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 быть использовано в машиностроительной и металлургической отраслях народного хозяйства.

Известен состав [1] огнеупорной массы, содержащий, вес.%: глина огнеупорная 1-11, магний сернокислый 4-10, порошок обоженного 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 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, обогащенный каолинит. При этом температура обработки изделий из данной огнеупорной массы достаточно высока (1400-1450^oC), а физико-механические характеристики - низкие.

Известна также огнеупорная масса системы Al₂O₃ - SiO₂, содержащая, вес. %: шамот - 48%, глина огнеупорная - 52% (4). Фракционный состав шамота 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, вес.%: 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 сушила с температурой среды 350-400^oC), что влияет на продолжительность данной операции, обуславливая постепенное удаление влаги и предотвращая растрескивание последнего. В противном случае в изделии образуются крупные магистральные трещины, приводящие к его разрушению. Изделия, получаемые из рассматриваемой огнеупорной массы, подвергаются высокотемпературной (1300-1450^oC) обработке, что повышает энергоемкость процесса. При этом изделия имеют недостаточно высокие физико-механические свойства и химическую стойкость воздействию агрессивных сред (например, шлаков хром-кобальтовых 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 литературным источником, 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.%: глина Комсомольского района минералогического состава, мас. %: Al₂O₃ - 16,02; SiO₂ 62,62; CaO - 0,48; FeO - 0,42; Fe₂O₃ - 3,68; ППП - 8,11 - 99,912; борная кислота (H₃BO₃) - 0,098. При пластическом формировании изделий влажность композиции составляла 16-19%.

Минералогический состав отоженных огнеупорных изделий составлял, вес.%: Al₂O₃ - 16,02; SiO₂ - 62,62; B₂O₃ - 0,055; ППП - 7,93.

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

Введение в состав огнеупорной массы минерализирующей добавки H₂BO₃ 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 сушиле. При этом растрескивания 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 минерализирующей добавки, которая активизирует процесс образования муллита [3] . Первые зародыши кристаллов муллита образуются 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 последних (таблица).

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

Огнеупорная масса содержит следующее соотношение компонентов, мас.%: глина минералогического состава, мас.%: Al₂O₃ - 16,02; SiO₂ - 62,62; CaO - 0,48; FeO - 0,42; Fe₂O₃ - 3,83; ППП - 8,11 - 99,912; борная кислота - 0,098.

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 термообработки, 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, региональной принадлежностью и невысокой стоимостью компонентов огнеупорной массы; сокращением длительности операции сушки сырца-огнеупора и брака последнего по трещинам; снижение энергозатрат и длительности операции обжига 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 хром-кобальтовых сплавов предлагаемых составов в 1,5 раза по отношению к составам-прототипам.

Список литературы
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 огнеупоров.- М.: Металлургия, 1985, с. 234.

3. Гончаров Ю. И., Терсенова Л.А., Альсов Ю.Н. Двухслойный теплоизяционный огнеупор // Огнеупоры, 1993, N 6, с. 33-34.

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

5. Авторское свидетельство SU 658117 A, C 04 B 35/66, опубл. 25.04.1979.

6. Долотов Г. П. , Кондаков Е.А. Печи и сушила 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 состоит, мас.%: глина минералогического состава - Al₂O₃ 16,02, SiO₂ 62,62, СаO 0,48, FeO 0,42, Fе₂O₃ 3,83; ППП 8,11 - 99,912; борная кислота 0,098. Используемая глина Комсомольского района ранее для изготовления огнеупоров не использовалась. Предлагаемая масса имеет низкую стоимость, обусловленную доступностью компонентов, снижает затраты на производство огнеупоров и повышает эксплуатационные характеристики последних. 1 табл.

Огнеупорная масса, включающая огнеупорную глину и борную кислоту, отличающаяся тем, что содержит огнеупорную глину минералогического состава, мас. %: Al₂O₃ 16,02, SiO₂ 62,62, CaO 0,48, FeO 0,42, Fe₂O₃ 3,83, ППП 8,11, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Глина огнеупорная - 99,912
Борная кислота - 0,098