СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИНАСОВЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1997 года по МПК C04B35/14 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к способам изготовления динасовых изделий, применяемых для кладки коксовых батарей и футеровки металлургических и стекловаренных печей.

Известен способ изготовления динасовых изделий, включающий приготовленные шихты путем смешения кварцита, минерализатора и временного связующего, прессование изделий, их сушку и обжиг при 1400^oC с выдержкой при конечной температуре [1]
Известный способ обеспечивает получение динасовых изделий с показателями: плотность не более 2,35 г/см³; открытая пористость 19,0-23,0% предел прочности при сжатии 30-50 МПа; дополнительный рост при 1500^oC 0,4-0,6% температура начала размягчения под нагрузкой 0,2 H/мм² 1620-1650^oC.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления динасовых изделий, включающий приготовление шихты путем смешения кварцита, минерализатора и временного связующего, прессование изделий, их сушку и обжиг с выдержкой при 1400-1420^oC течение 40-48 ч. Шихта для прессования изделий содержит, мас. кварцит фракции 0,09-3,0 мм 80-83; кварцит фракции менее 0,09 мм 12,8-16,4; смесь известняка и доменного шлака (по CaO) в соотношении (1-2):1 2-3; пыль электрофильтров мартеновских печей (на Fe₂O₃) 0,6-0,8; временное связующее в виде лигносульфоната технического остальное [2]
Известный способ обеспечивает получение динасовых изделий с открытой пористостью 18,3-19,0% кажущейся плотностью 1,91-1,94 г/см³, пределом прочности при сжатии 47,9-53,2 H/мм², температурой начала размягчения под нагрузкой 0,2 H/мм² 1650^oC, дополнительным ростом при 1500^oC 0,3-0,4% Совокупность указанных физико-керамических свойств позволит успешно эксплуатировать изделия в футеровках металлургических и стекловаренных печей.

Однако содержание SiO₂ в изделиях известной шихты не превышает 94,5% а показатели дополнительного роста свидетельствуют о наличии в структуре примерно 6% непереродившегося в процессе обжига остаточного кварца, который обуславливает разрыхление огнеупора при эксплуатации в коксовой печи. Кроме того, присутствие остаточного кварца в структуре огнеупора является причиной поверхностных посечек и трещин, возникающих при охлаждении изделий после обжига.

Задачей изобретения является повышение качества динасовых изделий.

Технический результат, который может быть достигнут при использовании изобретения, заключается в снижении плотности динасовых изделий, уменьшении их дополнительного роста при температуре 1500^oC за счет снижения количества остаточного кварца, а также повышении доли SiO₂ в изделиях.

Для достижения указанного технического результата в способе изготовления динасовых изделий, включающем приготовление шихты путем смешения кварцита, минерализатора и временного связующего, прессование изделий, их сушку и обжиг при 1400-1420^oC, в шихту дополнительно вводят технический кремний при следующем соотношении компонентов шихты, мас.

Кварцит 90,0-96,0
Ттехнический кремний 0,5-7,0
Минерализатор 2,0-2,8
Временное связующее 0,7-1,0,
а обжиг изделий в интервале температур 1400-1420^oC осуществляют 66-84 ч, при этом продолжительность обжига в интервале температур 1410-1420^oC составляет 12-16 ч.

Технический кремний полупроводниковый материал, проявляющий неметаллические свойства. Получают его восстановительной плавкой кварцита в электропечах и производят дробленным и порошкообразным по ГОСТ 2169-69.

Введение в шихту технического кремния, содержащего 97-98% Si, повышает долю кремнезема в огнеупоре. В процессе обжига, при соблюдении предлагаемого режима, наличие технического кремния позволяет создать оптимальные условия для модификационных превращений кварца в структуре огнеупора. Расплавляясь при 1412^oC, кремний повышает вязкость жидкой фазы, образованной минерализатором, что снижает напряжения, связанные с перестройкой кремнекислородных комплексов. Одновременно происходит окисление кремния до SiO₂, благодаря чему в структуре огнеупора создается восстановительная среда, способствующая наиболее полному перерождению кварца. Образующийся в результате окисления реакционноспособный кристобалит взаимодействует с оксидом кальция с образованием кальций силикатной жидкой фазы, которая заполняет микротрещины и пустоты, активно увеличивает их и уплотняет изделия, что приводит к повышению показателей качества динасовых огнеупоров.

Содержание в шихте технического кремния менее 0,5 мас. недостаточно для активного влияния образующейся жидкой фазы на процессы, происходящие при обжиге изделий, а значит и их свойства. Увеличение количества технического кремния более 7,0 мас. приводит к значительному удорожанию огнеупоров.

Выбор параметров обжига обусловлен следующим. Уменьшение продолжительности обжига в интервале температур 1400-1420^oC менее 66 ч не обеспечивает требуемой полноты физико-химических превращений при обжиге, что приводит к увеличению брака изделий по поверхностным посечкам и трещинам. Продолжительность обжига в данном интервале более 84 ч и увеличение времени обжига в интервале 1410-1420^oC более 16 ч нецелесообразны, так как за счет присутствия в шихте технического кремния полное перерождение кварцита уже произошло. Сокращение времени термообработки в интервале температур 1410-1420^oC менее 12 ч не обеспечивает достаточный прогрев изделий, необходимый для завершения физико-химических процессов, связанных с взаимодействием технического кремния с другими компонентами шихты.

В качестве сырьевых материалов для изготовления динасовых огнеупоров использовали
кварцит кристаллический по ГОСТ 9854-81 фракции 3,2-0 мм, в том числе содержащий 30-40% фракции менее 0,09 мм;
кремний технический кристаллический по ГОСТ 2169-69, молотый до зерен менее 0,09 мм, марки Кр-2 и Кр-3;
лигносульфонат технический по ОСТ 13-183-83 в качестве временного связующего;
известковое молоко из комовой извести по ГОСТ 9179-77;
конвертерный шлам по ТУ 14-134-147-77.

Шихту для изготовления динасовых огнеупоров готовили путем смешения сырьевых компонентов в центробежном смесителе. При этом первоначально в течение 3-4 мин смешивали кварцитовые фракции и технический кремний, после чего вводили предварительно приготовленную смесь минерализаторов (известкового молока и конвертерного шлама) и временного связующего и вновь производили смешение в течение 3-4 мин. Влажность полученной массы 4,5-5,0
Из массы на гидравлических и фрикционных прессах формовали изделия до получения кажущейся плотности 2,25-2,28 г/см³. Свежесформованные изделия сушили в туннельном сушиле при 140-180^oC, а затем подвергали обжигу в туннельной печи. Продолжительность обжига в интервале температур 1400-1420^oC составляла 66-84 ч, причем продолжительность обжига в интервале температур 1410-1420^oC 12-16 ч.

Составы шихт и режимы обжига, использованные в примерах выполнения, указаны в табл.1.

Показатели свойств динасовых огнеупоров, приведенные в табл.2, определены по известным стандартным методикам. Количество остаточного кварца в структуре огнеупора определяли рентгенофазовым анализом.

Из табл.2 видно, что патентуемый способ обеспечивает получение динасовых изделий, отвечающих современным требованиям, предъявляемым к коксовому динасу, так содержание SiO₂ составляет 95,7-96,0% плотность изделий 2,31 г/см³, дополнительный рост при 1500^oC практически отсутствует, содержание остаточного кварца не превышает 1-2% При этом изделия по показателям внешнего вида удовлетворяют требованиям нормативно-технической документации.

Как показывают данные примера 4, патентуемый способ обеспечивает полное перерождение кварца даже при отсутствии железосодержащего минерализатора.

Использование предлагаемого способа позволяет получать высококачественные динасовые изделия для коксовых печей из трудноперерождаемых кристаллических кварцитов.

Использование: для кладки коксовых батарей и футеровки металлургических и стекловаренных печей. Сущность изобретения: готовят шихту, включающую, мас. %: кварцит 90,0-96,0; технический кремний 0,5-7,0; минерализатор 2,0-2,8; временное связующее 0,7-1,0. Отпрессованные изделия сушат и подвергают обжигу при 1400-1420^oC. Продолжительность обжига в интервале 1400-1420^oC составляет 66-84 ч, при этом обжиг в интервале 1410-1420^oC осуществляют в течение 12-14 ч. Характеристика: изделия содержат 95,7-96,0 % SiO₂ и имеют плотность 2,31 г/см³, открытую пористость 17,2-19,9 %, предел прочности при сжатии 45,2-65,0 H/мм², огнеупорность 1690-1710^oC, температуру начала деформации под нагрузкой 0,2 H/мм² 1650-1670^oC, дополнительный рост при 1450^oC /выдержка 2 ч/ 0,0-0,05 %, при 1500^oC /выдержка 2ч/ 0,0-0,06 %, содержание остаточного кварца 1-2%. 2 табл.

Способ изготовления динасовых изделий, включающий приготовление шихты путем смешения кварцита, минерализатора и временного связующего, прессование изделий, их сушку и обжиг при 1400 1420^oС, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят технический кремний при следующем соотношении компонентов шихты, мас.

Кварцит 90 96
Технический кремний 0,5 7,0
Минерализатор 2,0 2,8
Временное связующее 0,7 1,0
а обжиг изделий в интервале температур 1400 1420^oС осуществляют в течение 66 84 ч, при этом продолжительность обжига в интервале 1410 - 1420^oС составляет 12 16 ч.