ОГНЕУПОРНЫЙ МЕРТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК C04B35/10 C04B35/66 C04B28/34 C04B111/20 

Изобретение относится к производству огнеупоров и может быть использовано для соединения керамических и огнеупорных изделий, а также при выполнении футеровки металлургических и тепловых агрегатов из штучных изделий.

Известен огнеупорный мертель, включающий в качестве глиноземсодержащего наполнителя корунд и тонкомолотый технический глинозем, фосфатное связующее и пластифицирующую добавку (А.Н. Гаоду и др. Высокоогнеупорный мертель для связывания корундового огнеупора, ж. "Огнеупоры", 1970, N 8, стр. 40 43).

Однако этот мертель не обладает достаточной адгезионной прочностью при соединении керамики и термостойкостью, кроме того, прочность шва, заполненного эти мертелем, с увеличением толщины этого шва до 1 3, мм резко уменьшается.

Известен также огнеупорный мертель, включающий в качестве глиноземсодержащего огнеупорного наполнителя оксид алюминия, муллитокорнудовый шамот фракции менее 0,08 мм и глину огнеупорную, а также циркон и фосфатное связующее (а.с. N 1260357, C 04 B 28/34, 1986).

Недостатком этого мертеля является наличие дополнительного усадки, особенно чувствительной с увеличением толщины шва свыше 1 мм и существенное уменьшение прочности шва с увеличением его толщины, а также его, мертеля, низкая термическая стойкость.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является огнеупорный мертель, включающий в качестве глиноземсодержащего огнеупорного наполнителя корунд-основу, шлам нормального электрокорунда 3 5 мас. глину огнеупорную 14 16 мас. и фосфатное связующее 35 37 мас. ( а.с. N 1049452, C 04 B 35/68, 1983).

Недостатком этого мертеля является низкая термическая стойкость и уменьшение прочности шва, заполненного мертелем, с увеличением толщины шва до 1 3 мм.

Задачей являлось увеличение прочности мертеля с тем, чтобы один и тот же мертель можно было использовать при склеивании изделий с заполнением шва между ними различной толщины от 0,2 до 3 мм, а также повышение его термической стойкости.

Это достигается тем, что огнеупорный мертель содержит в качестве глиноземсодержащего огнеупорного наполнителя корунд и тонкодисперсный алюмосиликатный спек состава, мас. корунд 20 40, муллит 50 70, стеклофаза 5 15, при следующем соотношении компонентов, мас. корунд 40 - 60, алюмосиликатный спек 15 30 и фосфатное связующее 20 40.

В качестве тонкодисперсного алюмосиликатного спека указанного состава можно использовать пыль с электрофильтров печей обжига высокоглиноземистых материалов.

В процессе термической обработки огнеупорный мертель, заполнивший шов между огнеупорными элементами (изделиями), затвердевает и выдирает прочность за счет последовательно протекающих реакций: на первом этапе фосфатного связующего со стеклофазой, затем с муллитом и затем с корундом спека; в последнюю очередь корундом, вводимым в мертель отдельно. На разных стадиях образования фосфатов кремния и алюминия, в том числе кислых алюмософатов и AlPO₄ (берлинита) происходит в начале постепенное удаление свободной и кристаллизационной воды, последующие модификационные переходы, присущие фосфатам, не происходят при одной температуре, так как природа их образования различна, а наличие в уже обожженном мертеле мелкотрещиноватой структуры в сочетании с достаточно равноплотной структурой мертеля как в пристеночном слое мертеля, так и в средней его части (в середине шва) позволяет получить высокие прочностные свойства для мертеля в швах различной толщины от 0,2 до 3 мм, а также высокую термическую стойкость полученного материала в швах.

Мертель изготавливают последовательным смешением фосфатного связующего с тонкодисперсным алюмосиликатным спеком, а затем и с корундом.

В качестве корунда использовали электрокорунд фр. 50 мкм по ТУ 2-036-0224450-022-90, спек получен в процессе обжига брикета при 1650^oC и последующего измельчения до фр. менее 0,063 мм (исходный состав брикета глинозем 65% и каолин 35%), пыль с электрофильтров вращающихся печей обжига высокоглиноземного шамота 95% фракции менее 0,063 мм, глину огнеупорную марки ЛГ-1 по Т 14-8-152-75, шлам нормального электрокорунда Бокситогорского глиноземистого завода и в качестве фосфатного связующего алюмохромфосфатную связку АХФС ТУ 6-18-166-83 и алюмофосфатную связку (АФС), приготовленную растворением гидрата окиси алюминия в 65% раствора H₃PO₄ с последующим нагревом полученной массы до 100^oC (соотношение P₂O₅:Al₂O₃ 2,5).

Фазовый состав тонкодисперсного брикета, мас. корунд 20, муллит 68 и стеклофаза 12; фазовый состав пыли с электрофильтров в мертеле N 4, мас. корунд 38, муллит 51 и стеклофаза 11, а в мертеле 5 и 6, мас. корунд 22, муллит 62 и стеклофаза 6.

Составы мертеля приведены в табл. 1.

Испытания на термостойкость выполняли на образцах корундового состава ⊘ 36 мм и высотой 20 мм, склеенных соответствующим мертелем с толщиной шва 0,5; 1 и 3 мм; склеенные образцы обжигали при 1300^oC и затем подвергали термическим ударам в режиме: разогрев до 1300^oC сбрасывание горячего образца в воду до разрушения по шву.

Для определения предела прочности склеенных образцов на сдвиг из корундовых плит нарезались пластинки размером 20х40х60 мм, которые затем склеивались мертелем на половину длины с соблюдением заданной толщины шва: 0,5; 1 и 3 мм. Поверхность склеивания была каждый раз одинаковой: 40х30 мм. Склеенные образцы обжигали при 1300^oC. Прочность при сдвиге σ вычислялась по формуле

где P усилие пресса, затраченное на сдвиг пластин друг относительно друга, МПа;
S площадь склеивания, м².

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Как следует из таблицы, предлагаемый огнеупорный мертель эффективен при склеивании изделий с различной толщиной шва, что особенно важно при склеивании фигурных поверхностей, где затруднительно соблюдать постоянную малую толщину шва. Высокая прочность на сдвиг при толщине шва до 3 мм в сочетании с высокой термической стойкостью позволяет расширить сферу применения склеенных огнеупорных изделий, используемых в условиях знакопеременных температурных нагрузок.

Огнеупорный мертель, используемый для соединения керамических и огнеупорных изделий, включает глиноземсодержащий огнеупорный наполнитель в виде корунда и тонкодисперсного алюмосиликатного спека состава, мас.%: корунд 20 - 40, муллит 50 - 70, стеклофаза 5 - 15 и фосфатное связующее при следующем соотношении компонентов, мас. %: корунд 40 - 60, алюмосиликатный спек 15 - 30, фосфатное связующее 20 - 35. В качестве тонкодисперсного алюмисиликатного спека может быть использована пыль с электрофильтров обжига высокоглиноземистых материалов. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. Огнеупорный мертель, включающий корундовый накопитель и фосфатное связующее, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тонкодисперсный алюмосиликатный спек состава, мас.

Корунд 20 40;
Муллит 50 75;
Cтеклофаза 5 15
при следующем соотношении компонентов огнеупорного мертеля, мас.

Корундовый наполнитель 40 60
Указанный алюмосиликатный спек 15 30
Фосфатное связующее 20 35
2. Огнеупорный мертель по п.1, отличающийся тем, что в качестве тонкодисперного алюмосиликатного спека он содержит пыль электрофильтров печей обжига высокоглиноземистого шамота.