ОГНЕУПОРНЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1998 года по МПК C04B35/18 C04B35/80 

Изобретение относится к составам огнеупорных теплоизоляционных материалов, применяющихся для футеровки и изготовления литейной оснастки, используемой в цветной металлургии, в частности при непрерывном литье алюминиевых сплавов.

Известен материал асботермосиликат, содержащий асбест (35-50 вес.%), окись кальция (21,5 - 28 вес.%) и окись кремния (28,5 - 37 вес.%). [Технологическая рекомендация ТР 12-1-68 "Изготовление асботермосиликата и применение его при непрерывном литье слитков и полос из алюминиевых сплавов". - М.: ВИЛС, 1968, с. 6].

Недостатком данного материала является его гигроскопичность и как следствие ненадежность и недолговечность, а также использование в составе канцерогенного вещества - асбеста.

Известно огнеупорное покрытие по металлу, включающее порошкообразный асбест (основа), алюмохромфосфатное связующее (40 - 60 вес.%) и магнийхромовую шпинель (1 - 10 вес.%). Алюмохромфосфатное связующее содержит H₃PO₄ (40 - 45 вес.%), CrO₃ (5 - 10 вес.%), Al(OH)₃ (15 - 16 вес.%) и H₂O (остальное). [Авторское свидетельство СССР N 424844, кл. C 04 B 41/50, 1974].

Недостатком данного состава являются низкая износо- и коррозионная стойкость в расплавах алюминия, высокий коэффициент теплопроводности, а также использование канцерогенного вещества - асбеста.

Известна огнеупорная набивная масса, включающая синтезированный хромит магния (10 - 17 вес.%), борную кислоту (1 - 3 вес.%) высокоглиноземистый шамот (40 - 60 вес.%) и шлак алюминотермического производства металлического хрома (остальное). [Авторское свидетельство СССР N 796231, кл. C 04 B 35/10, 1981].

Данный материал не может быть применен для изготовления литейной оснастки для непрерывного литья алюминиевых сплавов, так как он реагирует с расплавом алюминия (смачивается, а изделия из этого материала в силу своего большого удельного веса будут тонуть в жидком металле).

Наиболее близким к заявляемому изобретению составом того же назначения по совокупности признаков является состав огнеупорной обмазки, включающий окись алюминия (60 - 75 вес.%), белую глину (20 - 25 вес.%) и каолиновое штапельное волокно (5 - 10 вес.%). [Авторское свидетельство СССР N444759, кл. C 04 B 35/10, 1974 - прототип].

Недостатками данного состава являются низкая износо- и коррозионная стойкость в расплавах алюминия, высокий коэффициент теплопроводности, а также смачиваемость жидким алюминием. Вследствие этого защита данной обмазкой литейной оснастки, контактирующей с расплавом алюминия, неэффективна.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка материала для футеровки и изготовления литейной оснастки, обеспечивающей минимальный теплообмен с жидким металлом при непрерывном литье алюминиевых сплавов, что позволит получать слитки высокого качества, в том числе при использовании многокристаллизаторных систем. Причем перед авторами стояла задача добиться таких высоких качеств разрабатываемого материала без применения дорогостоящих веществ.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в снижении коэффициента теплопроводности, повышении прочности и отсутствии смачиваемости заявляемого материала расплавом алюминия.

Указанный технический эффект достигается тем, что огнеупорный теплоизоляционный материал, содержащий каолиновую вату и мертель шамотный (глину огнеупорную), в соответствии с изобретением дополнительно содержит отвальный шлак алюминиевого производства при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
Отвальный шлак алюминиевого производства - 40 - 55
Каолиновая вата - 30 - 40
Мертель шамотный - 15 - 20
Повышенное содержание по сравнению с прототипом каолиновой ваты, выполняющей роль наполнителя, позволяет создать волокнистую структуру заявляемого материала, что в свою очередь улучшает теплоизоляционные свойства.

Отвальный шлак алюминиевого производства представляет собой мелкогранулированные отходы и содержит (мас.%): KCl - 43 - 47; NaCl - 43 - 47; Na₃AlF₆ - 4 - 6; Al₂O₃ - 1,2 - 3; SiO₂ - 0,1 - 1; CaO - 0,4 - 1,5; MgO - 0,2 - 1,5; Fe₂O₃ - 0,1 - 1.

Отвальный шлак алюминиевого производства до сих пор нигде не использовался, и перед металлургическими предприятиями стоит проблема избавления от накопившихся за годы работы отвалов.

Входящие в состав шлака окислы обладают большой химической инертностью и высокотемпературной прочностью. Они являются тугоплавкими и относятся к материалам высокоогнеупорным.

В заявляемом материале шлак служит высокотемпературным связующим: нагреваясь при температуре эксплуатации материала, соответствующей температуре литья алюминиевого сплава, которая намного ниже температуры плавления компонентов шлака, последние скрепляют частицы наполнителя, что обеспечивает высокие огнеупорные свойства материала и способность не смачиваться расплавом алюминия (не взаимодействовать).

Кроме того, компоненты шлака взаимодействуют с мертелем шамотным и водой при обжиге изготовленного изделия и образуют гидроксиды сложного состава. Образовавшаяся фаза соединений (алюминия, кремния, магния, кальция, железа, калия и натрия) отверждается и цементирует частицы наполнителя. Это повышает коррозионную стойкость и теплоизоляционные свойства материала и способность не смачиваться жидким алюминием.

Использования шлака, кроме повышения технических характеристик материала, позволяет удешевить его и улучшить экологическую обстановку утилизацией ранее засорявшего природу продукта.

Сравнение заявляемого устройства с известным показывает его соответствие критерию охраноспособности изобретения "новизна".

Заявляемая совокупность существенных признаков изобретения, рассмотренная относительно существующего уровня техники, показывает его соответствие критерию охраноспособности изобретения "изобретательский уровень".

Пример.

Каолиновую вату (МКРВ ГОСТ 23619-79) разрыхляли и измельчали. Отвальный шлак алюминиевого производства (мелкие гранулы или крупный песок) использовали без переработки. Мертель шамотный (МШ 31 ГОСТ 6137-80) представляет собой порошок. Компоненты смешивали в смесителе. К смеси добавляли воду до полусухого состояния.

Соотношение компонентов в предлагаемых составах материала приведено в табл. 1.

Из приготовленного материала составов 1 и 2 прессовали в форму под давлением 10 МПа тепловую насадку, сушили на воздухе в течение 48 ч, затем обжигали при 200^oC - 4 ч при 500^oC - 4 ч при 750^oC - 8 ч и охлаждали с печью до 500^oC.

Результаты испытаний полученных изделий при литье алюминиевых сплавов приведены в табл. 2.

Использование заявляемого огнеупорного теплоизоляционного материала для изготовления тепловых насадок, поплавков, втулок, распределительных воронок и для изготовления литейных желобов обеспечивает получение слитков высокого качества, снижение теплоотдачи от жидкого металла, автоматическое регулирование уровня металла, повышение производительности литейных агрегатов благодаря увеличению количества кристаллизаторов в многокристаллизаторных системах.

Использование в составе материала отвального шлака алюминиевого производства позволит улучшить экологическую обстановку и удешевить материал.

Вышеизложенное подтверждает соответствие заявляемого технического решения критерию охраноспособности изобретения "промышленная применимость".

Изобретение относится к составам огнеупорных теплоизоляционных материалов, применяющихся для футеровки и изготовления литейной оснастки, используемой в цветной металлургии, в частности, при непрерывном литье алюминиевых сплавов. Огнеупорный теплоизоляционный материал содержит, мас.%: отвальный шлак алюминиевого производства 40 - 55; каолиновую вату 30 - 40 и мертель шамотный 15 - 20. Повышается прочность, снижается коэффициент теплопроводности и отсутствует смачиваемость материала расплавом алюминия. 2 табл.

Огнеупорный теплоизоляционный материал, содержащий каолиновую вату и мертель шамотный, отличающийся тем, что он дополнительно содержит отвальный шлак алюминиевого производства при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
Отвальный шлак алюминиевого производства - 40 - 55
Каолиновая вата - 30 - 40
Мертель шамотный - 15 - 20р