ШПИНЕЛЬСОДЕРЖАЩИЙ ОГНЕУПОР НА УГЛЕРОДИСТОЙ СВЯЗКЕ Российский патент 1999 года по МПК C04B35/443 C04B35/35 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к производству огнеупоров для футеровки сталеплавильных, сталеразливочных и других металлургических агрегатов.

Известен шпинельсодержащий огнеупор на углеродистой связке следующего состава, мас.%:
алюмомагнезиальная шпинель с соотношением MgO и Al₂O₃ 28:72 мас.% - 77-80
намертвообожженный магнезит - 5
углеродосодержащий материал, предпочтительно графит - 15
органическое связующее - 6
(Патент 4306030 США, C 04 B 35/04, 1981).

Известен углеродсодержащий огнеупор с меньшим содержанием алюмомагнезиальной шпинели в шихте, мас.%:
алюмомагнезиальная шпинель - 65-75
периклаз - 15-25
графит - 10-15
органическое связующее - 4-7
При этом используют магнезиальную шпинель в виде плавленого материала, полученного плавкой "на блок" и имеющего массовое соотношение MgO : Al₂O₃ 33:67 - 58:42 (патент РФ N 2040507, C 04 B 35/04, заявл. 22.06.92).

Недостатком известных технических решения является невысокая стойкость к окислению и замедленное спекание рабочего слоя угнеупоров. В результате чего после обезуглероживания он сравнительно легко разрушается и шлаком при службе.

Наиболее близким по составу к предлагаемому шпинельсодержащшему огнеупору на углеродистой связке является огнеупор, который готовят из шихты следующего состава, мас.%:
шпинельсодержащий материал - 42-75
периклазосодержащий компонент - 15-40
углеродсодержащий материал, предпочтительно графит - 10-18
органические связующие - 4-8
(Патент РФ N 2068823, C 04 B 35/04, заявл. 15.02.96).

При этом в качестве шпинельсодержащего материала используют алюмомагнезиальную шпинель, полученную из смеси глинозема и периклаза плавкой "на слив" с нестихиометрией по кислороду.

Последнее способствует спеканию и, соответственно, более быстрому упрочнению рабочего слоя огнеупора после его обезуглероживания.

Однако стойкость к окислению указанного шпинельнопериклазоуглеродистого огнеупора недостаточна, он сравнительно легко обезуглероживается, рабочий слой огнеупора быстро пропитывается металлом и шлаком, теряет свою огнеупорность и смывается или скалывается из-за разницы в коэффициентах термического расширения реакционного слоя и основы.

В связи с этим указанный огнеупор не вполне удовлетворяет современным требованиям службы металлургических агрегатов.

Задача предлагаемого технического решения - повышение стойкости шпинельсодержащего огнеупора на углеродистой связке к окислению и разъеданию металлургическим шлаком.

Для достижения указанного технического эффекта предлагаемый шпинель содержащий огнеупор на углеродистой связке, включающий алюмомагнезиальную шпинель в виде плавленого материала, полученного плавкой "на слив", периклазсодержащий компонент, графит кристаллический и органическое связующее, дополнительно содержит антиокислитель - тонкодисперсный алюминиево-магниевый сплав с содержанием активных металлов Mg и Al не менее 99%, пассивированный тонким кремнийорганическим покрытием, например, полиэтилсилоксановым, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
алюмомагнезиальная шпинель - 30-60
периклаз обожженный и/или плавленый - 20-45
графит кристаллический - 7-20
органическое связующее - 5-7
указанный антиокислитель - 3-5
Молярное соотношение алюминия и магния в алюминиево-магниевом сплаве составляет предпочтительно 1:1.

Предлагаемый огнеупор содержит антиокислитель - тонкодисперсный алюминиево-магниевый сплав с содержанием активных металлов Al и Mg не менее 99%, пассивированный кремнийорганическим, например, полиэтилсилоксановым покрытием. Вследствие высокого сродства к кислороду и полиэтилсилоксановым покрытием. Вследствие высокого средства к кислороду и развитой удельной поверхности сплав эффективно снижает скорость окисления огнеупора при службе. При этом рабочий слой огнупора после его обезуглероживания уплотняется и упрочняется без снижения его огнеупорности за счет образующихся в межзеренном пространстве продуктов окисления сплава - MgO и MgAl₂O₄. Уплотненный слой затормаживает диффузию кислорода из рабочего пространства внутрь огнеупора и таким образом дополнительно повышает его стойкость к окислению.

Необходимое и достаточное количество добавки алюминиево-магниевого сплавав составляет 3-5 мас.%.

Эффект защиты углеродистой составляющей огнеупора от окисления повышается при увеличении содержания Mg в сплаве.

Улучшенный результат достигается в случае применения алюминиево-магниевого сплава с молярным соотношением 1:1. Это, по-видимому связано с тем, что продуктом окисления такого сплава является активная к спеканию алюмомагнезиальная шпинель (Mg Al₂O₄), в наибольшей мере уплотняющая и упрочняющая рабочий слой огнеупора, и, вследствие этого, повышающая его стойкость к шлакоразъеданию.

Покрытие тонкодисперсных порошков алюминиево-магниевого сплава тонким (микронной толщины) кремнийорганическим покрытием перед использованием их в производстве, обеспечивает дополнительный эффект-взрывобезопасность процесса изготовления предлагаемого огнеупора.

Введение эффективного антиокислителя в состав шпинельсодержащего огнеупора позволяет снизить нижний и верхний пределы содержания дорогостоящей плавленой алюмомагнезиальной шпинели в огнеупорной основе огнеупора с улучшением его стойкости к шлакоразъеданию по сравнению с известными решениями.

Примеры.

Заявляемое техническое решение реализуется при использовании следующих материалов:
- в качестве алюмомагнезиальной шпинели - шпинельсодержащий материал, полученный плавкой "на слив" с содержанием Al₂O₃ 70-75%, MgO 30-25%;
- в качестве периклаза - плавленый магнезит с содержанием MgO 95% (ТУ 14-8-448-83), обожженный магнезит с содержанием MgO 95%;
- графита кристаллического (ГОСТ 4596-76);
-алюминиево-магниевых сплавов с суммарным содержанием Mg и Al не менее 99% и молярным отношением Mg : Al 1:3 и 1:1 (ГОСТ 5393-76), пассивированных кремнийорганическим (полиэтилсилоксановым покрытием);
- в качестве связующего - связующее фенольное порошкообразное (ОСТ 6-05-141-78) в сочетании с этиленгликолем (ГОСТ 19710-83).

Изготовление опытных образцов осуществляли следующим образом.

Зернистые порошки шпинели и периклаза загружали в лабораторный смеситель, перемешивали их с 2/3 этиленгликоля, добавляли графит и антиокислитель в работающий смеситель, затем вводили тонкомолотый периклаз и связующее фенольное порошкообразное. После этого вводили остаток (1/3) этиленгликоля и перемешивание продолжали до получения гомогенной массы.

Соотношения компонентов масс приведено в таблице 1. Из приготовленных масс формовали образцы под давлением 150 Н/мм².

Спрессованные образцы подвергали термообработке при 200^oC. Затем образцы обжигали в коксовой засыпке при 1000^oC.

Стойкость к окислению скоксованных образцов оценивали по глубине обезуглероженной зоны после нагревания в воздухе при 1300^oC с выдержкой 4 часа.

Высокотемпературную прочность на изгиб скоксованных образцов определяли при 1400^oC в окислительной среде.

Шлакоразъедание оценивали по величине потери массы образцов после вращения их в расплаве металлургического шлака с основностью (CaO/SiO₂) 2,8 при 1600^oC.

Свойства образцов заявленных составов в сравнении с прототипом приведены в таблице 2. Как видно из данных таблицы 2, образцы, изготовленные в соответствии с заявляемым решением, превосходят образцы, полученные по прототипу, по показателям стойкости к окислению, прочности после воздействия окислительной среды и устойчивости к воздействию шлака. Выход за заявляемые пределы массовых частей антиокислителя приводит к ухудшению показателей основных технических свойств шпинельсодержащего огнеупора.

Отмеченные обстоятельства предопределяют повышенную стойкость предлагаемого шпинельсодержащего огнеупора в футеровке металлургических агрегатов.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к производству огнеупоров для футеровки сталеплавильных и сталеразливочных металлургических агрегатов. Сущность изобретения: огнеупор содержит, мас.%: 30 - 60 алюмомагнезиальной шпинели, полученной плавкой "на слив"; 20 - 45 периклаза, обожженного и/или плавленого; 7 - 20 кристаллического графита; 3 - 5 антиокислителя - тонкодисперсного алюминиевомагниевого сплава с суммарным содержанием активных металлов - алюминия и магния не менее 99%, пассивированного кремнийорганическим покрытием и, сверх 100%, - 5 - 7 связующего. Молярное соотношение алюминия и магния в алюминиево-магниевом сплаве составляет 1 : 1. Изобретение позволяет повысить стойкость шпинельсодержащего огнеупора на углеродистой связке к окислению и разъеданию металлургическим шлаком. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Шпинельсодержащий огнеупор на углеродистой связке, включающий алюмомагнезиальную шпинель в виде плавленого материала, полученного плавкой "на слив", периклазсодержащий компонент, графит и органическое связующее, отличающийся тем, что огнеупор дополнительно содержит антиокислитель - тонкодисперсный алюминиево-магниевый сплав с суммарным содержанием активных металлов - алюминия и магния не менее 99%, пассивированный кремнийорганическим покрытием, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюмомагнезиальная шпинель - 30 - 60
Периклаз, обожженный и/или плавленый - 20 - 45
Графит кристаллический - 7 - 20
Алюминиево-магниевый сплав с суммарным содержанием алюминия и магния не менее 99%, пассивированный кремнийорганическим покрытием - 3 - 5
Органическое связующее, сверх 100% - - 5 - 7
2. Огнеупор по п.1, отличающийся тем, что молярное соотношение алюминия и магния в алюминиево-магниевом сплаве составляет 1 : 1.