СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КВАРЦЕВЫХ СТАЛЕРАЗЛИВОЧНЫХ ОГНЕУПОРОВ Российский патент 1998 года по МПК C04B35/14 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к производству кварцевых огнеупоров для непрерывной разливки стали с использование погружных сталеразливочных стаканов (на тракте промежуточный ковш - кристаллизатор) или теплозащитных труб (на тракте сталеразливочный ковш - промежуточный ковш).

Известен способ производства кварцевых сталеразливочных огнеупоров, предусматривающий мокрый помол кварцевого стекла, шликерное литье отливок в гипсовых формах с последующим упрочнением или обжигом (Пивинский Ю.Е. и др. Безобжиговые кварцевые стаканы для разливки стали, Огнеупоры, 1989 г. N 1). Недостатком этого способа является длительность процесса формования (до 10-20 ч) и низкая стойкость гипсовых форм (до 10-20 циклов).

Ближайшим прототипом является способ формования керамических изделий по авторскому свидетельству СССР N 1654289, C 04 B 35/14, 1991, согласно которому для центробежного формования кварцевых огнеупоров применяют суспензии кварцевого стекла с плотностью 1,75-1,88 г/см³ и с содержанием частиц крупнее 63 мкм - 8%. Центробежное формование на начальном этапе осуществляют с окружной скоростью 4-5 м/с с последующим ее увеличением до 18 - 22 м/с.

По сравнению со шликернолитыми огнеупорами такой способ имеет существенно меньшую продолжительность формования (15-20 мин против 40-20 ч). По структуре и свойствам материала центробежнолитые отливки, полученные по прототипу, по сравнению со шликернолитыми из аналогичных суспензий характеризуются следующими недостатками:
- повышенной пористостью (17,5 - 20%);
- существенным расслоением зернового состава отливки по толщине и неравномерной структурой;
- существенным (на 5-6 абс.%) перепадом показателей пористости отливки по толщине;
- более крупнопористым строением материала вследствие того, что значительная доля высокодисперсных (до 5 мкм) частиц, содержащихся в исходной суспензии, согласно прототипу удаляется со сливом после окончания формования;
- пониженной химической стойкостью (шлако- и металлоустойчисовстью), обусловленнной выше перечисленными недостатками.

Целью изобретения является повышение шлако- и металлоустойчивости, понижение пористости и неравномерности структуры по зерновому составу и плотности огнеупоров для непрерывной разливки стали, формуемых центробежным методом.

Поставленная цель достигается при соблюдении следующих технологических условий и параметров процесса.

1. Процесс подготовки литейных суспензий кварцевого стекла, осуществляемый по общим принципам получения высококонцентрированных вяжущих суспензий (Пивинский Ю.Е., Керамические вяжущие и керамобетоны, М.: Металлургия, 1990, с. 275), осуществляется мокрым измельчением кварцевого стекла с добавкой 8-12% (по сухому веществу) высокодисперсных (менее 3-5 мкм) частиц SiO₂, вводимых посредством слива от центробежного формования. Слив, вводимый низкоплотной (1,40-1,50 г/см³) суспензии, способствует ускорению процесса измельчения (примерно в 1,5 раза), улучшает реологические и формовочные свойства и определяет повышенное содержание в литейной суспензии высокодисперсных частиц, которые ответственны за образование тонкопористой структуры материала.

2. В качестве исходных для центробежного формования применяют предельно концентрированные суспензии, характеризующиеся плотностью в пределах 1,89-1,93 г/см³, что соответствует их влажности 11-13%. При этом содержании зернистой фракции 63-400 мкм составляет 12-20%, а тонкодисперсной - менее 5 мкм - в пределах 25-40% (фракция 5-63 мкм - остальное).

3. Заполнение формы для центробежного формования суспензией с указанными свойствами осуществляется с учетом того, чтобы масса вводимой суспензии (по сухому веществу) была на 20-30% больше сухой массы отформованного изделия. Именно при таком показателе избытка суспензии достигаются оптимальные результаты по кинетике процесса и структуре изделий.

4. Центробежное формование осуществляется при переменной окружной скорости: на первой стадии процесса (5-8 мин) окружная скорость составляет 2-2,5 м/с, которая повышается до 6-8 м/с на конечной стадии процесса. Продолжительность выдержки при различных значениях скорости вращения и темп изменения скорости определяются толщиной формуемого изделия.

Например, сталеразливочный стакан с наружным диаметром (внутренний диаметр формы) 100 мм и толщиной стенки 25 мм на протяжении 5-8 мин формуют при скорости вращения формы 400-500 об/мин, затем на протяжении 10-30 с повышают скорость вращения формы до 600-800 об/мин (5-8 мин) и на конечной стадии скорость вращения формы составляет 1200-1500 об/мин (3-5 мин).

Высушенные изделия подвергают термообработке при конечной температуре 1050-1150^oC с выдержкой 2 ч. Подъем температуры при этом осуществляется со скоростью 80-100^oC ч. Максимальная температура термообработки уточняется с учетом того фактора, чтобы линейная усадка ствола стакана не превышала 0,5-0,8%.

Изделия могут также упрочняться посредством гидротермальной обработки при 6-8 атм на протяжении 6-8 ч.

Использование: изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности - к производству сталеразливочных изделий типа стаканов и защитных труб. Сущность изобретения: для формования применяют высококонцентрированные суспензии кварцевого стекла с плотностью 1,89 - 1,93 г/см³ с содержанием (по массе) 12 - 20% частиц размером 63 - 400 мкм, менее 5 мкм - 25 - 40%, фракция 5 - 63 мкм - остальное. В мелющую загрузку вводится 8 - 12% (по сухому веществу) высокодисперсного кварцевого стекла посредством слива от центробежного литья. Центробежное формование осуществляют при окружной скорости вращения формы 2 - 2,5 м/с на начальном этапе, повышая ее до 6 - 8 м/с на конечном этапе. При этом суспензия в форму вводится в количестве, превышающем на 20 - 30% (по сухому) массу отформованного изделия. Преимущество способа состоит в сокращении продолжительности процесса мокрого измельчения, понижения пористости и повышения химической устойчивости изделий за счет улучшения структуры (понижение пористости и размера пор). 2 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления кварцевых сталеразливочных огнеупоров, включающий получение высококонцентрированной суспензии кварцевого стекла мокрым измельчением, центробежное формование, сушку и упрочнение изделий, отличающийся тем, что для формования применяют суспензии плотностью 1,89 - 1,93 г/см³, содержащие (по массе) 12 - 20% частиц размером 63 - 400 мкм, менее 5 мкм - 25 - 40%, фракция 5 - 63 мкм - остальное, а центробежное формование осуществляют при окружной скорости вращения формы 2,0 - 2,5 м/с на начальном этапе, повышая ее до 6 - 8 м/с на конечном этапе. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при мокром измельчении в мелющую загрузку вводят 8 - 12 мас.% (по сухому веществу) высокодисперсного кварцевого стекла посредством слива от центробежного литья. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что суспензию в форму вводят с избытком на 20 - 30 мас.% (по сухому веществу) по отношению к массе отформованного изделия.