Шихта для изготовления огнеупорного изделия, способ изготовления огнеупорного изделия, огнеупорное изделие, а также применение синтетического сырьевого материала
Изобретение относится к шихте для изготовления огнеупорного изделия, способу изготовления огнеупорного изделия, огнеупорному изделию, а также применению синтетического сырьевого материала. Технический результат изобретения – уменьшение хрупкости изделий за счёт уменьшения его модуля упругости. Шихта для изготовления спечённого огнеупорного изделия содержит огнеупорный керамический сырьевой материал, преимущественно на основе магнезита, обожженного доломита или шпинели, с содержанием MgO по меньшей мере 50 мас.%, а также по меньшей мере один синтетический сырьевой материал, представляющий собой тела в виде пластинок или стержней, в которых отношение (толщина):(ширина):(длина) составляет (1):(>1 и < длины):(>3). Тела имеют длину 1-30 мм и состоят из спечённых зёрен по меньшей мере одного огнеупорного материала, при этом содержат глинистые минералы менее 10 % по массе относительно суммарной массы тел. Тела могут включать по крайней мере один из следующих огнеупорных материалов: магнезию, шпинель, корунд, диоксид циркония и др. Огнеупорное изделие получают обжигом указанной шихты, при этом оно состоит из первой области, полученной из огнеупорного керамического сырьевого материала, содержащего периклаз, и вторых областей, состоящих из спечённых тел. Первая область по структуре отличается от вторых областей. Доля спеченных тел в изделии составляет 0,5-30 % по объёму. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 пр., 2 табл.
Изобретение относится к шихте для изготовления огнеупорного изделия, способу изготовления огнеупорного изделия, огнеупорному изделию, а также применению синтетического сырьевого материала.
Понятие «огнеупорное изделие» в смысле изобретения обозначает как огнеупорные керамические (то есть, спеченные) изделия, так и огнеупорные изделия с углеродной связкой, прежде всего, соответственно с температурой применения выше 600°С, и, предпочтительно, огнеупорные материалы по DIN 51060: 2000-6, то есть материалы с температурой падения конуса выше SK17. Определение температуры падения конуса может происходить, прежде всего, по DIN EN 993-12:1997-06.
Как известно, «шихтой» называется состав из одного или нескольких компонентов или сырьевых материалов, из которого посредством термической обработки, то есть, например, посредством керамического обжига для изготовления спеченного огнеупорного изделия, является изготавливаемым огнеупорное изделие.
Как все керамические изделия, огнеупорные изделия, прежде всего огнеупорные керамические изделия, обладают, как правило, высокой хрупкостью. Однако высокая хрупкость огнеупорных изделий может приводить к ухудшенных огнеупорным свойствам изделий, прежде всего, например, к сниженной стойкости к колебаниям температуры изделий. Поэтому из уровня техники известны технологии снижения хрупкости огнеупорного изделия, чтобы за счет этого улучшить его стойкость к колебаниям температуры. Так, например, известно снижение хрупкости огнеупорных изделий посредством так называемых эластификаторов, которые интегрированы в матрицу изделия, и за счет этого улучшение стойкости к колебаниям температуры. Принцип действия этих эластификаторов основан на том, что они имеют иные характеристики теплового расширения, чем основной компонент огнеупорного изделия, так что при керамическом обжиге изделия и его последующем охлаждении возникают напряжения между эластификатором и основным компонентом. За счет этого в изделии образуются микротрещины, которые в случае механического нагружения изделия компенсируют часть энергии разрушения, за счет чего может быть снижена опасность хрупкого разрушения изделия. Однако недостатком применения известных эластификаторов является то, что хрупкость огнеупорного изделия за счет этого не может быть снижена в требуемом объеме.
Помимо этого, недостатком является то, что различие в характеристике теплового расширения между основным компонентом, с одной стороны, и эластификатором, с другой стороны, задается, прежде всего, на основании заданной характеристики теплового расширения, и поэтому необходимые для образования микротрещин напряжения между эластификатором и основным компонентом часто не могут быть установлены в требуемом объеме.
В основе изобретения лежит задача разработки шихты, посредством которой является изготавливаемым огнеупорное изделие с низкой хрупкостью или с высокой стойкостью к колебаниям температуры. Помимо этого, в основе изобретения лежит задача разработки шихты, которая содержит эластификатор, посредством которого может быть снижена хрупкость изготавливаемого из шихты огнеупорного изделия или может быть повышена его стойкость к колебаниям температуры. Кроме того, в основе изобретения лежит задача разработки такой шихты, которая содержит такой эластификатор, посредством которого может быть снижена в требуемом объеме хрупкость изготавливаемого из шихты огнеупорного изделия или повышена в требуемом объеме стойкость к колебаниям температуры.
Другая задача изобретения заключается в том, чтобы создать огнеупорное изделие с низкой хрупкостью или высокой стойкостью к колебаниям температуры.
Другая задача изобретения заключается в том, чтобы разработать способ изготовления такого огнеупорного изделия.
Согласно изобретению задача решена посредством разработки шихты для изготовления огнеупорного изделия, включающей в себя следующие компоненты:
Основной компонент по меньшей мере из одного огнеупорного керамического сырьевого материала, а также по меньшей мере один синтетический сырьевой материал со следующими признаками:
синтетический сырьевой материала состоит из тел, причем тела имеют следующие признаки:
тела состоят из спеченных друг с другом зерен по меньшей мере из одного огнеупорного керамического сырьевого материала, причем тела имеют долю глинистых минералов ниже 10% по массе относительно суммарной массы тел, тела имеют отношение (толщина):(ширина):(длина) (1):(≥1 и ≤ длина):(≥3).
Согласно изобретению неожиданно выяснилось, что такие тела из спеченных друг с другом зерен действуют в огнеупорном изделии в качестве эластификаторов, посредством которых может быть значительно уменьшена хрупкость изготовленного из такой шихты огнеупорного изделия. Уменьшение хрупкости огнеупорного изделия или улучшение его стойкости к колебаниям температуры проявляются, прежде всего, в значительно уменьшенном модуле упругости (модуле Е) такого изделия. Так, например, огнеупорное изделие, которое изготовлено из шахты, которая содержит синтетический сырьевой материал согласно изобретению из спеченных тел, имеет значительно уменьшенный модуль Е по сравнению с огнеупорным изделием, которое изготовлено из соответствующей шихты, но без такого синтетического сырьевого материала из спеченных тел.
Точный принцип действия тел в качестве эластификатора окончательно еще не выяснен. Изобретатели предполагают, что по причине индивидуальной геометрии и состава тел при обжиге содержащей такие тела шихты вокруг тел образуются локальные поля напряжений, которые приводят к микротрещинам в изготовленном при этом огнеупорном изделии, что снижает хрупкость изделия. На этом фоне выявляется дополнительное существенное преимущество шихты согласно изобретению. Так, например, образующиеся за счет тел в огнеупорном изделии микротрещины могут устанавливаться посредством индивидуальной установки структуры, а также геометрии тел. В противоположность уровню техники, при котором эластификатор, как правило, выполнен из вещества с заданной характеристикой теплового расширения, объем действия тел в качестве эластификатора в изготовленном из шихты согласно изобретению изделии может индивидуально устанавливаться за счет геометрии и/или состава тел.
Однако согласно изобретению было также установлено, что могут ухудшиться огнеупорные свойства изготовленного из включающей в себя спеченные тела шихты огнеупорного изделия, прежде всего высокая огнеупорность такого изделия. Так, например ухудшенные значения размягчения под давлением такого изделия проявились, прежде всего, когда имеется такой состав тел, что они уже при сравнительно низких температурах применения изделия образуют жидкие фазы расплава. В связи с этим, согласно изобретению было установлено, что тела должны иметь долю глинистых минералов ниже 10% по массе, так что тела при сравнительно низких температурах, то есть, прежде всего, уже при температурах ниже 1400°С, и еще более предпочтительно 1450°С не образуют низкоплавкие фазы, которые оказывают отрицательное влияние на термостойкость.
При этом под глинистыми минералами понимаются, прежде всего, алюмосиликаты, прежде всего глинистые минералы каолиновой группы, прежде всего каолинит. Чтобы не ухудшать огнеупорные свойства изготовленного из шихты согласно изобретению огнеупорного изделия в отношении его размягчения под давлением, В связи с этим предусмотрено, что тела имеют долю глинистых минералов ниже 10% по массе, и особо предпочтительно, имеют наиболее близкую к доле в 0% по массе долю глинистых минералов, то есть предпочтительно ниже 9, еще более предпочтительно ниже 5% по массе, еще более предпочтительно ниже 3% по массе, еще более предпочтительно ниже 2, и еще более предпочтительно ниже 1% по массе, соответственно относительно суммарной массы тел.
Согласно изобретению было установлено, что огнеупорные свойства изготовленного из шихты согласно изобретению огнеупорного изделия, прежде всего, в отношении его размягчения под давлением ухудшаются, когда тела содержат долю глинистого минерала муллита. Поэтому согласно изобретению, предпочтительно, предусмотрено, что тела имеют долю муллита ниже 7% по массе, более предпочтительно ниже 3% по массе, и еще более предпочтительно ниже 1% по массе, соответственно относительно суммарной массы тел.
Также для поддержания доли возможно образовавшихся в телах жидких фаз расплава наиболее низкой может быть предусмотрено, что тела имеют долю SiO2 ниже 30% по массе относительно суммарной массы тел, более предпочтительно ниже 20, еще более предпочтительно ниже 10% по массе, еще более предпочтительно ниже 5% по массе, еще более предпочтительно ниже 3% по массе, и еще более предпочтительно 1% по массе.
Также для поддержания доли жидких фаз расплава в телах наиболее низкой может быть предусмотрено, что тела имеют долю стекловидных фаз ниже 10% по массе относительно суммарной массы тел, еще более предпочтительно ниже 5% по массе, еще более предпочтительно ниже 3% по массе, еще более предпочтительно ниже 2, и еще более предпочтительно 1% по массе.
Наконец, для поддержания доли жидких фаз расплава в телах наиболее низкой также может быть предусмотрено, что тела имеет суммарную массу щелочей, прежде всего суммарную массу Na2O, K2O и Li2O, ниже 3% по массе относительно суммарной массы тел, еще более предпочтительно ниже 2, и еще более предпочтительно ниже 1% по массе.
Тела шихты согласно изобретению состоят из спеченных друг с другом зерен по меньшей мере из одного огнеупорного керамического сырьевого материала. За счет этого каждое тело представляет собой отдельное спеченное тело, которое образовано соответственно из спеченных друг с другом зерен из одного или нескольких огнеупорных керамических сырьевых материалов. Эти спеченные тела представляют собой синтетический сырьевой материал, который содержит шихта согласно изобретению для снижения хрупкости изготовленного из нее огнеупорного изделия.
В принципе, тела могут быть образованы из спеченных друг с другом зерен по меньшей мере из одного любого огнеупорного керамического сырьевого материала. Предпочтительно, тела включают в себя спеченные для с другом зерна по меньшей мере из одного из следующих огнеупорных керамических сырьевых материалов: магнезии, шпинели, корунда, диоксида циркония, форстерита, хромовой руды, циркониевого электрокорунда, циркономуллита, титаната алюминия, титаната магния или титаната кальция. Согласно одному варианту осуществления тела включают в себя спеченные друг с другом зерна из перечисленных выше огнеупорных керамических сырьевых материалов по меньшей мере до 90% по массе, более предпочтительно по меньшей мере до 95 или также до 100% по массе, соответственно относительно суммарной массы тел.
Магнезия (MgO) может присутствовать в телах в виде по меньшей мере одного из сырьевых материалов: спеченной магнезии или сплавленной магнезии.
В случае «шпинели» речь идет по меньшей мере об одном минерале из группы шпинелей. Прежде всего, шпинель в телах может присутствовать в виде по меньшей мере одного из минералов: магнезиальной шпинели (MgAl2O4), герцинита (FeAl2O4), галаксита (MnAl2O4), хромита (FeCrO4), плеонаста ((Mg, Fe)(Al, Fe)2O4, пикрохромита (MgCr2O4), гаусманнита (Mn3O4), магнетита (Fe3O4) или ганита (ZnAl2O4). Корунд может присутствовать в телах в виде по меньшей мере одного из сырьевых материалов: плавленого корунда, спеченного корунда или кальцинированного глинозема. Диоксид циркония (ZrO2) может присутствовать в телах полностью или частично стабилизированным, например, стабилизированным посредством по меньшей мере одного из оксидов: CaO, MgO или Y2O3.
Прежде всего, тела могут включать в себя спеченные друг с другом зерна по меньшей мере из одного из следующих огнеупорных керамических материалов: магнезии, шпинели или корунда, предпочтительно, магнезиальной шпинели, герцинита или спеченного корунда, а именно, предпочтительно соответственно по меньшей мере до 90% по массе, более предпочтительно по меньшей мере до 95% по массе или также до 100% по массе, соответственно относительно суммарной массы тел.
Соответственно перечисленные выше сырьевым материала тела могут включать в себя по меньшей одну из следующих минеральных фаз: периклаз (MgO), магнезиальную шпинель, герцинит, галаксит, хромит, плеонаст, пикрохромит, гаусманнит, магнетит или ганит, корунд (Al2O3), диоксид циркония, форстерит, циркониевый электрокорунд, циркономуллит, титанат алюминия, титанат магния или титанат кальция. Прежде всего, тела могут включать в себя вышеперечисленные минеральные фазы по меньшей мере до 90% по массе, более предпочтительно по меньшей мере до 95, еще более предпочтительно по меньшей мере до 98% по массе, и еще более предпочтительно по меньшей мере до 99% по массе или также до 100% по массе, соответственно относительно суммарной массы тел.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления предусмотрено, что тела содержат по меньшей мере одну из минеральных фаз: периклаз, магнезиальную шпинель, герцинит или корунд, особо предпочтительно, магнезиальную шпинель, герцинит или корунд, а именно, предпочтительно по меньшей мере до 90% по массе, более предпочтительно по меньшей мере до 95% по массе и, например, также до 100% по массе, соответственно относительно суммарной массы тел.
Тела имеют отношение (толщина):(ширина):(длина) (1):(≥ 1 и ≤ длина):(≥3). Другими словами: ширина тела больше или равна толщине тела и меньше или равна длине тела, кроме того, длина тела больше или равна тройной толщине тела.
За счет этого тела имеют по существу стержневую или пластинчатую геометрию. Имеют ли тела по существу такую стержневую или пластинчатую геометрию, зависит от отношения ширины к толщине и длине тел. Если ширина равна или лишь незначительно больше, чем толщина тела, то тело имеет по существу стержневую форму. Если, напротив, ширина больше и, прежде всего, лишь незначительно меньше или равна длине тела, то тело имеет по существу пластинчатую форму.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления тела имеют отношение (толщина):(ширина):(длина) (1):(от 1 до 5):(от 3 до 5), причем ширина, как сказано ранее, меньше или равна длине тела.
Согласно изобретению выяснилось, что тела при отношении толщины к ширине и длине согласно изобретению особо эффективно проявляют свои эластифицирующее действие, прежде всего, начиная с длины в 1 мм.
Изобретатели предполагают, что тела только начиная примерно с этой длины создают вокруг тела достаточное поле напряжений, которое приводит к микротрещинам в огнеупорном изделии. Помимо этого, согласно изобретению было установлено, что тела, начиная с этой длины, могут эффективно перекрывать в изделии макротрещины, которые могут приводить к повреждению или даже разрушению изделия, начиная с длины примерно в 1 мм. В связи с этим тела могут сдерживать или даже предотвращать в изделии развитие трещин, которое могло бы приводить к его повреждению. Помимо этого, согласно изобретению выяснилось, что тела, начиная с длины примерно в 30 мм, при изготовлении огнеупорного изделия с использованием тел легко ломаются, так что тела больше не присутствуют с определенной длиной в шахте, а также в изготовленном из нее огнеупорном изделии. На этом фоне тела согласно одному предпочтительному варианту осуществления имеют длину в диапазоне от 1 до 30 мм. В этой связи тела, предпочтительно, могут иметь длину максимально 30 мм, более предпочтительно максимально 25 мм, еще более предпочтительно максимально 20 мм, и еще более предпочтительно максимально 15 мм. Помимо этого, тела, предпочтительно, могут иметь длину по меньшей мере 1 мм, более предпочтительно длину по меньшей мере 2 мм, еще более предпочтительно по меньшей мере 3 мм, еще более предпочтительно по меньшей мере 5 мм, еще более предпочтительно по меньшей мере 8 мм, и еще более предпочтительно по меньшей мере 10 мм. Особо предпочтительно, тела имеют длину в диапазоне от 3 до 15 мм, и совершенно особо предпочтительно длину в диапазоне от 5 до 15 мм.
Согласно изобретению выяснилось, что действие тел в качестве эластификатора может зависеть, прежде всего, от отношения их длины к диаметру зерна зерен сырьевого материала основного компонента. При этом согласно изобретению выяснилось, что тела особо предпочтительно проявляют их действие в качестве создателя микротрещин и, тем самым, эластификатора, прежде всего тогда, когда основной компонент присутствует по меньшей мере из одного огнеупорного керамического сырьевого материла в виде зерен, и зерна имеют длину, которая соответствует, по меньшей мере, длине среднего диаметр зерна самых крупных зерен основного компонента. Другими словами, зерна имеют, по меньшей мере, длину среднего диаметра зерна самых крупных зерен основного компонента.
Средний диаметр зерна самых крупных зерен основного компонента может определяться, прежде всего, по DIN EN ISO 13383-1:2016-11.
Согласно изобретению выяснилось, что тела проявляют свое действие в качестве эластификатора в огнеупорном изделии, прежде всего тогда, когда они присутствуют в шихте или в изготовленном из нее изделии в специфической объемной доле. В этой связи может быть предусмотрено, что тела присутствуют в шихте в доле в области от 0,5 до 30% по объему относительно суммарного объема шихты. В этой связи может быть предусмотрено, что тела присутствуют в шихте в объемной доле по меньшей мере 0,5% по объему относительно суммарного объема шихты, более предпочтительно в объемной доле по меньшей мере 1% по объему, еще более предпочтительно по меньшей мере 1,5% по объему, и еще более предпочтительно по меньшей мере 2% по объему. Помимо этого, может быть предусмотрено, что тела присутствуют в шихте в объемной доле максимально 30% по объему относительно суммарного объема шихты, более предпочтительно в объемной доле максимально 25% по объему, еще более предпочтительно максимально 20% по объему, и еще более предпочтительно в объемной доле максимально 15% по объему. В этой связи тела могут, предпочтительно, присутствовать в шихте в доле в диапазоне от 1 до 20% по объему, более предпочтительно в объемной доле в диапазоне от 1 до 15% по объему, и еще более предпочтительно в объемной доле в диапазоне от 2 до 25% по объему соответственно относительно суммарного объема шихты. Согласно изобретению выяснилось, что тела могут не проявлять свое эластифицирующее действие или проявлять лишь в недостаточном объеме, когда они присутствуют в шихте или в изготовленном из нее изделии ниже заданной массовой доли. Помимо этого, согласно изобретению выяснилось, что образование микротрещин за счет тел в изделии может быть слишком большим, когда тела присутствуют в шихте выше заданной доли. Однако за счет слишком большого образования микротрещин прочность изделия может ухудшаться.
Насколько приведенные здесь данные в % по объему относятся к суммарному объему шихты, суммарный объем шихты является насыпным объемом шихты.
Основной компонент может присутствовать в шихте в объемной доле в диапазоне от 70 до 99,5% по объему относительно суммарного объема шихты. В этой связи основной компонент может присутствовать в шихте в объеме максимально в 99,5% по объему относительно суммарной массы шихты, более предпочтительно, в массовой доле [очевидно, должно быть «в объемной доле» - прим. переводчика] максимально 99% по объему, еще более предпочтительно в объемной доле максимально 98,5% по объему, и еще более предпочтительно в объемной доле максимально 98% объему. Предпочтительно, основной компонент может присутствовать в шихте в объемной доле в диапазоне от 80 до 99% по объему, более предпочтительно в объемной доле в диапазоне от 85 до 99% по объему, и еще более предпочтительно в объемной доле в диапазоне от 85 до 98% по объему, соответственно относительно суммарного объема шихты.
Если в отдельном случае не задано иначе, приведенные здесь данные по объемным долям или массовым долям компонента, которые относятся к суммарному объему или суммарной массе шихты, относятся к суммарному объему или суммарной массе шихта без возможных объемных или массовых долей свободного углерода, которые также может иметь шихта. Как известно, свободный углерод может присутствовать, прежде всего, в виде графита, сажи или тому подобных носителей углерода.
Может быть предусмотрено, что тела и основной компонент добавляются до 100% по массе, то есть суммарной массы шихты. Тем самым, в этом варианте осуществления шихта, наряду с основным компонентом и телами, наряду с возможными долями свободного углерода, не содержит никаких других компонентов.
Согласно одному варианту осуществления предусмотрено, что шихта, наряду с основным компонентом и телами, содержит другие компоненты в объемной доле ниже 10% по объему относительно суммарного объема шихты, более предпочтительно ниже 9% по объему, еще более предпочтительно ниже 5% по объему, и еще более предпочтительно ниже 1% по объему.
Когда шихта служит для изготовления спеченного огнеупорного керамического изделия, может быть, прежде всего, предусмотрено, что шихта имеет доли свободного углерода ниже 10% по массе относительно суммарной массы шихты без свободного углерода, более предпочтительно ниже 5% по массе, и еще более предпочтительно ниже 1% по массе.
Когда шихта служит для изготовления спеченного огнеупорного керамического изделия, может быть предусмотрено, что тела и основной компонент добавляются по меньшей мере до 90% по массе, более предпочтительно, до 95% по массе, и еще более предпочтительно по меньшей мере до 99% по массе, соответственно относительно суммарной массы шихты.
Когда шихта служит для изготовление связанного углеродом огнеупорного изделия или для изготовления огнеупорного изделия со смешанной связкой (то есть с керамической связкой и углеродной связкой), прежде всего может быть предусмотрено, что шихта имеет доли свободного углерода до максимально 30% по массе относительно суммарной массы шихты без свободного углерода, предпочтительно долю в диапазона от 1 до 30% по массе, более предпочтительно в доле в диапазоне от 3 до 30% по массе.
Когда шихта служит для изготовления связанного углеродом огнеупорного изделия или для изготовления огнеупорного изделия со смешанной связкой, может быть предусмотрено, что тела, основной компонент и свободный углерод добавляются по меньшей мере до 90% по массе, более предпочтительно, до 95% по массе, и еще более предпочтительно по меньшей мере до 99% по массе, соответственно относительно суммарной массы шихты.
Согласно изобретению основной компонент может включать в себя по меньшей мере один из следующих огнеупорных керамических материалов: магнезию, обожженный доломит, шпинель (прежде всего магнезиальную шпинель), корунд, форстерит, хромит, хромистый корунд, магнезиальный хромит или муллит, а именно, предпочтительно по меньшей мере до 90% по массе, более предпочтительно по меньшей мере до 95, еще более предпочтительно по меньшей мере до 99% по массе или также до 100% по массе, соответственно относительно суммарной массы основного компонента.
Предпочтительно, может быть, прежде всего, предусмотрено, что основной компонент содержит такие сырьевые материалы, по причине которых изготовленное из шихты согласно изобретению огнеупорное керамическое изделий является высокоогнеупорным. В этой связи может быть, прежде всего, предусмотрено, что основной компонент не включает в себя или включает в себя лишь в незначительном объеме сырьевые материалы форстерит и/или муллит. В этой связи основной компонент, предпочтительно, может включать в себя по меньшей мере один из следующих огнеупорных керамических сырьевых материалов: магнезию, обожженный доломит, шпинель (прежде всего магнезиальную шпинель), корунд, хромит, хромистый корунд или магнезиальный хромит, помимо этого, предпочтительно, магнезию, обожженный доломит, магнезиальную шпинель или корунд, более предпочтительно, магнезию, и еще более предпочтительно спеченную магнезию, а именно, предпочтительно, соответственно по меньшей мере до 90% по массе, еще более предпочтительно по меньшей мере до 95% по массе, еще более предпочтительно по меньшей мере до 98% по массе, и еще более предпочтительно по меньшей мере до 99% по массе или также до 100% по массе, соответственно относительно суммарной массы основного компонента.
Когда основной компонент присутствует в виде магнезии, она может присутствовать в виде по меньшей мере одного из сырьевых материалов: спеченной магнезии или сплавленной магнезии. Когда основной компонент присутствует в виде обожженного доломита, он может присутствовать, например, в виде сырьевого материала спеченного доломита или сплавленного доломита. Когда основной компонент присутствует в виде корунда, он может присутствовать по меньшей мере в виде одного из сырьевых материалов: сплавленного корунда, спеченного корунда или кальцинированного глинозема.
Может быть предусмотрено, что основной компонент состоит исключительно из основных сырьевых материалов, то есть из сырьевых материалов на основе MgO, то есть прежде всего по меньшей мере из одного из следующих огнеупорных керамических сырьевых материалов: магнезии, обожженного доломита, шпинели (прежде всего магнезиальной шпинели) или форстерита.
Может быть предусмотрено, что основной компонент по меньшей мере до 50% по массе относительно суммарной массы основного компонента состоит из MgO, более предпочтительно по меньшей мере до 60, еще более предпочтительно по меньшей мере до 70% по массе, еще более предпочтительно по меньшей мере до 80% по массе, и еще более предпочтительно по меньшей мере до 90% по массе.
Предпочтительно, основной компонент или сырьевые материалы основного компонента присутствуют в зернистой форме, то есть в форме зерен. В отношении этих зерен речь идет, прежде всего, об отдельных, то есть не спеченных друг с другом, зернах.
Предпочтительно, предусмотрено, что зерна основного компонента имеют максимальный диаметр зерна, то есть зерна со средним диаметром зерна максимально 10 мм. Средний диаметр зерна самых крупных зерен сырьевого материала, из которых состоит основной компонент, составляет согласно одному варианту осуществления максимально 10 мм, более предпочтительно максимально 8 мм, еще более предпочтительно максимально 6 мм, и еще более предпочтительно максимально 5 мм. Средний диаметр зерен самых крупных зерен определяется по DIN EN 623-3:2003.
Как каждое огнеупорное изделие, зерна шихты согласно изобретению также имеют определенную структуру.
Помимо этого, также основной компонент шихты согласно изобретению за счет обжига шихты согласно изобретению имеет определенную структуру.
Согласно изобретению под понятием «структура» в смысле обычного определения этого понятие в области керамики понимаются как вид и количество фаз, так и их величина, форма, ориентация и распределение в керамическом изделии.
Предпочтительно, согласно изобретению предусмотрено, что основной компонент, а также тела присутствуют в шихте таким образом, что в изготовленном из шихты посредством обжига огнеупорном изделии образованная основным компонентом область изделия, с одной стороны, и образованные из тел области изделия, с другой стороны, различаются в отношении их соответствующих структур. Другими словами: в изготовленном посредством обжига шихты согласно изобретению огнеупорном изделии образованная из основного компонента область имеет иную структуру, чем образованные из тел области.
Согласно изобретению было установлено, что не только геометрия тел может оказывать влияние на их эффективность в качестве эластификаторов, но и их структура. При этом было установлено, что тела в изготовленном из шихты согласно изобретению огнеупорном изделии тем сильнее образуют микротрещины, то есть тем сильнее действуют в качестве эластификаторов, чем сильнее структура тел отличается от образованной основным компонентом области. По этой причине может быть предусмотрено, что тела имеют иную структуру, чем структура, которая образуется из основного компонента после обжига шихты согласно изобретению в изготовленном из нее огнеупорном изделии. Для достижения этой цели у специалиста имеются многочисленные возможности из уровня техники. Прежде всего, специалисту известно, что структура огнеупорного изделия образуется в зависимости от вида и свойств использованного для образования структуры сырьевого материала, то есть, прежде всего, вида использованных сырьевых материалом, их соответствующей массовой доли, а также их соответствующей величины зерен.
Предметом изобретения является также способ изготовления огнеупорного изделия, который включает в себя следующие признаки:
обеспечение шихты согласно изобретению, обжиг шихты в огнеупорное изделие.
Обеспеченную для способа согласно изобретению шихту согласно изобретению могут смешивать, например, в смесительном устройстве, например в смесителе принудительного действия. За счет этого возможно однородное смешение тел, а также сырьевых материалов основного компонента, так что тела распределяются нерегулярно и равномерно по объему шихты и, тем самым, по объему изготавливаемого из шихты огнеупорного изделия. Перед смешиванием и/или во время смешивания шихты к ней могут добавлять обычное связующее, прежде всего связующее для сырого состояния, например лигносульфонат. Это связующее для сырого состояния может служить для придания сырому телу прочность в сыром состоянии.
Смешанную, при необходимости, шихту могут, например, формовать посредством прессования в формованное тело, в так называемое сырое тело.
Сырое тело могут высушить, например, в сушильном устройстве, например в сушильной печи.
Сформованную, при необходимости, в сырое тело и, при необходимости, просушенную шихту могут затем обжечь в огнеупорное изделие. Обжиг могут проводить, прежде всего, в печи.
Когда шихта согласно изобретению служит для изготовления огнеупорного керамического изделия, обжиг проводят как спекающий обжиг, при котором компоненты шихты спекаются друг с другом. Обжиг могут проводить при подходящих для спекания компонентов шихты температурах. Их выбирают в зависимости от вида и свойств компонентов шихты. Например, обжиг могут проводить при температурах в диапазоне между 1400 и 1600°С.
Когда шихта согласно изобретению служит для изготовления связанного углеродом огнеупорного керамического изделия, обжиг проводят так, что углерод шихты образует углеродную связку, которая соединяет друг с другом компоненты шихты. Обжиг шихты могут проводить при подходящих для образования углеродной связки температурах. Их выбирают в зависимости от вида и свойств компонентов шихты. Например, обжиг могут проводить при температурах в диапазоне между 1400 и 1600°С.
После обжига шихты ее могут охлаждать. После охлаждения получают огнеупорное изделие.
Предметом изобретения также является огнеупорное изделие, которое может изготавливаться, прежде всего, посредством способа согласно изобретению, и которое включает в себя следующие признаки:
первую область из связанных друг и другом зерен по меньшей мере из одного огнеупорного керамического сырьевого материала, а также
вторые области, причем вторые области имеют следующие признаки: вторые области состоят из спеченных друг с другом зерен по меньшей мере из одного огнеупорного керамического сырьевого материала, причем вторые области имеют долю глинистых минералов ниже 10% по массе относительно суммарной массы вторых областей,
вторые области имеют отношение (толщина):(ширина):(длина) (1):(≥ 1 и ≤ длина):(≥3),
вторые области расположены в первой области без порядка, первая область, с одной стороны, и вторые области, с другой стороны, различаются в отношении их соответствующих структур.
Когда огнеупорное изделие согласно изобретению изготовлено из шихты согласно изобретению посредством способа согласно изобретению, первая область образована посредством спекания из основного компонента, а также вторые области образованы посредством спекания из тел.
Когда изделие присутствует в виде огнеупорного керамического изделия, зерна первой области связаны друг с другом через спеченную связку или первая область присутствует из спеченных друг с другом зерен по меньшей мере из одного огнеупорного керамического сырьевого материала. Когда изделие присутствует в виде связанного углеродом изделия, зерна первой области связаны друг с другом через углеродную связку или первая область присутствует из связанных друг с другом через углеродную связку зерен по меньшей мере из одного огнеупорного керамического сырьевого материала.
В связи с этим, первая область по время обжига образует матрицу, в которую в качестве вторых областей огнеупорного изделия внедрены тела. Прежде всего, вторые области внедрены в образованную основным компонентом матрицу в виде островков, то есть в виде небольших, изолированных друг от друга областей.
При этом вторые области в огнеупорном изделии проявляют свое вышеописанное действие в качестве эластификатора, на что указывает значительно меньшей модуль упругости огнеупорного изделия.
Однако согласно изобретению было также установлено, что огнеупорные свойства содержащего такую вторую область с другой структурой огнеупорного керамического изделия могут ухудшаться, прежде всего может ухудшаться высокая огнеупорность такого изделия. Так, например, ухудшенные значения размягчения под давлением такого изделия проявлялись, когда имеется такой состав областей, что они образуют жидкие фазы расплава уже при сравнительно низких температурах применения. В этой связи согласно изобретению было установлено, что вторые области должны были иметь долю глинистых минералов ниже 10% по массе, так чтобы вторые области при сравнительно низких температурах, то есть прежде всего уже при температурах ниже 1400°С или, предпочтительно ниже 1450°С не образовывали такие количества низкоплавких фаз, которые отрицательно влияют на термостойкость изделия.
Предпочтительно, огнеупорные керамические изделия согласно изобретению имеют значения размягчения под давлением Т0,5>1400°С, более предпочтительно, >1450°С, и еще более предпочтительно >1500°С. Значение размягчения под давлением определяется по DIN EN ISO 1893:2008-09.
Под глинистыми минералами здесь понимаются, прежде всего, алюмосиликаты, прежде всего глинистые минералы каолиновой группы, прежде всего каолинит. Чтобы не ухудшать огнеупорные свойства огнеупорного керамического изделия согласно изобретению в отношении его размягчения под давлением, В связи с этим, предусмотрено, что вторые области имеют долю глинистых минералов ниже 10% по массе, и особо предпочтительно, имеют долю глинистых минералов, наиболее близкую к 0% по массе доле глинистых минералов, то есть более предпочтительно ниже 9, еще более предпочтительно ниже 5% по массе, еще более предпочтительно ниже 3% по массе, еще более предпочтительно ниже 2% по массе, и еще более предпочтительно ниже 1% по массе, соответственно относительно суммарной массы вторых областей.
Согласно изобретению было установлено, что, прежде всего, огнеупорные свойства огнеупорного керамического изделия в отношении его размягчения под давлением ухудшаются, когда вторые области имеют долю глинистого минерала муллита. Поэтому согласно изобретению, предпочтительно, предусмотрено, что вторые области имеют долю муллита ниже 7% по массе, более предпочтительно ниже 3% по массе, и еще более предпочтительно ниже 1% по массе, соответственно относительно суммарной массы вторых областей.
Также для поддержания доли возможно образующихся во вторых областях жидких фаз расплава может быть предусмотрено, что вторые области имеют соответственно долю SiO2 ниже 30% по массе относительно суммарной массы вторых областей, прежде всего также ниже 20, более предпочтительно ниже 10% по массе, еще более предпочтительно ниже 5% по массе, еще более предпочтительно ниже 3% по массе, и еще более предпочтительно ниже 1% по массе.
Также для поддержания наиболее низкой доли жидких фаз расплава во вторых областях может быть предусмотрено, что вторые области имеют долю стекловидных фаз ниже 10% по массе относительно суммарной массы вторых областей, более предпочтительно ниже 5% по массе, еще более предпочтительно ниже 3% по массе, и еще более предпочтительно ниже 1% по массе.
Наконец, также для поддержания наиболее низкой доли жидкой фазы расплава во вторых областях может быть предусмотрено, что вторые области имеют суммарную массу щелочей, прежде всего суммарную массу Na2O, K2O и Li2O, ниже 3% по массе относительно суммарной массы вторых областей, более предпочтительно ниже 2% по массе, и еще более предпочтительно ниже 1% по массе.
Вторые области изделия согласно изобретению состоят из спеченных друг с другом зерен по меньшей мере из одного огнеупорного керамического сырьевого материала.
В принципе, вторые области могут быть образованы из спеченных друг с другом зерен из любого огнеупорного керамического сырьевого материала. Предпочтительно, вторые области состоят по меньшей мере из одного из следующих керамических сырьевых материалов: магнезии, шпинели, корунда, диоксида циркония, форстерита, хромовой руды, циркониевого электрокорунда, циркономуллита, титаната алюминия, титаната магния или титаната кальция, в именно, предпочтительно по меньшей мере до 90% по массе, более предпочтительно по меньшей мере до 95% по массе или также до 100% по массе, соответственно относительно суммарной массы вторых областей.
Магнезия (MgO) может присутствовать во вторых областям в виде по меньшей мере одного из сырьевых материалов: спеченной магнезии или сплавленной магнезии. В отношении шпинели речь идет по меньшей мере об одном минерале из группы шпинелей. Прежде всего, шпинель может присутствовать в виде по меньшей мере одного из минералов: магнезиальной шпинели (MgAl2O4), герцинита (FeAl2O4), галаксита (MnAl2O4), хромита (FeCr2O4), плеонаста ((Mg, Fe)(Al, Fe)2O4, пикрохромита (MgCr2O4), гаусманнита (Mn3O4), магнетита (Fe3O4) или ганита (ZnAl2O4). Корунд может присутствовать в виде по меньшей мере одного из сырьевых материалов: сплавленного корунда, спеченного корунда или кальцинированного глинозема. Диоксид циркония (ZrO2) может присутствовать в телах полностью или частично стабилизированным, например, стабилизированным посредством по меньшей мере одного из оксидов: CaO, MgO или Y2O3.
Прежде всего, вторые области могут состоять из спеченных друг с другом зерен по меньшей мере из одного из следующих огнеупорных керамических сырьевых материалов: магнезии, шпинели или корунда, предпочтительно, магнезиальной шпинели, герцинита или корунда, особо предпочтительно, магнезиальной шпинели, герцинита или спеченного корунда, а именно, предпочтительно, соответственно по меньшей мере до 90% по массе, более предпочтительно по меньшей мере до 95% по массе или также до 100% по массе, соответственно относительно суммарной массы вторых областей.
Соответственно вышеназванным сырьевым материалам вторые области могут включать в себя одну из следующих минеральных фаз: периклаз (MgO), магнезиальную шпинель, герцинит, галаксит, хромит, плеонаст, пикрохромит, гаусманит, магнетит или ганит, корунд (Al2O3), диоксид циркония, форстерит, циркониевый электрокорунд, циркономуллит, титанат алюминия, титанат магния или титанат кальция. Прежде всего, вторые области могут включать в себя вышеназванные минеральные фазы по меньшей мере до 90% по массе, более предпочтительно по меньшей мере до 95% по массе, еще более предпочтительно по меньшей мере до 99% по массе, и еще более предпочтительно по меньшей мере до 99% по массе или также до 100% по массе, соответственно относительно суммарной массы вторых областей.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления предусмотрено, что вторые области включают в себя по меньшей мере одну из минеральных фаз: периклаз, магнезиальную шпинель, герцинит или корунд, особо предпочтительно, магнезиальную шпинель, герцинит или корунд, а именно, предпочтительно, соответственно по меньшей мере до 90% по массе, более предпочтительно по меньшей мере до 95% по массе и, например, также до 100% по массе, соответственно относительно суммарной массы вторых областей.
Вторые области имеют отношение (толщина):(ширина):(длина) (1):(≥ 1 и ≤ длина):(≥3). Другими словами, ширина вторых областей больше или равна толщина вторых областей и меньше или равна длине вторых областей, кроме того, длина вторых областей больше или равна тройной толщине вторых областей.
Тем самым, вторые области имеют по существу стержневую или пластинчатую геометрию. Имеют ли вторые области по существу такую стержневую или пластинчатую геометрию, зависит от отношения ширины к толщине и длине вторых областей. Если ширина равна или лишь незначительно больше, чем толщина соответствующей второй области, то вторая область имеет по существу стержневую форму. Если, напротив, ширина больше и, прежде всего, лишь незначительно меньше длины или равна длине второй области, то вторая область имеет по существу пластинчатую форму.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления вторые области имеют отношение (толщина):(ширина):(длина) (1):(от 1 до 5):(от 3 до 3), причем ширина, как описано выше, меньше длины или равна длине второй области.
Как соответственно изложено выше применительно к телам шихты, выяснилось, что вторые области могут особо эффективно оказывать свое эластифицирующее действие, а также свое действие в отношении подавления распространения трещин в изделии, начиная с длины примерно в 1 мм. Помимо этого, согласно изобретению выяснилось, что вторые области, начиная с длины примерно в 30 мм, могут легко разрушаться. На этом фоне вторые области согласно одному предпочтительно варианту осуществления имеют длину в диапазоне от 1 до 30 мм. В этой связи вторые области могут, предпочтительно, иметь длину максимально 30 мм, более предпочтительно максимально 25 мм, предпочтительно, еще более предпочтительно максимально 20 мм, и еще более предпочтительно максимально 15 мм. Помимо этого, вторые области, предпочтительно, могут иметь длину по меньшей мере 1 мм, более предпочтительно длину по меньшей мере 2 мм, еще более предпочтительно по меньшей мере 3 мм, еще более предпочтительно по меньшей мере 5 мм, еще более предпочтительно по меньшей мере 8 мм, и еще более предпочтительно по меньшей мере 10 мм. Особо предпочтительно, вторые области имеют длину в диапазоне от 3 до 15 мм, и еще более предпочтительно длину в диапазоне от 5 до 15 мм.
Согласно изобретению выяснилось, что действие вторых областей в качестве эластификаторов может зависеть, прежде всего, от отношения их длины к диаметру зерна зерен сырьевого материала первой области. При этом согласно изобретению выяснилось, что вторые области особо предпочтительно проявляются свое действие в качестве создателей микротрещин и, тем самым, эластификаторов тогда, когда первая область присутствует в виде спеченных друг с другом зерен по меньшей мере из одного огнеупорного керамического сырьевого материала, и вторые области имеют длину, которая по меньшей мере соответствует длине среднего диаметра зерна самых крупных зерен первой области. Другими словами: вторые области имеют соответственно, по меньшей мере, длину среднего диаметра зерна самых крупных зерен первой области.
Средний диаметр зерна самых крупных зерен первой области может определиться, прежде всего, по DIN EN 623-3:2003.
Согласно изобретению выяснилось, что вторые области предпочтительным образом проявляются свое действие в качестве эластификатора, прежде всего, тогда, когда они присутствуют в изделии в специфической объемной доле. В этой связи может быть предусмотрено, что вторые области присутствуют в изделии в объеме в диапазоне от 0,5 до 30% по объему относительно суммарного объема изделия. В связи с этим, может быть предусмотрено, что вторые области присутствуют в шихте в объемной доле по меньшей мере 0,5% по объему относительно суммарного объема изделия, более предпочтительно в объемной доле по меньшей мере 1% по объему, еще более предпочтительно по меньшей мере 1,5% по объему, и еще более предпочтительно по меньшей мере 2% по объему. Помимо этого, может быть предусмотрено, что вторые области присутствуют в изделии в объемной доле максимально 30% по объему относительно суммарного объема изделия, более предпочтительно в объемной доле максимально 25% по объему, еще более предпочтительно в объемной доле максимально 20% по объему, и еще более предпочтительно в объемной доле максимально 15% по объему. В этой связи вторые области, предпочтительно, присутствуют в изделии в диапазоне от 1 до 20% по объему, более предпочтительно в объемной доле в диапазоне от 1 до 15% по объему, и еще более предпочтительно в объемной доле в диапазоне от 2 до 15% по объему, соответственно относительно суммарного объема изделия. Согласно изобретению выяснилось, что вторые области только тогда могут не проявлять или проявлять лишь в недостаточном объеме свое действие в качестве эластификатора, когда они присутствуют в огнеупорном изделии ниже заданной объемной доли. Помимо этого, согласно изобретению выяснилось, что образование микротрещин в изделии посредством вторых областей может быть слишком обширным, когда вторые области присутствуют в изделии выше заданной доли. Однако за счет слишком обширного образования микротрещин прочность изделия будет ухудшаться.
Первая область может присутствовать в огнеупорном керамическом изделии в объемной доле в диапазоне от 70 до 99,5% по объему относительно суммарного объема огнеупорного изделия. В этой связи первая область может, например, присутствовать в огнеупорном керамическом изделии в массовой доле максимально в 99,5% по объему относительно суммарного объема огнеупорного керамического изделия, более предпочтительно в объемной доле максимально 99% по объему, еще более предпочтительно в объемной доле максимально 98,5% по объему, и еще более предпочтительно в объемной доле максимально 98% по объему. Предпочтительно, первая область может присутствовать в огнеупорном керамическом изделии в объемной доле в диапазоне от 80 до 99% по объему, более предпочтительно в объемной доле в диапазоне от 85 до 99% по объему, и еще более предпочтительно в объемной доле в диапазоне от 85 до 98% по объему, соответственно относительно суммарного объема огнеупорного керамического изделия.
Когда в отдельном случае не задано иначе, приведенные здесь данные по объемным долям или массовым долям области или фазы, которые относятся к суммарному объему или суммарной массе изделия, относятся к суммарному объему или суммарной массе изделия без возможных объемных долей или массовых долей свободного углерода, которые, прежде всего, также может иметь изделие согласно изобретению в виде связанного углеродом изделия. Свободный углерод в выше обозначенном смысле включает в себя закоксованный углерод, а также связанный через углеродную связку присутствующий углерод.
Может быть предусмотрено, что первая область и вторые области суммируются до 100% по массе, то есть суммарной массы огнеупорного керамического изделия. За счет этого в этом варианте осуществления огнеупорный керамический материал, наряду с первой областью и вторыми областями, наряду с возможными долями свободного углерода, не содержит других областей или фаз.
Согласно одному варианту осуществления предусмотрено, что огнеупорно керамическое изделие, наряду с первой областью и вторыми областями, содержит другие области или фазы в объемной доле ниже 10% по объему относительно суммарного объема огнеупорного керамического изделия, более предпочтительно ниже 9% по объему, еще более предпочтительно ниже 5% по объему, и еще более предпочтительно ниже 1% по объему.
Когда огнеупорное изделие присутствует в виде спеченного огнеупорного керамического изделия, может быть, прежде всего, предусмотрено, что огнеупорное керамическое изделие имеет доли свободного углерода ниже 10% по массе относительно суммарной массы огнеупорного керамического изделия без свободного углерода, более предпочтительно, 5% по массе, и еще более предпочтительно ниже 1% по массе.
Когда огнеупорное изделие присутствует в виде огнеупорного изделия со смешанной связкой (то есть, с керамической связной и углеродной связкой), может быть, прежде всего, предусмотрено, что шихта имеет доли свободного углерода до максимально 30% по массе относительно суммарной массы изделия без свободного углерода, предпочтительно долю в диапазоне от 1 до 30% по массе, более предпочтительно, с долей в диапазоне от 3 до 30% по массе.
Предпочтительно, первая область включает в себя спеченные друг с другом зерна по меньшей мере из одного из следующих огнеупорных керамических сырьевых материалов: магнезии, обожженного доломита, шпинели (прежде всего магнезиальной шпинели), корунда, форстерита, хромита, хромистого корунда, магнезиального хромита или муллита, а именно, предпочтительно по меньшей мере до 90% по массе, более предпочтительно по меньшей мере до 95% по массе, еще более предпочтительно по меньшей мере до 99% по массе или также до 100% по массе, соответственно относительно суммарной массы первой области.
Предпочтительно, может быть, прежде всего, предусмотрено, что первая область включает в себя спеченные друг с другом зерна таких сырьевых материалов, благодаря которым огнеупорное керамическое изделие является высокоогнеупорным. В этой связи может быть, прежде всего, предусмотрено, что первая область не включает в себя или включает в себя лишь в незначительном объеме спеченные друг с другом зерна сырьевых материалов форстерита и/или муллита. В этой связи первая область, предпочтительно, может включать в себя спеченные друг с другом зерна по меньшей мере из одного из следующие огнеупорных керамических сырьевых материалов:
магнезии, обожженного доломита, шпинели (прежде всего магнезиальной шпинели), корунда, хромита, хромистого корунда или магнезиального хромита, особо предпочтительно, из магнезии, обожженного доломита, магнезиальной шпинели или корунда, далее более особо предпочтительно из магнезии, и совершенно особо предпочтительно, из спеченной магнезии, а именно, предпочтительно, соответственно по меньшей мере до 90% по массе, более предпочтительно по меньшей мере до 95, еще более предпочтительно по меньшей мере до 98% по массе, еще более предпочтительно по меньшей мере до 99% по массе или также до 100% по массе, соответственно относительно суммарной массы первой области.
Соответственно вышеназванным сырьевым материалам, первая область может включать в себя по меньшей мере одну из следующих минеральных фаз: периклаз, шпинель (прежде всего, магнезиальную шпинель), корунд, форстерит или пикрохромит, предпочтительно по меньшей мере одну из минеральных фаз: периклаз, шпинель (прежде всего, магнезиальную шпинель) или корунд и, особо предпочтительно, периклаз, а именно, предпочтительно по меньшей мере до 90% по массе, более предпочтительно по меньшей мере до 95, еще более предпочтительно по меньшей мере до 98% по массе, еще более предпочтительно по меньшей мере до 99% по массе или также до 100% по массе, соответственно относительно суммарной массы первой области.
Предпочтительно, предусмотрено, что зерна первой области имеют максимальный диаметр зерна 10 мм. Максимальный диаметр зерна самых крупных спеченных зерен сырьевого материала, из которых образована первая область, составляет согласно одному варианту осуществления максимально 10 мм, более предпочтительно максимально 8 мм, еще более предпочтительно максимально 6 мм, и еще более предпочтительно максимально 5 мм. Средний диаметр зерна самых крупных зерен определяется по DIN EN 623-3: 2003.
Согласно изобретению предусмотрено, что первая область, с одной стороны, и вторые области, с другой стороны, отличаются друг от друга в отношении их соответствующих структур. Другими словами, в огнеупорном керамическом материале первая область имеет иную структуру, чем вторые области.
Согласно изобретению было установлено, что особое значения для эффективности вторых областей в изделии является их расположение в изделии.
Так, например, было установлено, что вторые области могут особо эффективно снижать хрупкость изделия, прежде всего тогда, когда они располагаются в образованной первой областью матрице без порядка. Сообразно этому, вторые области распределяются по объему изделия без порядка, то есть беспорядочно или без единообразной ориентации. Так как в этом случае они могут образовывать равномерно по объему изделия поля напряжений и, тем самым, создавать микротрещины, посредством которых снижается хрупкость изделия и повышается его эластичность. В связи с этим, согласно изобретению было установлено, что вторые области ни в коем случае не должны присутствовать в изделии в значительной степени или полностью единообразно ориентированными, то есть, например, ориентированными в одинаковом направлении, так как в этом случае в изделии могут образовываться поля напряжения, которые могут приводить к повреждению или даже разрушению изделия.
Когда изделие изготавливается посредством шихты согласно изобретению, беспорядочность вторых областей в изделии может быть, прежде всего, улучшена за счет того, что компоненты шихты при изготовлении изделия смешиваются, прежде всего тщательно смешиваются, друг с другом.
Помимо этого, предметом изобретения является применение описанного выше синтетического сырьевого материала из зерен в шихте для изготовления огнеупорного изделия для снижения модуля упругости изготавливаемого из шихты огнеупорного изделия.
При этом применение может происходить с помощью мероприятий соответственно способу согласно изобретению.
Другие признаки изобретению следуют из пунктов формулы изобретения, а также описанных ниже примеров осуществления изобретения.
Все раскрытые здесь признаки изобретения являются произвольно комбинируемыми друг с другом отдельно или в сочетаниях.
Пример осуществления
Были приготовлены четыре шихты согласно изобретению, которые имели соответственно основной компонент из огнеупорного керамического сырьевого материала в виде спеченной магнезии, а также синтетический сырьевой материал.
Спеченная магнезия основного компонента присутствовала с распределением размера зерна относительно спеченной магнезии:
| от 1 до 5 мм: | 50% по массе |
| от 0,1 до <1 мм: | 20% по массе |
| <0,1 мм: | 30% по массе. |
Помимо этого, спеченная магнезия имела следующий химический состав относительно спеченной магнезии:
| MgO: | 96,4% по массе |
| СаО: | 2,0% по массе |
| SiO2: | 0,7% по массе |
| Fe2O3: | 0,1% по массе |
Остальное: 0,8% по массе.
Синтетический сырьевой материал состоял или из пластинчатых тел, или из стержневых тел, которые были образованы, соответственно, из спеченных друг с другом зерен из спеченного корунда. Доля минеральной фазы корунда (Al2O3) в пластинчатых телах и стержневых телах составляла, соответственно, >99,8% по массе. Пластинчатые тела имели длину и ширину, соответственно, в диапазоне от примерно 3 до 10 мм и толщину примерно длину примерно 1 мм. Тела имели толщину и ширину соответственно примерно 1 м и длину примерно 8 мм.
Из этих компонентов были приготовлены четыре обозначенные в нижеследующей таблице 1 как V1-V4 шихты, соответствующий состав которых приведен в таблице 1.
Для целей сравнения были приготовлены другие, не относящиеся к изобретению шихты. Эти шихты имели, с одной стороны, также спеченную магнезию, которую также имели шихты согласно изобретению примеров осуществления. Впрочем, не имеющие отношение к изобретению шихты, имеют не один из синтетических сырьевых материалов шихты согласно изобретению, а другой сырьевой материал в виде электрокорунда высшего качества с размером зерна в диапазоне от 0,5 до 1 мм и долей Al2O3 в 99,8% по массе относительно корунда высшего качества. Состав этих не относящихся к изобретению шихт, которые обозначены в таблице 1 как V5 и V6, также приведены в таблице 1.
Данные относительно примеров шихты V1-V6 в таблице 1 являются данными в % по объему относительно суммарного объема соответствующей шихты.
Шихты V1-V6 были обработаны посредством способа согласно изобретению. Для этого шихты V1-V6 сначала были смешаны в смесителе. Во время смешивания шихты V1-V6 были смешаны со связующим для сырого состояния в виде лигносульфоната. При этом связующее добавлялось к шихтам V1-V6 с массовой долей 3,9% относительно суммарной массы шихты без связующего.
Затем шихты V1-V6 были сформованы в сырые тела в прессе при давлении прессования 130 МПа и после этого высушены в сушильном устройстве в течение 24 часов при температуре 120°С.
Затем высушенные сырые тела были обожжены в огнеупорные керамические изделия. Обжиг проводился в печи при температуре 1600°С в течение 6 часов. При этом компоненты шихт V1-V6 спекались соответственно в огнеупорное керамическое изделие.
Полученные путем обжига шихт V1-V6 спеченные огнеупорные керамические изделия имели соответственно первую область из спеченных друг с другом зерен спеченной магнезии основного компонента. Кроме того, эти изготовленные из шихт V1 и V3 изделия имели соответственно вторые области, которые были образованы из пластинчатых зерен соответствующих шихт V1 и V3. Соответственно изготовленные из шихт V2 и V4 изделия имели соответственно вторые области, которые были образованы из стержневых зерен соответствующих шихт V2 и V4. При этом первая область из спеченной магнезии образовала соответственно матрицу изделия, в которую соответственно внедрены в виде островков вторые области. Структура вторых областей была образована соответственно во внутренней области из спеченных друг с другом зерен из плавленого корунда и краевой области из магнезиальной шпинели, которая окружала внутреннюю область зерен из плавленого корунда. Эта краевая область из магнезиальной шпинели второй области образовалась во время обжига из плавленого корунда пластинчатых и стержневых тел, с одной стороны, и спеченной магнезии основного компонента, с другой стороны. Геометрия вторых областей в изделиях из шихт V1 и V3 соответствовала геометрии пластинчатых тел, и геометрия вторых областей в изделиях из шихт V2 и V4 соответствовала геометрии стержневых тел.
По причине перемешивания шихт V1-V4 пластинчатые и стержневые тела были соответственно равномерно и беспорядочно распределены по объемам V1-V4, вследствие чего вторые области были соответственно равномерно и без порядка расположены в образованной из первой области матрицы в соответствующем огнеупорном керамическом изделии.
Первая область образовывала в изделиях соответственно структуру из спеченных друг с другом зерен из спеченной магнезии. Соответственно, первая область преимущественно состояла из минеральной фазы периклаза. За счет этого структура первой области и структура вторых областей соответственно заметно отличались друг от друга, а именно, прежде всего, в отношении соответствую минеральной фазы периклаза или корунда/магнезиальной шпинели.
По причине их особой геометрии, а также отличающейся от первой области структуры, вторые области в изделиях соответственно действовали в качестве эластификаторов. Это эластифицирующее действие удалось доказать на основании значительно уменьшенного модуля Юнга огнеупорных керамических изделий.
Полученные посредством обжига шихт V5 и V6 спеченные огнеупорные керамические изделия имели соответственно первую область из спеченных друг с другом зерен спеченной магнезии, в которую были включены области из магнезиальной шпинели. Эта магнезиальная шпинель образовалась во время керамического обжига из спеченной магнезии и электрокорунда высшего качества. Эта магнезиальная шпинель действовала в изделиях как известный из уровня техники эластификатор.
Чтобы иметь возможность определения хрупкости изготовленных из шихт V1-V6 огнеупорных керамических изделий, был определен модуль упругости (модуль Е). При этом модуль Е определялся из времени пробега звука по ASTM С 1419-99а (пересмотрен в 2009 году).
В нижеследующей таблице 2 приведены полученные сообразно с ним результаты этих измерений, причем полученные из шихт V1-V4 согласно изобретению огнеупорные керамические изделия обозначены как V1-V4, и изготовленные из шихт V5 и V6 согласно изобретению согласно уровню техники огнеупорные керамические изделия обозначены как V5 и V6.
Как следует из приведенных в таблице 2 значений, за счет предлагаемого применения синтетического сырьевого материала из тел из спеченных зерен из корунда в шихтах V1-V4 удалось значительно снизить модуль Е изготовленных из них огнеупорных керамических изделий по сравнению с модулем Ея в таких изделиях, которые были изготовлены из шихт, которые отличаются от шихт V1-V4 лишь тем, что они имеют вместо тел корунд высшего качества.
1. Шихта для изготовления огнеупорного изделия, включающая в себя следующие компоненты:
1.1 основной компонент по меньшей мере из одного огнеупорного керамического сырьевого материала, состоящий из MgO по меньшей мере до 50 % по массе, а также
1.2 по меньшей мере один синтетический сырьевой материал со следующими признаками:
1.2.1 синтетический сырьевой материал состоит из тел, причем тела имеют следующие признаки:
1.2.1.1 тела состоят из спеченных друг с другом зерен по меньшей мере из одного огнеупорного керамического сырьевого материала, причем
1.2.1.2 тела имеют долю глинистых минералов ниже 10% по массе относительно суммарной массы тел,
1.2.2 тела имеют отношение (толщина):(ширина):(длина) (1):(≥1 и ≤ длина):(≥3).
2. Шихта по п. 1, причем тела включают в себя спеченные друг с другом зерна по меньшей мере из одного из следующих огнеупорных керамических сырьевых материалов: магнезии, шпинели, корунда, диоксида циркония, форстерита, хромовой руды, циркониевого электрокорунда, циркономуллита, титаната алюминия, титаната магния или титаната кальция.
3. Шихта по меньшей мере по одному из предшествующих пунктов, причем тела имеют длину в диапазоне от 1 до 30 мм.
4. Шихта по меньшей мере по одному из предшествующих пунктов, причем по меньшей мере один огнеупорный керамический сырьевой материал основного компонента присутствует в виде зерен, и причем тела имеют длину, которая соответствует, по меньшей мере, длине среднего диаметра зерна самых крупных зерен основного компонента.
5. Шихта по меньшей мере по одному из предшествующих пунктов, причем тела присутствуют в шихте в объеме в диапазоне от 0,5 до 30% по объему относительно суммарного объема шихты.
6. Шихта по меньшей мере по одному из предшествующих пунктов, причем основной компонент присутствует в шихте в объемной доле от 70 до 99,5% по объему относительно суммарного объема шихты.
7. Шихта по меньшей мере по одному из предшествующих пунктов, причем основной компонент включает в себя по меньшей мере один из следующих огнеупорных керамических материалов: магнезию, обожженный доломит, шпинель, корунд, форстерит, хромит или муллит.
8. Шихта по меньшей мере по одному из предшествующих пунктов, причем основной компонент, а также тела присутствуют в шихте таким образом, что в изготовленном из шихты посредством керамического обжига огнеупорном изделии образованная из основного компонента область изделия, с одной стороны, и образованные из зерен области изделия, с другой стороны, отличаются в отношении их соответствующей структуры.
9. Способ изготовления огнеупорного изделия, включающий в себя следующие признаки:
9.1 обеспечение шихты по меньшей мере по одному из предшествующих пунктов,
9.2 обжиг шихты в огнеупорное изделие.
10. Огнеупорное изделие, включающее в себя следующие признаки:
10.1 первую область из связанных друг с другом зерен по меньшей мере из одного огнеупорного керамического сырьевого материала, причем первая область включает периклаз,
10.2 вторые области, причем вторые области имеют следующие признаки:
10.2.1 вторые области состоят из спеченных друг с другом зерен по меньшей мере из одного огнеупорного керамического сырьевого материала, причем
10.2.2 вторые области имеют долю глинистых минералов ниже 10% по массе относительно суммарной массы вторых областей,
10.2.3 вторые области имеют отношение (толщина):(ширина):(длина) (1):(≥1 и ≤ длина):(≥3),
10.3 вторые области расположены в первой области без порядка,
10.4 первая область, с одной стороны, и вторые области, с другой стороны, отличаются в отношении их соответствующей структуры.
11. Изделие по п. 10, причем вторые области включают в себя спеченные друг с другом зерна по меньшей мере из одного из следующих огнеупорных керамических сырьевых материалов: магнезии, шпинели, корунда, диоксида циркония, форстерита, хромовой руды, циркониевого электрокорунда, циркономуллита, титаната алюминия, титаната магния или титаната кальция.
12. Изделие по меньшей мере по одному из пп. 10, 11, причем вторые области имеют длину в диапазоне от 1 до 30 мм.
13. Изделие по меньшей мере по одному из пп. 10-12, причем вторые области имеют длину, которая соответствует, по меньшей мере, длине среднего диаметра зерна самых крупных зерен первой области.
14. Изделие по меньшей мере по одному из пп. 10-13, причем вторые области присутствуют в изделии в объемной доле в диапазоне от 0,5 до 30% по объему относительно суммарного объема изделия.
15. Изделие по меньшей мере по одному из пп. 10-14, причем первая область присутствует в изделии в объемной доле от 70 до 99,5% по объему относительно суммарного объема изделия.
16. Изделие по меньшей мере по одному из пп. 10-15, причем первая область включает в себя спеченные друг с другом зерна по меньшей мере из одного из следующих огнеупорных материалов: магнезии, обожженного доломита, шпинели, корунда, форстерита, хромита или муллита.
17. Применение синтетического сырьевого материала со следующими признаками:
17.1 синтетический сырьевой материал состоит из тел, причем тела имеют следующие признаки:
17.1.1 тела состоят из спеченных друг с другом зерен по меньшей мере из одного огнеупорного керамического сырьевого материала, причем
17.1.2 тела имеют долю глинистых минералов ниже 10% по массе относительно суммарной массы тел,
17.1.3 тела имеют отношение (толщина):(ширина):(длина) (1):(≥1 и ≤ длина):(≥3),
17.2 синтетический сырьевой материал используется в шихте для изготовления огнеупорного изделия для уменьшения модуля упругости изготавливаемого из шихты огнеупорного керамического изделия.
