КОРУНДОВАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИ ТВЕРДЕЮЩАЯ МАССА Российский патент 1997 года по МПК C04B35/10 C04B28/06 C04B111/20 

Изобретение относится к производству огнеупоров для тепловых агрегатов черной и цветной металлургии, химической промышленности, промышленности стройматериалов, в частности, для установок внепечной обработки стали.

В установках внепечной обработки стали безобжиговая футеровка, изготовленная из огнеупорной массы, находится в контакте с расплавленными металлом и шлаком, имеющими температуру чаще всего 1600^oC. Поэтому стойкость в службе безобжиговой футеровки будет определяться качественными показателями, приобретаемыми ею в процессе эксплуатации при температуре 1600^oC.

Известна корундовая гидравлически твердеющая масса марки МКН-94, изготавливаемая из электрокорунда и высокоглиноземистого цемента. Указанная масса используется для изготовления и ремонта футеровок установок внепечной обработки стали. Недостатками массы МКН-94 являются низкий предел прочности при сжатии (20 Н/мм²) и высокая открытая пористость (32%) после обжига при 1600^oC /1/.

Известны также аналогичные массы:
МКТН-1 на основе белого электрокорунда, титанистого электрокорунда и высокоглиноземистого цемента,
МКТН-2 на основе белого электрокорунда, высокоглиноземистого цемента, содержащая добавку 1% диоксида титана.

Огнеупоры из этих масс после обжига при 1600^oC также имеют высокую открытую пористость: 30% МКТН-1 и 28% МКТН-2. Предел прочности при сжатии огнеупоров из этих масс после обжига при 1600^oC несколько выше, чем в случае использования массы МКН-94, и составляет 35 Н/мм².

Наиболее близкой по составу (прототипом) является корундовая масса, содержащая, мас.

Высокоглиноземистый цемент 13-20
Титановый шлак 0,8-3
Электрокорунд Остальное
Огнеупоры из этой массы после обжига при 1600^oC имеют меньшую открытую пористость (22,5-23,2%) и более высокий предел прочности при сжатии (43,0-47,1 Н/мм²), чем огнеупоры из масс МКН-94, МКТН-1 и МКТН-2 /2/.

При высокой открытой пористости огнеупора наблюдается пропитка его расплавленными металлом и шлаком (имеющими температуру чаще всего 1600^oC), что приводит к разрушению футеровки. Это явление усиливается при низком пределе прочности при сжатии футеровки. В связи с тем, что огнеупоры из массы-прототипа после обжига при 1600^oC имеют меньшую открытую пористость и более высокий предел прочности при сжатии, разрушающее действие указанных выше факторов уменьшается, однако, не в достаточной степени. Поэтому необходимо дальнейшее уменьшение открытой пористости и повышение предела прочности при сжатии после обжига при 1600^oC огнеупора, изготавливаемого из гидравлически твердеющей массы корундового состава.

Указанная йель достигается в результате использования гидравлически твердеющей корундовой массы, включающей в качестве титансодержащей добавки ильменитовый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.

Высокоглиноземистый цемент 13-20
Ильменитовый концентрат 0,7-3,0
Электрокорунд Остальное
Ильменитовый концентрат имеет следующий химический состав, мас. TiO₂ 60,8, FeO 29,0, SiO₂ 3,7, Al₂O₃ 2,4, MgO 0,3, Cr₂O₃ 1,5, MnO 0,3, CaO 0,2, Δm_прк -2,4 (ТУ 48-4-267-73). Фазовый состав его представлен в основном минералом ильменитом FeTiO₃ в отличие от титанового шлака, в котором из-за меньшего содержания FeO преобладающей фазой является рутил TiO₂ (химических состав титанового шлака, мас. TiO₂ 84, FeO 4,8, SiO₂ 5,9, Al₂O₃ 2,1, MgO 0,3, Cr₂O₃ MnO 0,5, Δm_прк +2,2 ТУ 48-10-31-78).

Ильменитовый концентрат имеет меньшую стоимость по сравнению с титановым шлаком, так как титановый шлак является продуктом переработки ильменитового концентрата. Обнаружено, что использование ильменитового концентрата в качестве добавки в композиции с электрокорундом и высокоглиноземистым цементом приводит к резкому снижению открытой пористости огнеупора (на 16-18%) и повышению предела прочности при сжатии (на 23-47%) после обжига при 1600^oC по сравнению с аналогичной массой, включающей в качестве титансодержащей добавки титановый шлак (прототип).

Это неожиданное явление, по-видимому, может быть связано с тем, что ильменит (FeTiO₃) в сочетании с примесями, входящими в ильменитовый концентрат (такими как SiO₂, MnO) оказывает более эффективное спекающее действие, чем рутил (TiO₂) в сочетании с примесями (FeO, SiO₂, MnO), входящими в состав титанового шлака. Указанное явление требует специального исследования.

Добавка ильменитового концентрата в количестве менее 0,7% не дает существенного положительного эффекта, а введение его в количестве более 3% нецелесообразно, так как приводит к значительному снижению температуры начала размягчения под нагрузкой.

Применение ильменитового концентрата в предлагаемой композиции в качестве титансодержащей добавки для снижения открытой пористости и повышения предела прочности при сжатии неизвестно.

Не найдено также сведений о каком-либо применении композиции электрокорунда, высокоглиноземистого цемента и ильменитового концентрата.

На основании этого считаем, что предлагаемое решение имеет изобретательский уровень.

Пример. Для изготовления образцов использовали:
электрокорунд по ТУ 14-8-384-81 (массовая доля, Al₂O₃ 98,8, Fe₂O₃ 0,19, SiO₂ 0,61, Na₂O+K₂O 0,38);
высокоглиноземистый цемент по ТУ 113-03-339-78 (массовая доля, Al₂O₃ 74,86, CaO 21,54, SiO₂ 2,01);
ильменитовый концентрат по ТУ 48-4-267-73 мельче 0,063 мм;
титановый шлак по ТУ 48-10-31-78 мельче 0,063 мм.

Указанные материалы смешивали в соотношениях, указанных в табл. 1, затем смеси увлажняли водой в количестве 10% (сверх 100% сухой смеси) и перемешивали до однородного состояния. Увлажненную массу набивали в разъемные металлические формы. Через 24 ч образцы извлекали из форм и хранили во влажной атмосфере. После 3 сут твердения образы сушили при 105-120^oC и обжигали в горне при 1600^oC с выдержкой в течение 4 ч. После обжига определяли их показатели, которые приведены в табл. 2. Образцы для определения предела прочности при сжатии и открытой пористости имели форму кубов с длиной ребра 30 мм, для определения температуры начала размягчения под нагрузкой 0,2 Н/мм² - форму цилиндров диаметром 36 мм, высотой 50 мм.

Анализ данных, приведенных в табл. 1 и 2, показывает, что применение ильменитового концентрата в качестве титансодержащей добавки в корундовой гидравлически твердеющей массе позволяет снизить открытую пористость образцов до 18,4-19,0% и повысить их предел прочности при сжатии до 57,8-69,4 Н/мм² после обжига при 1600^oC (составы NN 1-3) по сравнению с образцами состава N 4 (прототип), для которых указанные показатели после обжига при 1600^oC составляют соответственно 22,5% и 47,1 Н/мм².

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемая масса позволяет получить огнеупоры, имеющие открытую пористость на 16-18% ниже, а предел прочности при сжатии на 23-47% выше.

Использование: в качестве огнеупора для тепловых агрегатов черновой и цветной металлургии, химической промышленности, промышленности стройматериалов, в частности, для установок внепечной обработки стали. Масса содержит, мас. %: высокоглиноземистый цемент 13-20, в качестве титансодержащей добавки ильменитовый концентрат 0,7-3,0 и электрокорунд остальное. 2 табл.

Корундовая гидравлическая твердеющая масса, включающая электрокорунд, высокоглиноземистый цемент и титансодержащую добавку, отличающаяся тем, что в качестве титансодержащей добавки она содержит ильменитовый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.

Высокоглиноземистый цемент 13 20
Ильменитовый концентрат 0,7 3,0
Электрокорунд Остальноеи