СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕУПОРНОЙ МАССЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК C04B35/106 C04B35/10 C04B35/622 

Изобретение относится к области получения огнеупорных строительных материалов и может быть использовано при изготовлении огнеупоров, бетонов, штучных изделий, набивных и торкретмасс.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ получения огнеупорной массы, в которой в качестве связующего используют оксихлорид циркония при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Корунд - 67,5 - 93,0
Оксихлорид циркония - 7,0 - 32,5
Огнеупорную массу готовят следующим образом. Гидролизуют оксихлорид циркония, раствором оксихлорида циркония увлажняют корунд, массу тщательно перемешивают, формуют образцы путем прессования при удельном давлении более 800 кг/см², образцы обжигают при 1720^oС с выдержкой 6 ч (Авт св. СССР 823352, кл. С 04 В 35/10, опубл. 23.04.81 г., Бюл. 15).

Недостатком является большое количество оксихлорида циркония, к тому же прочности при сжатии 1280-1350 кг/см достигаются отжигом при высокой температуре 1720^oС с длительной выдержкой.

Цель заявляемого технического решения заключается в уменьшении содержания цирконийсодержащего компонента или замене его более дешевым сырьем, а также снижении температуры спекания без уменьшения прочности изделий.

В заявляемом способе получения огнеупорной массы на основе корунда (Вариант 1) используют связующее, полученное смешением дисперсного оксида алюминия с насыщенным водным раствором оксихлорида циркония или насыщенным водным раствором какой-либо хорошо растворимой соли алюминия, причем оксид алюминия предварительно подвергают механической обработке в планетарных или виброцентробежных активаторах при вводимой мелющими телами в материал энергии 750-4500 Дж/г. Соотношение компонентов связующего, мас.ч.:
Оксид алюминия - 100
Оксихлорид циркония или - До 16,0
Водорастворимые соли алюминия (III) в пересчете на оксид алюминия - До 4,0
В заявляемом способе получения огнеупорной массы на основе корунда (Вариант 2) используют связующее, полученное путем совместной обработки оксида алюминия с твердым оксихлоридом циркония или твердыми водорастворимыми солями алюминия в активаторах планетарно- или виброцентробежного типа при вводимой в материал мелющими телами энергии 600-1500 Дж/г. Соотношение компонентов связующего, мас.ч.:
Оксид алюминия - 100
Оксихлорид циркония или - До 11,0
Водорастворимые соли алюминия (III) в пересчете на оксид алюминия - До 2,0
По отношению к выбранному прототипу заявляемые технические решения имеют следующие существенные отличительные признаки.

Вариант 1. Связующее для приготовления огнеупорной массы готовят следующим образом:
- оксид алюминия подвергают предварительной обработке в планетарных или виброцентробежных активаторах;
- вводимая в материал мелющими телами энергия составляет 750-4500 Дж/г;
- полученный дисперсный оксид алюминия смешивают либо с насыщенным водным раствором оксихлорида циркония, либо с насыщенным водным раствором какой-либо хорошо растворимой соли алюминия;
- связующее получают путем смешения при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: дисперсный оксид алюминия - 100, или оксихлорид циркония - до 16,0 , или водорастворимые соли алюминия (III) в пересчете на оксид алюминия - до 4,0.

Вариант 2. Связующее для приготовления огнеупорной массы готовят следующим образом:
- оксид алюминия подвергают совместной обработке с твердым оксихлоридом циркония или с твердыми водорастворимыми солями алюминия;
- вводимая в материал мелющими телами энергия составляет 600-1500 Дж/г;
- совместную обработку в активаторах проводят при следующем соотношении компонентов, маc. ч. : оксид алюминия - 100, или оксихлорид циркония - до 11,0, или водорастворимые соли алюминия (III) в пересчете на оксид алюминия - до 2,0. В заявляемом техническом решении используется термин "вводимая в материал энергия" W. Под ним понимают энергию, передаваемую мелющими телами активатора одному грамму обрабатываемой смеси. Расчет W, Дж/г проводили по следующей формуле:
W = К•(М шаров / М смеси)•а•t,
где ускорение (характеристика энергонапряженности активатора) а=n•g;
n - число, равное 20, 40, 60;
g - ускорение свободного падения;
К - коэффициент пропорциональности между мощностью и энергонапряженностью мельниц; для данного типа мельниц он равен 1/12g;
М шаров - масса шаров в активаторе, г;
М смеси - масса обрабатываемой в активаторе смеси, г;
t - время обработки смеси в активаторе, с;
тогда
W = 1/12•(М шаров / М смеси)•n•t.

Максимальное время мехобработки (при мах a=60g) составило 3 мин по первому варианту и 1,5 мин - по второму варианту. Конкретные примеры выполнения заявляемых способов.

Пример 1 ( 4 в табл.1)
150 г оксида алюминия ТУ 609 42675 марки ч, чда, хч измельчали в планетарно-центробежной мельнице при 60g в течение 3 мин. Затем брали 100 мас.ч. дисперсного оксида алюминия, добавляли концентрированный раствор оксихлорида циркония, содержащий 16.0 мас.ч. оксихлорида циркония, тщательно перемешивали, добавляли 300 мас.ч. электрокорунда (фракция 0-500 мкм), формовали изделие с помощью виброукладки (технологическая влажность шихты - 10-12 мас.%), высушивали на воздухе, прокаливали 4 ч при 1200^oС.

Пример 2 ( 9 в табл.1).

Брали 100 мас.ч. дисперсного оксида алюминия, добавляли концентрированный раствор нитрата алюминия, содержащий в пересчете на оксид алюминия 3.0 мас. ч, тщательно перемешивали, добавляли 300 мас.ч. электрокорунда (фракция 0-500 мкм), формовали изделие с помощью виброукладки (технологическая влажность шихты - 10-12 мас.%), высушивали на воздухе, прокаливали 4 ч при 1200^oС.

Пример 3 ( 5 в табл.2).

150 г оксида алюминия и 15 г соли АlСl₃•6Н₂O измельчали в планетарно-центробежной мельнице при 60g в течение 1,5 мин. Брали 110 мас.ч. этой смеси, добавляли 300 мас.ч. электрокорунда (фракция 0-500 мкм), воду до технологической влажности шихты 10-12 мас.%, формовали изделие с помощью виброукладки, высушивали на воздухе, прокаливали 4 ч при 1200^oС.

В табл.1 и 2 приведены сравнительные данные по прочности готовых изделий плотности 3 г/см³, МПа. Прочность измеряли после отжига при 1200^oС в течение 4 ч, область рабочих температур изделий 1450-1750^oС; усадка изделий составила менее 1% после отжига в течение суток при температуре 1750^oС.

В табл. 3 приведено максимальное количество добавок на 100 мас.ч. дисперсного оксида алюминия в получаемом связующем, а также в пересчете на всю шихту (корунд+связующее).

При получении дисперсного оксида алюминия по варианту 1 максимальная энергия, вводимая мелющими телами в материал, составляет 4500 Дж/г; более длительная мехобработка нецелесообразна по экономическим соображениям, а уменьшение вводимой энергии меньше 750 Дж/г не дает нужного измельчения.

Добавки (в виде насыщенных растворов) оксихлорида циркония до 16,0 мас.ч или какой-либо хорошо растворимой соли алюминия в пересчете на Al₂O₃ до 4,0 мас.ч. на 100 мас.ч. дисперсного оксида алюминия постепенно увеличивают прочность изделия, увеличение количества добавок выше этих значений приводит к повышению технологической влажности шихты (соли имеют ограниченную растворимость), что усложняет технологию процесса (требуется предварительная сушка до нужной влажности).

При получении дисперсного оксида алюминия по варианту 2 максимальная энергия, вводимая мелющими телами в материал, составляет 1500 Дж/г; более длительная мехобработка приводит к налипанию материала на стенки барабана, а уменьшение вводимой энергии меньше 600 Дж/г не дает нужного измельчения.

Добавки (в виде твердых солей) оксихлорида циркония до 11,0 мас.ч. или какой-либо хорошо растворимой соли алюминия в пересчете на Al₂O₃ до 2,0 мас. ч. на 100 мас.ч. дисперсного оксида алюминия постепенно увеличивают прочность изделия, увеличение количества добавок выше этих значений приводит к увеличению влажности измельчаемого материала (соли содержат кристаллизационную воду) и налипанию материала на стенки барабана и шары.

По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение, как видно из табл. 3, содержит значительно меньше цирконийсодержащего компонента или не содержит его вообще и позволяет получить высокопрочные изделия при более низких температурах обжига. К тому же, введение добавок оксихлорида циркония или водорастворимых солей алюминия позволяет отказаться от стандартных временных связок. Высушенные при комнатной температуре изделия имеют достаточную прочность (30-50 МПа).

Изобретение относится к области получения огнеупорных строительных материалов на основе корунда, работающих в области температур до 1750^oС, и может быть использовано при изготовлении огнеупоров, бетонов, штучных изделий, набивных и торкетмасс. Согласно первому варианту способа получения огнеупорной массы корунд смешивают со связующим, полученным смешением оксида алюминия, предварительно подвергнутого обработке в планетарных или виброцентробежных активаторах при вводимой мелющими телами в материал энергии 750-4500 Дж/г, полученный дисперсный оксид алюминия смешивают с насыщенным водным раствором оксихлорида циркония или насыщенным водным раствором соли алюминия при следующем соотношении компонентов связующего, мас.ч.: оксид алюминия 100; или оксихлорид циркония до 16,0; или водорастворимая соль алюминия (III) в пересчете на оксид алюминия до 4,0. В соответствии со вторым вариантом реализации способа корунд смешивают со связующим, полученным путем совместной обработки в планетарных или виброцентробежных активаторах смеси оксида алюминия с твердым оксихлоридом циркония или твердыми водорастворимыми солями алюминия при вводимой мелющими телами в материал энергии 600-1500 Дж/г при следующем соотношении компонентов связующего, мас.ч.: оксид алюминия 100; или оксихлорид циркония до 11,0; или водоастворимые соли алюминия (III) в пересчете на оксид алюминия - до 2,0. Способ позволяет уменьшить содержание цирконийсодержащего компонента или заменить его более дешевым сырьем, а также снизить температуры спекания без уменьшения прочности изделий. Готовые изделия с плотностью 3 г/см³ после отжига при температуре 1200^oС и выдержки 4 ч имеют прочность на сжатие до 138 МПа. 2 с.з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ получения огнеупорной массы путем смешения корунда со связующим, отличающийся тем, что используют связующее, полученное смешением оксида алюминия, предварительно подвергнутого обработке в планетарных или вибро-центробежных активаторах при вводимой в материал энергии 750-4500 Дж/г, с насыщенным водным раствором оксихлорида циркония или насыщенным водным раствором соли алюминия при следующем соотношении компонентов связующего, мас. ч.: оксид алюминия 100; или оксихлорид циркония до 16,0; или водорастворимая соль алюминия (III) в пересчете на оксид алюминия до 4,0. 2. Способ получения огнеупорной массы путем смешения корунда со связующим, отличающийся тем, что используют связующее, полученное путем совместной обработки в планетарных или виброцентробежных активаторах оксида алюминия с твердым оксихлоридом циркония или твердыми водорастворимыми солями алюминия при вводимой в материал энергии 600-1500 Дж/г при следующем соотношении компонентов связующего, мас.ч.: оксид алюминия 100; или оксихлорид циркония до 11,0; или водорастворимые соли алюминия (III) в пересчете на оксид алюминия до 2,0.