ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕУПОРОВ Российский патент 2002 года по МПК C04B35/66 

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к получению огнеупорных материалов, применяемых в строительной, теплотехнической и других отраслях промышленности.

Известна шихта, содержащая окись алюминия в количестве 100 мас. % и 0,1-4 мас. % элементарного кремния или ферросилиция [1] .

Недостатком этой шихты является необходимость обязательного обжига при избытке кислорода в процессе получения огнеупоров. Это снижает производительность процесса получения огнеупоров, требует использования дорогостоящего оборудования.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является шихта для получения огнеупора, включающая глинозем, шпинель или ее смесь с клинкером, карбид кремния, ферросилиций и смоляной деготь в качестве связующего [2] .

Недостатком этой шихты является длительность процесса сушки, а также вредные экологические факторы, связанные с применением в ней смолистого дегтя и феноловой, фурановой смол.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение этих недостатков, а именно сокращение времени сушки огнеупоров, исключение экологически вредных компонентов.

Поставленная задача достигается тем, что в известной шихте для получения огнеупоров, содержащей глинозем, карбид кремния, шпинель и/или клинкер, ферросилиций и связующее, согласно изобретению, в качестве связующего она содержит жидкое стекло с водой, а ферросилиций - в виде циклонной пыли после дробления ферросилициевого слитка с содержанием кремния не ниже 75 мас. %, при следующем соотношении указанных компонентов, мас. % :
Глинозем - 10-80
Карбид кремния - 1-50
Шпинель и/или клинкер - 1-80;
Ферросилиций - 3-20
Жидкое стекло - 3-10
Вода - 5-15
То, что шихта содержит дополнительно жидкое стекло, ведет к тому, что в процессе смешивания компонентов шихты происходит реакция между щелочью, содержащейся в жидком стекле, и активным кремнием, находящимся в циклонной пыли ферросилиция с выделением тепла:
2 NaOH + Si + H₂O = Na SiO₃ + 2H₂ + g.

Прохождение этой реакции с выделением тепла позволяет сократить время сушки огнеупоров.

В теплоизолированной емкости эта температура саморазогрева достигает 1000^oC, а в открытых емкостях она достигает 70-75^oC.

Применение жидкого стекла с ферросилицием дает возможность исключить из композиций экологически вредные компоненты, выполняющие роль связующего и ускорителя спекания (смолы, деготь). Это улучшит экологию производства огнеупоров.

Добавление в шихту жидкого стекла менее 3 мас. % ведет к замедлению реакции между содержащейся в жидком стекле щелочью и активным кремнием, входящим в ферросилиций. Это увеличивает время сушки огнеупоров и снижает прочность огнеупоров. Добавление в шихту жидкого стекла более 10 мас. % проводит к снижению прочности огнеупоров при высоких температурах, т. е. к легкоплавкости.

Использование в шихте ферросилиция в виде циклонной пыли после дробления ферросилициевого слитка с содержанием кремния менее 75 мас. % ведет к исключению микрообъемного спекания, к замедленному "схватыванию" огнеупоров.

Использование в шихте ферросилиция менее 3 мас. % ведет к неполному внутриобъемному спеканию шихты, что снижает прочность огнеупора, применение его более 20 мас. % - снижает температуру стойкости и прочности огнеупора.

Предлагаемую шихту готовят следующим образом.

Смешивают глинозем, карбид кремния, ферросилиций, шпинель или клинкер. После чего заливают полученную смесь жидким стеклом, разведенным водой, непрерывно перемешивая компоненты.

Предлагаемая шихта была изготовлена и испытана на Челябинском абразивном заводе. Она содержала ферросилиций в виде циклонной пыли после дробления ферросилициевого слитка с содержанием кремния 75 и 65 мас. %. Смесь содержала магнезитовую шпинель с высокоглиноземистым клинкером.

Данные испытаний сведены в таблицу.

После сушки все образцы N 2, 4, 5, 7-9, 11, 13-16 показали прочность на изгиб не менее 12 МПа/см², прочность на сжатие не менее 30 МПа/см².

Снижение содержания воды менее 5 мас. % ведет к неполному прохождению реакции, что снижает прочностные показатели огнеупоров. Давление воды более 15% приводит к образованию пор при сушке и снижению температуры стойкости.

Образцы N 6 и 12 показали, соответственно, прочность на изгиб 6 и 8 МПа/см², прочность на сжатие 22 и 14 МПа/см², что в 1,5-2 раза ниже, чем у образцов заявленного состава.

Плита, изготовленная из состава образца N 16 при тех же условиях, выдержала 7 термоциклов и разрушилась.

Изготовленные плиты с размерами 400х200х25мм образцов 6, 8, 9, 10, 11 и 13 подвергли нагружению в 15 кг, по центру плит в проходной обжиговой печи при температуре 1250^oC. Все образцы выдержали 60 термоциклов без внешних изменений.

Время сушки огнеупоров сократилось по сравнению с известной шихтой в 5-6 раз.

Предлагаемую шихту целесообразно использовать для получения огнеупорных масс, применяемых для футеровки сталеразливочных ковшей, для изготовления подкладных плит для высокотемпературного обжига керамических изделий для производства огнеупорных кирпичей, а также в качестве набивных масс в металлургии и теплотехнике.

Источники информации
1. Японский патент N 52-31369. Производство корундовых огнеупоров с муллитовой связкой. МКИ С 04 В 35/10, заявл. 23.12.68, N 50-2524, опубл. 15.08.77.

2. Выложенная заявка Японии N 55-37459, огнеупорный материал желоба для расплавленного металла. МКИ С 04 В 35/10, заявл. 09.09.78. , опубл. 15.03.80.

Использование: металлургическая и строительная промышленности, теплотехника. Задача: сокращение времени сушки огнеупоров, исключение экологически вредных компонентов. Шихта содержит, мас. %: глинозем - 10-80; карбид кремния - 1-50; шпинель и/или клинкер - 1-80; ферросилиций - 3-20; жидкое стекло - 3-10; вода - 5-15. Ферросилиций используют в виде циклонной пыли после дробления ферросилициевого слитка с содержанием кремния не ниже 75 мас. %. Технический результат изобретения - сокращение времени сушки огнеупоров в 5-6 раз, исключение экологически вредных факторов, снижение стоимости огнеупоров. 1 табл.

Шихта для получения огнеупоров, содержащая глинозем, карбид кремния, шпинель и/или клинкер, ферросилиций и связующее, отличающаяся тем, что в качестве связующего она содержит жидкое стекло с водой, а ферросилиций - в виде циклонной пыли после дробления ферросилициевого слитка с содержанием кремния не ниже 75 мас. % при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Глинозем - 10-80
Карбид кремния - 1-50
Шпинель и/или клинкер - 1-80
Ферросилиций - 3-20
Жидкое стекло - 3-10
Вода - 5-15