СОСТАВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ФУТЕРОВКИ ТЕПЛОВОГО АГРЕГАТА Российский патент 1997 года по МПК C04B35/52 C04B35/66 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к литейному производству и касается составов, применяемых для защиты теплоизоляционной кладки тепловых агрегатов (плавильно-раздаточных печей, литейных ковшей и т.д.) от воздействия расплавов.

Известен материал магнезитовый порошок, применяемый в качестве засыпки в футеровки ванны плавильных печей (подины и стен до уровня расплава) (см. М. Б. Альтман и др. Плавка и литье легких сплавов. М. Металлургия, 1969, с. 224).

Недостатком данного материала является то, что в процессе эксплуатации, например, отражательных печей, расплавленный алюминий или его сплав, поступая через неплотности огнеупорного (облицовочного) слоя, продолжает проникать далее в теплоизоляционную кладку, так как порошковая засыпка не обладает высокими защитными свойствами, что ведет к снижению общего теплового сопротивления футеровки ванны печи, в результате чего снимается тепловой к.п.д. печи.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является состав для засыпки промежуточного слоя в футеровке подины отражательной печи, включающий компоненты при их следующем соотношении, мас. борный ангидрид (или борная кислота в пересчете на борный ангидрид) 10-20; фтористый натрий 5-15; углеродсодержащий материал каменный уголь 10-20 и легкоплавкая глина -остальное (см. авт. св. N 1236281, кл. F 27 B 3/14, 1986).

Известный состав обеспечивает получение спеченного слоя между облицовочным слоем и теплоизоляционной кладкой, способного защитить последнюю от проникновения в нее металлического расплава, но не способного предотвратить проникновение расплавленных солей-флюсов, применяемых при плавке алюминия или его сплава. Взаимодействие флюса с теплоизоляционными материалами ведет к разбуханию футеровки и нарушению целостности огнеупорного (облицовочного) слоя, в результате чего процесс проникновения расплавов вглубь футеровки усиливается. Разрушение футеровки ведет к преждевременному отключению печи на капитальный ремонт. Одновременно от пропитки футеровки солями снижается ее общее тепловое сопротивление, что ведет к увеличению потерь тепла, а значит, и повышению расхода энергии. Использование дорогостоящих материалов ведет к повышению стоимости монтажа футеровки теплового агрегата.

Задачей изобретения является увеличение срока службы теплового агрегата за счет повышения стойкости футеровки от воздействия расплавов, сокращение потерь энергии и снижение стоимости монтажа Футеровки.

Это достигается тем, что состав для защиты футеровки теплового агрегата, включающий легкоплавкую глину, борный ангидрид или борную кислоту, фторид металла и углеродсодержащий материал, в качестве двух последних компонентов содержит угольную пену, образующуюся при электролизе алюминия, и дополнительно флюс, применяемый при плавке алюминия или его сплава, при следующем соотношении компонентов, мас.)%
Борный ангидрид или борная кислота в пересчете на борный ангидрид 10 - 20
Угольная пена 40 60
Флюс, применяемый при плавке алюминия или его сплава 5 15
Глина легкоплавкая Остальное
Введение в состав для защиты футеровки теплового агрегата в качестве фторида металла и углеродсодержащего материала угольной пены и дополнительно флюса, применяемого при плавке алюминия или его сплава, обеспечивает увеличение срока службы теплового агрегата за счет повышения стойкости футеровки от воздействия расплавов, сокращения потерь энергии и снижение стоимости монтажа футеровки.

Наличие в составе для защиты футеровки теплового агрегата угольной пены, образующейся при электролизе алюминия и содержащей 20-35 мас. углерода и 65-80 мас. электролита, совместно с флюсом, применяемым при плавке алюминия или его сплава, обеспечивает не только спекание засыпки между облицовочным слоем и теплоизоляционной кладкой, но и сохранение спеченного слоя в пластичном состоянии при рабочих температурах (600-650^oC) за счет снижения температуры начала размягчения состава.

Используемая угольная пена имеет состав, мас.

Углерод 28,5
Глинозем 3,6
Фтористый кальций 2,1
Фтористый магний 3,2
Криолит натриевый Остальное
Электролит, являющийся составной частью угольной пены (65-80% от массы угольной пены), имеет состав, мас.

Глинозем 5
Фтористый кальций 3
Фтористый магний 4,5
Криолит натриевый Остальное
В процессе эксплуатации, например, отражательной печи флюс применяемый при плавке алюминия или его сплава, через неплотность в облицовочном слое подступает к промежуточному слою, сформированному из предложенного состава. Благодаря тому, что этот слой при рабочей температуре находится в пластичном состоянии, а состав, в свою очередь, содержит флюс, применяемый при плавке алюминия или его сплава, процесс проникновения флюса резко затормаживается. Флюс растворяется в промежуточном слое, уплотняя последний. Таким образом предотвращается пропитка и взаимодействие теплоизоляционных материалов с флюсовым расплавом, в результате чего сохраняются высокие теплоизоляционные свойства этих материалов и повышается общее тепловое сопротивление футеровки, что ведет к уменьшению потерь тепла агрегатом. Сохранение целостности футеровки способствует увеличению срока службы агрегата, а использование отходов производства (угольной пены, образующейся при электролизе алюминия) позволяет снизить стоимость монтажа футеровки. Вместо легкоплавкой глины может быть использован молотый глиняный кирпич обыкновенный (красный кирпич) или его бой, а также другие алюмосиликатные материалы, имеющие температуру начала размягчения ниже 1350^oC.

Состав может быть использован также при кладке облицовочного слоя подины теплового агрегата (плавильной печи, литейного ковша и т.д.) с получением самоуплотняющихся швов за счет плотного прилегания пластичного материала к поверхностям кирпичей под собственным весом.

Выбранные пределы лимитируются следующими факторами:
уменьшение содержания угольной пены менее 40 маc. и увеличение более 60 маc. ведет к увеличению температуры начал размягчения состава, в результате чего промежуточный слой, находясь в твердом состоянии, подвергается пропитке солевым расплавом.

уменьшение содержания флюса, применяемого при плавке алюминия или его сплава, менее 5 мас. ведет к увеличению температуры начала размягчения состава, а увеличение более 15 мас. целесообразно, ввиду снижения теплового сопротивления футеровки
Для испытания в лабораторных условиях приготавливают смеси, содержащие компоненты в заявленных интервалах (составы 1-3 и 8-10) и за их пределами (составы 4-7 и 11-14). Определяют температуру начала размягчения составов и испытывают их в качество засыпки между облицовочным слоем и теплоизоляционной кладкой, для чего готовят образцы.

Пример 1. На днище и у стен металлического кожуха выкладывают теплоизоляцию из диатомового кирпича: на днище толщиной 130 мм, у стен 40 мм. На теплоизоляционный слой наносят слой засыпки толщиной 25 мм из состава 1. Далее укладывают облицовочный слой из шамотного кирпича (113 мм). У стен выкладывают облицовочный слой на расстоянии 30 мм от теплоизоляции. Образованный зазор заполняют тем же составом. Боковая футеровка выступает над подиной на 100 мм. В образованную ванну помещают алюминий и флюс состава, мас. 47 KCl; 30 NaCl; 23 Na₃AlF₆. Образец помещают в электрическую печь сопротивления. Нагрев осуществляют со скоростью 150^oC в час. При достижении конечной температуры верха подины 800^oC образец выдерживают в течение 2-х часов, после чего печь отключают. Температуру промежуточного слоя измеряют хромель-алюмелевой термопарой, вмонтированной при изготовлении образца. После охлаждения образец исследуют на предмет наличия (отсутствия) расплавов в теплоизоляционной кладке. Определяют суммарное тепловое сопротивление футеровки ванны в исходном состоянии и после термообработки.

В примерах 2 и 3 изготавливают и испытывают образцы аналогично примеру 1 с использованием составов в заявленных интервалах, а в примерах 4-7 за их пределами.

В примерах (8-14) испытания ведут аналогично примерам (1-7) с использованием в качестве компонента испытуемых составов карналлитового флюса, применяемого при плавке алюминиевого сплава АМГ2.

Ведут испытания известного состава (пример 15).

Из данных таблицы видно, что использование составов, содержащих компоненты в заявленных интервалах (составы 1-3 и 8-10) позволяет за счет снижения температуры начала размягчения составов и наличия в них флюса применяемого при плавке алюминия или его сплава, получить пластичный промежуточный слой в футеровке ванны теплового агрегата, способный защитить теплоизоляционную кладку от проникновения и воздействия на нее не только алюминия, но и солевых расплавов флюсов, применяемых при плавке алюминия или его сплава. В результате этого сохраняется высокое тепловое сопротивление футеровки, что позволяет сократить расход энергии при плавке алюминия или его сплава (на 219 тыс. кВт•час на одну отражательную электрическую печь в год). Сохранение целостности футеровки способствует увеличению срока службы теплового агрегата, а использование отходов производства (угольной пены, образующейся при электролизе алюминия) ведет к снижению стоимости монтажа футеровки.

Использование: изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к литейному производству, и касается составов, применяемых для защиты теплоизоляционной кладки тепловых агрегатов (плавильно-раздаточных печей, литейных ковшей и т.д.) от воздействия расплавов. Состав позволяет увеличить срок службы теплового агрегата за счет повышения стойкости футеровки от воздействия расплавов, сократить потери энергии и снизить стоимость монтажа футеровки. Сущность изобретения: состав для защиты футеровки теплового агрегата содержит, мас.%: борный ангидрид или борную кислоту в пересчете на борный ангидрид 10-20, угольную пену, образующуюся при электролизе алюминия 40-60; флюс, применяемый при плавке алюминия или его сплава 5-15; глину легкоплавкую - остальное. Использование предлагаемого состава позволяет создать промежуточный пластичный слой, защищающий теплоизоляционные слои футеровки теплового агрегата от проникновения и воздействия солевых расплавов, в результате чего сохраняется высокое тепловое сопротивление футеровки. Расход электроэнергии при эксплуатации отражательной электрической печи снижается на 219 кВт•час на один агрегат в год. Сохранение целостности футеровки способствует увеличению срока службы теплового агрегата. Использование в качестве компонента состава отходов производства (угольной пены, образующейся при электролизе алюминия) позволяет уменьшить стоимость монтажа футеровки.1 табл.

Состав для защиты футеровки теплового агрегата, включающий легкоплавкую глину, борный ангидрид или борную кислоту, фторид металла и углеродсодержащий материал, отличающийся тем, что он в качестве фторида металла и углеродсодержащего материала содержит угольную пену, образующуюся при электролизе алюминия, и дополнительно флюс, применяемый при плавке алюминия или его сплава, при следующем соотношении компонентов, мас.

Борный ангидрид или борная кислота в пересчете на борный ангидрид 10 - 20
Угольная пена 40 60
Флюс, применяемый при плавке алюминия или его сплава 5 15
Глина легкоплавкая Остальноед