МАГНЕЗИАЛЬНО-СИЛИКАТНЫЙ ОГНЕУПОР Российский патент 2002 года по МПК C04B35/20 C04B35/66 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для производства магнезиально-силикатных огнеупоров, применяемых в футеровках нагревательных, обжиговых печей и других тепловых агрегатах.

Известен магнезиально-силикатный огнеупор, включающий, мас.%: форстерит 49-57, магнезиально-хромалюможелезистый шпинелид состава Mg (Cr, Al, Fe)₂О₄ 21-26, периклаз 20-25 (Пат. РФ 2165396, М.Кл.7 С 04 В 35/20, 35/04, 35/66, опубл. 20.04.2001 г.).

Известный огнеупор обладает относительно высокой клинкероустойчивостью и предназначен для осуществления промежуточных ремонтов футеровки зоны спекания вращающихся печей цементной промышленности. Однако указанный огнеупор имеет высокую истираемость в интервале температур 300-1200^oС, что не позволяет использовать его в футеровках зоны загрузки шахтных и вращающихся обжиговых печей, где основной причиной износа является истирание футеровки со стороны обжигаемого кускового материала (магнезита, доломита и др.).

В нагревательных металлургических печах истирание огнеупора происходит в присутствии окалины. В процессе службы свободный периклаз, содержащийся в межзеренной составляющей известного огнеупора, реагирует с окалиной с образованием магнезиоферрита, что сопровождается объемными изменениями, разрыхлением структуры огнеупора, снижением его прочности и, как следствие, приводит к более интенсивному истиранию. В связи с этим известный магнезиально-силикатный огнеупор не рекомендуется использовать в таких элементах футеровки, как подины нагревательных металлургических печей, нижнее строение мартеновских печей, где эксплуатация осуществляется в присутствии железосодержащих реагентов.

Наиболее близким к изобретению является магнезиально-силикатный огнеупор, включающий, мас.%: форстерит 51-73, алюмомагниевая шпинель 21-30, периклаз 5-15, монтичеллит 1-4 (Авт. св. СССР 1266122, М.Кл. С 04 В 35/20, опубл. 30.11.1987г.).

Известный огнеупор обладает достаточно высокой устойчивостью к щелочно-силикатным расплавам и имеет низкую газопроницаемость. Для его получения может быть использовано техногенное сырье - шлаки ферросплавного производства, что не только экономически целесообразно, но и решает проблемы экологии.

Однако, несмотря на содержание в структуре алюмомагниевой шпинели, известный огнеупор недостаточно устойчив к истиранию при температурах службы 300-1200^oС, особенно в присутствии окалины или другого железосодержащего реагента. Причиной повышения истираемости известного огнеупора при воздействии окалины является наличие повышенного количества свободного периклаза (до 15 мас.%), взаимодействующего с оксидами железа.

Указанные недостатки ограничивают область применения известного магнезиально-силикатного огнеупора, не позволяя эффективно использовать его в подинах нагревательных металлургических печей, зонах загрузки обжиговых печей и др.

Задачей изобретения является повышение качества магнезиально-силикатного огнеупора на основе техногенного сырья для расширения области его применения.

Технический результат, который может быть достигнут при использовании изобретения, заключается в снижении истираемости при высоких температурах, в том числе в присутствии окалины.

Указанный технический результат достигается тем, что магнезиально-силикатный огнеупор, включающий форстерит, алюмомагниевую шпинель, периклаз и монтичеллит, согласно изобретению дополнительно содержит магнезиально-хромалюможелезистый шпинелид состава Mg (Cr, Al, Fe)₂O₄ при следующем соотношении минеральных фаз, мас.%:
Форстерит - 43-62
Алюмомагниевая шпинель - 14-22
Указанный шпинелид - 12-20
Периклаз - 4-11
Монтичеллит - 1-4
Предлагаемая совокупность минеральных фаз в заявляемом соотношении обеспечивает повышение качества магнезиально-силикатного огнеупора. Снижение истираемости при высоких температурах (300-1200^oС), в том числе в присутствии окалины, достигнуто благодаря формированию плотной структуры, в которой содержится значительное количество наиболее абразиво- и химически устойчивой шпинельной фазы, как в виде дополнительного магнезиально-хромалюможелезистого шпинелида, так и в виде алюмомагнезиальной шпинели. Вместе с тем, свободный периклаз распределен в решетке шпинельной фазы и тем самым защищен от активного взаимодействия с оксидами железа. При этом содержание периклаза снижено до 11%.

Изменение предлагаемого соотношения минеральных фаз ухудшает свойства магнезиально-силикатного огнеупора. Снижение содержания магнезиально-хромалюможелезистого шпинелида менее 12 мас.% приводит к повышению истираемости огнеупора при высокой температуре, особенно в присутствии окалины. При увеличении доли шпинелида более 20 мас.% свойства огнеупора ухудшаются из-за рыхлой структуры вследствие недостаточного спекания огнеупора и соответственного снижения прочности и истираемости.

Для изготовления магнезиально-силикатных огнеупоров использовали:
- плавленый форстеритошпинельный материал (шлак от производства высокоуглеродистого феррохрома). Химический состав шлака, мас.%: SiO₂ 32,5; MgO 45,0; Аl₂О₃ 17,1; Сr₂O₃ 3,8; CaO 1,1; Fe₂O₃ 0,4;
- спеченный периклазовый порошок с содержанием, мас.%: MgO 92,2; CaO 2,6; SiO₂ 3,3; Fe₂О₃ 1,9;
- хромит с содержанием, мас.%: Сr₂О₃ 38,4; Fе₂О₃ 18,7; SiO₂ 6,1; Аl₂O₃ 14,1; MgO 14,1;
- лом периклазошпинелидных огнеупоров с содержанием, мас.%: MgO 61,2; Сr₂O₃ 16,4; SiO₂ 5,9; Fе₂O₃ 7,6; Аl₂О₃ 5,8; CaO 2,9.

Плавленый форстеритошпинельный материал фракции 2-0 мм смешивали с тонкомолотой составляющей фракции менее 0,063 мм в виде смеси хромита и спеченного периклазового порошка в соотношениях, мас.%: 40:60; 50:50 и 60:40 или тонкомолотым ломом периклазошпинелидных изделий. Соотношения компонентов в шихте представлены в табл. 1. Шихту увлажняли раствором лигносульфаната технического плотностью 1,22 г/см³ в количестве 5-6 мас.% (сверх 100%). Из полученной шихты прессовали изделия под давлением 80 Н/мм², которые затем сушили и обжигали при температуре 1380^oС.

Фазовый состав полученных магнезиально-силикатных огнеупоров, определенный путем петрографического анализа, представлен в табл. 2, где также приведены свойства огнеупоров.

Открытую пористость, прочность при сжатии и температуру начала деформации под нагрузкой определяли стандартными методами.

Истираемость магнезиально-силикатных огнеупоров при высокой температуре определяли по методике, описанной в ст. В.Н. Боричева и др. "Установка для определения истираемости и коэффициента трения огнеупоров при высоких температурах" (ж. "Огнеупоры", 1987, 1, с.44-46).

Испытания цилиндрических образцов составов 1-5 диаметром 25 и высотой 50 мм проводили при температуре 1200^oС. Истираемость образцов оценивали относительным коэффициентом истираемости К_ист. при температуре 1200^oС. При этом за К_ист.= 1,0 был принят показатель наиболее устойчивого к истиранию огнеупора состава 2.

Для определения влияния окалины на истираемость магнезиально-силикатных огнеупоров при высокой температуре на образцы огнеупоров составов 2 и 5 диаметром 25 и высотой 50 мм помещали цилиндры высотой 12 мм того же диаметра, спрессованные из тонкомолотой окалины. Подготовленные таким способом образцы подвергали термообработке при температуре 1100^oС с выдержкой при конечной температуре в течение 180 ч.

В результате петрографического анализа образцов после термообработки установлено значительно более интенсивное (глубиной до 25 мм) насыщение известного огнеупора оксидом железа по сравнению с предлагаемым. При этом наблюдается повышение пористости и снижение прочности измененной зоны (табл. 3). Степень истираемости при температуре 1200^oС для образцов огнеупоров после взаимодействия с окалиной определяли по вышеприведенной методике. Значения К^ок _ист. указаны в табл. 2 и 3.

Согласно данным табл. 2 предлагаемый огнеупор (составы 1-4) при более высоких показателях прочности и температуры начала деформации под нагрузкой характеризуется значительно (на 45-73%) меньшей истираемостью при высокой температуре по сравнению с известным огнеупором состава 5, а в присутствии окалины - более чем в 2 раза.

Таким образом, магнезиально-силикатный огнеупор по изобретению может успешно применяться в подинах нагревательных металлургических печей, нижнем строении мартеновских печей, футеровках зон загрузки обжиговых вращающихся и шахтных печей.

Наряду с расширением области применения огнеупоров на основе техногенного сырья, использование изобретения позволит также улучшить экологию окружающей среды.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для производства магнезиально-силикатных огнеупоров, применяемых в футеровках нагревательных, обжиговых печей и других тепловых агрегатов. Магнезиально-силикатный огнеупор содержит минеральные фазы в следующем соотношении, мас.%: форстерит 43-62, алюмомагниевая шпинель 14-22, магнезиально-хромалюможелезистый шпинелид состава Mg (Cr, Al, Fe)₂O₄ 12-20, периклаз 4-11, монтичеллит 1-4. Предложенный огнеупор характеризуется низкой истираемостью при температурах 300-1200^oС, в том числе в присутствии окалины. Для его изготовления используется техногенное сырье - шлак от производства высокоуглеродистого феррохрома. 3 табл.

Магнезиально-силикатный огнеупор, включающий форстерит, алюмомагниевую шпинель, периклаз и монтичеллит, отличающийся тем, что он дополнительно содержит магнезиально-хромалюможелезистый шпинелид состава Mg (Cr, Al, Fe)₂O₄ при следующем соотношении минеральных фаз, маc. %:
Форстерит - 43-62
Алюмомагниевая шпинель - 14-22
Указанный шпинелид - 12-20
Периклаз - 4-11
Монтичеллит - 1-4