МАССА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ОГНЕУПОРОВ Российский патент 2001 года по МПК C04B35/57 

Описание патента на изобретение RU2169130C1

Изобретение относится к производству основных огнеупоров на основе оксида кальция и магния и может быть использовано для изготовления огнеупорных масс и изделий, применяемых в агрегатах для выплавки черных, цветных металлов, сплавов и драгоценных металлов и сплавов.

Оксид кальция отличается хорошими огнеупорными свойствами, особенно ценными при выплавке чистых сталей и сплавов, а также при выплавке тугоплавких карбидообразующих металлов, например, таких как уран, кобальт, платина. Запасы сырья для производства огнеупоров из CaO в виде природно-чистых мелов и известняков практически неограниченны.

В то же время производство огнеупоров и огнеупорных масс из CaO сдерживается его высокой способностью к гидратации (гидроксилированию). В связи с этим для производства огнеупорных масс, содержащих свободную известь (CaO), предложены защитные добавки органического происхождения.

Например, в патенте РФ N 2101260 C 04 B 35/12 1993 г. предлагается двухкомпонентное связующее, содержащее органический пластификатор и кислотсодержащий компонент органического состава.

Эти добавки вводятся в порошки, содержащие свободную известь, путем перемешивания при повышенных температурах и образуют на поверхности частиц CaO гидрофобную пленку, защищающую оксид кальция от гидратации. Однако полученные таким путем огнеупорные массы отличаются по крайней мере двумя существенными недостатками. Во-первых, применение гидрофобных добавок органического происхождения делает производство огнеупорных масс в той или иной мере пожароопасным, особенно в условиях предприятий огнеупорной промышленности, связанных с применением высоких температур обжига. Во-вторых, все добавки, имеющие органическое происхождение, в той или иной степени экологически небезопасны, а продукты их испарения, пиролиза и сгорания обладают токсичными свойствами.

Известен также состав огнеупорной массы, включающий огнеупорный заполнитель, в частности, обожженный доломит, содержащий CaO, монокальция фосфат (т.е. однозамещенный), а в качестве связки используют лигносульфонат (заявка US 5602063, опубл. 11.02.1997, C 04 B 35/03).

Однако добавка монокальциевого фосфата, не обладающего в данном решении гидрофобизирующими свойствами, служит только цели наращивания прочности футеровки, изготавливаемой по предлагаемому в этой заявке способу.

Задачей являлось создание таких огнеупорных масс на основе CaO, которые одновременно обладают и стойкостью к гидратации, и не содержат токсичных и пожароопасных компонентов.

Задача решается следующим образом.

В массе для формования основных огнеупоров, содержащей свободную известь в виде клинкера, однозамещенный ортофосфат кальция (двойной суперфосфат) в качестве гидрофобизатора и в качестве пластификатора - водный раствор лигносульфонатов (ЛСТ), в качестве пластификатора используют также поливиниловый спирт (ПВС) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Клинкер, содержащий CaO - 92,0-95,8
Водный раствор лигносульфонатов (ЛСТ) или поливинилового спирта (ПВС) - 4,0-6,0
Однозамещенный ортофосфат кальция (двойной суперфосфат) - 0,2-2,0
При таком качественном и количественном составе массы происходит образование на поверхности частиц CaO плотного и прочного слоя водонерастворимого гидроксидапатита состава: Ca10(PO4)6(ОН)2 • nH2O и (или) Ca8(PO4)5(OH) • mH2O.

Образование гидроксидапатита происходит за счет реакции гидролизованных водных растворов однозамещенного ортофосфата кальция либо с CaO:
3Ca(H2PO4)2 + 7CaO = Ca10(PO4)6(OH)2 • nH2O + (5 - n)H2O
5Ca(H2PO4)2 + 11CaO = 2Ca8(PO4)5(OH) • mH2O + (9 - m)H2O
либо с образующимся на первом этапе Ca(ОН)2:
3Ca(H2PO4)2 + 7Ca(ОН)2 = Ca10(PO4)6(ОН)2 • H2O + (12 - n)H2O
5Ca(H2PO4)2 + 11 Ca(ОН)2 = 2Ca8(PO4)5(OH) • mH2O + (20 - m)H2O
В качестве промежуточного или побочного продукта реакции может образовываться и трикальцийфосфат Ca3(PO4) • nH2O, который также практически нерастворим в воде. Приведенные реакции продолжаются до тех пор, пока на поверхности частиц CaO не образуется плотный слой гидроксидапатитов или трикальцийфосфата. Экспериментально установлено, что для создания защитного слоя достаточно содержания фосфатов кальция в известковой массе от 0.2 до 1.0% по массе. Меньшая величина относится к грубозернистым порошкам CaO с размером частиц порядка 105 - 10-6 м.

Водные растворы лигносульфонатов (ЛСТ) и поливинилового спирта (ПВС), широко используемые в производстве огнеупоров, ранее никогда не использовались при производстве основных огнеупоров, содержащих свободный CaO, из-за высокой способности извести к гидратации.

Для приготовления масс использовали известковый клинкер фракции 3-0 мм и доломитовый клинкер фракции 3-0 мм. Клинкеры были изготовлены методом плавки в дуговой печи. Плотности водных растворов ЛСТ и ПВС были 1,24 и 1,22 г/см3 соответственно. Двойной суперфосфат использовался в порошкообразном виде по ГОСТ 20291-80.

Пример осуществления изобретения (см. пример 1, таблица). Во фрезерно-лопастной смеситель ФЛ-0,63К с емкостью чаши по материалу 0.5 м3 вводили 95,8 кг CaO (95,8%) и 0,2 кг (0,2%) двойного суперфосфата. Перемешивали в течение 18-20 мин до равномерного распределения двойного суперфосфата в массе CaO и, не прекращая перемешивания, в смеситель вводили 4 кг (4%) водного раствора лигносульфонатов и перемешивали еще 18-20 мин до окончания образования на поверхности частиц CaO гидроксидапатитов.

Образцы изготавливались размером 0,1х0,1х0,1 м двумя способами:
1. Полусухим прессованием на гидравлическом прессе при удельном давлении 60 МПа (примеры 1-8).

2. Вибролитьем на вибростенде с частотой вибрации стола 50 Гц и временем приложения вибрации 5 мин (примеры 1-5).

В таблице приведены свойства отформованных изделий, изготовленных из заявляемой огнеупорной массы. Как видно из таблицы, свойства таких изделий как до обжига, так и после обжига не хуже и даже превосходят свойства изделий из CaO, изготовленных предлагаемым ранее способом (пример 8).

Повышение с течением времени прочности отформованных изделий из предлагаемых огнеупорных масс объясняется проявлением гидроксидапатитами вяжущих свойств и улучшением спекания за счет образования на границах зерен из гидроксидапатитов пирофосфатов кальция, которые сами по себе являются устойчивыми и тугоплавкими веществами. Как было установлено экспериментально в спеченных при 1720oC изделиях из CaO, содержание фосфора не превышает нескольких десятых и даже сотых процентов по массе.

Таким образом, заявляемая огнеупорная масса, содержащая свободную известь, отличается следующими преимуществами:
1) высокой стойкостью к атмосферной гидратации;
2) отсутствием на стадии изготовления в составе экологически вредных и пожароопасных, дорогостоящих или дефицитных компонентов. Ca(H2PO4)2 под названием "двойной суперфосфат" выпускается промышленностью как минеральное удобрение;
3) возможностью использования для изготовления известковых огнеупорных изделий водорастворимых связующих (растворов лигносульфонатов или поливинилового спирта);
4) повышением прочности отформованных и спеченных изделий при прочих равных условиях.

Похожие патенты RU2169130C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ АТМОСФЕРНОЙ ГИДРАТАЦИИ КЛИНКЕРОВ, СОДЕРЖАЩИХ СВОБОДНЫЙ ОКСИД КАЛЬЦИЯ 2000
  • Гропянов А.В.
  • Гропянов В.М.
  • Кабаргин С.Л.
RU2167124C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕФОРМОВАННЫХ ОГНЕУПОРОВ ИЗ КЛИНКЕРОВ, СОДЕРЖАЩИХ СВОБОДНУЮ ИЗВЕСТЬ И СВЯЗКА-ПЛАСТИФИКАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1999
  • Гропянов В.М.(Ru)
  • Гропянов А.В.(Ru)
  • Кабаргин С.Л.(Ru)
RU2159220C1
МАССА ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ОГНЕУПОРОВ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1998
  • Кабаргин С.Л.
  • Гропянов В.М.
  • Гропянов А.В.
RU2136630C1
ГИДРОФОБИЗИРУЮЩЕЕ СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРОВ 1993
  • Гропянов В.М.
  • Кузнецов Г.И.
  • Аксельрод Л.М.
  • Гропянов А.В.
RU2101260C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПЛОТНОГО ИЗВЕСТКОВО-ПЕРИКЛАЗОВОГО КЛИНКЕРА НА ОСНОВЕ ПРИРОДНО-ЧИСТЫХ ДОЛОМИТОВ 1998
  • Кабаргин С.Л.
  • Гропянов В.М.
  • Гропянов А.В.
RU2135430C1
Способ получения цемента 1988
  • Тарнаруцкий Григорий Моисеевич
  • Ковалева Ирина Евгеньевна
  • Букреева Татьяна Владимировна
  • Долбилова Ирина Борисовна
  • Голышева Марина Николаевна
  • Юдович Борис Эммануилович
  • Соболев Николай Евгеньевич
  • Букреев Анатолий Николаевич
  • Паус Сергей Карлович
  • Панасенко Анатолий Иванович
SU1608154A1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТОДОМ СПЕКАНИЯ ВЫСОКОПЛОТНОГО И УЛЬТРАПЛОТНОГО ИЗВЕСТКОВГО И ИЗВЕСТКОВО-ПЕРИКЛАЗОВОГО КЛИНКЕРА 1997
  • Гропянов В.М.
  • Кабаргин С.Л.
  • Кузнецов Г.И.
  • Гропянов А.В.
RU2114800C1
МАССА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОУСТОЙЧИВОГО ИЗВЕСТКОВОГО КЛИНКЕРА 1997
  • Суворов С.А.
  • Смиловицкий А.М.
  • Долгушев Н.В.
RU2133243C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АМОРФНОГО ТРИКАЛЬЦИЙФОСФАТА 2011
  • Беляева Ольга Дмитриевна
  • Безуглая Татьяна Олеговна
  • Беркович Ольга Александровна
  • Дыкман Наталия Аркадиевна
  • Заславский Денис Владимирович
  • Иванов Андрей Михайлович
  • Николайчук Екатерина Ивановна
  • Дыкман Аркадий Самуилович
  • Федорцова Елена Владимировна
RU2478570C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АМОРФНОГО ТРИКАЛЬЦИЙФОСФАТА 2019
  • Беляева Ольга Дмитриевна
  • Беркович Ольга Александровна
  • Корельская Наталья Аркадьевна
  • Заславский Денис Владимирович
  • Иванов Андрей Михайлович
  • Дыкман Аркадий Самуилович
  • Федорцова Елена Владимировна
RU2730456C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 169 130 C1

Реферат патента 2001 года МАССА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ОГНЕУПОРОВ

Изобретение относится к производству основных огнеупоров на основе оксида кальция и магния и может быть использовано для изготовления огнеупорных масс и изделий, применяемых в агрегатах для выплавки черных, цветных металлов, сплавов и драгоценных металлов и сплавов. Изобретение решает задачу создания таких огнеупорных масс на основе СаО, которые одновременно обладают и стойкостью к гидратации и не содержат токсичных и пожароопасных компонентов за счет того, что в массе, содержащей свободную известь в виде клинкера и связующее, состоящее из пластификатора и гидрофобизатора, в качестве пластификатора используют водный раствор лигносульфонатов (ЛСТ) или поливинилового спирта (ПВС), а в качестве гидрофобизатора - однозамещенный ортофосфат кальция (двойной суперфосфат) при соотношении компонентов, мас.%: клинкер, содержащий СаО, - 92,0-95,8, водный раствор лигносульфонатов (ЛСТ) или поливинилового спирта (ПВС) - 4,0-6,0, однозамещенный ортофосфат кальция (двойной суперфосфат) - 0,2-2,0. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 169 130 C1

Масса для формования основных огнеупоров, содержащая свободную известь в виде клинкера, однозамещенный ортофосфат кальция и водный раствор пластификатора, отличающаяся тем, что в качестве пластификатора масса содержит водный раствор лигносульфонатов или поливинилового спирта при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Клинкер, содержащий CaO - 92,0 - 95,8
Водный раствор лигносульфонатов или поливинилового спирта - 4,0 - 6,0
Однозамещенный ортофосфат кальция - 0,2 - 2,0

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2169130C1

US 5602063 A, 11.02.1997
МАССА ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ОГНЕУПОРОВ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1998
  • Кабаргин С.Л.
  • Гропянов В.М.
  • Гропянов А.В.
RU2136630C1
ГИДРОФОБИЗИРУЮЩЕЕ СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРОВ 1993
  • Гропянов В.М.
  • Кузнецов Г.И.
  • Аксельрод Л.М.
  • Гропянов А.В.
RU2101260C1
GB 1474346 A, 25.05.1977
US 5302563 A, 12.04.1994.

RU 2 169 130 C1

Авторы

Гропянов А.В.

Гропянов В.М.

Кабаргин С.Л.

Даты

2001-06-20Публикация

2000-03-13Подача