УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИЙ ОГНЕУПОР Российский патент 1997 года по МПК C04B35/43 C04B35/443 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно: к производству углеродсодержащих огнеупоров на основе периклаза и алюмомагниевой шпинели, используемых в футеровках плавильных и металлоперерабатывающих агрегатов.

Известен углеродсодержащий огнеупор, содержащий зернистый периклаз в виде окатанных гранул фр. < 5 мм, дисперсный плавленный периклаз фр. < 0,1 мм, углеродистое связующее и графит (патент РФ N 1458352, кл. С 04 В 35/04, 1988).

Недостатком данного технического решения является то, что при указанном соотношении компонентов и вещественном составе исходных материалов образуется слаборазвитая керамическая связка с низким термическим расширением. В результате чего в процессе службы в рабочей зоне после выгорания углерода изделия скалываются при термоциклировании, а также вымываются металлов и шлаком.

Наиболее близким по составу к предлагаемому является углеродсодержащий огнеупор, полученный из массы следующего состава, мас. алюмомагниевая шпинель 65-75; периклаз 15-25; графит 10-15; органическое связующее 4-7.

При этом алюмомагниевая шпинель в виде плавленного материала фр. < 3 мм имеет массовое соотношение МgО и Аl₂О₃ от 33:67 до 58:42, а периклаз в виде смеси спеченного и плавленного материала в соотношении 10:90-90:10 фракции менее 0,063 мм патент РФ N 2040507, кл. С 04 В 35/04, 1995.

Недостатком данного технического решения является то, что кристаллы плавленной алюмомагниевой шпинели в основном имеют неправильную угловатую форму и практически отсутствуют таковые с разноосностью более 2. Это обуславливает формирование слабоустойчивой структуры огнеупора к воздействию термошока, что приводит к преждевременному разрушению изделий в условиях службы контрастных температур.

Целью изобретения является повышение стойкости к воздействию термошока и шлаков, а также снижение газопроницаемости изделий.

Это достигается тем, что углеродсодержащий огнеупор, полученный из массы, включающей алюмомагниевую шпинель фр. <3 мм, периклазсодержащий компонент, углеродсодержащий материал и органическое связующее, в качестве шпинели содержит алюмомагниевый материал, имеющий массовое соотношение МgО: Аl₂О₃ 28-50 50-72 и не менее 25 мас. кристаллов шпинели с разноосностью не менее 2, а в качестве периклазсодержащего компонента спеченный периклаз фр. < 2 мм в виде окатанных зерен с модулем крупности от 1,17 до 2,24 и дисперсный периклаз, при следующем соотношении компонентов, мас. указанная алюмомагниевая шпинель фр. < 3 мм 10-70; окатанные зерна периклаза фр. < 2 мм 15-50; дисперсный периклаз 10-25; графит 5-15; углеродистое связующее (сверх 100%) 1-8.

Сущность изобретения сводится к следующему.

Использование указанного соотношения компонентов обуславливает формирование термопрочной структуры огнеупора с минимальной газопроницаемостью.

Оптимальное количество кристаллов алюмомагниевой шпинели с разносностью 2 обеспечивает прочность огнеупора и препятствует трещинообразованию при воздействии контрастных температур в виде термошока. Окатанные зерна периклаза фр. < 2 мм с модулем крупности Мк 1,17-2,24 позволяют получить наиболее плотную упаковку с наименьшим содержанием пустот. Последние заполнены углеродистой связкой, которая компенсирует объемные изменения при термоударах и препятствует проникновению внутрь огнеупора газов, металла и шлаков.

Разноосные кристаллы шпинели получают путем плавки или обжига брикета на клинкер смеси глинозема и периклаза при определенных технологических режимах.

Окатанные зерна периклаза получают обжигом магнезита во вращающихся печах с последующим высевом из обожженного материала фракции менее 2 мм. В случае несоответствия модуля крупности предлагаемым параметрам (Мк=1,17-2,24) порошок подвергают повторной классификации или добавляют определенные классы зерен.

Кроме того, растворение в шлаке и металле окатанных зерен периклаза со сферической поверхностью происходит медленнее в сравнении с острыми формами частиц.

Примеры. Приготовление масс производили по следующему режиму.

Зернистую алюмомагниевую шпинель фр. 3-0 мм, или 3-0,5 мм с содержанием зерен менее 0,5 мм не более 20% имеющую соответствующее количество кристаллов с разноосностью не менее 2, и зернистый спеченный периклаз в виде окатанных зерен фракции 2-0 мм с определенным модулем крупности перемешивали в течение 8-10 мин в смесительных бегунах, затем вводили углеродсодержащую связку, дисперсный периклазовый порошок или смесь периклазового порошка и алюмомагниевой шпинели фракции менее 0,063 мм и графит и снова перемешивали в течение 10-12 мин.

Из полученной массы прессовали изделия при удельном давлении не менее 140 Н/мм² и термообрабатывали в туннельном сушиле при температуре не менее 200^oС.

Массу известного состава готовили аналогично.

Экспериментальным путем определено, что наиболее высокие физические свойства получаются при использовании алюмомагниевой шпинели, содержащей не менее 25% кристаллов с разноосностью более 2.

Степень разноосности кристаллов и их количество определяют следующим образом.

Прессуют образец из алюмомагниевой шпинели и термообрабатывают. После чего делают полировку и с помощью микроскопа определяют процентное содержание кристаллов с разноосностью более 2.

Модуль крупности переиклазового порошка фр. 2-0 мм определяют как частное от деления на 100 суммы полных остатков на всех ситах. Воробьев В.А. Комар А.Г. Строительные материалы. М. Стройиздат, 1976.

Мк (А₁ + А_0,063 + А_0,315 + А_0,16)/100 где А полный остаток на каждом сите, определяется как сумму частных остатков на всех ситах с большим размером отверстий плюс остаток на данном сите
а_i (А₁ + А_0,063 + А_0,315 + А_0,16)/100
а_i- частный остаток на каждом сите, определяется как отношение массы остатков на данном сите к массе просеиваемой навески
а_i m_i/m•100.

При использовании порошка с модулем крупности Мк > 2,24 или < 1,17 получается структура огнеупора с большим содержанием пустот, которые заполняются углеродистой связкой. В процессе термообработки происходит усадка связки с образованием канальных пор, что приводит к увеличению газопроницаемости.

В качестве углеродсодержащего компонента применяют кристаллический графит или графитсодержащие металлургические отходы; в качестве органической связки фенолформальдегидные смолы, связующее фенольное порошкообразное и этиленгликоль.

При запредельных значениях массовых долей исходных материалов резко снижаются свойства огнеупоров: устойчивость к воздействию термошока и шлаков, а также газопроницаемость из-за их повышенной пористости, связанной, с одной стороны, с потерей пластичности масс при их нижних запредельных значениях, а, с другой стороны, обусловленной разрыхлением сформованного огнеупора в результате его упругой деформации при запредельных верхних значениях ингредиентов.

Составы изготовленных образцов приведены в табл. 1.

Свойства изделий, изготовленных из соответствующих масс, приведены в табл. 2. Шлакоустойчивость определяли по изменению объема углубления тигля.

Термошок определяли путем нагрева огнеупора на 1300^oС с выдержкой при этой температуре в течение 3 ч, затем помещали изделие в струю воздуха при 20^oС и так повторяли до потери в весе огнеупора до 20%
Определение остальных показателей качества изделий проводили согласно ГОСТам и аттестованным методикам.

Как видно из табл. 2, предлагаемые составы (1-5) имеют более высокие показатели свойств по сравнению с прототипом.

Применение предлагаемых углеродистых огнеупоров позволит увеличить стойкость футеровок и продолжительность кампании тепловых агрегатов, в частности, сталеразливочных ковшей, и интенсифицировать технологические процессы в агрегатах черной и цветной металлургии, т.к. возможно использовать эти огнеупоры как в зоне расплава металла, так и в шлаковой зоне, а также сократить расход огнеупорных изделий и затраты на ремонт.

Использование: для производства огнеупоров для футеровок плавильных и металлоперерабатывающих агрегатов. Сущность изобретения: огнеупор, полученный из массы, включает алюмомагниевую шпинель с соотношением МgO:Аl₂О₃ 28-50 : 50-72 фракции < 3 мм 10-70, окатанные зерна спеченного периклаза фракции < 2 мм 15-50, дисперсный периклаз 10-25, графит 5-15, углеродистое связующее (сверх 100%) 1-8. При этом модуль крупности периклаза составляет 1,17-2,24. 1 з.п. ф-лы. 2 табл.

1. Углеродсодержащий огнеупор, полученный из массы, включающей алюмомагниевую шпинель фракции < 3 мм, периклазсодержащий компонент, углеродсодержащий материал и органическое связующее, отличающийся тем, что масса содержит в качестве шпинели алюмомагниевый материал, имеющий массовое соотношение MgO Al₂O₃ (28 50) (50 72) и не менее 25 мас. кристаллов шпинели с разноосностью не менее 2, а в качестве периклазсодержащего компонента спеченный периклаз фракции < 2 мм в виде окатанных зерен и дисперсный периклаз при следующем соотношении компонентов, мас.

Указанная алюмомагниевая шпинель фракции менее 3 мм 10 70
Окатанные зерна периклаза фракции < 2 мм 15 50
Дисперсный периклаз 10 25
Графит 5 15
Углеродистое связующее (сверх 100%) 1 8
2. Огнеупор по п. 1, отличающийся тем, что модуль крупности периклаза составляет 1,17 2,24.