СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМОБЕТОННЫХ КВАРЦЕВЫХ СТАЛЕРАЗЛИВОЧНЫХ ОГНЕУПОРОВ Российский патент 2000 года по МПК C04B35/14 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к производству кварцевых огнеупоров для непрерывной разливки стали с использованием погружных сталеразливочных стаканов (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 [1]. Недостатком этого способа является длительность процесса формования (до 10-20 часов) и низкая стойкость гипсовых форм (до 10-20 циклов).

Известен способ формования керамических изделий по авторскому свидетельству СССР N 1654289 [2], согласно которому для центробежного формования кварцевых огнеупоров применяются 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 шликерными огнеупорами такой способ имеет существенно меньшую продолжительность формования (15 - 20 мин против 40 - 20 часов). По структуре и свойствам материала центробежные отливки, полученные по прототипу, по сравнению со шликерными 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 [2] удаляется со сливом после окончания формования;
- пониженной химический стойкостью (шлако- и металлоустойчивостью), обусловленной вышеперечисленными недостатками.

Указанные недостатки частично устранены в изобретении [3], которое является ближайшим прототипом. С целью повышения однородности структуры по зерновому составу в данном случае повышена плотность исходных суспензий до 1,89 - 1,93 г/см³ и повышено содержание частиц 63 - 40 мкм до 12-20%. Однако и в этом случае отмечается неравномерность структуры материала по толщине стенки. Кроме того, способ связан с необходимостью введения достаточно высокого (до 20 - 30%) избытка суспензии при формовании (п. 3 формулы в изобретении [3]).

Поставленная цель достигается тем, что в сталеразливочном огнеупоре создается равномерная по толщине структура материала при содержании в нем крупной фракции (0,063 - 1-2 мм) в пределах 50 - 60%. Достижение такой структуры возможно при соблюдении следующих технологических условий и параметров процесса.

1. Процесс подготовки литейных суспензий кварцевого стекла, осуществляемый по общим принципам получения высококонцентрированных вяжущих суспензий [3], 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 в виде низкоплотной (1,40 - 1,50 г/см²) суспензии, способствует ускорению процесса измельчения (примерно в 1,5 раза), улучшает реологические и формовочные свойства и определяет 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 10-20%, а тонкодисперсной - менее 5 мкм - в пределах 20 - 40% (фракция 5 - 63 мкм - остальное).

3. В суспензию с указанными параметрами вводится зернистый заполнитель из кварцевого стекла с дисперсностью 0,1-0,3 - 1-2 мм в количестве 35-45% от массы твердой фазы суспензии (по сухому веществу). При этом заполнитель предварительно подвергается смачиванию посредством слива от центробежного формования. Слив с плотностью 1,40 - 1,65 г/см³ берется в количестве 2-4% (по влажности) от массы заполнителя. Смешение массы осуществляется в бетоносмесителе на протяжении не менее 5 мин.

4. Заполнение формы для центробежного формования суспензий с указанным составом осуществляется с учетом того, чтобы масса вводимой суспензии (по сухому веществу) была на 4-6% больше сухой массы отформованного изделия. Именно при таком показателе избытка суспензии достигаются оптимальные результаты по кинетике процесса и структуре изделий.

5. 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 минут 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).

6. Высушенные изделия подвергают термообработке при конечной температуре 1150 - 1200^oC с выдержкой 2 часа. Подъем температуры при этом осуществляется со скоростью 80 - 100^oC/час. Максимальная температура термообработки уточняется с учетом того фактора, чтобы линейная усадка ствола стакана не превышала 0,5 - 0,8%. Пористость огнеупоров, полученных по данному изобретению, 10 - 12%.

Изделия могут также упрочняться посредством гидротермальной обработки при 6 - 8 атм на протяжении 6 - 8 часов [1].

По сравнению с прототипом огнеупоры, полученные по данному изобретению, отличаются пониженным (на 30 - 50%) износом при разливке стали равного состава. Кроме того, вводимый избыток массы при формовании в несколько раз ниже, чем по известному способу (3-6% против 20 - 30% по прототипу).

Пример выполнения способа
Рассмотрим способ изготовления кварцевых сталеразливочных погружных стаканов для непрерывной разливки стали, которые характеризуются наружным диаметром 100 мм, внутренним - 50 мм (толщина стенки - 25 мм).

Исходный плавленый кварц (кварцевое стекло) получают на основе обогащенных и высокочистых кварцевых песков с содержанием SiO₂ выше 99,5 % после плавки, например, в плазменной печи, материал подвергают очистке, дроблению, рассеву на фракции и магнитному обогащению (отмагничиванию металлических примесей).

Мокрому помолу в шаровой мельнице с керамической футеровкой и мелющими телами подвергают фракцию 0-5 мм. При этом осуществляют однократную загрузку материала и воды из расчета достижения конечной плотности суспензии 1,89 - 1,93 г/см³. Вместе с водой в мельницу вводят слив-отход производства (слив) после центробежного формования в количестве 8-12% (по сухому). Процесс помола осуществляют 7-12 часов до указанной плотности и дисперсности, характеризующейся содержанием 10 - 20% фракции 63 - 400 мкм (менее 5 мкм - 20-40%). Температура процесса помола достигает при этом 70 - 80^oC.

После слива суспензию подвергают механическому перемешиванию (стабилизации) в барабане шаровой мельницы (без мелющих тел) на протяжении не менее 20 часов.

В стабилизированную суспензию вводят зернистый заполнитель из кварцевого стекла с дисперсностью 0,1-1 мм в количестве 40% от массы твердой фазы суспензии (по сухому веществу). Предварительно заполнитель смачивают сливом плотностью 1,40 - 1,65 г/см³ в количестве 2 - 4% (по влажности). Смешение в мешалке осуществляют до гомогенного состояния не менее 5 мин.

Полученную формовочную смесь, характеризующуюся влажностью 10 - 11%, помещают в металлическую форму для центробежного формования. При этом по отношению к массе отформованного изделия смесь вводится в 4-6%-ном избытке.

Формование изделий центробежным методом осуществляют в соответствии с режимом, описанном в п. 5 описания. После окончания формовки форму разбирают, осуществляют удаление слива и предварительную подсушку отливки в форме, затем ее извлекают и подвергают сушке сначала в естественных условиях, а затем при температуре до 110-120^oC. Режим термообработки осуществляют согласно п. 6 настоящего описания.

Полученные изделия контролируют по показателям пористости и предела прочности при сжатии.

Источники информации
1. Пивинский Ю.Е. Керамические вяжущие и керамобетоны. М., Металлургия, 1990, 275 с.

2. Авторское свидетельство СССР N 1654289. кл. C 04 B 35/14, 1991.

3. RU заявка N 97102674/03 (способ изготовления кварцевых сталеразливочных огнеупоров).

Способ предусматривает получение и применение высококонцентрированных суспензий кварцевого стекла с плотностью 1,89 - 1,93 г/см³, в которую дополнительно вводят зернистый заполнитель из кварцевого стекла с размером частиц 0,1 - 2,0 мм в количестве 30 - 45%. Предварительно зернистый заполнитель подвергают увлажнению до влажности 2 - 5% посредством смешивания его со сливом от центробежного литья кварцевых огнеупоров. После смешивания массы изделия формуют методом центробежного литья, сушат и термообрабатывают при 1150 - 1200^oС. Изобретение позволяет получать огнеупоры с равномерной по толщине структурой материала. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления керамобетонных сталеразливочных огнеупоров, включающий получение высококонцентрированной суспензии кварцевого стекла плотностью 1,89 - 1,93 г/см³ мокрым измельчением, центробежное формование при переменной скорости, сушку и термообработку изделий, отличающийся тем, что в высококонцентрированную суспензию дополнительно вводят зернистый заполнитель из кварцевого стекла с размером частиц 0,1 - 2,0 мм в количестве 30 - 45 мас. % на сухое вещество, а термообработку проводят при 1150 - 1200^oC. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зернистый заполнитель перед его смешением с суспензией подвергается увлажнению сливом центробежного литья кварцевой керамики с плотностью 1,40 - 1,65 г/см³ до влажности 2 - 5%.