МАГНЕЗИАЛЬНО-ШПИНЕЛИДНЫЙ ОГНЕУПОР Российский патент 2003 года по МПК C04B35/47 C04B35/443 C04B35/43 C04B35/04 C04B35/01 C04B35/66 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления магнезиально-шпинелидных огнеупоров, предназначенных для футеровки тепловых агрегатов цветной и черной металлургии, например медеплавильных печей, подин нагревательных печей, нижнего строения мартеновских печей и т.д.

Известен плавленый огнеупорный материал, включающий, мас.%: композитную шпинельную фазу, содержащую оксиды магния, алюминия, хрома и железа, 65-80; периклазовую фазу 19-30 и матричную стеклофазу на основе силикатов 1-8 и имеющий химический состав, включающий мас.%: оксид магния 20-40; оксид хрома 30-60; оксид алюминия 5-15; оксиды железа (в пересчете на Fe₂О₃) не более 15; оксид кремния 0,5-5,0; оксид кальция 0,3-1,5. Указанный материал имеет высокую плотность (открытая пористость менее 5%) и высокую коррозионную устойчивость к сталеплавильным шлакам (патент US 4348485, М. Кл. С 04 В 35/04, опубл. 07.09.1982). Недостатком известного материала является низкая термостойкость, характерная для плавленолитых огнеупоров (не более 1 теплосмены в режиме 1300^oС - вода). Эго не позволяет использовать его в тепловых агрегатах с нестационарным тепловым режимом в условиях резких перепадов температур, например в металлургических печах.

Наиболее близким к изобретению является магнезиально-шпинелидный огнеупор, включающий, мас. %: магнезиально-хромалюможелезистый шпинелид состава Mg(Cr, Al, Fe)₂O₄ (феррихромпикотит) 17-45, периклаз 38-75, магнезиоферрит 3-5 и силикаты магния 5-12, в том числе: монтичеллит 3-8 и форстерит 2-4. Химический состав известного огнеупора включает, мас.%: оксид магния 60-80; оксид хрома 7-14; оксид алюминия 4-9; оксиды железа (в пересчете на Fе₂О₃) 4-9; оксид кремния 3-6; примеси - остальное (Авторское свидетельство СССР 1655951, М.Кл. С 04 В 35/04; опубл. 15.06.1991).

Известный огнеупор получен спеканием и предназначен для футеровки сводов мартеновских и электросталеплавильных печей, зоны спекания цементных вращающихся печей и характеризуется пониженной пластической деформацией, высокими плотностью, высокотемпературной прочностью и термостойкостью. Термостойкость огнеупора в режиме 1300^oС - вода составляет 5-8 теплосмен.

Недостатком известного огнеупора является его низкая устойчивость к реагентам медеплавильного производства (оксидам меди и железистосиликатным шлакам). Несмотря на присутствие в структуре достаточно устойчивого к указанным реагентам магнезиальнохромалюможелезистого шпинелида, разрушение огнеупора происходит, прежде всего, за счет интенсивного взаимодействия железистосиликатного шлака с избыточным периклазом с образованием легкоплавких магнезиально-железистых силикатов. Химическая коррозия огнеупора приводит к преждевременному выходу футеровки из строя.

Задачей изобретения является создание высокостойкого магнезиально-шпинелидного огнеупора для футеровок медеплавильных и других тепловых агрегатов.

Технический результат, который может быть достигнут при использовании изобретения - повышение устойчивости огнеупора к оксидам меди и железистосиликатным шлакам при сохранении высокой термостойкости.

Указанный технический результат достигается тем, что магнезиально-шпинелидный огнеупор, включающий магнезиально-хромалюможелезистый шпинелид состава Mg(Cr, Al, Fe)₂O₄, периклаз и силикаты магния, и имеющий химический состав, включающий оксиды магния, хрома, алюминия, железа, кремния и примеси, согласно изобретению содержит указанные минеральные фазы в следующем соотношении, мас.%:
Магнезиально-хромалюможелезистый шпинелид - 55-84
Периклаз - 10-35
Силикаты магния - 6-12
а химический состав содержит указанные ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:
Оксид магния - 40,0-57,5
Оксид хрома - 15,0-26,0
Оксид алюминия - 8,0-13,0
Оксиды железа (в пересчете на Fе₂O₃ - 8,0-13,0
Оксид кремния - 3,0-6,5
Примеси - Остальное
Предлагаемые совокупность минеральных фаз и химический состав огнеупора обеспечивают повышение его устойчивости к реагентам медеплавильного производства при сохранении высокой термостойкости. Структура огнеупора представлена твердым раствором, устойчивым к указанным реагентам магнезиально-хромалюможелезистого шпинелида и периклаза. При этом периклаз находится, в основном, в решетке указанного хромшпинелида. Силикатная составляющая в структуре представлена, в основном, твердым раствором форстерита, периклаза и шпинелида, благодаря чему снижается ее активность к реагентам плавки.

Выбор пределов содержания минеральных фаз обусловлен следующим.

Увеличение доли периклаза более 35 мас.% и силикатов магния более 12 мас. % при соответственном уменьшении доли магнезиально-хромалюможелезистого шпинелида менее 55 мас.% снижает химическую устойчивость огнеупора к оксидам меди и железистосиликатным шлакам.

Уменьшение количества периклаза менее 10 мас.% и увеличение доли указанного шпинелида более 84 мас.% приводит к снижению концентрации периклаза в твердом растворе шпинелида и, соответственно, к росту деформативности изделий при обжиге. В то же время снижение концентрации периклаза в твердом растворе силикаты-периклаз-магнезиально-хромалюможелезистый шпинелид отрицательно повлияет на шлакоустойчивость огнеупора, снижает температуру начала деформации под нагрузкой и увеличивает брак обжига.

Изменение химического состава огнеупора за предлагаемые пределы приводит к изменению заявляемого фазового состава и, следовательно, к ухудшению свойств огнеупора.

Для изготовления магнезиально-шпинелидных огнеупоров использовали
- сарановский хромалюможелезистый концентрат с содержанием, мас.%: Сr₂O₃ 36,4; А1₂O₃ 19,6; Fe₂O₃+FeO 19,1; MgO 14,2; SiO₂ 6,8; CaO 2,2;
- спеченный периклазовый порошок с содержанием, мас.%: MgO 92,2; CaО 2,6; SiO₂ 3,3; Fe₂O₃ 1,9;
- магнезиально-шпинелидный материал (брикет) с содержанием, мас.%: MgO 64,2; Сr₂О₃ 16,1; Аl₂О₃ 4,4; Fe₂О₃ 4,8; SiO₂ 7,4; CaO 2,4.

Может быть использован лом магнезиально-шпинелидных изделий с содержанием Сr₂О₃ от 8 до 20 мас.%.

Исходные компоненты смешивали в соотношениях, указанных в таблице 1, и увлажняли раствором лигносульфоната технического плотностью 1,22 г/см³ в количестве 5-6 мас.% (сверх 100%). Из полученной шихты прессовали изделия под давлением 100 Н/мм², которые затем сушили до остаточной влажности менее 1% и обжигали в туннельной печи при 1580^oС с выдержкой при конечной температуре не менее 4 часов.

Фазовый состав полученных магнезиально-шпинелидных огнеупоров, определенный путем петрографического анализа, представлен в таблице 2. Химический состав огнеупоров определялся методом химического анализа и приведен в таблице 3.

Физико-керамические свойства магнезиально-шпинелидных огнеупоров указаны в таблице 4. Открытую пористость, прочность при сжатии и термостойкость определяли стандартными методами.

Шлакоустойчивость определяли вращением образцов огнеупора со скоростью 200 об/мин в течение 90 мин в расплаве железистосиликатного шлака, имеющего температуру плавления 1300^oС.

Состав конвертерного медеплавильного шлака, мас.%: SiO₂ 19,6; Аl₂О₃ 3,2; FeO 64,9; CuO 4,1; SiO₃ 1,9. Коэффициент разрушения огнеупора шлаком определяли как отношение объема разрушенной шлаком части образца к его исходному объему. Насыщение образцов оксидами меди определяли погружением образцов в расплав оксидов при 1300^oC в течение 15 мин. Насыщение определяли как отношение массы расплава оксидов, поглощенной образцом, к его первоначальной массе.

Устойчивость к коррозионному воздействию оксидов меди определяли вращением в расплаве оксидов меди образцов, предварительно насыщенных при температуре 1300^oС в течение 90 мин оксидами меди. Условия проведения эксперимента аналогичны условиям определения шлакоустойчивости. Коэффициент износа огнеупора при взаимодействии с оксидами меди определяли как отношение объема разрушенной части образца к его исходному объему.

Данные определения шлакоустойчивости, насыщения и устойчивости к оксидам меди приведены в таблице 4.

Как показали результаты испытаний, магнезиально-шпинелидный огнеупор по изобретению более инертен к реагентам медеплавильного производства: устойчивость к оксидам меди выше в 1,75 раза, шлакоустойчивость - в 1,9 раза; при этом термостойкость огнеупора по изобретению сохраняется на достаточно высоком уровне и составляет в зависимости от состава от 4 до 10 теплосмен в режиме 1300^oС - вода.

Использование предлагаемого огнеупора для футеровки медеплавильных и других тепловых агрегатов обеспечит повышение срока их службы.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления магнезиально-шпинелидных огнеупоров (МШО), предназначенных для футеровки медеплавильных печей, а также подин нагревательных печей, нижнего строения мартеновских печей и т.д. Фазовый состав МШО содержит, мас. %: магнезиально-хромалюможелезистый шпинелид 55-84; периклаз 10-35; силикаты магния 6-12. Химический состав МШО, мас.%: оксид магния 40,0-57,5; оксид хрома 15,0-26,0; оксид алюминия 8,0-13,0; оксиды железа (в пересчете на Fе₂О₃) 8,0-13,0; оксиды кремния 3,0-6,5; примеси остальное. МШО указанного фазового и химического составов обладает высокой устойчивостью к оксидам меди и железистосиликатным шлакам и имеет термостойкость 4-10 теплосмен в режиме 1300^oС - вода. 4 табл.

Магнезиально-шпинелидный огнеупор, включающий магнезиально-хромалюможелезистый шпинелид состава Mg(Cr, Al, Fe)₂O₄, периклаз и силикаты магния, и имеющий химический состав, включающий оксиды магния, хрома, алюминия, железа, кремния и примеси, отличающийся тем, что он содержит указанные минеральные фазы в следующем соотношении, мас.%:
Магнезиально-хромалюможелезистый шпинелид - 55-84
Периклаз - 10-35
Силикаты магния - 6-12
при этом химический состав огнеупора содержит указанные ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:
Оксид магния - 40,0-57,5
Оксид хрома - 15,0-26,0
Оксид алюминия - 8,0-13,0
Оксиды железа в пересчете на Fе₂O₃ - 8,0-13,0
Оксиды кремния - 3,0-6,5
Примеси - Остальное.