ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШАМОТНЫХ ОГНЕУПОРОВ Российский патент 2003 года по МПК C04B33/22 

Изобретение относится к производству огнеупорных материалов алюмосиликатного состава и может быть использовано для изготовления, например, шамотных огнеупоров.

Известна масса для шамотных огнеупоров, включающая отощитель и глину. Недостатком данной массы является повышенная температура обжига изделий и невысокая прочность за счет незавершенности процесса спекания глиносвязки /Вакалова Т. В. , Лузин А.В., Пачин В.Н., Верещагин В.И. Повышение качества шамотных изделий из трошковских глин с применением интенсивных способов диспергирования. Комплексное использование минерального сырья, 1986, 11, с. 81-83/.

Известны шамотные массы для нормального и ковшевого огнеупоров, недостатками которых являются невысокая прочность на сжатие за счет недостаточной степени спекания глиносвязки при применяемых температурах обжига (1320-1350^oС). Введение добавок соды для интенсификации спекания отрицательно сказывается на термомеханических свойствах изделий / Попов А.Д. Шамотные изделия из глин трошковского месторождения. Труды Восточного института огнеупоров. Металлургия , 1966, вып.6, с.22-36/.

Известно, что регулирование спекаемости связки, а также таких важнейших эксплуатационных свойств шамотных изделий, как шлакоустойчивость и термостойкость возможно путем воздействия на свойства синтезированной структуры, главным образом на формирующуюся плотность, за счет вариаций количества шамота и его зернового состава, а также способов его подготовки и введения в состав массы. В многошамотных массах с малым содержанием связки (15-20%) особое внимание обращается на содержание фракции меньше 0,088 мм по ряду причин. Во-первых, именно эта фракция наиболее активно влияет на степень спекания материала. Во-вторых, глина находится в таких изделиях в количествах, достаточных лишь для образования вместе с мельчайшей фракцией шамота (мельче 88 мкм) тонких пленок, цементирующих более крупные шамотные зерна. В связи с этим высокая термостойкость многошамотных изделий обеспечивается наличием в них более подвижных (вследствие малого содержания глины) межшамотных прослоек, обусловливающих низкий модуль упругости этих изделий /Мамыкин П. С. Огнеупорные изделия. Гос. изд-во лит-ры по черной и цветной металлургии. Свердл. отд., Свердловск, 1955, с.308-321/.

Известна масса для получения шамотных огнеупоров, включающая в себя компоненты, мас.%:
Глина - 13,5
Шамот из огнеупорной глины - 86,5
в т.ч. фракцией 5-0 мм - 55
фракцией менее 0,088 мм - 31,5
причем глиносвязка и тонкодисперсная фракция отощителя представляют собой смесь совместного помола в шаровой мельнице фракцией менее 0,088 мм более 85-90% /Попов А.Д., Щетникова И.Л. и др. Регулирование процесса спекания и изготовления шамотных изделий из трошковских глин. Труды Восточного института огнеупоров. Металлургия, 1969, вып. 9, с.31-42/.

Недостатком такой массы является то, что для нее расходуется большое количество искусственного тонкодисперсного отощителя, получаемого путем интенсивного помола высокожженного (при температурах не ниже 1400^oС) шамота в шаровой или трубной мельницах, что значительно усложняет и удорожает производство. Кроме того, для обеспечения необходимых термомеханических свойств изделий требуются повышенные температуры обжига (1400^oС).

Наиболее близкой к предлагаемой является шихта для изготовления капсельного припаса, включающая, мас.%:
Глина - 16-22
Необожженный глинозем - 12-15
Гидролизованный этилсиликат - 11-14
Шамот фракцией 3-1 мм - 26-59
Синтетический топаз (фр. 0,03-0,05 мм) - 2-23
Недостатком такой массы является необходимость применения высоких температур обжига (1500^oС) для синтеза из продуктов термодеструкции этилсиликата и технического глинозема вторичного муллита, а также спекания изделий.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение механической прочности и огнеупорности изделий при одновременном снижении температуры обжига за счет интенсификации процесса спекания глиносвязки и увеличения выхода игольчатого муллита, что обеспечивается добавкой в непластичную часть массы тонкодисперсного топазсодержащего компонента.

Предлагаемая огнеупорная шихта для изготовления шамотных огнеупоров содержит в своем составе, мас.%:
Глина огнеупорная - 30
Шамот с размером зерен (3-0,5) мм - 30-50
и дополнительно:
Топазсодержащий компонент (с содержанием топаза не менее 70%) с размером зерен менее 0,088 мм - 23,1-40
Уменьшение количества вводимой тонкодисперсной добавки топазсодержащего компонента менее 23% оказывается недостаточным для обеспечения оптимальной упаковки частиц при прессовании массы, что обусловливает необходимость повышения температуры обжига для интенсификации процесса спекания с целью регулирования макроструктуры и свойств изделий. Увеличение содержания добавки топазсодержащего компонента более 40% тормозит процесс спекания и соответственно понижает уровень эксплуатационных свойств огнеупорных изделий за счет снижения плотности упаковки частиц на стадии прессования из-за избытка тонкой фракции и увеличения количества выделяющихся при термическом разложении топаза газообразных соединений фтора, разрыхляющих формирующуюся керамическую структуру.

Пример изготовления шамотных огнеупоров
Подготовка сырьевых компонентов производится раздельным способом. Глину на связку, например трошковскую, измельчают в дезинтеграторе или в бегунах до прохода через сито 0,5 мм не менее 70%. Отощитель из той же глины с водопоглощением не более 3% подготавливают традиционным способом путем измельчения в необходимом оборудовании с последующим выделением требуемой крупной фракции размером (3-0,5) мм. Топазсодержащий компонент может быть представлен топазовой породой с содержанием собственно топаза не менее 70% или топазовым концентратом, представляющим собой тонкодисперсный продукт флотационного обогащения более бедных топазовых пород, с размером частиц менее 0,088 мм. Химический состав сырьевых компонентов приведен в табл.1.

Для приготовления массы сшихтованный крупнозернистый шамотный отощитель фракцией (3-0,5 ) мм - 30-50% увлажняют до влажности 6-8% глиняным шликером, плотностью 1,25 г/см³, представляющим смесь состава, %: глина - 35, лигносульфонат кальция (ССБ) - 10 (на сухое вещество), вода - 55.

Затем полученную смесь увлажненного отощителя смешивают с тонкодисперсной композицией топазсодержащего компонента, фракцией менее 0,088 мм - 23,1-40%, и подготовленной глиносвязкой. При этом создается тесный контакт между зернами отощителя и связкой. Компонентные составы шамотных масс с предлагаемым наполнителем приведены в табл.2. После гомогенизации из шихты известными технологическими приемами прессуют полуфабрикат при давлении не менее 60-80 МПа (в зависимости от степени отощения). Обжиг осуществляют при 1320-1350^oС с выдержкой не менее 2 часов. Понижение температуры обжига менее 1320 ^oС не обеспечивает полноты протекания процесса спекания и формирования структуры огнеупора, обжиг при температурах более 1350^oС нецелесообразен по экономическим соображениям ввиду повышения расходов энергоносителя. Свойства обожженных изделий приведены в табл.3.

Улучшение термомеханических свойств шамотных изделий при введении в непластичную часть тонкодисперсного топазсодержащего компонента с содержанием топаза не менее 70% определяется действием собственно топаза на процессы спекания и фазообразования в глинотопазовых композициях. Во-первых, газообразный фтор, выделяющийся при термической диссоциации топаза, является активным минерализатором анионного типа, способствующим активизации процесса образования первичного муллита в глиносвязке. Во-вторых, этот фтор частично усваивается образовавшимся силикатным расплавом и воздействует на его реологические и реакционные свойства, создавая благоприятные условия для растворения первичного муллита и перекристаллизации вторичного, снижая температуру его синтеза, повышая выход и совершенствуя структуру. В-третьих, термическое разложение самого топаза сопровождается формированием муллита специфического игольчатого габитуса, обеспечивая, таким образом, повышение суммарного содержания игольчатого муллита, который армирует структуру и способствует улучшению прочностных свойств и огнеупорности.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к получению шамотных огнеупоров. Шихта содержит следующие компоненты, мас.%: глину огнеупорную 30; шамот с размером зерен 3-0,5 мм 30-50 и 20-40% топазсодержащего компонента с размером зерен менее 0,088 мм и содержанием топаза не менее 70%. Для приготовления массы сшихтованный крупнозернистый шамотный отощитель с размером частиц 3 - 0,5 мм увлажняется до влажности 6-8% глиняным шликером. Затем полученная смесь увлажненного шамота смешивается с тонкодисперсной композицией топазсодержащего компонента и подготовленной глиносвязки. Оформление изделий производится методом полусухого прессования при давлениях 60-80 МПа в зависимости от содержания отощителя. Обжиг изделий осуществляется при 1320-1350^oС. Данный состав позволяет повысить механическую прочность, термостойкость и огнеупорность изделий при одновременном снижении температуры обжига за счет интенсификации процесса спекания глиношамотных композиций и повышения выхода игольчатого муллита. 3 табл.

Шихта для изготовления шамотных огнеупоров, включающая глину, шамот и топазсодержащий компонент, отличающаяся тем, что она содержит топазсодержащий компонент с содержанием в нем топаза не менее 70% и размером зерен менее 0,088 мм и шамот с размером зерен 3-0,5 мм при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%:
Глина огнеупорная - 30
Шамот с размером зерен 3-0,5 мм - 30-50
Указанный топазсодержащий компонент - 20-40р