ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТЫХ ОГНЕУПОРОВ Российский патент 1994 года по МПК C04B35/10 C04B35/18 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к области производства огнеупорных изделий для футеровки сталеразливочных ковшей и для кладки воздухонагревателей доменных печей.

Известна шихта для изготовления высокоглиноземистых огнеупоров [1], включающая муллитокорундовый шамот, связующее и смесь технического глинозема с глиной в следующем соотношении, мас.%:
cмесь технического глино-
зема с глиной в соотно- шении от 1:1 до 2:1 10-20
связующее (фосфорная кислота) 10-15
муллитокорундовый шамот остальное
Изготовленные из известной шихты изделия после обжига имеют нестабильные размеры, так как различия в химическом составе и плотности между техническим глиноземом и муллитокорундовым шамотом приводят к максимальным неравномерным объемным изменениям при обжиге. В результате при производстве огнеупорных изделий получают высокий процент брака.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является шихта для изготовления высокоглиноземистых огнеупоров [2], включающая муллитокорундовый шамот, связующее и смесь совместного помола глины, глинозема и муллитокорундового шамота в следующем соотношении, мас.%:
cмесь совместного помола 15-50 связующее 5-10
муллитокорундовый шамот остальное, а смесь совместного помола имеет следующий состав компонентов, мас.%: глина 15-30 глинозем 2-15
муллитокорундовый шамот остальное
Недостатком известной шихты является то, что изделия, изготовленные из нее, характеризуются нестабильными размерами.

Указанный недостаток обусловлен тем, что в процессе обжига высокоглиноземистых изделий происходит образование вторичного муллита за счет взаимодействия корунда с кремнеземом, а реакция образования вторичного муллита идет с увеличением объема и разрыхлением структуры огнеупорного материала.

Одновременно происходит большая линейная усадка изделий, так как присутствующий в шихте технический глинозем при обжиге изделий переходит из γ= Al₂O₃ в α= =Al₂O₃, что сопровождается значительным сопровождением уменьшением объема.

Таким образом при обжиге изделий, полученных из данной шихты, происходит их линейная усадка по высоте садки и рост изделий по горизонтали. И, соответственно, 5-7% готовых изделий не удовлетворяют ГОСТу и идут в брак.

Целью изобретения является стабилизация размеров изделий при обжиге.

Цель достигается тем, что в шихте для изготовления высокоглиноземистых огнеупоров, включающей муллитокорундовый шамот, связующее и смесь совместного помола глинистого компонента и муллитокорундового шамота, новым является то, что смесь совместного помола дополнительно содержит магнийсодержащий компонент, в качестве глинистого компонента каолин при следующем соотношении, мас.%: каолин 23-27
магнийсодержащий
компонент (в пересчете на окись магния) 2,5-3,5
муллитокорундовый шамот остальное
При этом шихта содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
смесь совместного помола 40-42 связующее 8-10
муллитокорундовый шамот остальное
В качестве связующего используют шликер, который является смесью водного раствора концентрата лигносульфоната технического плотностью не менее 1,15-1,17 г/см³ и молотого положского каолина. Плотность готового шликера должна быть не менее 1,25-1,20 г/см³.

В качестве магнийсодержащего компонента используют магнезитовый порошок, имеющий следующий химический состав, мас.%: MgO 87-90 CaO 3,5-5 SiO₂ 2,1-3,5 Al₂O₃ 0,6-1,3 Fe₂O₃ 1,5-2,0
Одновременное использование в шихте в качестве добавки магнезитового порошка, а в качестве глинистого компонента каолина и введение компонентов в заявляемых пределах обеспечивает получение высокоглиноземистых огнеупорных изделий со стабильными размерами, а именно, устраняет объемный рост изделий при обжиге и уменьшает их линейную усадку, делая ее равномерной.

Это обусловлено следующими факторами.

Процесс обpазованиия вторичного муллита при обжиге муллитокорундовых изделий характеризуется появлением кристаллов синтезированного муллита, значительным их ростом при повышении температуры обжига и увеличением размера пор. Наличие большого количества муллита мешает рекристаллизации корунда.

Следовательно, объемный рост муллитокорундовых изделий при обжиге зависит от количества образующегося вторичного муллита и от формирующейся кристаллической структуры огнеупорного материала.

Экспериментально установлено, что использование в шихте магнезитового порошка и каолина и содержание компонентов в указанных пределах приводит к задержке роста кристаллов муллита и корунда, к уменьшению размера пор и способствует формированию мелкокристаллической структуры муллитокорундового материала при снижении выхода муллита.

Воздействие магнезитового порошка связано с тем, что содержащаяся в нем окись магния образует на поверхности зерен муллита и корунда алюмомагнезиальную шпинель. В результате таких пограничных образований шпинели задерживается рост кристаллов корунда и муллита, кристаллы корунда приобретают более изометрическую форму. Одновременно уменьшается размер пор.

Использование в шихте каолина способствует замедленному росту кристаллов муллита и корунда при обжиге изделий за счет того, что каолин в отличие от глины содержит незначительное количество примесей - плавней (около 1,5% ). Снижение содержания примесей - плавней в шихте приводит к образованию меньшего количества стекловидного вещества, что также способствует формированию мелкокристаллической структуры муллитокорундового черепка.

При отсутствии технического глинозема в шихте снижается выход синтезированного муллита за счет уменьшения содержания корунда, идущего на его образование.

При использовании в шихте в качестве добавки магнезитового порошка, а в качестве глинистого компонента - каолина и введении компонентов в заявляемых пределах не только устраняется объемный рост изделий при обжиге, но и снижается их линейная усадка, причем линейная усадка становится равномерной.

Это обусловлено, во-первых, отсутствием глинозема в шихте и увеличением за счет этого содержания муллитокорундового шамота.

Во-вторых, MgO, вводимый в шихту в небольших количествах с магнезитовым порошком, уменьшает размер пор в муллитокорундовом черепке при его спекании, обеспечивая этим равномерную незначительную усадку изделий при обжиге.

Магнезитовый порошок и каолин вводятся в состав шихты в количествах, достаточных и необходимых для достижения положительного эффекта.

При введении магнезитового порошка в меньшем количестве содержание MgO в шихте оказывается недостаточным для образования алюмомагнезиальной шпинели, задерживающей рост кристаллов муллита и корунда. В этом случае происходит объемный рост изделий при обжиге и незначительная усадка изделий.

Увеличение содержания в шихте магнезитового порошка способствует снижению плотности сформованного изделия и увеличению усадки изделий при обжиге.

При введении каолина в шихту в меньшем количестве ухудшается формуемость изделий, так как каолин является компонентом, обладающим пластичностью и связующей способностью.

В этом случае уменьшается также количество примесей - плавней, вносимых в шихту, в результате спекание синтетического муллита не завершается вплоть до температуры его размягчения. При отсутствии жидкой фазы рекристаллизация муллита хотя и происходит, но она не обеспечивает спекания черепка.

При введении каолина в большем количестве наблюдается рост изделий при обжиге, так как за счет увеличенного содержания SiO₂, вносимого с каолином и взаимодействующего со свободным корундом шамота, возрастает образование вторичного муллита.

Одновременно возрастает содержание в шихте примесей - плавней. Увеличенное количество плавней снижает температуры возникновения муллита и способствует росту кристаллов. В результате происходит расширение материала при обжиге.

Содержание в шихте муллитокорундового шамота в большем количестве приводит к увеличению открытой пористости изделий, в то время как содержание в шихте шамота в меньшем количестве - к увеличению линейной усадки изделий при обжиге, следствием чего является образование трещин и посечек на поверхности изделий.

Для установки соответствия заявляемого технического решения критерию "Существенные отличия" проведен дополнительный поиск.

Выявлено, что известно введение магнезита в состав шихты для изготовления огнеупоров (см. а.с. СССР N 701977). Однако в известном техническом решении магнезит, введенный в шихту, обеспечивает снижение температуры обжига изделий и повышение их термостойкости, но не обеспечивает стабилизации размеров изделий при обжиге.

В известном техническом решении снижение температуры обжига изделий происходит за счет высокой степени муллитизации черепка.

В предлагаемом техническом решении стабилизация размеров изделий при обжиге происходит за счет снижения выхода муллита и формирования мелкокристаллической структуры муллитокорундового материала.

Таким образом установлено, что у заявляемого решения появляются свойства, не совпадающие со свойствами известного решения.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемое изобретение соответствует критериям "Новизна" и "Существенные отличия".

П р и м е р. Высокоглиноземистые огнеупоры из предлагаемой шихты изготавливают по следующей технологии.

Муллитокорундовый шамот дробят в шаровых мельницах и подают на грохота типа ГИЛ-42 для рассева на фракции.

Зерновой состав муллитокорундового шамота: 3,0-0,5 мм 90-95% менее 0,5 мм 5-10%
Совместный помол каолина, муллитокорундового шамота и магнезитового порошка осуществляют в двухкамерных трубных мельницах типа СМ 1455. Каолин и муллитокорундовый шамот дозируют в трубные мельницы автоматическими весовыми дозаторами марки ДПО - 250, магнезит Саткинский - автоматическими приспособлениями заводской конструкции.

Готовый совместный помол из трубных мельниц подают пневмотранспортом в бункеры прессового участка.

Зерновой состав совместного помола:
≅ 0,088 мм 87-93%
Шликер готовят в пропеллерной мешалке из водного раствора концентрата лигносульфоната технического плотностью 1,15-1,17 г/см³ и молотого положского каолина, дозируемого рычажными весами.

Затем шликер подают в граблевую мешалку, в которой его постоянно перемешивают и подогревают до температуры не менее 40^оС.

Компоненты шихты дозируют автоматическими дозаторами марок ДПО-500 (шамот) и ДПО-250 (совместный помол) и подают в смеситель типа М-115.

Увлажнение огнеупоpной массы производят шликером, который подается в смеситель через автоматический мерный бачок.

Обработку огнеупорной массы производят в смесителе в автоматическом цикле по описанному ниже режиму (см. таблицу).

Готовую огнеупорную массу из смесителя выгружают в питатель с диаметром отверстий в подвижном днище 20 мм. Из питателя массу подают ленточным конвейером на сито-протирку с диаметром от 10 до 15 мм.

Из полученной огнеупоpной массы прессуют изделия на коленорычажных прессах СМ 1085.

Отформованные изделия сушат в туннельном сушиле. Общее время сушки составляет 24 ч. Высушенные изделия подвергают обжигу в туннельной печи при 1620-1630^оС с выдержкой 3-4 ч при максимальной температуре. После обжига изделия охлаждают воздухом, подаваемым в канал печи в течение 33 ч.

Для проведения сравнительных испытаний были подготовлены 5 составов предлагаемой шихты для изготовления высокоглиноземистых огнеупоров, соответствущие предельным и оптимальному количествам компонентов.

Изменяли состав смеси совместного помола в заявляемых пределах при оптимальном соотношении компонентов в составе шихты:
смесь N 1 содержит, мас.%:
каолин 23,0
магнезит (в пере-
счете на MgO) 2,5
муллитокорундовый
шамот 74,5 смесь N 2 содержит, мас.%:
каолин 25,0
магнезит (в пере-
счете на MgO) 3,0
муллитокорундовый
шамот 72,0 смесь N 3 содержит, мас.%:
каолин 27,0
магнезит (в пере-
счете на МgO) 3,5
муллитокорундовый
шамот 69,5
Смеси NN 1,2,3 вводили в шихту, имеющую следующий состав, мас.%:
смесь совместного помола 41,0 шликер 9,0
муллитокорундовый шамот 50,0
Изменяли состав шихты в заявляемых пределах при оптимальном соотношении компонентов в смеси совместного помола:
шихта N 4 содержит, мас.%:
смесь совместного
помола 40,0
шликер 8,0
муллитокорундовый
шамот 52,0
шихта N 5 содержит, мас.%:
смесь совместного
помола 2,0
шликер 10,0
муллитокорундовый
шамот 48,0
В шихту NN 4,5 вводили смесь совместного помола, имеющую следующий состав, мас.%: каолин 25,0
магнезит (в пере- счете на MgO) 3,0
муллитокорундовый шамот 72,0
Смеси совместного помола NN 1,2,3 вводили соответственно в шихты NN 1,2,3, которые содержали компоненты в оптимальных количествах.

Смеси совместного помола N 4 и N 5 вводили в шихты N 4 и N 5, которые содержали компоненты в количествах, соответствующих нижнему (шихта N 4), верхнему (шихта N 5) предельным значениям.

Для сравнения были испытаны также шихты, в которых компоненты содержались в количествах, выходящих за пределы, предлагаемые настоящим техническим решением (шихты NN 6,7), а также шихты, состав которых защищен а.с. СССР N 1024439, принятым в качестве прототипа.

В процессе испытаний осуществляли контроль линейных размеров огнеупорных изделий по существующей методике (ГОСТ 5341-59 и ТУ 14-8-529-87). Контроль линейных размеров изделий проводили в два этапа: перед сушкой изделий; после обжига изделий.

Составы шихты и результаты проведенных испытаний высокоглиноземистых огнеупоров приведены в таблице.

Как видно из таблицы, изделия, изготовленные из предлагаемой шихты, после обжига имеют незначительную равномерную усадку по длине и ширине при отсутствии роста по длине по сравнению с изделиями, изготовленными из шихты, принятой в качестве прототипа, и из шихт, в которых компоненты содержались в количествах, выходящих за пределы, предлагаемые настоящим техническим решением.

Изделия, изготовленные из предлагаемой шихты, после обжига имеют минимальный брак по размерам.

Оптимальным является состав шихты N 2, так как изделия, изготовленные из этой шихты, имеют наилучшие показатели.

Предлагаемая шихта для получения высокоглиноземистых огнеупоров по сравнению с известной шихтой, принятой в качестве прототипа, обеспечивает стабилизацию размеров изделий при обжиге, а именно устраняет объемный рост изделий и снижает их линейную усадку на 2% за счет нового качественного и количественного состава шихты. При этом обеспечивается снижение брака на 4% при производстве высокоглиноземистых огнеупорных изделий.

Использование: в производстве огнеупорных материалов, в частности в производстве огнеупорных изделий для футеровки сталеразливочных ковшей и для кладки воздухонагревателей доменных печей. Сущность изобретения: в шихте для изготовления высокоглиноземистых огнеупоров, включающей муллитокорундовый шамот, связующее и смесь совместного помола глинистого компонента и муллитокорундового шамота, смесь совместного помола дополнительно содержит магнийсодержащий компонент, а в качестве глинистого компонента каолин при следующем соотношении, мас. % : каолин 23 - 27; магнийсодержащий компоеннт (в пересчете на MgO) 2,5 - 3,5; муллитокорундовый шамот остальное. Шихта содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: смесь совместного помола 40 - 42; связующее 8 - 10; муллитокорундовый шамот остальное. Использование предлагаемой шихты для получения высокоглиноземистых огнеупоров обеспечивает стабилизацию размеров изделий при обжиге и снижение брака при производстве изделий. 1 табл.

ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТЫХ ОГНЕУПОРОВ, включающая муллитокорундовый шамот, связующее и смесь совместного помола глинистого компонента и муллитокорундового шамота, отличающаяся тем, что, с целью стабилизации размеров изделий при обжиге, смесь совместного помола дополнительно содержит магнийсодержащий компонент, а в качестве глинистого компонента каолин при следующем соотношении, мас.%:
Каолин 23 - 27
Магнийсодержащий компонент (в пересчете на окись магния) 2,5 - 3,5
Муллитокорундовый шамот Остальное
при этом шихта содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Смесь совместного помола 40 - 42
Связующее 8 - 10
Муллитокорундовый шамот Остальное