МАССА ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ОГНЕУПОРОВ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК C04B35/57 

Изобретение относится к производству основных огнеупоров на основе оксида кальция или оксида кальция и магния и может быть использовано при изготовлении огнеупорных масс и изделий, применяемых в агрегатах для выплавки стали, сплавов и особенно в агрегатах для аффинажной выплавки тугоплавких цветных и драгоценных металлов.

Известны составы доломитовых огнеупоров, в которых связующее содержит в своем составе парафин и смолы, которое вводят в доломитовый порошок при 75-80^oC (Патент ФРГ N 3743217, кл. C 04 B 35/66, 26.09.98). Однако, присутствующие в связующем смолы экологически опасны, а парафин, имеющий значительно более высокий коэффициент термического расширения, чем CaO и MgO, не предохраняет изделия от брака в процессе нагревания. Также низкие температуры его введения не обеспечивают полного удаления влаги с поверхности порошков, что в свою очередь приводит к гидратационному браку изделий.

Известен состав массы для формования огнеупоров на основе свободной извести, в которых связка содержит парафин и кислотсодержащий органический компонент. Синтез массы осуществляется при 130-180^oC (патент РФ N 2101260, C 04 B 35/12, 1993).

Однако, применение температур по их верхнему пределу приводит к выгоранию компонентов массы в ходе перемешивания. Также наличие парафина, как указано выше, приводит к браку изделий при нагревании.

Известен состав временных связок - консервантов для известьсодержащих огнеупоров ("Временные связки-консерванты для известковых и известковопериклазовых огнеупоров", Гропянов В.М., Аксельрод Л.М., Гропянов А.В. Огнеупоры, 1995, N 3, с. 18-21) на основе парафина, в качестве пластификатора и "нейтрола" или таллового масла, в качестве кислотсодержащего компонента. В предлагаемом составе дается и способ определения содержания компонентов связки и способ их введения в порошок, а именно: порошок, содержащий свободную известь, нагревают, вводят расчетное количество гидрофобного связующего, состоящего из талового масла и парафина, перемешивают при температуре 120-130^oC до однородного состояния и охлаждают до комнатной температуры.

Однако, как упоминалось выше, наличие парафина в массе приводит к браку изделий в ходе нагрева при обжиге. Также температуры 120-130^oC недостаточны для интенсивного и полного прохождения реакции образования защитного слоя на поверхности CaO. Все указанные выше массы содержат парафин. Однако, плохая адгезия его к CaO и MgO, высокий коэффициент термического расширения, в 1000 раз превышающий таковой для CaO и MgO, служит причиной разрушения отформованных изделий в процессе нагревания при обжиге и ненадежно защищает CaO от атмосферной гидратации.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое решение, является повышение срока хранения формовочных масс, содержащих свободную известь, прочности и плотности отформованных изделий вплоть до начала спекания в процессе обжига.

Задача решается за счет того, что формовочная огнеупорная масса содержит свободную известь и гидрофобное связующее, состоящее из талового масла и пластификатора, в качестве которого используют гидроксид кальция. При этом количество таллового масла (мас.%) определяется по формуле:

где КЧ - кислотное число таллового масла;
S - удельная поверхность порошка CaO, м²/г;
n - количество мономолекулярных слоев на поверхности частиц оксида кальция.

А необходимое количество гидроксида кальция рассчитывается по формуле
m₂ = 7,5/S^1/6 (2)
Использование в качестве пластификатора Ca(OH)₂ обусловлено наличием между кристаллитами водородных связей, пластинчатым габитусом этих кристаллитов и наличием водородных связей между таллатами и Ca(OH)₂.

Кроме того, коэффициент термического расширения Ca(OH)₂ близок к CaO, а при нагревании в процессе обжига выше 500-600^oC его объем уменьшается за счет необратимой реакции
Ca(OH)₂ ---> CaO + H₂O.

В случае энергетической неоднородности поверхности частиц CaO или недостаточном перемешивании число слоев таллатов Ca (n) на поверхности частиц CaO можно увеличить до 2-х; 3-х и даже 5-и (n = 2; 3-5), но не более 10.

Способ изготовления массы состоит в том, что в исходный порошок, содержащий свободную известь, нагретый до температуры не более чем 150^oC, вводится расчетное количество таллового масла и перемешивается с исходным порошком при охлаждении до температуры не менее 117^oC не менее 2 часов до окончания образования на поверхности частиц CaO таллатов кальция. Об этом свидетельствует "сухость" смешанной массы (по сыпучести она напоминает исходный порошок), после чего в массу вводится расчетное количество гидроксида кальция и перемешивание продолжается при остывании массы до комнатной температуры до однородного состояния. Формовать изделия полусухим прессованием, трамбованием или набивкой можно в течение не менее 10 часов без опасения заметной атмосферной гидратации пресс-порошка. Приведенный способ введения компонентов огнеупорной массы для формования изделий, содержащих свободную известь, обеспечивает полноту взаимодействия компонентов таллового масла с оксидом кальция при минимально необходимом количестве расхода таллового масла для образования гидрофобного слоя водонерастворимых таллатов кальция на поверхности частиц CaO.

В результате формовочная масса содержит таллаты кальция и гидроксид кальция.

Пример 1.

Для изготовления огнеупорной формовочной массы взято 1000 кг порошка CaO с удельной поверхностью 0,05 м²/г. В качестве связующего - талловое масло Питкянрантского целлюлозного завода с кислотным числом 114. По формуле 1 определяем его минимально необходимое количество в мас.долях%:
m₁ = 0,15%
По формуле 2 определяем необходимое количество гидроксида кальция;
m₂ = 3,95%
Следовательно, огнеупорная формовочная масса должна содержать 1000 кг оксида кальция, 1,6 кг таллового масла и 41,2 кг гидроксида кальция. В нагретый до 150^oC порошок оксида кальция вводили указанное количество таллового масла, взятого при комнатной температуре. Перемешивание производили в обогреваемом смесителе ФЛ-0,63К при постепенном понижении температуры от 150^oC до 117^oC в течение 2 часов, затем ввели 41,2 кг гидроксида кальция и перемешивали 30 минут при охлаждении до 25^oC. После вылеживания массы до 10 часов в условиях атмосферной влажности цеха 72-81% из нее прессовали образцы в виде кубиков 50х50х50 мм и кирпичи ГОСТ 390-83. Плотность образцов составила 2560 кг/м³, а плотность кирпичей не менее 2490 кг/м³. После выдержки в атмосфере цеха в течение 160 часов образцы и изделия практически не изменили плотность, размеры и массу, что указывало на отсутствие влияния атмосферной гидратации. Обожженные при 1600^oC образцы и изделия имели, соответственно, плотность не менее 2880 кг/м³ и 2760 кг/м³.

Пример 2.

В порошок, содержащий 53 мас.% CaO и 39 мас.% MgO с удельной поверхностью 0,011 м²/г, полученный после спекания и размола доломита, вводили расчетное количество сырого таллового масла с кислотным числом 45, равное 0,107 мас. % и, соответственно, 3,05% гидроксида кальция. Остальные операции производились как в примере 1. Плотность образцов и кирпичей составляла, соответственно, 2670 кг/м³ и 2540 кг/м³. После выдержки массы, сформованных изделий и обжига также, как в примере 1, плотность обожженных образцов составила 2990 кг/м³, а кирпичей - 2830 кг/м³.

Пример 3.

Для образования 5 и 10 молекулярных слоев таллатов на поверхности частиц CaO с целью увеличения стойкости к гидратации был взят CaO в количестве 10 кг и рассчитанное по формуле 1 необходимое количество таллового масла при n = 5 и n = 10, которое оказалось равным, соответственно, 0,75% и 1,5%. В остальном масса и образцы готовились также, как и в примере 1. В результате оказалось, что введение 0,75% таллового масла (75 г при n = 5) практически не оказало влияния на свойства образцов до и после обжига. При введении 150 г таллового масла несколько уменьшилась плотность отпрессованных образцов (до 2510 кг/м³) и обожженных (до 2820 кг/м³). Иных отличий масса и образцы от приведенных в примере 1 не имели.

Таким образом, предлагаемая масса для формования огнеупоров, содержащих свободную известь, в частности, известковых и известковопериклазовых, обладает достаточно высокой устойчивостью к атмосферной гидратации, хорошей формуемостью, причем в отличие от изделий из масс, содержащих парафин, изделия из предлагаемой массы не разрушаются в процессе обжига. Предлагаемая масса также экономичней, так как известь - пушенка - Ca(OH)₂ намного дешевле парафина и негорюча.

Изобретение относится к производству основных огнеупоров на основе оксида кальция или оксида кальция и магния, которые могут быть использованы в агрегатах для выплавки стали, сплавов и особенно в агрегатах для аффинажной выплавки тугоплавких цветных и драгоценных металлов. Техническим результатом является повышение срока хранения формовочных масс, прочности и плотности отформованных изделий вплоть до начала спекания в процессе обжига. Масса для формования основных огнеупоров содержит свободную известь и гидрофобное связующее, состоящее из таллового масла и пластификатора, в качестве которого используют гидроксид кальция. При этом количество таллового масла (мас.%) определяется по формуле
где КЧ - кислотное число таллового масла; S - удельная поверхность порошка СаО, м/г; n - количество мономолекулярных слоев на поверхности частиц оксида кальция, а необходимое количество гидроксида кальция рассчитывается по формуле m₂=7,5/S^1/6. Способ изготовления массы для формования основных огнеупоров предусматривает следующее: в исходный порошок, содержащий свободную известь, нагретый до температуры не более 150^oС, вводится расчетное количество таллового масла, перемешивается при охлаждении до температуры не менее 117^oC не менее 2 ч, после чего в массу вводится расчетное количество пластификатора - гидроксида кальция и перемешивание продолжается до однородного состояния при охлаждении до комнатной температуры. 2 с.п. ф-лы.

1. Масса для формования основных огнеупоров, содержащая свободную известь и гидрофобное связующее, состоящее из таллового масла и пластификатора, отличающаяся тем, что масса содержит в качестве пластификатора гидроксид кальция, при этом необходимое количество таллового масла (мас.%) рассчитывается по формуле

где КЧ - кислотное число таллового масла;
S - удельная поверхность порошка CaO, м²/г;
n - количество мономолекулярных слоев на поверхности частиц оксида кальция,
а необходимое количество гидроксида кальция (мас.%) рассчитывается по формуле
m₂ = 7,5/S^1/6. 2. Способ изготовления массы для формования основных огнеупоров, заключающийся в том, что порошок, содержащий свободную известь, нагревают, вводят расчетное количество гидрофобного связующего, состоящего из таллового масла и пластификатора, перемешивают до однородного состояния при охлаждении до комнатной температуры, отличающийся тем, что порошок, содержащий свободную известь, нагревают до температуры не более чем 150^oC, а расчетное количество гидрофобного связующего вводят в два этапа: на первом этапе вводят расчетное количество таллового масла, перемешивают при охлаждении до температуры не менее 117^oC не менее 2 ч, затем добавляют расчетное количество пластификатора.