МУЛЛИТОХРОМИТОВЫЙ ОГНЕУПОР Российский патент 1995 года по МПК C04B35/18 C04B35/42 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к огнеупорным изделиям и массам, используемым для футеровки плавильных и нагревательных печей различных отраслей промышленности.

Известен муллитохромитовый огнеупор [1] включающий, мас. Муллит 56-80 Кианит 6-13 Кремнезем 1-9 Феррохромит 4-25
Недостатком данного огнеупора является пониженная термическая стойкость, что обусловлено наличием свободного кремнезема и пониженным содержанием хромшпинелида (феррохромита). Кроме того для формирования керамической структуры огнеупора необходимо применение высокотемпературного обжига (температура 1500-1650^оС), что приводит к существенному увеличению удельных энергозатрат на производство этого огнеупора.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является муллитохромитовый огнеупор, получаемый из известной огнеупорной массы [2] путем обжига при 1300^оС.

Известная огнеупорная масса содержит, мас. Корунд 5-25 Огнеупорная глина 5-15 Связующее 1-3 Вода 2-5 Хромитовая руда Остальное
(52-87)
При этом масса содержит хромитовую руду с содержанием Cr₂O₃ 48-54 мас. и корунд фракции менее 1,0 мм.

В результате обжига при 1300^оС из данной огнеупорной массы формируется муллитохромитовый огнеупор, включающий, мас. Корунд 3-20 Муллит 3-8 Стеклофаза 3-4 Хромшпинелид 70-85
Недостатками известного огнеупора являются низкая термическая стойкость (2-3 теплосмены) и пониженная устойчивость к шлакам основного состава. Это обусловлено наличием корунда и малым количеством алюмосиликатных фаз (муллита и стеклофазы) Кроме того известный огнеупор обладает повышенным тепловым расширением при нагревании 0,7-10,28% Недостаточное объемопостоянство связано с разбуханием хромшпинелида вследствие окисления содержащегося в нем железа при нагревании на воздухе:
(Mg, Fe²⁺)(Cr, Al, Fe³⁺)₂O₄+O₂___→ Mg(Cr, Al, Fe³⁺)₂O₄+Fe₂O₃
В результате протекания этой химической реакции объем огнеупора увеличивается примерно на 10% что приводит к появлению микротрещин, уменьшению термической стойкости и снижению шлакоустойчивости.

Предлагаемый муллитохромитовый огнеупор, включающий муллит, стеклофазу и хромшпинелид, содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас. Муллит 10-70 Стеклофаза 5-20 Хромшпинелид 25-70
Цель изобретения повышение износоустойчивости футеровки плавильных и нагревательный печей, термической стойкости, объемопостоянства и шлакоустойчивости предложенного огнеупора путем физико-химических процессов формирования в нем ситалловидной структуры.

Сочетание алюмосиликатных компонентов (муллит и стеклофаза), имеющих кислый химический состав с химически нейтральным высокоогнеупорным хромшпинелидом в заявляемом соотношении, позволяет сформировать объемопостоянную термически и химически устойчивую структуру муллитохромитового огнеупора. Устойчивость предлагаемого муллитохромитового огнеупора к термическим и химическим воздействиям обусловлена формированием при обжиге ситалловидной керамической структуры. Ситалловидная структура возникает в результате неполной рекристаллизации стеклофазы вокруг дисперсных частиц хромшпинелида. Благодаря образованию такой структуры возрастает термическая стойкость и шлакоустойчивость огнеупора. Объемопостоянство огнеупора достигается за счет оптимального соотношения усадочных алюмосиликатных компонентов и растущего при окислительном обжиге хромшпинелида.

Если содержание муллита и стеклофазы менее заявляемых количеств, материал имеет неразвитую ситалловидную структуру, что приводит к снижению термической стойкости и шлакоустойчивости. Если содержание алюмосиликатных компонентов превышает заявляемые пределы, то в связи с избыточным количеством стеклофазы возрастает пропитка и коррозия огнеупора шлаковым расплавом. При содержании хромшпинелида более 70 мас. не обеспечивается достаточного объемопостоянства и формируется микротрещиноватость, что отрицательно влияет на шлакоустойчивость огнеупора. При содержании хромшпинелида менее 25 мас. не достигается формирования ситалловидной структуры стеклофазы и легирования муллита оксидом хрома.

П р и м е р. Для изготовления образцов использовали следующие материалы: глину огнеупорную Нижне-Увельского месторождения (ТУ 14-8-336-80), хромитовую руду Сарановского месторождения (ТУ 14-23-6-89) и электрокорунд нормальный (ТУ 2-043-992-85).

Образцы готовили по обычной керамической технологии. Сушку осуществляли при 120^оС, обжиг при 1200^оС.

Для изготовления образца-прототипа помимо вышеперечисленных материалов использовали в качестве связующего жидкое стекло плотностью 1,35 г/см³ и воду. Вещественный состав исходных шихт для изготовления образцов приведен в табл. 1. Термическую обработку образца прототипа осуществляли по следующему режиму: сушка при 120^оС и обжиг при 1300^оС. Составы муллитохромитовых огнеупоров приведены в табл.2.

Физико-химические свойства образцов приведены в табл.3, из данных которой видно, что по показателям термической стойкости, объемопостоянства и шлакоустойчивости предлагаемый муллитохромитовый огнеупор существенно превосходит известный материал-прототип. По огнеупорности и прочности заявляемый огнеупор не уступает известному.

Кроме перечисленных предложенный муллитохромитовый огнеупор создает следующие преимущества: экономия топливно-энергетических ресурсов за счет снижения температуры обжига до 1200^оС; использование техногенного алюмосиликатного и хромитового сырья; повышение стойкости футеровки тепловых агрегатов.

Использование: для применения в футеровках нагревательных и плавильных печей. Сущность изобретения: огнеупор содержит, мас. муллит 10 70; стеклофаза 5 20; хромшпинелид 25 70. Характеристика огнеупора: термостойкость (1300°С вода), 6 8 теплосмен, линейное тепловое расширение 0,2 0,3% площадь коррозионного разрушения шлаком мм² предел прочности при сжатии H/мм², пористость 18,3 20,8, огнеупорность 1750°С. 3 табл.

МУЛЛИТОХРОМИТОВЫЙ ОГНЕУПОР, включающий муллит, стеклофазу и хромшпинелид, отличающийся тем, что он содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.

Муллит 10 70
Стеклофаза 5 20
Хромшпинелид 25 70