ОГНЕУПОРНАЯ МАССА Российский патент 2000 года по МПК C04B33/22 C04B35/66 

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 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 обогащенный каолинит. При этом температура обработки изделий из данной огнеупорной массы достаточно высока (1400 - 1450^oC), а физико-механические характеристики - низкие.

Известна 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.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является огнеупорная масса (5), содержащая, вес. %: огнеупорную глину - 15-25; графит - 15-20; натриевое жидкое стекло - 15-20; высококремнеземистый заполнитель - 5-15; борсодержащий компонент - 1-5; кремнефтористый натрий - 1-2; шамот - остальное.

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

Состав-прототип огнеупорной массы обладает высокой степенью растрескивания изделия-сырца при высокой скорости сушки, 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 (1200^oC) обработке, что повышает энергоемкость процесса. При этом изделия имеют недостаточно высокие физико-механические свойства и химическую стойкость к воздействию агрессивных сред (например, шлаков хромо-кобальтовых сплавов).

Эти и другие недостатки устраняются предлагаемым техническим решением.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагается состав огнеупорной массы, состоящий, вес.%: шамот минералогического состава, вес.%: Al₂O₃ - 25,49; SiO₂ - 48,58; CaO - 0,66; FeO - 0,81; Fe₂O₃ - 3,48; ППП - 2,49 - 60,58; глина минералогического состава, вес.%: Al₂O₃ - 16,2; SiO₂ - 62,62; CaO - 0,48; FeO - 0,42; Fe₂O₃ - 3,83; ППП - 8,11 - 39,38; борная кислота - 0,04. В качестве связки использовалась глина Комсомольского района, ранее для изготовления огнеупоров не используемая.

Фракционный состав шамота при пластическом формирования изделий влажностью 16-19% составлял: фракции > 3 мм - 0,8%; фракции < 0,54 мм - 49,0%. Минералогический состав отожженных изделий по основным компонентам составлял, вес.%: Al₂O₃ - 21,82; SiO₂ - 54,09; B₂O₃ - 0,023.

Задача, решаемая заявляемым составом огнеупорной массы, заключается в повышении физико-механических свойств изготавливаемых огнеупорных изделий.

Введение в состав огнеупорной массы минерализующей добавки в заданном количестве H₃BO₃ позволяет значительно (в 3-5 раз) сократить цикл сушки изделия-сырца. Изготавливаемые из заявляемого состава изделия подвергались сушке размещением последних в разогретом до 350 - 400^oC сушиле. 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 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 1).

Из таблицы 1 видно, что изменение концентрации H₃BO₃ в огнеупорной массе приводит к снижению физико-механических свойств изделий.

Признаки, характеризующие изобретение:
Ограничительные: огнеупорная масса включает шамот, огнеупорную глину и порошок борной кислоты.

Отличительные: количественное соотношение компонентов, вес.%: глина минералогического состава, вес.%: Al₂O₃ - 16,2; SiO₂ - 62,62; CaO - 0,48; FeO - 0,42; Fe₂O₃ - 3,83; ППП - 8,11 - 39,38; шамот минералогического состава, вес. %: Al₂O₃ - 25,49; SiO₂ - 48,58; CaO - 0,66; FeO - 0,81; Fe₂O₃ - 3,48; ППП - 2,49 - 60,58; борная кислота - 0,04.

Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим решением осуществляется посредством способности H₃BO₃ в указанном количестве или образующемся 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 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-механический 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 хромо-кобальтовых сплавов предлагаемых составов в 1,5 раза по сравнению с составами-аналогами.

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: ~50 заливок расплава сталей; ~70 заливок чугуна; не менее 150 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 29-44, 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., Альеов Ю.Н. Двухслойный теплоизоляционный 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 СССР N 1090676 А, опубл. 07.05.1984, кл. C 04 B 33/22.

6. Долотов Г. П. , Кондаков Е.А. Печи и сушила литейного производства: Учебник для техникумов, 2-е издание, 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, вес.%: шамот - 60,58; глина Комсомольского района - 39,38; борная кислота - 0,04. Предлагаемая масса имеет низкую стоимость, обусловленную доступностью компонентов, снижает затраты на производство огнеупоров и повышает эксплуатационные характеристики последних. 1 табл.

Огнеупорная масса, включающая шамот, огнеупорную глину и порошок борной кислоты, отличающаяся тем, что она содержит указанные компоненты в следующем соотношении, вес. %: глина минералогического состава, вес.%: Al₂O₃ - 16,2; SiO₂ - 62,62; CaO - 0,48; FeO - 0,42; Fe₂O₃ - 3,83; ППП - 8,11 - 39,38; шамот минералогического состава, вес. %: Al₂O₃ - 25,49; SiO₂ - 48,58; CaO - 0,66; FeO - 0,81; Fe₂O₃ - 3,48; ППП - 2,49 - 60,58; борная кислота - 0,04.