Способ получения огнеупорных изделий для футеровки тепловых агрегатов, преимущественно, в цветной металлургии

Изобретение относится к области создания огнеупорных материалов и может быть использовано при изготовлении футеровки тепловых агрегатов, преимущественно, в цветной металлургии, а именно при производстве фасонных изделий для работы в агрессивных средах, расплавах, осуществляемом с использованием жидкого стекла. Технический результат - снижение сроков приобретения изделиями эксплуатационных характеристик, требуемых для монтажа и работы в расплавных и агрессивных средах. В способе получения огнеупорных изделий для футеровки тепловых агрегатов, преимущественно, в цветной металлургии, включающем получение формовочной смеси смешением глиноземсодержащего заполнителя и тонкомолотой составляющей, формование изделий и их отверждение сушкой с упрочнением жидким стеклом, используют в качестве глиноземсодержащего заполнителя, по крайней мере, один материал с содержанием глинозема 15-70 мас.% из группы - шамот, муллит, корунд, фракционного состава, мас.%: 0-1 мм 30-40, 5-10 мм 60-70, в качестве тонкомолотой составляющей - высококонцентрированную керамическую вяжущую суспензию - ВКВС влажностью 14-17%, полученную мокрым помолом дробленого указанного глиноземсодержащего материала в щелочной среде до получения частиц размером до 5 мкм 30-50%, более 63 мкм до 7% с последующей стабилизацией в течение 7-20 час, полученная указанная смесь имеет влажность 7,5-8,0%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный заполнитель 50-60 ВКВС 40-50, перед смешением указанный заполнитель фракции 0-1 мм смачивают водой в количестве 0,5-1% от общей массы загрузки до получения формовочной влажности смеси 8,8-9,5%, осуществляют формование в металлических разборных формах, а отверждение сушкой в указанных формах при 60-100°С - в течение 6,5-12,2 час, затем после раскрытия бортов форм - при 150-200°С в течение 1,5-5 час, после извлечения из форм - при 150-200°С в течение 3,5-4,5 час с упрочнением изделий жидким натриевым стеклом плотностью 1,02-1,06 г/см³ с силикатным модулем 2,3-2,7 и сушкой при 150-200°С в течение 2,5-5,5 час. Возможно осуществление мокрого помола в шаровой мельнице при загрузке в три этапа - 100% воды и 70% указанного глиноземсодержащего материала, после достижения температуры 45-60°С - 15-20% указанного глиноземсодержащего материала, а после достижения температуры 50-70°С - 10-15% указанного глиноземсодержащего материала и загрузке жидкого натриевого стекла на каждом этапе в количестве 1% от массы указанного глиноземсодержащего компонента, а для помола используют указанный глиноземсодержащий материал из лома изделий, дробленных до размера зерна не более 10 мм. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области создания огнеупорных материалов и может быть использовано при изготовлении футеровки тепловых агрегатов, преимущественно, в цветной металлургии, а именно при производстве фасонных изделий для работы в агрессивных средах, расплавах, осуществляемом с использованием жидкого стекла.

Известен способ изготовления огнеупорных изделий для сталеразливочных агрегатов, в котором материалом для получения изделий является высококонцентрированная керамическая суспензия с влажностью 11-14% на основе высокоглиноземистого материала с содержанием 60-90% Al₂O₃ и полидисперсным зерновым составом при содержании в нем частиц с диаметром менее 5 мкм в диапазоне 20-45%. При получении исходных суспензий вводят разжижающие добавки и соблюдают основные принципы, необходимые при получении ВКВС. Для создания термостойкой структуры материала в состав формовочной смеси вводят зернистый заполнитель на основе высокоглиноземистого материала - плавленый или спеченный муллит, шамот высокоглиноземистого состава с размером частиц 0,1-5,0 мм и карбида кремния с размером частиц 0,05-0,5 мм. Общее содержание заполнителя в массе (по сухому веществу) составляет 40-50%, т.е. содержание тонкодисперсной части, вводимой посредством ВКВС высокоглиноземистого состава составляет 50-60%. Ввиду того, что заполнитель вводится в сухом виде, то влажность формовочной системы по сравнению с исходной суспензией понижается до 1-9%. Соотношение материалов в заполнителе составляет: высокоглиноземистый материал - 50-70%, карбид кремния 30-50%. С учетом высокой теплопроводности SiC в составе материала он выполняет функции компонента, повышающего термостойкость изделия, а также его шлакоустойчивость. Размер частиц заполнителя высокоглиноземистого компонента выбирают исходя из толщины формируемого изделия. Если для получения относительно тонкостенных изделий - толщина стенки 15-25 мм применяют заполнитель фракции от 0,05-1 до 0,1-2 мм, то для толстостенных - 50-80 мм максимальный размер заполнителя может быть повышен до 3-5 мм (1).

Известен способ изготовления огнеупорных изделий для агрегатов титано-магниевого производства, включающий получение огнеупорного материала путем измельчения крошки алюмосиликатного сырья мокрым способом в шаровой мельнице до средней крупности 0,3 мм с получением суспензии с рН 9-10,5 и содержанием воды 15-16%, в которую добавляют пластификаторы щелочного состава и делят ее на две части, из одной - готовят заполнитель путем дробления в шнековых дробилках, затем магнитной сепарации и рассеивания на фракции и смешивают его с другой частью суспензии, заливку полученного материала в форму, изготовление огнеупорного блока, его сушку, изотермическую выдержку блоков в расплаве хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов и охлаждение на воздухе (2).

Известен также способ изготовления огнеупорных изделий, включающий подготовку зернистой составляющей и тонкодисперсной связующей составляющей в виде предварительно полученной высококонцентрированной суспензии огнеупорного компонента, их смешение, прессование, сушку и обжиг, в котором используют пластифицированную высококонцентрированную суспензию с влажностью 12-20% при содержании в ней частиц до 5 мкм 20-50%, а смесь для прессования готовят при следующем соотношении компонентов по сухому веществу, мас.%: связующая составляющая - 20-45, зернистая составляющая - 55-80. В качестве исходных материалов для связующего применяют шамот с различным содержанием Al₂O₃, муллит, боксит, зернистая составляющая может быть представлена теми же огнеупорными материалами, что и связующая составляющая (ВКВС), может применяться и сложный состав, например, шамот или боксит с добавками SiC корундомуллитовый и т.д. (3).

Наиболее близким аналогом для предлагаемого способа является способ получения огнеупорных изделий для футеровки тепловых агрегатов, преимущественно, в цветной металлургии, включающий получение формовочной смеси смешением жидкого стекла 16-17%, глиноземсодержащего заполнителя и тонкомолотой составляющей - шамота фракции 0,15-5 мм 22-25%, фракции 5-15 мм - 34-36%, тонкомолотого магнезита - 50% мельче 0,088 мм 24-25% и кремнефтористого натрия 1,2-1,3%, формование изделий и их отверждение сушкой с использованием для упрочнения жидкого стекла плотностью 1,4 г/см³ в виде его смеси с тонкомолотым магнезитом и кремнефтористым натрием или смеси с шамотным порошком и огнеупорной глиной, которыми осуществляют обмазку изделий, при этом сушка осуществляется при температуре 20-25°С в течение 2 сут, затем при ступенчатом подъеме температуры 16-18 дней и окончательно в течение одной недели (4).

Целью изобретения является снижение сроков приобретения изделиями эксплуатационных характеристик, требуемых для монтажа и работы в расплавных и агрессивных средах.

Поставленная цель достигается тем, что способ получения огнеупорных изделий для футеровки тепловых агрегатов, преимущественно, в цветной металлургии, включающий получение формовочной смеси смешением глиноземсодержащего заполнителя и тонкомолотой составляющей, формование изделий и их отверждение сушкой с упрочнением жидким стеклом, предусматривает, что используют в качестве глиноземсодержащего заполнителя, по крайней мере, один материал с содержанием глинозема 15-70 мас.% из группы - шамот, муллит, корунд, фракционного состава, мас.%: 0-1 мм 30-40, 5-10 мм 60-70, в качестве тонкомолотой составляющей - высококонцентрированную керамическую вяжущую суспензию - ВКВС влажностью 14-17%, полученную мокрым помолом дробленого указанного глиноземсодержащего материала в щелочной среде до получения частиц размером до 5 мкм 30-50%, более 63 мкм до 7% с последующей стабилизацией в течение 7-20 час, полученная указанная смесь имеет влажность 7,5-8,0%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный заполнитель	50-60
ВКВС	40-50,

перед смешением указанный заполнитель фракции 0-1 мм смачивают водой в количестве 0,5-1% от общей массы загрузки до получения формовочной влажности смеси 8,8-9,5%, осуществляют формование в металлических разборных формах, а отверждение сушкой в указанных формах при 60-100°С - в течение 6,5-12,5 час, затем после раскрытия бортов форм - при 150-200°С в течение 1,5-5 час, после извлечения из форм - при 150-200°С в течение 3,5-4,5 час с упрочнением изделий жидким натриевым стеклом плотностью 1,02-1,06 г/см³ с силикатным модулем 2,3-2,7 и сушкой при 150-200°С в течение 2,5-5,5 час. Возможно, что мокрый помол осуществляют в шаровой мельнице мокрого помола при загрузке в три этапа - 100% воды и 70% указанного глиноземсодержащего материала, после достижения температуры 45-60°С - 15-20% указанного глиноземсодержащего материала, а после достижения температуры 50-70°С - 10-15% указанного глиноземсодержащего материала и загрузке жидкого натриевого стекла на каждом этапе в количестве 1% от массы указанного глиноземсодержащего компонента, а для помола используют указанный глиноземсодержащий материал из лома изделий, дробленных до размера зерна не более 10 мм.

Заявленный способ осуществляют следующим образом.

Связующее - высококонцентрированная керамическая вяжущая суспензия - ВКВС готовится мокрым помолом в шаровой мельнице огнеупорной крошки алюмосиликатного состава - шамота с содержанием Al₂О₃ 60% размером зерна до 10 мм в щелочной среде рН 8-10 (например, 9), который ведут до получения частиц размером до 5 мкм 50%, более 63 мкм 6,5%, с использованием в качестве щелочного компонента натриевого жидкого стекла с силикатным модулем 2,45-2,55 (например, 2,5), плотностью 1,4-1,51 г/см³ (например, 1,4 г/см³), с поэтапной загрузкой шихты в шаровую мельницу: начальная загрузка 70% указанной крошки от общей загрузки в мельницу для получения вяжущей керамической суспензии и 100% воды, при нагревании суспензии до температуры 60°С и размоле частиц до полного прохода через сито №0063 загружают еще 20% крошки, а оставшиеся 10% указанной крошки загружают при нагревании суспензии до температуры 70°С и размоле частиц до полного прохода через сито №0063, при этом жидкое натриевое стекло на всех этапах загружают в количестве 1% от массы загружаемой крошки. При достижении керамической вяжущей суспензией заданных параметров - влажности 15%, размера больше 63 мкм 5% суспензия сливается в стабилизатор - закрытую емкость, где при принудительном перемешивании в течение 7-20 часов (например, 11 час) производится ее стабилизация. Полученную ВКВС смешивают в бетоносмесителе с огнеупорным заполнителем - шамотом с содержанием Al₂О₃ 60%, который предварительно рассеян по фракциям и выбраны фракции в количестве: размер 0-1 мм 40% и размер 5-10 мм 60%, в соотношении, мас.%: указанный заполнитель 50 и ВКВС 50, при этом фракцию 0-1 мм предварительно смачивают водой в количестве 1% от общей массы загрузки до обеспечения формовочной влажности 9%. Изделия готовят в металлических разборных формах методом виброформования. Параметры уплотнения смеси следующие: частота вибрации 50 Гц, амплитуда 0,3-0,5 мм (например, 0,4 мм), время формования 1-3 мин (например, 3 мин). Изделия сушат в формах при 100°С 7 час, скорость нагрева не регламентируется, раскрывают у форм борта и сушат при 170°С 3,5 часа, изделия извлекают из форм и сушат при 150°С 3 часа, высушенные изделия подвергают обработке жидким натриевым стеклом плотностью 1,02 г/см³ с силикатным модулем 2,4 (возможна обмазка изделий жидким стеклом, окунание изделий в жидкое стекло), затем сушат при 170°С 3, 5 часа. Испытания образцов - кубиков с ребром 60 мм - проводят в расплаве безводного карналлита при рабочей температуре 680-700°С, из которого методом электролиза получают металлический магний. Химический состав карналлита (%): MgCl₄ 4-16, KCl 70-75, NaCl 10-15, CaCl₂ 0,1-0,5, MgO 0,4-1,0, Fe₂O₃+SiO₂+SiO₄(2-) 0,08-0,1. Для сравнения взяты кубики с ребром 60 мм из огнеупорного бетона на жидком стекле и шамоте с различным содержанием Al₂О₃, а также вырезанные из огнеупорного кирпича ША-1. В настоящее время эти изделия применяются при футеровке электролизеров на ОАО «АВИСМА - титано-магниевый комбинат». Результаты испытаний приведены в таблице.

Представленные результаты показывают, что заявленный способ позволяет получить подвижные бетонные смеси с невысоким содержанием свободной воды. В системе ВКВС - указанный оксидный заполнитель принимают участие поверхностные атомы заполнителя, образуя прочные связи между суспензией и заполнителем. Отсюда и высокая начальная прочность, безусадочность после температурной обработки, высокая огнеупорность и термосплавостойкость. При этом начальная прочность также зависит от того, как проведено упрочнение водным раствором жидкого натриевого стекла, т.е. химическим активированием контактных связей (УХАКС-метод) поверхностно (обмазыванием) или окунанием (погружением) в раствор. При изготовлении небольших изделий, которые можно погружать в указанный раствор на 3 часа, упрочнение происходит на достаточную глубину, что позволяет повысить начальную прочность.

Источники информации

1. Пивинский Ю.Е. Керамические вяжущие и керамобетоны, М., 1990, с.41-43, 169, 170, 249, 250.

2. Патент Российской Федерации №2244043, опубл. январь 2005 г.

3. Патент Российской Федерации №2153482, опубл. 2000 г.

4. Цыганов В.А. Плавка цветных металлов в индукционных печах, М., 1974, с.67-82.

ТАБЛИЦА 1
Показатели	Материал по изобрет. (термообработка, °С)	Контрольные образцы
200	1000	Заполнитель- Шамот рядовой	Заполнитель- ЗК-95	ША-1
Пористость открытая, %	17-20	18-21	20-25	24-26	24-26
Плотность кажущаяся, г/см3	2,35-2,6	2,36-2,65	2,0-2,1	2,2-2,3	2,15
Водопоглощение, %	6,9-7,9	7,2-8,0	-	-	-
Напряжение на сжатие, МПа	6,4-8,5	51-65	20-35	35-40	20
Расплавопоглощение (2 часа в расплаве)%	5,3-6,2	5,6-6,3	5-10	4-8	11-13
Терморасплавостойкость, цикл	>25	>25	6	9	10
Термостойкость (1000°С - воздух) цикл	>35	>35

1. Способ получения огнеупорных изделий для футеровки тепловых агрегатов, преимущественно, в цветной металлургии, включающий получение формовочной смеси смешением глиноземсодержащего заполнителя и тонкомолотой составляющей, формование изделий и их отверждение сушкой с упрочнением жидким стеклом, отличающийся тем, что используют в качестве глиноземсодержащего заполнителя, по крайней мере, один материал с содержанием глинозема 15-70 мас.% из группы шамот, муллит, корунд, фракционного состава, мас.%: 0-1 мм 30-40, 5-10 мм 60-70, в качестве тонкомолотой составляющей - высококонцентрированную керамическую вяжущую суспензию - ВКВС влажностью 14-17%, полученную мокрым помолом дробленого указанного глиноземсодержащего материала в щелочной среде до получения частиц размером до 5 мкм 30-50%, более 63 мкм - до 7% с последующей стабилизацией в течение 7-20 ч, полученная указанная смесь имеет влажность 7,5-8,0% при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный заполнитель	50-60
ВКВС	40-50,

перед смешением указанный заполнитель фракции 0-1 мм смачивают водой в количестве 0,5-1% от общей массы загрузки до получения формовочной влажности смеси 8,8-9,5%, осуществляют формование в металлических разборных формах, а отверждение сушкой в указанных формах при 60-100°С - в течение 6,5-12,5 ч, затем после раскрытия бортов форм - при 150-200°С в течение 1,5-5 ч, после извлечения из форм - при 150-200°С в течение 3,5-4,5 ч с упрочнением изделий жидким натриевым стеклом плотностью 1,02-1,06 г/см³ с силикатным модулем 2,3-2,7 и сушкой при 150-200°С в течение 2,5-5,5 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что мокрый помол осуществляют в шаровой мельнице мокрого помола при загрузке в три этапа - 100% воды и 70% указанного глиноземсодержащего материала, после достижения температуры 45-60°С - 15-20% указанного глиноземсодержащего материала, а после достижения температуры 50-70°С - 10-15% указанного глиноземсодержащего материала и загрузке жидкого натриевого стекла на каждом этапе в количестве 1% от массы указанного глиноземсодержащего компонента.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для помола используют указанный глиноземсодержащий материал из лома изделий, дробленных до размера зерна не более 10 мм.