ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРОВ С ПРЕРЫВИСТЫМ ЗЕРНОВЫМ СОСТАВОМ Российский патент 1997 года по МПК C04B35/106 

Изобретение относится к технологии огнеупоров, которые могут использоваться в черной и цветной металлургии, в стекловатенной, химической и других отраслях промышленности.

Известна шихта для изготовления корундовых огнеупоров, содержащая 45% зерен 0,5 3 (0,5 2) мм, 10% зерен фракции 0,06 0,5 мм и 45% зерен фракции менее 0,06 мм, причем в состав тонкомолотой связующей части входят корундовый шамот (или электрокорунд), глинозем и дистен-силлиманитовый концентрат [1]
К недостаткам такого состава следует отнести его малую технологичность из-за отсутствия минерального пластификатора (глины, каолина), для прессования такого огнеупора необходимо введение органического пластификатора и высокое удельное давление прессования. К тому же изготовление огнеупоров такого состава сопряжено с большими энергозатратами на помол, рассев и дозирование компонентов, прессование сырца.

Наиболее близкой к предлагаемой шихте по совокупности признаков (прототипом) является шихта для изготовления огнеупорных изделий с прерывистым зерновым составом, включающая следующие компоненты, мас.

Зернистый корундовый наполнитель фракции 0,5 мм 40 80
Связующее 5 10
Смесь совместного помола фракции 0,09 мм 15 50
причем смесь совместного помола содержит, мас. корунд 55 80, глинозем 2 15 и глину 15 30 [2]
Улучшая технологичность, авторы вводят в состав шихты глинистый компонент (минеральный пластификатор). Общеизвестно, что введение глинистого компонента при изготовлении корундовых огнеупоров снижает их технические свойства: строительную прочность и постоянство объема при высокой температуре. В изобретении предлагается связать свободный кремнезем, образующийся при термическом разложении каолинита глинистого компонента (образование первичного муллита) во вторичный муллит. Реакция образования вторичного муллита начинается при температуре выше 1450^oC, поэтому для завершения всех физико-химических процессов обжиг огнеупоров следует вести при 1560 - 1620^oC.

Изобретение в сравнении с прототипом позволяет устранить присущий ему недостаток высокую температуру обжига изделий при сохранении высоких технических характеристик огнеупоров. Этот результат достигается тем, что в шихте для изготовления огнеупоров, имеющей прерывистый зерновой состав, содержится, мас.

Зернистый корундовый наполнитель фракции 0,5 мм 40 60
Смесь совместного помола фракции 0,09 мм Остальное
причем смесь совместного помола содержит, мас. корунд 40 63,5, глинозем 0,5 25, огнеупорную глину или каолин 20 30, диоксид циркония остальное (но не менее 5).

Смесь совместного помола приготавливают в трубной или вибрационной мельнице (размер фракции менее 0,09 мм).

Механизм образования муллитовой связки в корундовом огнеупоре предлагаемого состава состоит в том, что образование циркона из свободного кремнезема, образующегося при термическом разложении каолина,
3(Al₂O₃•2SiO₂•2H₂O) - 3Al₂O₃•2SiO₂ + 4SiO₂
и добавляемого диоксида циркония, является промежуточной стадией инициацией:
ZrO₂ + SiO₂ ZrO₂•SiO₂
В дальнейшем, разлагающийся при температуре выше 1450^oC циркон поставляет свободный кремнезем для образования в связке вторичного муллита с участием более активного в химическом отношении (по сравнению с корундом) глинозема.

Расчет необходимого количества добавляемого в смесь совместного помола глинозема следующий.

1. Введение 30% каолина в смесь совместного помола (максимальное количество каолина в смеси).

В каолине содержится, мас.

Al₂O₃ 40
SiO₂ 56
В смеси совместного помола:
40 0,30=12% Al₂O₃
56 0,30=16,8% SiO₂
Часть SiO₂ уйдет на образование первичного муллита. Соотношение в муллите Al₂O₃/SiO₂ 2,55.

В первичный муллит свяжется SiO₂ 12/2,55 4,71%
Остается несвязанного SiO₂: 16,8 4,71 12,09
Для связывания в циркон (соотношение ZrO₂/SiO₂ 2,03) пойдет 5/2,03 2,46% SiO₂, остается 12,09 2,46 9,63% несвязанного SiO₂.

Для связывания его в муллит потребуется 2,55•9,63 24,56% глинозема.

2. Введение 20% каолина в смесь совместного помола (минимальное количество каолина в смеси).

В каолине содержится, мас.

40 0,20=8% Al₂O₃
56 0,20=11,2% SiO₂
Часть SiO₂ уйдет на образование первичного муллита. Соотношение в муллите Al₂O₃/SiO₂ 2,55.

В первичный муллит свяжется SiO₂ 8/2,55 3,14%
Остается несвязанного SiO₂: 11,2 3,14 8,06%
Для связывания в циркон (соотношение ZrO₂/SiO₂ 2,03) пойдет 5/2,03 2,46% SiO₂, остается 8,06 2,46 5,6% несвязанного SiO₂.

Для связывания его полностью в муллит потребуется 2,55•5,6 14,28% глинозема.

Пример. Электрокорунд зернистостью 2 0,5 мм в количестве 60% увлажняют временной технологической связкой (раствор технического лигносульфоната плотностью 1,18 1,24 г/см²), перемешивают и добавляют тонкомолотую смесь (размер фракции менее 0,088 мм) состава, мас.

Электрокорунд 55
Глинозем 10
Диоксид циркония 10
Каолин 25
получаемую совместным помолом указанных компонентов в трубчатой шаровой мельнице или вибрационной мельнице в течение 1 1,5 ч при соотношении шары материал 10 1.

Приготовленную массу прессуют и обжигают при 1520 1600^oC.

Расчет фазового состава связки, приведенной в примере шихты, следующий.

Количество кремнезема, связываемого в циркон рассчитывается следующим образом.

В каолине содержится, мас.

Al₂O₃ 40
SiO₂ 56
В смеси совместного помола:
40 0,25=10% Al₂O₃
56 0,25=14% SiO₂
Часть SiO₂ уйдет на образование муллита. Соотношение в муллите Al₂O₃/SiO₂ 2,55.

SiO₂ 10/2,55 3,92%
Остается несвязанного SiO₂: 14 3,92 10,08%
В присутствии 10% ZrO₂ в циркон свяжется (соотношение в цирконе ZnO₂/SiO₂ 2,03) 10/2,03 4,93% кремнезема.

В реакцию образования вторичного муллита вступит только 10,08 4,93 5,15 кремнезема. Соотношение в муллите Al₂O₃/SiO₂ 2,55. Для образования вторичного муллита необходимо 2,55•5,15 13,13% Al₂O₃. Часть (10%) его вступит в реакцию в виде глинозема, а остальная часть в виде корунда.

При температуре выше 1500^oC, после распада циркона в связке изделия будет следующее соотношение фаз, мас.

ZrO₂ Тетрагональная 10
Муллит 14•2,55 35,7
Корунд 100-10-35,7 54,3
В таблице представлены свойства полученных образцов для различных составов шихты.

Сущность изобретения: шихта содержит, мас.%: зернистый корундовый наполнитель фракции более 0,5 мм в количестве 40 - 60% и остальное - тонкодисперсная смесь совместного помола фракции менее 0,09 мм, причем тонкодисперсная смесь включает, мас.%: корунд 40 - 63,5; глинозем 0,5 - 25; каолин 20 - 30; диоксид циркония - остальное, но не менее 5. Из приготовленной массы прессуют заготовки и обжигают их при 1520 - 1600^oC. 1 табл.

Шихта для изготовления огнеупоров с прерывистым зерновым составом, включающая зернистый корундовый наполнитель фракции более 0,5 мм и тонкодисперсную смесь совместного помола фракции менее 0,09 мм, содержащую корунд, глинозем и глинистый компонент, отличающаяся тем, что тонкодисперсная смесь содержит в качестве глинистого компонента каолин и дополнительно диоксид циркония при следующем соотношении компонентов, мас.

Корунд 40 63,5
Глинозем 0,5 25
Каолин 20 30
Диоксид циркония Остальное, но не менее 5
причем шихта содержит компоненты в следующем соотношении, мас.

Зернистый корундовый наполнитель фракции более 0,5 мм 40 60
Тонкодисперсная смесь совместного помола указанного состава Остальноеь