ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2002 года по МПК C04B35/101 C04B35/185 

Изобретение относится к производству огнеупорных изделий, а именно к составам, используемым для изготовления огнеприпаса (капселей, коробов, стаканов, лодочек и др.) при обжиге керамических изделий, в том числе керамических длинномерных стержней сложной конфигурации, необходимых при литье по выплавляемым моделям из жаропрочных сплавов, например лопаток для авиационных двигателей.

Известна высокоглиноземистая шихта для изготовления огнеупорных изделий, содержащая, мас.%:
Электрокорунд с размерами зерен, мм: 0,8-1,0 - 45-55
0,12-0,16 - 8-12
Обожженный технический глинозем с удельной поверхностью около 7500 см²/г - 22-28
Огнеупорная глина - 12-17
(См. а.с. СССР 166895, кл. С 04 В 35/10, опубл. 30.06.69).

Однако для получения огнеупорных изделий, изготовленных из этой шихты, требуется высокая температура обжига - 1650^oС.

Известна также шихта для изготовления прессованных огнеупоров, включающая, мас. %: корунд - 23-38, муллитокорундовый шамот - 15-50, глина огнеупорная или каолин - 7-12, муллит плавленый - 20-35 (См. а.с. СССР 628135, МПК С 04 В 35/10, опубл. 15.10.78).

Недостатком изделий из данной шихты является также высокая температура обжига - 1550-1600^oС.

Наиболее близкой по составу к предлагаемой является шихта для изготовления огнеупорных изделий с применением плавленого муллита, корунда и глинозема, содержащая, мас.%: муллит плавленый - 15-30, корунд - 35-60, глинозем - 25-35 (См. а.с. СССР 607822, МПК С 04 В 35/10, опубл. 25.05.78).

Огнеупорный материал на основе этой шихты отличается достаточно высокой прочностью и термостойкостью, но для его получения требуется высокая температура обжига 1580-1750^oС.

Технической задачей предлагаемого состава шихты для изготовления огнеупоров является снижение температуры обжига при сохранении термостойкости крупногабаритных изделий. Размеры рабочих изделий, например коробов - 320 х 245 х 125 мм, стаканов - ⊘ 200 мм, высота - 260 мм при толщине стенок изделий 12-15 мм, обусловлены размерами керамических стержней, необходимых при литье по выплавляемым моделям.

Следует отметить, что, как правило, при производстве огнеупорных изделий типа огнеприпаса в целях снижения экономических затрат (особенно связанных с расходом электроэнергии и топливного газа) требуется, чтобы условия их обжига совпадали с условиями их эксплуатации. В этих же целях используют бой огнеупорных изделий. Поэтому температуру обжига огнеупорных изделий целесообразно приближать к температуре их эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что шихта для изготовления огнеупорных изделий, включающая муллитосодержащий материал, корунд и глинозем, дополнительно содержит дисперсный алюминий и карбид кремния, а в качестве муллитосодержащего материала дополнительно используют бой муллитокорундовых изделий, а в качестве корунда - электрокорунд, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Муллит плавленый или бой муллитокорундовых изделий, фракции, мм: 3-0,8 - 12-20
0,8-0,2 - 8-16
Электрокорунд 80- 50 - 20-32
10 - 10-18
Глинозем - 27,5-32,7
Карбид кремния 10- 14 - 0,5-1,0
Дисперсный алюминий - 0,8-1,6
Поставленная задача решается также тем, что:
1. Используют глинозем Г_к;
2. Удельная поверхность глинозема Г_к составляет 6500-7200 см²/г.

Изготовление формовочной смеси и изделий осуществляют по следующей технологии: подготовка исходных компонентов - дробление и рассев боя, предпочтительное содержание муллита в котором не менее 15%; помол глинозема, например, марки Г_к (содержание α-АL₂O₃ в котором желательно иметь не менее 93%) до достижения его удельной поверхности, равной 6500-7200 см²/г; смешение компонентов с водой; формование методом вибролитья; сушка и обжиг.

Все компоненты огнеупорной шихты смешивают в сухом виде в лопастном смесителе. Затем добавляют воду в количестве 6,5-9 мас.%, сверх 100% и дополнительно перемешивают. Изделия формуют на вибростенде. После затвердевания массы формы разбирают, а заготовки сушат и обжигают.

Состав и количественные соотношения компонентов муллита плавленого или боя муллитокорундовых изделий, электрокорунда и глинозема обеспечивают спекаемость массы при более низкой температуре обжига и обеспечивают прочность и термостойкость обожженного материала. Указанные пределы гранулометрического состава компонентов подобраны с целью обеспечения максимальной подвижности формовочной массы в процессе вибрации, что в свою очередь обеспечивает оптимальную укладку массы в форме.

Применение порошка дисперсного алюминия обусловлено следующими факторами: алюминий, поглощая большую часть свободной воды, связывает ее с образованием коллоидного гидрата оксида алюминия Аl(ОН)₃, который, располагаясь тонким слоем вокруг крупных частиц указанных выше компонентов, оказывает дополнительное связующее действие. Особенно это важно на стадии сушки заготовки в форме. В этот момент большая часть свободной воды связывается с дисперсным алюминием, образуя Аl(ОН)₃, а незначительная часть Н₂O испаряется. При этом происходит экзотермическая реакция, идущая с выделением большого количества тепла, температура заготовки повышается до 50^oС и выше и увеличивается объем заготовки. Оптимальное увеличение объема при оптимальном разогреве ведет к уменьшению несплошностей изделий за счет выхода воздуха из массы на поверхность изделия. В этом случае на поверхности изделий от пузырьков воздуха образуется минимальное количество раковин, которые не влияют на качество изделий в целом.

Для обеспечения таких условий твердения изделий в форме в огнеупорную массу вводят порошок карбида кремния зернистостью 10,14 в указанных количествах, который уменьшает разогрев заготовок и их объемное расширение.

При введении дисперсного алюминия ниже указанного предела не происходит связывания (твердения) массы за счет образования Аl(ОН)₃, а при увеличении содержания алюминия идет очень сильный разогрев массы с появлением паров воды, при котором процесс формования трудно осуществить.

В процессе обжига Аl(ОН)₃ разлагается с образованием активного оксида алюминия (Аl₂О₃), который армирует стеклокристаллическую фазу и упрочняет ее. В стеклокристаллическую фазу входит и оксид кремния (α-кристаболит), образующийся при окислении карбида кремния. Их равномерное расположение вокруг крупных зерен оказывает дополнительное спекание массы, что способствует получению достаточно прочных и термостойких изделий при температуре обжига 1360^oС.

Из предлагаемой шихты были изготовлены короба и стаканы.

Полученные изделия были использованы для обжига крупногабаритных стержней в туннельной печи в засыпке из глинозема при температуре обжига 1360^oС. Термостойкость изделий оценивают количеством ходок (теплосмен) изделий. В таблице 1 и 2 приведены составы огнеупорной шихты и технические характеристики изделий из нее.

В таблице 1 приведены составы предлагаемой шихты и прототипа.

В таблице 2 приведены свойства предлагаемого состава шихты и прототипа.

Из таблиц 1 и 2 видно, что изделия из предлагаемой шихты, обожженные при достаточно низкой температуре (1360^oС), имеют удовлетворительные рабочие характеристики, позволяющие использовать их в качестве огнеприпаса (короба, стаканы) при обжиге крупногабаритных длинномерных керамических стержней, необходимых при изготовлении лопаток авиадвигателей литьем по выплавляемым моделям из жаропрочных сплавов.

По сравнению с прототипом керамические изделия из предлагаемой шихты имеют достаточно высокую термостойкость (остаточную прочность при перепаде температур 1250-20^oС воздух-вода) при пониженной (1350-1360^oС) температуре обжига.

Значение термостойкости может оцениваться по количеству теплосмен и остаточной прочности. Термостойкость предлагаемой шихты, оцениваемая по количеству теплосмен (воздух-вода), при перепаде температур 1300-20^oС составляет 28-35, а ее термостойкость, оцениваемая по остаточной прочности при перепаде температур 1250-20^oС (воздух-вода) после 8 циклов составляет 100, после 35 циклов - 70-90.

Приведенные данные подтверждают сохранение термостойкости материала, изготовленного из предлагаемой шихты.

Кроме того, полученные экспериментально данные о количестве ходок изделий до разрушения также указывают на возможность изготовления изделий с высокой термостойкостью:
для стаканов (⊘ 100 мм, h=260 мм) - 30-35 ходок;
для коробов - (320 х 245 х 125 мм) - 20-25 ходок.

Изобретение относится к производству огнеупорных изделий, а именно к составам, используемым для изготовления огнеприпаса (капселей, коробов, стаканов, лодочек и др.) при обжиге керамических изделий, в том числе керамических длинномерных стержней сложной конфигурации, необходимых при литье по выплавляемым моделям из жаропрочных сплавов, например лопаток для авиационных двигателей. Состав шихты включает компоненты в следующем соотношении, мас. %: муллит плавленый или бой муллитокорундовых изделий, фракций, мм: 3,0-0,8 12-20; 0,8-0,2 8-16; электрокорунд 80- 50 20-32; 10 10-18; глинозем 27,5-32,7; карбид кремния 10- 14 0,5-1,0; дисперсный алюминий 0,8-1,6. Техническим результатом изобретения является снижение температуры обжига при сохранении термостойкости крупногабаритных изделий. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Шихта для изготовления огнеупорных изделий, включающая муллитосодержащий материал, корунд и глинозем, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит дисперсный алюминий и карбид кремния, в качестве муллитосодержащего материала используют муллит плавленый или бой муллитокорундовых изделий, а в качестве корунда - электрокорунд при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Муллит плавленый или бой муллитокорундовых изделий фракций, мм:
3,0-0,8 - 12-20
0,8-0,2 - 8-16
Электрокорунд 80- 50 - 20-32
10 - 10-18
Глинозем - 27,5-32,7
Карбид кремния 10- 14 - 0,5-1,0
Дисперсный алюминий - 0,8-1,6
2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что используют глинозем Г_к. 3. Шихта по п.2, отличающаяся тем, что используют глинозем Г_к с удельной поверхностью 6500-7200 см²/г.