ОГНЕУПОРНАЯ МАССА Российский патент 2000 года по МПК C04B35/66 C04B33/00 

Изобретение относится к составам огнеупорных масс для литейного производства и производства огнеупоров и может бать использовано в машиностроении и металлургической отраслях народного хозяйства.

Известен состав (1) огнеупорной массы, содержащей, мас.% : глина огнеупорная 1- 11, магний сернокислый 4 - 10, порошок обожженного магнезита 15 - 35, шамот - остальное. Данная огнеупорная масса имеет сложный многокомпонентный состав с высокой температурой (согласно (2) - 1575^oC) образования жидкой фазы системы MgO-Al₂O₃-SiO₂, что обуславливает высокую стоимость получаемых огнеупорных изделий. Последнее ограничивает диапазон применения огнеупорных изделий из данной массы, например для футеровки туннельных обжиговых печей.

Разработан состав огнеупорной массы системы каолинит - Al₂O₃-SiO₂- B₂O₃ (3), который также содержит дорогостоящие компоненты, в частности каолинит. При этом температура термической обработки изделий из данной огнеупорной массы достаточно высока (1400 - 1450^oC), а физико-механические характеристики - низкие.

Известна также огнеупорная масса систем Al₂O₃-SiO₂, содержащая, мас.% шамот - 48%, глина огнеупорная - 52%. Фракционный состав шамот при пластическом формовании изделий влажности 16 - 19% составлял фракции > 3 мм - 0,8%, фракции < 0,54 мм - 49,0%. Минералогический состав отожженных огнеупорных изделий составлял, мас.% : Al₂O₃ - 28; SiO₂ - 48,63.

Однако рассматриваемый состав огнеупорной массы содержит ряд недостатков, препятствующих получению требуемого технического результата.

Состав огнеупорной массы обладает высокой степенью растрескивания изделия - сырца при высокой скорости сушки (введение изделия-сырца в пространство сушки с температурой среды 350-400^oC), что влияет на продолжительность данной операции, обуславливая постепенное удаление влаги и предотвращает растрескивание последнего. В противном случае в изделии образуются крупные магистральные трещины, приводящие к его разрушению. Изделия, получаемые из рассматриваемой огнеупорной массы, подвергаются высокотемпературной (1300-1550^oC) обработке, что повышает энергоемкость процесса. При этом изделия имеют недостаточно высокие физико-механические свойства и химическую стойкость к воздействию агрессивных сред (например, шлаков хромокобальтовых сплавов).

Наиболее близким техническим решением является огнеупорная масса, в состав которой входит огнеупорная глина, другие огнеупорные компоненты и 1 - 1,5 мас.% борной кислоты (5).

Состав-прототип относится к разряду алюминосиликатных огнеупоров, и борная кислота в указанном процентном содержании является катализатором реакции образования муллита, что является известным и подтверждается литературными источниками, представленными в описании изобретения. В известном составе борная кислота не оказывает никакого влияния на физико-механические свойства огнеупора как минерала.

Эти и другие недостатки устраняются предлагаемым техническим решением.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагается состав огнеупорной массы состоящий, мас.% : огнеупорная глина - 99,98, борная кислота (H₃BO₃) - 0,02 при влажности композиции 16 - 19%. Минералогический состав отожженных огнеупорных изделий составлял мас.%: Al₂O₃ - 25; SiO₂ - 48,58; B₂O₃ - 0,0113.

Задача, решаемая заявленным составом огнеупорной массы, заключается в повышении физико-механических свойств алюмосиликатных огнеупоров за счет структурных преобразований, происходящих при обжиге в присутствии катализатора.

Введение в состав огнеупорной массы минерализирующей добавки H₃BO₃ в заданном количестве позволяет значительно (в 1,5 - 2 раза) сократить цикл сушки изделия сырца. Изготавливаемые из заявляемого состава изделия подвергались сушке размещением последних в разогретом до 350 - 400^oC сушилке. При этом растрескивание изделий из заявляемой огнеупорной массы не наблюдалось, в то время как изделия, выполненные из состава-прототипа, растрескиваются.

При обжиге огнеупоров системы Al₂O₃-SiO₂ B₂O₃ играет роль активной минерализующей добавки, которая активирует процесс образования муллита (3). Первые зародыши кристаллов муллита образуют уже при 900^oC. При дальнейшем росте температуры процесс муллитообразования интенсифицируется. Таким образом, реализуется возможность снижения температуры обжига огнеупорных изделий до 900 - 950^oC при повышении физико-механических свойств (таблица).

Из таблицы видно, что изменение концентрации H₃BO₃ в огнеупорной массе приводит к снижению физико-механических свойств изделий.

Примечание: показатель термостойкости огнеупорной массы (4) взят из (6).

Огнеупорная масса содержит следующее соотношение компонентов, мас.%: глина огнеупорная 99,98, борная кислота 0,02.

Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим решением осуществляется посредством способности H₃BO₃ или образующимися в процессе обжига огнеупорных изделий B₂O₃ образовывать жидкую фазу при более низких температурах обжига, способствуя интенсивному взаимодействию элементов системы Al₂O₃-SiO₂ с образованием муллита 3Al₂O₃ • 2SiO₂ и более полному спеканию структуры огнеупорного изделия. В совокупности действия полиморфных превращений и физико-химических процессов повышаются физико-механические свойства получаемых огнеупорных изделий.

Промышленная применимость разработанного состава огнеупорной массы обуславливается: доступностью и невысокой стоимостью компонентов огнеупорной массы; сокращением длительности операции сушки сырца - огнеупора и брака последнего по трещинам; снижение энергозатрат и длительности операций обжина огнеупорных изделий за счет снижения температуры процесса до 900 - 950^oC; повышение физико-механических свойств огнеупорных изделий и, как следствие, их стойкости, что сокращает количество ремонтов печного оборудования. Кроме перечисленного, была определена повышенная стойкость к действию шлаков при плавке хромокобальтовых сплавов предлагаемых составов в 1,5 - 2 раза по сравнению с составами-прототипами.

Повышенная термостойкость разработанных огнеупорных масс, их низкая температура обжига реализовала возможность использования последних для изготовления многоразовых литейных форм для заливки сталей и чугунов. Стойкость литейных форм из огнеупорной массы составляет: 20 заливок расплава сталей; 40 заливок чугуна; на менее 50 заливок алюминиевых сплавов.

Литература
1. Огнеупорная масса. Кабанов В.С., Суворов С.А., Власов В.В., Редько Г. С., Ленингр. технол. ин-т А.с. 963975, СССР, Заявл. 07.07.80, N 2954516/29-33, опубл. в Б.И., 1982, N 37, МКИ C 04 B 33/22.

2. Стрелов К. К. Теоретические основы технологии огнеупорных. М.: Металлургия, 1985, с. 234.

3. Гончаров Ю. И. Терсенова Л.А. Альеов Ю.Н. Двухслойный теплоизоляционный огнеупор// Огнеупоры, 1993, N 6, c. 33 - 34.

4. Мамыкин П. С., Стрелов К.К. Технология огнеупоров, М.: Металлургия, 1970, с. 275 - 302.

5. Авторское свидетельство СССР SU 658117 A, C 04 B 35/66, опубл. 25.04. 1979.

6. Долотов Г. П., Кондаков Е.А. Печи и сушилка литейного производства: Учебник для техникумов, 2-е изд. , перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1984, с. 232.

Огнеупорная масса для литейного производства и изготовления огнеупоров может быть использована в машиностроительной и металлургической отраслях народного хозяйства. Огнеупорная масса содержит, мас.%: огнеупорная глина - 99,98; борная кислота - 0,02. Минералогический состав основных элементов отожженных огнеупорных изделий, мас. %: Al₂O₃ - 25; SiO₂ - 48,58; B₂O₃ - 0,0113. Огнеупорные изделия из предлагаемой огнеупорной массы спекаются при более низких температурах, имеют повышенную (в 1,5-2 раза) стойкость к воздействию шлаков, высокие механические характеристики. 1 табл.

Огнеупорная масса, включающая огнеупорную глину и борную кислоту, отличающаяся тем, что содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Глина огнеупорная - 99,98
Борная кислота - 0,02-