении компонентов, мас. %:

модифицированный корунд - 90-93;

фосфатное связующее - 7-10.

Таким образом, заявленная шихта для изготовления среднеплотных огнеупоров отличается от прототипа тем, что она содержит электрокорунд, модифицированный легкоразлагающейся спекающей добавкой алюминатного состава в количестве 1-5 мас. % при их совместной механической активации. Ранее такие добавки не применялись в составах среднеплотных корундовых огнеупоров с целью понижения температуры спекания и пористости, а также повышения термостойкости и прочности.

Применяемый в составе композиции электрокорунд соответствует ГОСТ 30559-98, алюмоборфосфатная связка (АБФС) (алюмоборфосфатный концентрат) - ТУ 113-08-606-87; алюмохромфосфатная связка (АХФС) - ТУ 6-18-166-83, добавка алюминатного состава: боксит - ТУ 1711-003-00200-992-95, нитрат алюминия Аl(NO₃)₃·9Н₂О - ГОСТ 3757-75; формиат алюминия Аl(НСОО)₃ - ТУ 6-09-01-394-76.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1. 880 г (88%) порошка электрокорунда (90% размером частиц до 0,075 мкм, максимальный размер частиц 0,315 мкм) и 50 г (5%) боксита в качестве спекающей добавки загружали в шаровую мельницу для механоактивации в течение 30 мин. Полученный модифицированный электрокорунд тщательно перемешивали с 70 г (7%) алюмоборфосфатной связки. Из приготовленной смеси формовали образцы методом полусухого прессования (50 МПа), которые обжигали при температуре 1300°С в течение 1 ч.

У полученных образцов определяли кажущуюся плотность, открытую пористость - по ГОСТ 2409-95, предел прочности при сжатии при комнатной температуре - по ГОСТ 4071.1-94, термическую стойкость - по ГОСТ 7875.2-94.

Пример 2. 885 г (88,5%) порошка электрокорунда (90% размером частиц до 0,075 мкм, максимальный размер частиц 0,315 мкм) и 30 г (3%) нитрата алюминия в качестве спекающей добавки загружали в планетарную мельницу для механоактивации в течение 5 мин. Полученный модифицированный электрокорунд тщательно перемешивали с 85 г (8,5%) алюмоборфосфатной связки. Приготовление, термообработка и испытания образцов аналогично примеру 1.

Пример 3. 890 г (89%) порошка электрокорунда (90% размером частиц до 0,075 мкм, максимальный размер частиц 0,315 мкм) и 10 г (1%) нитрата алюминия в качестве спекающей добавки загружали в вибромельницу для механоактивации в течение 7 мин. Полученный модифицированный электрокорунд тщательно перемешивали с 100 г (10%) алюмоборфосфатной связки. Приготовление, термообработка и испытания образцов аналогично примеру 1.

Пример 4. 885 г (88,5%) порошка электрокорунда (90% размером частиц до 0,075 мкм, максимальный размер частиц 0,315 мкм) и 30 г (3%) формиата алюминия в качестве спекающей добавки загружали в планетарную мельницу для механоактивации в течение 10 мин. Полученный модифицированный электрокорунд тщательно перемешивали с 85 г (8,5%) алюмоборфосфатной связки. Приготовление, термообработка и испытания образцов аналогично примеру 1.

Примеры с другими заявленными составами и результаты испытаний представлены в таблице.

Как следует из экспериментальных данных, представленных в таблице, использование ингредиентов в заявленных соотношениях (примеры 1-4) позволяет снизить температуру спекания, увеличить прочность и термостойкость, а также уменьшить открытую пористость по сравнению с прототипом.

Кроме того, дополнительным преимуществом заявленного технического решения перед прототипом является пониженное остаточное изменение размеров при нагреве (на 10-13%).

Шихта для изготовления огнеупоров, включающая электрокорунд, модифицированный добавкой алюминатного состава, и фосфатное связующее, отличающаяся тем, что модифицирование электрокорунда осуществляют нитратом или формиатом алюминия в количестве 1÷5 мас. %, путем механоактивации, а в качестве связующего шихта содержит алюмоборфосфатный концентрат при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Модифицированный электрокорунд 90÷93

Фосфатное связующее 7÷10