Способ получения плавленого корунда
Владельцы патента RU 2620800:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) (RU)
Изобретение может быть использовано при изготовлении огнеупорных материалов, абразивов. Для получения плавленого корунда смешивают исходные компоненты, зажигают шихту и инициируют процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). В качестве исходных компонентов используют составляющие железо-алюминиевого термита, которые вступают в экзотермическую реакцию, в результате которой получают плавленый корунд. Продукт охлаждают и измельчают. В качестве оснастки используют металлический кожух, футерованный измельченной шлаковой фазой предыдущих плавок. Изобретение позволяет получить плавленый корунд с содержанием Al2O3 не менее 94% без применения дорогостоящей огнеупорной оснастки.
Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления огнеупорных материалов - заполнителей, порошков, цементов. Полученный материал после предварительной подготовки также может быть использован в качестве абразива.
Известен способ получения огнеупорных материалов [1], включающий смешение исходных компонентов, их термообработку в пламенных или электрических печах, последующее охлаждение и измельчение. Корунд обычно получают плавлением технического глинозема или боксита в электропечах при 2000-2400°С.
Недостатком [1] является использование в качестве сырья невозобновляемых природных ресурсов, большой расход электрической энергии, необходимой для нагрева и расплавления бокситов, что обуславливает высокую стоимость корунда.
Наиболее близким по существу заявляемого изобретения, прототипом, является способ получения корунда [2], заключающийся в сжигании алюминийсодержащего сырья при избыточном давлении 15-25 МПа. Исходная смесь состоит из алюминия фракции 20-600 мкм, воды (массовое соотношение вода:алюминий - (1,05-1,25):1), водного раствора силиката натрия в количестве 0,45-1,55 мас. ч. на 100 ч. исходной смеси.
Недостатком прототипа [2] является сложность аппаратурного оформления, необходимость предварительной подготовки исходных компонентов.
Целью предлагаемого изобретения является получения плавленого корунда путем инициирования экзотермической реакции.
Цель достигают способом, при котором смешивают исходные компоненты, в качестве которых используют составляющие железо-алюминиевого термита, зажигание шихты и возникновение процесса СВС, охлаждение и измельчение его, отличающимся тем, что исходные компоненты вступают экзотермическую реакцию, в результате которой синтезируется плавленый корунд.
Технический результат - получение плавленого корунда с твердостью 9 баллов по шкале Мооса, температурой плавления более 2000°С и содержанием Al2O3 не менее 94% в процессе самораспространяющего высокотемпературного синтеза без применения дорогостоящей огнеупорной оснастки.
Наибольшей прочностью и термостойкостью системы Al2О3-SiО2 обладают корундовые огнеупоры. Корунд - α-оксид алюминия (Al2O3), кристаллизующийся в гексагональной системе. Плавленые корундовые изделия применяются в наиболее ответственных местах, например в подинах нагревательных печей, где они благодаря высокой прочности выдерживают давление и удары тяжелых слитков и не взаимодействуют с оксидами железа при температуре службы.
Заявляемое изобретение может быть осуществлено, например, следующим путем. Предлагаемый способ получения корунда основан на использовании СВС процесса для синтезирования корунда. Может использоваться термитная смесь любого известного состава, содержащая в качестве восстановителя алюминий, например [3], или термитная смесь, составленная на основе отходов производства [4]. Термитная смесь готовится в мешалке любого типа и помещается в металлический кожух, футерованный измельченной шлаковой фазой предыдущих плавок. Отличием от существующей технологии изготовления огнеупоров является то, что плавленый корунд синтезируется в результате экзотермической реакции между исходными компонентами, которыми являются отходы машиностроительных предприятий, что обеспечивает протекание процесса СВС без использования внешних источников тепла. В результате образуется плавленый корунд и железосодержащая металлическая фаза. Вследствие высокой температуры процесса СВС и низкой теплопроводности корундовой футеровки происходит разделение металлической и шлаковой фазы. Слиток металлической фазы может быть использован для изготовления фасонных изделий. Полученный сплав корунда измельчается, промывается в воде и проходит сушку при температуре (120±5)°С в течение 1 часа. Из полученного корунда изготовляется корундобетонная смесь, которой футеруются ковши для транспортировки жидкого металла. Стойкость футеровки ковша из полученной смеси составляет не менее 60 плавок. Если корунд предполагается использовать как абразивный материал, то после промывки и сушки проводится просев корунда до желаемого размера абразивного зерна.
Таким образом, предлагаемый способ проведения процесса СВС позволяет получать плавленый корунд с твердостью 9 баллов по шкале Мооса, температурой плавления более 2000°С и содержанием Al2O3 не менее 94% без использования дорогостоящей оснастки, материалов и энергоносителей, решая при этом проблему утилизации дисперсных отходов машиностроения и металлургии.
Приведенные примеры применения предлагаемого изобретения показывают его полезность для огнеупорной промышленности и могут быть использованы для изготовления огнеупорных материалов - заполнителей, порошков, цементов. Полученный материал после предварительной подготовки также может быть использован в качестве абразива.
Предлагаемое изобретение удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники не обнаружено средство, которому присущи признаки, идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле изобретения, включая характеристику назначения.
Предлагаемое изобретение имеет изобретательский уровень, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.
Заявленное техническое решение можно реализовать в оснастке, состоящей из металлического кожуха, футерованного измельченной шлаковой фазой предыдущих плавок.
Использованные источники
1. Стрелов К.К., Мамыкин П.С. Технология огнеупоров. - М.: Металлургия, 1978-377 с.
2. Патент РФ 2176985, опубликовано 20.12.2001 г.
3. Авт.св. СССР № 475234, опубликовано в 1975 г.
4. Патент РФ 2126734, опубликовано 27.02.1999 г.
Способ получения плавленого корунда, включающий смешение исходных компонентов, в качестве которых используют составляющие железо-алюминиевого термита, зажигание шихты и возникновение процесса СВС, охлаждение и измельчение его, отличающийся тем, что исходные компоненты вступают в экзотермическую реакцию, в результате которой синтезируется плавленый корунд, при этом в качестве оснастки используется металлический кожух, футерованный измельченной шлаковой фазой предыдущих плавок.
