Высокоглиноземистый огнеупор
Владельцы патента RU 2335480:
ОАО "Первоуральский динасовый завод" (ОАО "ДИНУР") (RU)
Изобретение относится к изготовлению огнеупорных изделий для футеровки тепловых агрегатов с температурой службы не менее 1600°С. Высокоглиноземистый огнеупор получен из массы, содержащей кристаллический кварцит, глинозем, оксиды железа и кальция и лигносульфонат технический, а также боксит фракции 1-3 мм с кремниевым модулем не менее 10 и суммарным содержанием оксидов титана и железа не более 6,5 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глинозем 40-50, указанный боксит 10-20, оксид кальция 0,8-1,6, оксид железа 0,7-1,4, лигносульфонат технический (по сухому остатку) 1,5-2,5, кристаллический кварцит остальное. Технический результат - повышение объемопостоянства огнеупора и температуры начала деформации под нагрузкой. 2 табл.
Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных изделий для футеровки различных тепловых агрегатов с температурой службы не менее 1600°С.
Известен огнеупор высокоглиноземистого состава, изготовленный из шихты, содержащей корунд, глинозем и маложелезистый боксит, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 25-55 корунд, 25-30 глинозем, 20-45 указанный боксит [1].
Положительным свойством огнеупора из данной шихты является высокая термостойкость. Однако использование в шихте низкокачественного боксита с малым содержанием Al2О3 и переменным значением кремниевого модуля (Al2О3/SiO2) не гарантирует стабильности термомеханических свойств огнеупора, что ограничивает использование данного огнеупора в тепловых агрегатах с расплавами металла и повышенными механическими воздействиями.
Известен огнеупор высокоглиноземистого состава, изготовленный из массы, содержащей кварцит, глинозем, лигносульфонат технический и добавку циркона, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 18-42 кварцит, 39-70 глинозем, 4-14 лигносульфонат технический и 5-15 циркон [2].
Положительным свойством огнеупора из данной массы являются высокие термостойкость, механическая прочность и температура начала деформации под нагрузкой. Недостатками являются необходимость высокотемпературного обжига огнеупора (1600-1650°С), высокая усадка при обжиге, повышенная себестоимость производства вследствие применения дорогостоящего компонента - циркона и ухудшение экологических условий из-за его радиоактивности, что усложняет внедрение данного огнеупора.
По совокупности общих существенных признаков наиболее близким к патентуемому можно отнести огнеупор, изготовленный из шихты по а.с. СССР 895963, С04В 35/18, 1982 [3].
Шихта содержит, мас.%: 27,2-65,0 кристаллический кварцит; 27,9-63,4 глинозем; 5,6-7,3 сульфитно-спиртовая барда (временное связующее); 0,46-1,8 оксид кальция и 0,32-0,92 оксид железа. При этом шихта содержит кристаллический кварцит фракции 0,01-3 мм, а глинозем - фракции 0,001-0,07 мм.
Положительными свойствами данного огнеупора являются высокие огнеупорность и термостойкость, низкая пористость.
Недостатками являются относительно низкая температура начала деформации под нагрузкой и повышенная усадка при обжиге, что обусловлено особенностями минерального состава и характеристиками микроструктуры исходной смеси и продуктов ее спекания, дающими в обжиге повышенное количество расплава и несбалансированность роста и усадки компонентов шихты.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков с сохранением положительных свойств огнеупора.
Технический результат состоит в повышении объемопостоянства огнеупора и температуры начала деформации под нагрузкой.
Для достижения этого согласно формуле изобретения высокоглиноземистый огнеупор изготавливают из массы, которая содержит кристаллический кварцит, глинозем, оксиды железа и кальция, лигносульфонат технический и дополнительно - боксит фракции 1-3 мм с кремниевым модулем не менее 10 и суммарным содержанием оксидов титана и железа не более 6,5 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 40-50 глинозем, 10-20 указанный боксит, 0,8-1,6 оксид кальция, 0,7-1,4 оксид железа, 1,5-2,5 лигносульфонат технический (по сухому остатку) и кристаллический кварцит - остальное.
Сущность изобретения состоит в том, что заявляемый вещественный и зерновой состав массы образует в обжиге специфическую микроструктуру высокоглиноземистого огнеупора в составе муллитокорундовой матрицы с температурой плавления 1850-1910°С и кристобалитового заполнителя с температурой плавления 1713°С. Боксит фракции 1-3 мм при этом играет роль матричного компонента на контакте с кристаллическим кварцитом, образуя муллит, а на границе с глиноземом зерна боксита являются заполнителем с температурой плавления около 1950°С.
Высокотемпературные прочностные свойства, в том числе температура начала деформации под нагрузкой высокоглиноземистого огнеупора, в значительной степени зависят от содержания в нем корунда, муллита, стекла, формы и размеров кристаллов огнеупорных фаз, а также характера их взаимного срастания и пространственного расположения минералов и пор.
Боксит с кремниевым модулем не менее 10 содержит до 6,5 мас.% оксидов титана и железа, в том числе до 4 мас.% оксида титана - наиболее активного модификатора структуры оксидных огнеупоров и минерализатора синтеза муллита.
Благодаря наличию в массе патентуемого огнеупора данного боксита в комплексе с целевыми добавками оксидов кальция и железа в обжиге происходит интенсивное спекание, синтез повышенного количества муллита игольчатой и призматической формы, армирующего микроструктуру матрицы и повышающего температуру начала деформации огнеупора под нагрузкой. Сбалансированный количественный состав компонентов, дающих в обжиге объемные изменения, обеспечивает патентуемому огнеупору практически равные значения усадки за счет спекания и роста объема вследствие синтеза муллита и кристобалитизации кварца.
При содержании в массе указанного боксита менее 10 мас.% или низким (менее 10) значением в боксите кремниевого модуля (Al2O3/SiO2) не обеспечиваются в полной мере процессы синтеза муллита, роста кристаллов огнеупорных фаз и достаточного спекания огнеупора, что снижает температуру начала деформации под нагрузкой, механическую прочность и дает повышенный объемный рост.
При содержании в массе указанного боксита более 20 мас.% резко снижается температура начала деформации под нагрузкой в связи с избыточным образованием в огнеупоре при обжиге известково-железисто-алюмосиликатной жидкой фазы.
Использование боксита крупностью частиц более 3 мм уменьшает механическую прочность огнеупора вследствие отклонения зернового состава шихты от оптимальной гранулометрии для создания плотной упаковки. Утонение зернового состава (использование фракции менее 1 мм) вызывает образование повышенного количества жидкой фазы в системе Al2O3-Fe2O3-TiO2-SiO2 с пониженной вязкостью, что снижает температуру начала размягчения и увеличивает усадку заявляемого огнеупора.
При суммарной концентрации примесных оксидов переходных металлов (TiO2+Fe2O3) в боксите более 6,5 мас.% существенно ухудшаются термофизические свойства высокоглиноземистого огнеупора вследствие повышенного содержания стеклофазы с низкой температурой ее размягчения.
Для получения огнеупора заявляемого состава использовали следующие материалы: глинозем неметаллургический марки ГЭФ (ГОСТ 30559-980); боксит спеченный китайский марки Rota HD фракции 1-3 мм с кремниевым модулем 13,4, содержащий, мас.%: 87,0 Al2О3; 6,5 SiO2; 2,0 Fe2O3; 3,5 TiO2; известково-железистую смесь (ИЖС), использумую на Первоуральском динасовом заводе для производства динасовых изделий, содержащую, мас.%: 0,8-1,6 оксида кальция, 0,7-1,4 оксида железа; лигносульфонат технический (ТУ 54-028-00279580-97); кристаллический кварцит месторождения «Гора Караульная» фракции 2,0-0,5 мм (ГОСТ 9854-81).
Указанные компоненты дозировали в количествах, приведенных в формуле изобретения, массу готовили в смесителе интенсивного действия. Сырец формовали на фрикционном прессе, затем сушили и обжигали в туннельной печи при температуре 1410°С с выдержкой 29 часов.
Примеры составов масс для изготовления образцов высокоглиноземистого огнеупора и его свойства указаны в таблицах (таблицы 1, 2).
Из таблицы 2 видно, что образцы патентуемого высокоглиноземистого огнеупора имеют более высокие показатели температуры начала деформации под нагрузкой и меньшие объемные изменения при обжиге.
Микроструктура высокоглиноземистого огнеупора представляет собой плотный сросток дискретных макрозерен кристобалитового заполнителя, сцементированных муллитокорундовой матрицей с межкристаллическими включениями стеклофазы. Минеральный состав представлен в основном муллитом, корундом и кристобалитом.
Совокупность положительных свойств данного огнеупора: объемопостоянство, высокие механическая прочность и температура начала деформации под нагрузкой позволяют успешно его эксплуатировать при высоких температурах, что подтвердили результаты испытаний в сталеразливочных ковшах.
Остаточное изменение размеров при нагреве определяли по ГОСТ 5402.1-2000, температуру начала деформации под нагрузкой по ГОСТ 4070-83, предел прочности при сжатии по ГОСТ 4071.1-94.
Источники информации
1. А.с. СССР №1583392, С04В 35/10, 1990.
2. А.с. СССР №644748, С04В 35/10, 1979.
3. А.с. СССР №895963, С04В 35/18, 1982.
| Таблица 1 | |||||||
| Составы масс для изготовления высокоглиноземистого огнеупора | |||||||
| Содержание, мас.% | |||||||
| Компоненты | Заявляемый состав | За пределами | Известный | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| глинозем | 50,0 | 45,0 | 40,0 | 66,0 | 43,0 | 32,0 | 47,5 |
| боксит марки Rota HD фр.1-3 мм с кремниевым модулем 13,4 | 20,0 | 15,0 | 10,0 | 8,0 | 25,0 | 15,0 | 0 |
| оксид кальция | 1,6 | 1,0 | 0,8 | 1,0 | 1,60 | 1,0 | 1,0 |
| оксид железа | 1,4 | 1,0 | 0,7 | 1,0 | 1,4 | 1,0 | 0,5 |
| лигносульфонат технический | 5,0 | 4,0 | 3,0 | 4,0 | 3,0 | 4,0 | 6,0 |
| кристаллический кварцит | 22,0 | 34,0 | 45,5 | 20,0 | 26,0 | 47,0 | 45,0 |
| Таблица 2 | ||||
| Свойства высокоглиноземистого огнеупора | ||||
| Состав массы | Температура начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа | Огнеупорность, °С | Предел прочности при сжатии, МПа | Линейный рост (+) или усадка (-), % |
| 1 | >1680 | >1770 | 88,5 | -0,2 |
| 2 | >1680 | >1770 | 124,0 | +0,1 |
| 3 | >1680 | >1770 | 98,5 | +0,3 |
| 4 | 1600 | >1770 | 48,3 | +0,7 |
| 5 | 1580 | 1730 | 54,1 | +2,3 |
| 6 | 1630 | 1750 | 62,3 | +2,6 |
| 7 | 1580 | >1770 | 88,5 | -0,8 |
Высокоглиноземистый огнеупор, полученный из массы, содержащей кристаллический кварцит, глинозем, оксиды железа и кальция и лигносульфонат технический, отличающийся тем, что масса дополнительно содержит боксит фракции 1-3 мм с кремниевым модулем не менее 10 и суммарным содержанием оксидов титана и железа не более 6,5 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| глинозем | 40-50 |
| указанный боксит | 10-20 |
| оксид кальция | 0,8-1,6 |
| оксид железа | 0,7-1,4 |
| лигносульфонат технический (по сухому остатку) | 1,5-2,5 |
| кристаллический кварцит | остальное |
