Огнеупорная бетонная смесь
Изобретение относится к огнеупорной промышленности. Огнеупорная бетонная смесь включает корундовый и/или алюмомагниевый заполнитель и связующее в виде тонкомолотой смеси огнеупорного компонента того же состава, что и заполнитель, и триполифосфата натрия, которое дополнительно включает железосодержащий компонент с массовой долей оксида железа не менее 90% на прокаленное вещество и размером частиц не более 100 мкм в составе, мас.%: указанный огнеупорный компонент 75-90, триполифосфат натрия 5-20, указанный железосодержащий компонент 5-10, при следующем соотношении компонентов, мас.%: корундовый и/или алюмомагниевый заполнитель 50-80, указанное связующее 20-50. При этом содержание оксида кальция в огнеупорной бетонной смеси не превышает 1 мас.%. Технический результат - высокая металлоустойчивость при работе в контакте с расплавленным металлом. 1 табл.
Изобретение относится к производству огнеупорных растворов для изготовления монолитных футеровок, например сталеразливочных ковшей, промежуточных ковшей и других агрегатов.
Известны огнеупорные бетонные смеси, включающие огнеупорный заполнитель на основе оксида алюминия, см. патент РФ №2206537, С 04 В 35/101, 35/66, 2003; а.с. СССР №673634, С 04 В 35/00, 1979; а.с. СССР №410000, С 04 В 35/18, 1974; а.с. СССР №1218631, С 04 В 35/66, 2000.
Наиболее близкой по числу общих существенных признаков следует считать бесцементную огнеупорную бетонную смесь по патенту РФ №2206537, С 04 В 35/101, 35/66, 2003. Она содержит корундовый или алюмомагниевый заполнитель и связующее в виде тонкомолотой смеси огнеупорного компонента того же состава, что и огнеупорный заполнитель, триполифосфата натрия и щавелевой кислоты.
Огнеупорный бетон, полученный из указанной огнеупорной бетонной смеси, имеет достаточно высокие термомеханические характеристики при ускоренном наборе прочности в процессе нагревания. Однако при контакте с расплавами металлов с температурой выше 1550-1570°С этот огнеупорный бетон не обладает требуемой металлоустойчивостью.
Изобретение направлено на получение огнеупорного бетона, работающего в контакте с высокотемпературными расплавами металлов.
Технический результат, который достигается изобретением, состоит в повышении устойчивости огнеупорного бетона к расплавам металлов.
Для обеспечения этого связующее дополнительно включает железосодержащий компонент с массовой долей оксида железа не менее 90% на прокаленное вещество и размером частиц не более 100 мкм в составе, мас.%:
Указанный огнеупорный компонент 75-90
Триполифосфат натрия 5-20
Указанный железосодержащий компонент 5-10
при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Корундовый и/или алюмомагниевый заполнитель 50-80
Указанное связующее 20-50,
при этом содержание оксида кальция в огнеупорной бетонной смеси не превышает 1 мас.%.
Сущность изобретения заключается в том, что под действием высоких температур в огнеупоре образуются жидкоподвижные соединения, которые мигрируют к границе огнеупор - жидкий металл. В связи с этим в огнеупоре образуется приграничный слой с пористостью менее 5%, который препятствует проникновению металла в огнеупор.
Нами установлено, что содержание оксида кальция должно быть не более 1%. В противном случае происходит разрыхление огнеупора, что не приводит к образованию упомянутого пограничного слоя.
Если количество железосодержащего компонента будет менее 5 мас.% или массовая доля оксида железа будет менее 90 мас.% на прокаленное вещество, то затрудняется образование пограничного низкопористого слоя, что снижает металлоустойчивость огнеупора.
При увеличении количества железосодержащего компонента более 10 мас.% образуется избыток низкоплавких соединений, что снижает огнеупорность материала.
При размере частиц железосодержащего компонента более 100 мкм не происходит равномерного смешивания материала в связующем.
При содержании указанного связующего в огнеупорной бетонной смеси менее 20 мас.% снижается механическая прочность монолитной футеровки.
При увеличении содержания связующего более 50 мас.% происходит растрескивание футеровки в связи со спеканием тонкомолотой составляющей.
Железосодержащий компонент может быть выбран из ряда: технический оксид железа (Fе2О3), металлическое железо (Fе), обогащенный феррохромовый шлак, пыль с фильтров при производстве железорудных окатышей и т.д.
Изобретение поясняется следующими примерами.
Для получения огнеупорной бетонной смеси использовали следующие исходные материалы:
- корунд фр. 5-0 мм с содержанием оксида алюминия не менее 97 мас.%;
- алюмомагниевая шпинель фр. 5-0 мм с содержанием оксида алюминия 72 мас.% и оксида магния 26 мас.%;
- триполифосфат натрия по ГОСТ 3447.2-91 в виде порошка фр. менее 1 мм;
- технический оксид железа (Fе2О3, 98%) в виде порошка размером частиц менее 65 мкм;
- пыль с фильтров при производстве железорудных окатышей (Fе2О3, 91%) со средним размером частиц не более 50 мкм;
- щавелевая кислота в виде порошка фр. менее 1 мм (относится к прототипу).
Конкретные составы огнеупорных бетонных смесей приведены в таблице.
Для получения связующего в шаровую мельницу одновременно загружали в заявленных соотношениях огнеупорный компонент (корунд или алюмомагниевую шпинель), триполифосфат натрия и железосодержащий компонент (технический оксид железа или пыль с фильтров при производстве железорудных окатышей).
Совместный сухой помол компонентов производили до получения тонкомолотой смеси с размером частиц не более 50 мкм.
Для получения огнеупорной бетонной смеси огнеупорный заполнитель (корунд или алюмомагниевую шпинель) равномерно перемешивали с полученным связующим в заявленных соотношениях. Содержание оксида кальция в смеси составило 0,9%.
Огнеупорный бетонный раствор приготовляли по месту изготовления футеровки сталевыпускного желоба. Для этого в огнеупорную бетонную смесь добавляли 6 мас.% воды сверх 100% и тщательно перемешивали. Бетонную массу заливали в зазор между шаблоном и арматурным слоем желоба. Футеровку сушили с помощью газовой горелки, а после удаления шаблона термообрабатывали до 1000°С со скоростью подъема температуры 100°/ч. Температура проходящего через желоб металла составляла 1570°С.
Свойства огнеупорных бетонных смесей, определенные на образцах, приведены в таблице.
Определяли внешний вид и следующие показатели образцов: предел прочности при сжатии по ГОСТ 8462-85, открытую пористость по ГОСТ 4071.1-94. Устойчивость образцов к расплаву металла (сталь марки 3сп) определяли визуально по глубине пропитки металла в огнеупор (по шлифу).
Как видно из таблицы, характеристики и пористость предложенной смеси и прототипа близки. Однако металлоустойчивость предложенной смеси значительно выше.
Таким образом, использование патентуемых составов огнеупорной бетонной смеси позволяет применять их для футеровок металлургических агрегатов, работающих при контакте с расплавленным металлом при обеспечении высоких термомеханических характеристик.
| Составы и свойства огнеупорных бетонных смесей | ||||
| Составы, мас.% | Предел прочности при сжатии (мПа) | Открытая пористость, % | Металлоустойчивость (глубина пропитки, мм) | |
| 1. Корунд | 70 | |||
| Связующее | 30 | |||
| (корунд | 85 | |||
| ТПФН | 8 | 82 | 14 | 6 |
| технический оксид железа) | 7 | |||
| 2. Алюмомагниевая шпинель | 55 | |||
| Связующее | 45 | 84 | 15 | 5 |
| (алюмомагниевая шпинель | 75 | |||
| ТПФН | 15 | |||
| технический оксид железа) | 10 | |||
| 3. Алюмомагниевая шпинель | 50 | |||
| Корунд | 25 | |||
| Связующее | 25 | 90 | 13 | 5 |
| (алюмомагниевая шпинель | 50 | |||
| корунд | 25 | |||
| ТПФН | 18 | |||
| пыль с фильтров при производстве железо рудных окатышей) | 7 | |||
| 4. (прототип) Корунд | 70 | |||
| Связующее | 30 | |||
| (корунд | 95 | 61 | 17 | 23 |
| ТПФН | 4 | |||
| щавелевая кислота) | 1 |
ТПФН – триполифосфат натрия.
Огнеупорная бетонная смесь, включающая корундовый и/или алюмомагниевый заполнитель и связующее в виде тонкомолотой смеси огнеупорного компонента того же состава, что и заполнитель, и триполифосфата натрия, отличающаяся тем, что связующее дополнительно включает железосодержащий компонент с массовой долей оксида железа не менее 90% на прокаленное вещество и размером частиц не более 100 мкм в составе, мас.%:
Указанный огнеупорный компонент 75-90
Триполифосфат натрия 5-20
Указанный железосодержащий компонент 5-10
при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Корундовый и/или алюмомагниевый заполнитель 50-80
Указанное связующее 20-50,
при этом содержание оксида кальция в огнеупорной бетонной смеси не превышает 1 мас.%.
