МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1997 года по МПК C04B35/43 

Изобретение относится к массам для изготовления основных огнеупоров и масс, и может быть использовано для футеровок плавильных агрегатов черной и цветной металлургии, а также вращающихся печей.

Известен огнеупорный состав (патент ФРГ N 3532228 C 04 B 35/04, 17.04.86), включающий 10-30 мас.ч. шпинели на основе Al₂O₃•MgO, содержащей 40-70% Al₂O₃, 25-60% MgO и <10% загрязнений и 90-70 мас.ч. материала на основе оксида магния, содержащего > 90% MgO. Состав содержит 10-25% Al₂O₃ и 90-75% MgO.

Изделия из этого огнеупорного состава имеют высокую прочность после обжига. Однако они выдерживают в среднем 5 циклических термонагружений. Кроме того, огнеупоры имеют пониженную шлакоустойчивость к воздействию металлургических шлаков.

Наиболее близкой к изобретению является шихта для изготовления огнеупоров (авт. св. N 554251 С 04 В 35/04, 16.12.75), включающая следующие компоненты, массовая доля,
Магнезит 47 77
Плавленая алюмомагнезиальная шпинель 15 30
Временная связка 3 5
Игольчатые кристаллы двуокиси циркония 5 20
Огенупорные изделия из этой шихты выдерживают 5 циклических термонагружений, при этом потеря прочности составляет ≈ 86% Это обусловлено инверсией кристаллов диоксида циркония из кубической модификации в моноклинную и обратно, сопровождающейся изменением объема при перепадах температур от 0 до 1600^o C.

Кроме того, данные огнеупоры обладают низкой шлакоустойчивостью к воздействию металлургических шлаков.

Техническим результатом изобретения является увеличение прочности при сжатии, замедление высокотемпературного старения огнеупоров при теромциклировании и повышение их шлакоустойчивости.

Технический результат достигается тем, что масса для изготовления основных огнеупорных изделий, включающая периклазовый порошок и плавленую алюмомагниевую шпинель, содержит алюмомагниевую шпинель фракции 0-3 мм при содержании в ней фракции менее 0,1 мм не более 25% полученную плавкой на слив при скорости разливки, обеспечивающей степень спекания 0,05-0,55, и дополнительно содержит хромсодержащий компонент, при следующем содержании компонентов в мас.

Периклазовый порошок 40 90
Указанная алюмомагниевая шпинель 5 30
Хромосдержащий компонент 5 30
Степень спекания алюмомагниевой шпинели выражается относительным сокращением объема пор в обжиге и рассчитывается по формуле:

где П_о общая пористость образца до обжига,
П общая пористость после обжига,
Общая пористость рассчитывается по формуле:
П = (1 - ρ_к/ρ)•100,
где ρ_к кажущаяся плотность образца, г/см³;
ρ истинная плотность образца, г/см³.

(Стрелов К. К. Мамыкин П.С. Учебник. Технология огнеупоров. М. Металлургия, 1978, с.16 и 66).

В качестве хромосодержащего компонента используется следующие огнеупорные материалы: хромовая руда, ее концентрат, плавленый периклазохромит и его плавленая корка.

Техническое решение осуществляет задачу повышения износоустойчивости термонапряженных участков футеровки тепловых агрегатов.

Сущность технического решения заключается в следующем.

В заявляемой композиции плавленой алюмомагниевой шпинели фр.3-0 мм со степенью спекания 0,05-0,55 и содержанием фракции <0,1 мм в ней не более 25% а также хромосодержащего компонента позволяют сформировать в процессе обжига при температурах 1560-1750^o C термодинамически стабильную структуру огнеупора за счет:
во-первых, заполнения вакансий кристаллической решетки шпинели кислородом;
во-вторых, за счет протекания твердофазовых реакций с образованием тугоплавких фаз типа магнезиоферрита, форстерита, сложного хромшпинелида и др. которые образуют высокопрочную связку с закрытыми порами между зернами периклаза, алюмомагниевой шпинели и сложного хромшпинелида, позволяющую повысить прочность при сжатии, замедлить процесс высокотемпературного старения при термоциклировании огнеупоров и повысить их шлакоустойчивость.

При использовании плавленой алюмомагниевой шпинели со степенью спекания <0,05 огнеупор характеризуется высокой прочностью при сжатии и малой скоростью высокотемпературного старения при термоциклировании, но при этом снижается температура начала размягчения под нагрузкой.

При использовании плавленой алюмомагниевой шпинели со степенью спекания > 0,55 происходит разрыхление структуры огнеупора с увеличением объема. Изделия характеризуются низкой механической прочностью и как следствие, большей скоростью высокотемпературного старения при термоциклировании.

Использование плавленой алюмомагниевой шпинели в виде фракции 3-0 мм при содержании фракции <0,1 мм в ней не более 25% способствует формированию структуры с кольцевыми порами, затрудняющими образование и транспортирование силикатов в интервале температур 1500-1750^oC. При этом зона трансформационных переходов, вероятно выражена недостаточно четко, и при циклических температурных нагружениях испытывает меньшие напряжения, что не приводит к заметным изменениям структуры огнеупора с образованием трещин. Это делает возможной многократную регенерацию изделий для получения высокостойких огнеупорных футеровок.

При использовании плавленой алюмомагниевой шпинели в виде фракции 3-0 мм при содержании фракции <0,1 мм в ней более 25% в указанном интервале температур, образования структуры с кольцевыми порами вокруг зерен шпинели не происходит. В связи с чем при циклических термонагружениях не создается препятствий распространению зоны трансформационных переходов с образованием трещин. При достаточно высокой прочности при сжатии изделия характеризуются высокой скоростью высокотемпературного старения при термоциклировании.

Обязательным является соблюдение указанного соотношения компонентов шихты, так как даже при незначительном отклонении от него физико-керамические свойства огнеупора меняются: при введении плавленной алюмомагниевой шпинели <5% изделия при достаточно высокой механической прочности характеризуются высокой скоростью старения при термоциклировании, при введении плавленой шпинели > 30% наряду с высокими скоростями высокотемпературного старения при термоциклировании и термостойкостью изделия обладают низкой прочностью при сжатии.

При содержании хромосодержащего компонента более 30% резко снижаются плотность и прочность огнеупора в связи с ингибирующим воздействием большого количества сложного хромшпинелида на формирование керамической структуры.

При содержании хромосодержащего компонента менее 5% резко уменьшается коррозионная устойчивость огнеупора к агрессивным реагентам тепловых агрегатов.

Изготовление составов масс приведены в табл.1.

В табл.2 представлены химические составы исходных материалов.

Для определения степени спекания плавленую алюмомагниевую шпинель дробили, рассеивали на классы, добавляли раствор ЛСТ, перемешивали и прессовали образцы при удельном давлении 200 Н/мм². Определяли кажущуюся плотность образцов до и после обжига при температуре 1600^oC.

Алюмомагниевую шпинель со степенью спекания 0,05-0,55 получали в элекродуговой печи плавкой "на слив" при определенных скоростях разливки расплава в изложницы и его кристаллизации.

Приготовление масс осуществляли в смесительных бегунах с добавлением раствора ЛСТ. Изделия прессовали при давлении 130 Н/мм² и обжигали при температуре ≥ 1650^o C. У обоженных образцов определяли скорость высокотемпературного старения при термоциклировании. Для чего образцы при статической нагрузке на сжатие <0,035 Н/мм² нагревали до 1600^o C, выдерживали при данной температуре 6 ч. и охлаждали до комнатной температуры. После каждого цикла у образцов определяли предел прочности при сжатии (ГОСТ 4071-87), открытую пористость (ГОСТ 2409-87) и коэффициент шлакоразъедания.

Коэффициент шлакоразъедания определяли следующим методом.

Изделия помещали в металлургический (марганцовистый) шлак, имеющий температуру плавления 1250^o C, и вращали со скоростью 200 об/мин в течение 30 мин. Затем вычисляли коэффициент разъедания изделий при определении шлакоустойчивости путем отношения исходного объема к объему образца после испытания.

Свойства изделий представлены в табл.3, откуда видно, что изделия, изготовленные из предлагаемой массы (составы 1-5),обладают рядом преимуществ по сравнению с прототипом, а именно: характеризуются высокой прочностью при сжатии, более низкой скоростью высокотемпературного старения при термоциклировании и повышенной шлакоустойчивостью.

Использование: для футеровок плавильных агрегатов черной и цветной металлургии, а также вращающихся печей. Сущность изобретения: масса включает в мас.%: периклазовый порошок 40-90, алюмомагниевую шпинель фракции 0-3 мм при содержании в ней фракции менее 0,1 мм и не более 25% полученную плавкой на слив при скорости разливки, обеспечивающей степень спекания 0,05-0,55, которую определяют по формуле , где П_о - общая пористость образца до обжига, %, П - общая пористость образца после обжига, % - 5-30, хромсодержащий компонент 5-30. Характеристика: предел прочности при сжатии 61, 62,1-66,1 Н/мм², пористость 15,5-16,2%, коэффициент шлакоразъедания 4,8-5,1%. 3 табл.

Масса для изготовления основных огнеупорных изделий, включающая периклазовый порошок и плавленую алюмомагниевую шпинель, отличающаяся тем, что она содержит алюмомагниевую шпинель фракции 0 3 мм при содержании в ней фракции менее 0,1 мм не более 25% полученную плавкой на слив при скорости разливки, обеспечивающей степень спекания 0,05 0,55, которую определяют по формуле К П_о П/П_о, где П_о общая пористость образца до обжига, П общая пористость образца после обжига, и дополнительно содержит хромсодержащий компонент при следующем соотношении компонентов, мас.

Периклазовый порошок 40 90
Указанная алюмомагниевая шпинель 5 30
Хромсодержащий компонент 5 302