Углеродсодержащая масса
Владельцы патента RU 2352541:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" (RU)
Изобретение относится к составу углеродсодержащей массы для производства огнеупоров и может быть использовано для получения углеродсодержащих изделий. Технический результат изобретения - получение углеродсодержащей массы для изготовления изделий с улучшенными физико-техническими и эксплуатационными свойствами, снижение их стоимости, увеличение сроков безаварийной эксплуатации футеровки. Углеродсодержащая масса включает огнеупорный зернистый наполнитель, графит, углеродсодержащие твердый и жидкий компоненты с высоким коксовым остатком, антиокислительные добавки. Согласно изобретению в качестве анитиокислительных добавок огнеупорная масса содержит алюминий и многофазный ингредиент следующего фазового состава, мас.%: Al2ОС 37,0-45,0, Al8В4С7 20,0-28,0, Al4О4С 15,0-22,0, Al2О3 4,0-12,0, Al4С3 1,0-11,0 при соотношении компонентов огнеупорной массы, мас.%: многофазный ингредиент 0,25-5,0, графит 4,0-20,0, антиокислительная добавка из Al 1,0-3,0, твердый углеродсодержащий компонент 1,0-4,7, жидкий углеродсодержащий компонент 0,8-1,5, огнеупорный зернистый наполнитель - остальное до 100. Многофазный ингредиент вводят в виде тонкодисперсного порошка с размером частиц не более 60 мкм, полученного дроблением и помолом обожженной при температуре 1150-1450°С в нейтральной среде аргона смеси оксида бора В2О3, графита С и алюминия Al, взятых в соотношении В2О3:С:Al, равном 1:(2.0-3.5):(5.0-6.0). 1 з.п. ф-лы, 5 табл.
Изобретение относится к производству огнеупоров из углеродсодержащей массы, а именно к составу углеродсодержащей массы, и может быть использовано для получения углеродсодержащих изделий.
Известно применение предварительно синтезированной добавки боралюминиевого карбида Al8B4C7 для повышения свойств огнеупоров на основе карбида кремния SiC. Добавку получают обжигом при температуре 1800-1950°С в среде газа аргон Ar порошков В4С и Al в присутствии фенольной смолы в качестве связующего компонента, взятых в соотношении 1:(0,1-0,6):(0,4-1,5), патент CN 1369463, С04В 35/565, дата публикации 18.09.2002 г.
Недостатками известного состава являются: использование высоких температур для синтеза Al8B4C7, применение фенольной смолы и выделение веществ, вредных для здоровья человека и окружающей среды.
Известен состав периклазовой углеродсодержащей массы с введением антиокислительных добавок. Изделия из периклазовой углеродсодержащей массы предназначены для футеровки металлургических агрегатов. Огнеупорная масса состоит из магнезиального клинкера, графита, а также связки и антиокислительной добавки (Al и Al-Mg) в количестве 5 мас.%, введенной сверх 100%. Углеродсодержащие огнеупоры из указанной массы с содержанием углерода 15-20% имеют кажущуюся плотность 2,87÷2,91 г/см3, предел прочности на изгиб при 1400°С 9,1÷10,5 МПа (патент JP 8217529, С04В 35/043, дата публикации 27.08.1996 г.).
Недостатками известного состава являются: использование пирофорных взрывоопасных антиокислительных добавок на основе сплава Al-Mg, их повышенное содержание в составе огнеупора, отсутствие защиты графита от окисления, что приводит к ухудшению технических характеристик углеродсодержащих огнеупорных изделий при эксплуатации, в том числе за счет образования в больших количествах Al4С3, легко подверженного гидратации.
Известна углеродсодержащая масса, содержащая синтезированную при температуре 1500°С и выше антиокислительную добавку, полученную из группы соединений на основе алюминия Al, бора В, графита С, карбида алюминия Al4C3, карбида бора В4С и оксида бора В2О3. Добавка снижает окисление углерода в углеродсодержащих изделиях (патент JP 7018255, С04В 35/10, дата публикации 20.01.1995 г.).
Недостатками являются: использование антиокислительной добавки, синтезированной при температурах выше 1500°С; содержание в синтезированной антиокислительной добавке большого количества карбида алюминия, склонного к гидратации; достижение положительного эффекта только при вводе в больших количествах (не менее 5 мас.%) синтезированной антиокислительной добавки с добавлением Al2O3.
Наиболее близкой к заявляемой является углеродсодержащая огнеупорная масса, изложенная в патенте RU 2171243, кл. С04В 35/035, опубл. 27.07.2001, которая включает огнеупорный зернистый наполнитель, графит, углеродсодержащие компоненты с высоким коксовым остатком: смолу фенольную порошкообразную в качестве твердого, этилцеллозольв, фурфуриловый спирт и уротропин в качестве жидкого, антиокислительные добавки из алюминия и боросодержащего соединения.
Недостатками ближайшего аналога (прототипа) является использование антиокислительных добавок в виде механической смеси с большим числом компонентов, смесевая многокомпонентная антиокислительная добавка не препятствует образованию карбида алюминия в количествах, опасных для деградации свойств огнеупора из-за гидратационной неустойчивости карбида алюминия, использование карбида бора в составе антиокислительной добавки значительно удорожает стоимость огнеупора, несколько снижает выгорание огнеупора, но не обеспечивает защиту огнеупора при эксплуатации от разрушительного действия паров и конденсатов воды, имеют место значительные отклонения - разброс показателей технических свойств, что отрицательно влияет на ресурс огнеупора из-за локальных разрушений углеродсодержащих огнеупоров особенно в зонах футеровки, подверженных экстремальным значениям действующих производственных факторов при эксплуатации.
Задачей предлагаемого технического решения является получение углеродсодержащей массы для изготовления углеродсодержащих изделий с улучшенными физико-техническими и эксплуатационными свойствами за счет повышения эффективности действия многофазного ингредиента, снижения стоимости изделий, снижения риска локальных разрушений углеродсодержащего огнеупора и повышение сроков безаварийной эксплуатации футеровки.
Поставленная задача достигается тем, что углеродсодержащая масса, включающая огнеупорный зернистый наполнитель, графит, углеродсодержащие компоненты с высоким коксовым остатком: смолу фенольную порошкообразную в качестве твердого, этилцеллозольв, фурфуриловый спирт и уротропин в качестве жидкого, антиокислительные добавки из алюминия и боросодержащего соединения, согласно изобретению в качестве анитиокислительных добавок содержит алюминий Al и многофазный ингредиент, включающий боралюминиевый карбид, оксикарбиды алюминия, карбид алюминия и корунд при соотношении фаз, мас.%:
| Al2OC | 37,0-45,0 |
| Al8В4С7 | 20,0-28.0 |
| Al4О4С | 15,0-22,0 |
| Al2О3 | 4,0-12.0 |
| Al4С3 | 1,0-11,0 |
| при следующем соотношении компонентов, мас.% | |
| многофазный ингредиент | 0,25-5,0 |
| графит | 4,0-20,0 |
| антиокислительная добавка из Al | 1,0-3,0 |
| твердый углеродсодержащий компонент | 1,0-4,7 |
| жидкий углеродсодержащий компонент | 0,8-1,5 |
| огнеупорный зернистый наполнитель | остальное до 100 |
Поставленная задача достигается также тем, что углеродсодержащая масса содержит многофазный ингредиент, который представлен тонкодисперсным порошком с размером частиц не более 60 мкм обожженной при температуре 1150-1450°С смеси оксида бора, графита и алюминия, в соотношении В2О3:С:Al, равном 1:(2,0-3,5):(5,0-6,0). Присутствие многофазного ингредиента обеспечивает эффективное улучшение показателей технических свойств, важных для увеличения ресурса эксплуатации футеровок, выполненных углеродсодержащими огнеупорами, за счет повышения термостойкости до значений 33-37 теплосмен по режиму 1300°С - вода, предела прочности на изгиб при 1300°С до 21,8-23,0 МПа, снижения глубины обезуглероживания изделий при 1600°С до 1,5-1,7 мм.
Преимуществами углеродсодержащей массы и огнеупора из нее являются: присутствие в составе многофазного ингредиента Al4С3 в количествах не более 1-11 мас.%, не представляющих опасности для гидратации и деградации показателей свойств огнеупора, введение в состав огнеупорной массы многофазного ингредиента в минимальных количествах для достижения положительного эффекта - улучшения свойств углеродсодержащих огнеупорных изделий.
Синтез многофазного ингредиента, включающего соединения оксикарбида алюминия Al2ОС, боралюминиевого карбида Al8B4C7, оксикарбида алюминия Al4O4C, корунда Al2О3, карбид алюминия Al4C3, осуществляется при температуре не выше 1150-1450°С. Содержание Al4С3 в составе интегрированного многофазного ингредиента в количестве 1-11 мас.% не оказывает отрицательного влияния на показатели технических свойств углеродсодержащих огнеупоров.
К преимуществам многофазного ингредиента, синтезированного при температурах до 1450°С, следует отнести снижение затрат на получение из него тонкодисперсного порошка, высокую (более 120 суток) устойчивость в среде 100% влажности воздуха.
Многофазный ингредиент обеспечивает создание высокопрочной микропористой микроструктуры огнеупора с преобладающим размером пор менее 5 мкм (более 75%), повышает устойчивость графита и углеродсодержащих компонентов огнеупора к окислению, образует защитный слой, предотвращает поступление в огнеупор газовой среды, окисляющей углерод, значительно повышает термостойкость и прочность углеродсодержащего огнеупора.
При исследовании известного уровня техники не было выявлено аналогичных технических решений, которые характеризовались бы идентичной совокупностью существенных признаков с достижением такого же результата, какой получен в предлагаемом техническом решении, что позволяет сделать вывод о его соответствии критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемый состав углеродсодержащей массы может быть реализован при производстве огнеупорных изделий с повышенными показателями технических свойств и повышенным ресурсом эксплуатации в конструкциях огнеупорных футеровок конвертеров, электропечей, сталеразливочных ковшей и др., с применением известных компонентов и технических средств, что свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию «промышленная применимость».
Свойства углеродсодержащих огнеупоров из заявляемой массы обеспечиваются при соблюдении компонентного состава в заявленных количествах.
При содержании в углеродсодержащей массе менее 4 мас.% графита углеродсодержащий огнеупор обладает пониженными характеристиками термостойкости, шлако- и износоустойчивости, высокотемпературной прочности на изгиб, ресурсом эксплуатации в футеровках. Углеродсодержащие массы с содержанием графита выше 20 мас.% содержат большое количество вовлеченного воздуха и обладают пониженной насыпной плотностью, прессование огнеупорных изделий из таких масс затруднительно.
Введение в состав углеродсодержащей массы антиокислительной добавки из Al и многофазного ингредиента в количествах соответственно менее 1,0 и 0,25 мас.% не обеспечивает устойчивость углеродсодержащего огнеупора к окислению и улучшение прочностных характеристик. Повышенное содержание антиокислительной добавки из Al и многофазного ингредиента в составе углеродсодержащей массы соответственно выше 3 и 5 мас.% приводит к образованию Al4С3 в больших количествах, представляющих опасность для гидратации и деградации показателей свойств углеродсодержащего огнеупора.
Содержание твердого углеродсодержащего компонента в составе углеродсодержащей массы менее 1,0 мас.% приводит к резкому снижению показателей кажущейся плотности и прочности, увеличению открытой пористости углеродсодержащего огнеупора после термообработки. Повышение количества твердого углеродсодержащего компонента выше 4,7 мас.% ухудшает формовочные свойства углеродсодержащих масс, является причиной выделения большого количества веществ (фенолов, альдегидов и др.), вредных для здоровья человека и окружающей среды.
Жидкий углеродсодержащий компонент (пластификатор) вводится для придания массе хорошей формуемости. Снижение количества жидкого углеродсодержащего компонента меньше 0,8 мас.% приводит к пылению массы и затруднению ее формования. Содержание жидкого углеродсодержащего компонента выше 1,5 мас.% увеличивает влажность массы, затрудняет формование изделий и приводит к появлению перепрессовочных трещин сырца углеродсодержащего огнеупора.
При разработке углеродсодержащей массы использованы следующие сырьевые материалы: крупнокристаллический плавленый и клинкерный периклаз с содержанием MgO выше 97 и 98 мас.%, крупночешуйчатый графит с содержанием углерода 96 и 98 мас.%, смола фенольная порошкообразная марки СТ 2163 по ТУ 2257-004-05761778-2002, алюминий порошкообразный марки АСД-1 по ТУ 48-5-2266-87, оксид бора марки 12-3, ТУ 6-09-3558-78 и др. твердые вещества. Для получения жидкого углеродсодержащего компонента (пластификатора) использованы фурфуриловый спирт по ГОСТ 28960-91, этилцеллозольв технический по ГОСТ 8313-88, уротропин технический по ГОСТ 1381-73.
Предлагаемое техническое решение позволяет получать огнеупорные изделия с показателями свойств, превосходящими прототип.
В примерах 1÷23 приводится реализация изобретения.
Пример 1. В смеситель вводят 76.25 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0.25 мас.% многофазного ингредиента состава №1 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента. смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 2. В смеситель вводят 76.25 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16,0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0,25 мас.% многофазного ингредиента состава №2 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 3. В смеситель вводят 76.25 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0.25 мас.% многофазного ингредиента состава №3 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 4. В смеситель вводят 76.0 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0.5 мас.% многофазного ингредиента состава №1 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.4±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 5. В смеситель вводят 76.0 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0.5 мас.% многофазного ингредиента состава №2 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 6. В смеситель вводят 76.0 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0.5 мас.% многофазного ингредиента состава №3 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 7. В смеситель вводят 75.75 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0.75 мас.% многофазного ингредиента состава №1 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 8. В смеситель вводят 75.75 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%). 0.75 мас.% многофазного ингредиента состава №2 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 9. В смеситель вводят 75.75 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0.75 мас.% многофазного ингредиента состава №3 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 10. В смеситель вводят 75.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 1.0 мас.% многофазного ингредиента состава №1 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 11. В смеситель вводят 75.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 1.0 мас.% многофазного ингредиента состава №2 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 12. В смеситель вводят 75.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 1.0 мас.% многофазного ингредиента состава №3 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 13. В смеситель вводят 74.0 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%). 2.5 мас.% многофазного ингредиента состава №1 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 14. В смеситель вводят 74.0 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 2.5 мас.% многофазного ингредиента состава №2 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 15. В смеситель вводят 74.0 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 2.5 мас.% многофазного ингредиента состава №3 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 16. В смеситель вводят 71.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5.0 мас.% многофазного ингредиента состава №1 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 17. В смеситель вводят 71.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5.0 мас.% многофазного ингредиента состава №2 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 18. В смеситель вводят 71.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5.0 мас.% многофазного ингредиента состава №3 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 19. В смеситель вводят 71.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5.0 мас.% многофазного ингредиента состава №4 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 20. В смеситель вводят 71.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5.0 мас.% многофазного ингредиента состава №5 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 21. В смеситель вводят 71.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5.0 мас.% многофазного ингредиента состава №6 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.
Пример 22. В смеситель вводят 73.2 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97 мас.%), 16 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5 мас.% многофазного ингредиента состава 6 (таблица 1), 1.0 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродистого компонента смолы СТ 2163, 0.8 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре 270±30°С
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблицах 2, 5.
Пример 23. В смеситель вводят 70.8 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97 мас.%), 16 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5 мас.% многофазного ингредиента состава 6 (таблица 1), 3.0 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродистого компонента смолы СТ 2163, 1.2 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблицах 2, 5.
Пример 24. В смеситель вводят 71.0 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97 мас.%), 16 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5 мас.% многофазного ингредиента состава 6 (таблица 1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродистого компонента смолы СТ 2163, 1.5 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м3, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре 270±30°С.
Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблицах 2, 5.
| Таблица 1 | ||||||||
| Состав многофазного ингредиента | ||||||||
| Номер состава | Состав многофазного ингредиента. мас.% | Температура синтеза, °С | Время выдержки, час | Устойчивость к гидратации при γвозд=100%, сут | ||||
| Al2OC | Al8В4С7 | Al4О4С | Al2О3 | Al4С3 | ||||
| 1 | 37 | 28 | 20 | 4 | 11 | 1150 | 4 | >120 |
| 2 | 43 | 26 | 15 | 9 | 7 | 1300 | >120 | |
| 3 | 45 | 24 | 18 | 12 | 1 | 1450 | >150 | |
| 4 | 45 | 20 | 22 | 11 | 2 | 1150 | 8 | >150 |
| 5 | 43 | 22 | 22 | 12 | 1 | 1300 | >150 | |
| 6 | 44 | 26 | 17 | 12 | 1 | 1450 | >150 | |
| 7* | - | 84 | - | - | 16 | 1550 | - | >150 часов |
| * - по JP7018255, С04В 35/10 |
| Таблица 2 | |||
| Свойства углеродсодержащих огнеупоров из заявляемой массы | |||
| № примера | Предел прочности при изгибе, МПа (1300°С), средние значения | Термостойкость, количество теплосмен по режиму 1300°С - вода | Глубина обезуглероживания, мм при 1600°С* |
| 1 | 9,1 | 14 | 3,7 |
| 2 | 9,4 | 15 | 3,5 |
| 3 | 9,5 | 17 | 3,6 |
| 4 | 9,8 | 15 | 3,7 |
| 5 | 10,5 | 15 | 3,5 |
| 6 | 11,0 | 17 | 3,5 |
| 7 | 12,1 | 15 | 3,2 |
| 8 | 12,3 | 16 | 3,0 |
| 9 | 13,3 | 17 | 2,9 |
| 10 | 14,8 | 15 | 2,5 |
| 11 | 14,6 | 17 | 2,7 |
| 12 | 15,5 | 17 | 2,5 |
| 13 | 18,5 | 22 | 2,5 |
| 14 | 19,0 | 22 | 2,3 |
| 15 | 19,2 | 25 | 2,3 |
| 16 | 21,9 | 31 | 2,1 |
| 17 | 21,8 | 33 | 2,0 |
| 18 | 22,0 | 37 | 1,7 |
| 19 | 22,2 | 35 | 1,6 |
| 20 | 22,6 | 38 | 1,5 |
| 21 | 23,0 | 40 | 1,5 |
| 22 | 12,8 | 16 | 3,1 |
| 23 | 24,4 | 34 | 2,0 |
| 24 | 20,6 | 18 | 2,8 |
| * Степень окисляемости оценивали по глубине обезуглероженного слоя образцов, распиленных по центру перпендикулярно оси прессования, после их выдержки в газопламенной печи в течение 2 часов при 1600°С. |
| Таблица 3 | ||||||||||
| Степень окисляемости огнеупоров из заявляемой массы при 1600°С в сравнении с прототипом | ||||||||||
| Номер примера | Состав огнеупора, мас.% | Глубина обезуглероживания, мм при 1600°С | ||||||||
| MgO | С | Состав интегрированного многофазного ингредиента, мас.% (номер) | Al | Al2О3 | ||||||
| Al2ОС | Al8В4С7 | Al4О4С | Al2О3 | Al4С3 | ||||||
| 1 | 74,5 | 18,0 | 5,0 (№1) | 2,5 | - | 2,1 | ||||
| 1,85 | 1,4 | 1,0 | 0,2 | 0,55 | ||||||
| 2 | 74,5 | 18,0 | 5,0 (№2) | 2,5 | - | 2,0 | ||||
| 2,15 | 1,3 | 0,75 | 0,45 | 0,35 | ||||||
| 3 | 74,5 | 18,0 | 5,0 (№3) | 2,5 | - | 1,7 | ||||
| 2,25 | 1,2 | 0,9 | 0,6 | 0,05 | ||||||
| 4 | 74,5 | 18,0 | 5,0 (№4) | 2,5 | - | 1,6 | ||||
| 2,25 | 1,0 | 1,1 | 0,55 | 0,1 | ||||||
| 5 | 74,5 | 18,0 | 5,0 (№5) | 2,5 | - | 1,5 | ||||
| 2,15 | 1,1 | 1,1 | 0,6 | 0,05 | ||||||
| 6 | 74,5 | 18,0 | 5,0 (№6) | 2,5 | - | 1,5 | ||||
| 2,2 | 1,3 | 0,85 | 0,6 | 0,05 | ||||||
| 7* | 72,5 | 17,5 | - | 4,2 | - | - | 0,8 | - | 5,0 | 2,2 |
| 8** | 79,0 | 14,9 | - | - | - | - | - | 5.8 | 0,3 | 2,4 |
| 7* - JP 7018255, С04В 35/10 | ||||||||||
| 8** - прототип RU 2171243, кл. С04В 35/035, опубл. 27.07.2001 |
Как видно из таблиц 1-5, заявляемая углеродсодержащая масса обеспечивает получение огнеупоров с более высокими физико-техническими и эксплуатационными свойствами.
| Таблица 4 | ||||
| Свойства углеродсодержащих огнеупоров | ||||
| Объект испытания | Прочность после цикла термоудара 800°С - воздух, МПа | Сопротивление окислению, % | Предел прочности при изгибе при 1400°С, МПа | Устойчивость к гидратации экспозицией, сутки |
| По №2007107 049/03 (007660) |
|
|
|
Не разрушается |
| Прототип RU 2171243, кл. С04В 35/035 |
|
|
|
Разрушается после 14 |
| * Прочность после цикла термоудара 20°С - 800°С (1 час экспозиция) - 20°С определяли на изделиях 220×80×190 мм. Изделия пропускали через туннельную печь. В зоне максимальных температур 1530°С делалась экспозиция 4.5 часа. | ||||
| ** Сопротивление окислению определяли на изделиях 220×80×190 мм. Изделия пропускали через туннельную печь. В зоне максимальных температур 1600°С делалась экспозиция 2 часа. Во всех случаях суммарное пребывание изделий в туннельной печи 36 часов. |
| Таблица 5 | |||||||
| - Влияние состава и количества жидкого углеродсодержащего компонента на свойства углеродсодержащих огнеупоров | |||||||
| № примера | Содержание жидкого углеродистого компонента в массе, мас.% |
Состав жидкого углеродистого компонента в массе, мас.% |
Содержание твердого углеродистого компонента в массе, мас.% |
Свойства | |||
| Предел прочности при изгибе при 1300°С, МПа, среднее значение |
Термостойкость, теплосмен, 1300°С - вода |
Глубина обезуглероживания при 1600°С, мм |
|||||
| фурфуриловый спирт | 0,53 | ||||||
| 22 | 0,8 | этилцеллозольв | 0,22 | 4,0 | 12,8 | 16 | 3,1 |
| уротропин | 0,05 | ||||||
| фурфуриловый спирт | 0,67 | ||||||
| 21 | 1,0 | этилцеллозольв | 0,26 | 4,0 | 23,0 | 40 | 1,5 |
| уротропин | 0,07 | ||||||
| фурфуриловый спирт | 0,36 | ||||||
| 23 | 1,2 | этилцеллозольв | 0,66 | 4,0 | 24,4 | 34 | 2,0 |
| уротропин | 0.18 | ||||||
| фурфуриловый спирт | 1,0 | ||||||
| 24 | 1,5 | этилцеллозольв | 0,42 | 4,0 | 20,6 | 18 | 2,8 |
| уротропин | 0,08 |
1. Углеродсодержащая масса, включающая огнеупорный зернистый наполнитель, графит, углеродсодержащие компоненты с высоким коксовым остатком: смолу фенольную порошкообразную в качестве твердого, этилцеллозольв, фурфуриловый спирт и уротропин в качестве жидкого, антиокислительные добавки из алюминия и борсодержащего соединения, отличающаяся тем, что в качестве анитиокислительных добавок содержит алюминий Al и многофазный ингредиент, включающий боралюминиевый карбид, оксикарбиды алюминия, карбид алюминия и корунд при соотношении фаз, мас.%:
| Al2ОС | 37,0-45,0 |
| Al8В4С7 | 20,0-28,0 |
| Al4О4С | 15,0-22,0 |
| Al2О3 | 4,0-12,0 |
| Al4С3 | 1,0-11,0 |
при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| многофазный ингредиент | 0,25-5,0 |
| графит | 4,0-20,0 |
| антиокислительная добавка из Al | 1,0-3,0 |
| твердый углеродсодержащий компонент | 1,0-4,7 |
| жидкий углеродсодержащий компонент | 0,8-1,5 |
| огнеупорный зернистый наполнитель | остальное до 100 |
2. Углеродсодержащая масса по п.1, отличающаяся тем, что многофазный ингредиент представлен тонкодисперсным порошком с размером частиц не более 60 мкм обожженной при температуре 1150-1450°С смеси оксида бора, графита и алюминия в соотношении В2О3:С:Al, равном 1:(2,0-3,5):(5,0-6,0).
