КОРУНДОВАЯ ТОРКРЕТ-МАССА Российский патент 2003 года по МПК C04B35/10 C04B35/66 

Изобретение относится к области производства огнеупоров для высокотемпературных агрегатов черной и цветной металлургии, химической промышленности и может быть использовано, в частности, для ремонта футеровок патрубков установок внепечного вакуумирования стали торкретированием или обмазкой вручную.

В установках внепечной обработки стали ремонтное покрытие из торкрет-массы находится в контакте с расплавленными металлом и шлаком, имеющими температуру порядка 1600^oС. Поэтому стойкость в службе покрытия будет определяться качественными показателями, приобретаемыми им в процессе эксплуатации при указанной температуре.

Известна огнеупорная масса для торкретирования, включающая, мас.%: электрокорунд 84-97, глина 2-8, алюминатный цемент 1-8 (заявка Японии 60-235770, кл. С 04 В 35/66, 07.05.84).

Эта масса имеет недостаточно высокую адгезию к футеровке: при нанесении ее на поверхность футеровки количество осыпавшейся массы составляет ~46 мас. %.

Известна торкрет-масса, содержащая, мас.%: высокоглиноземистый цемент 15-20, глина 2-6, титановый шлак 0,5-3,0, электрокорунд остальное (патент RU 2028282, кл. С 04 В 35/10, 09.02.95).

Эта масса также имеет недостаточно высокую адгезию к футеровке: количество осыпи при нанесении ее на футеровку составляет 40-41 мас.%. Покрытие из этой торкрет-массы при температуре службы (1600^oС) имеет повышенную линейную усадку (2-3%).

Наиболее близкой по составу (прототипом) является огнеупорная торкрет-масса, содержащая, мас. %: высокоглиноземистый цемент 14-20, огнеупорная глина 2-5, электрокорунд остальное (авт. св. СССР 1749206, кл. С 04 В 35/10, 23.07.92).

Эта торкрет-масса так же, как и указанные выше, характеризуется недостаточно высокой адгезией к футеровке: количество осыпавшейся торкрет-массы при нанесении ее на футеровку составляет 36-40 мас.%, что снижает эффективность ее применения из-за повышенного расхода материала. Кроме того, покрытие из указанной торкрет-массы после обжига при температуре службы (1600^oС) имеет низкую механическую прочность (15,7 Н/мм² при сжатии) и высокую открытую пористость (36,1%). Низкая механическая прочность покрытия приводит к его разрушению в процессе удаления налипшего шлака. Указанная операция производится, например, для наружных футеровок патрубков установок внепечного вакуумирования стали в промежутках между вакуумированием. Высокая открытая пористость покрытия способствует пропитке его расплавленными металлом и шлаком. В результате формируется зональная структура покрытия, состоящая из пропитанного и непропитанного участков. Указанные участки покрытия имеют различный коэффициент термического расширения, поэтому при изменении температуры возникают механические напряжения, приводящие к скалыванию фрагментов покрытия на границе раздела пропитанного и непропитанного металлом и шлаком участков.

Таким образом, для уменьшения потерь торкрет-массы при нанесении покрытий необходимо улучшение ее адгезии к поверхности огнеупорной футеровки. Для повышения стойкости в службе нанесенного покрытия необходимо увеличение его механической прочности и снижение открытой пористости.

Указанные задачи решаются за счет того, что торкрет-масса, включающая корунд, высокоглиноземистый цемент и глину, дополнительно содержит полифосфат натрия или гексаметафосфат натрия и органическое волокно при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Высокоглиноземистый цемент - 13-22
Глина - 2-7
Полифосфат натрия или гексаметафосфат натрия - 0,1-1,0
Органическое волокно - 0,05-0,25
Корунд - Остальное
В качестве корунда может быть использован как электроплавленый корунд (электрокорунд), так и спеченный, например пластинчатый корунд (табулярный глинозем), а также смесь указанных разновидностей корунда. В качестве органического волокна могут быть применены: полипропиленовое, полиэтиленовое, полиэфирные, полиамидные и другие типы волокна, а также смесь различных разновидностей органического волокна.

Установлено, что использование добавок полифосфата натрия или гексаметафосфата натрия и органического волокна в композиции с высокоглиноземистым цементом, глиной и корундом приводит к улучшению адгезии увлажненной торкрет-массы к поверхности огнеупора (сокращается количество осыпавшейся массы), а также к повышению предела прочности при сжатии и к снижению открытой пористости покрытия из заявляемой торкрет-массы по сравнению с прототипом. При этом не увеличивается усадка покрытия при 1600^oС по сравнению с прототипом.

Это явление может быть связано с тем, что добавка полифосфата натрия или гексаметафосфата натрия в композиции с высокоглиноземистым цементом, глиной и корундом уменьшает внутреннее трение между частицами увлажненной торкрет-массы, что улучшает ее подвижность, способствует лучшему уплотнению торкрет-покрытия и более плотному его контакту с поверхностью огнеупора, что в свою очередь улучшает адгезию. Добавка в торкрет-массу органического волокна создает армирующий каркас, препятствующий осыпанию и отеканию увлажненной торкрет-массы с вертикальной поверхности огнеупора. Улучшение контактов между частицами покрытия из заявляемой торкрет-массы способствует также улучшению его спекания в процессе службы, что повышает его механическую прочность и снижает открытую пористость.

Применение полифосфата натрия или гексаметафосфата натрия в сочетании с органическим волокном в предлагаемой нами композиции для улучшения адгезии торкрет-массы к поверхности огнеупорной футеровки, а также для повышения предела прочности при сжатии и уменьшения открытой пористости покрытия из торкрет-массы неизвестно.

Не найдено также сведений о композиции из корунда, высокоглиноземистого цемента, глины, полифосфата (или гексаметафосфата) натрия и органического волокна.

На основании этого считаем, что предлагаемое решение является новым и имеет изобретательский уровень.

Пример.

Для изготовления образцов использовали:
- электрокорунд, мас.%: Аl₂О₃ 98,9; Fе₂O₃ 0,2; SiO₂ 0,5; Na₂O 0,35;
- табулярный глинозем (пластинчатый корунд), мас.%: Аl₂О₃ 99,5; Fe₂О₃ 0,03; SiO₂ 0,05; Na₂О 0,4;
- высокоглиноземистый цемент, мас.%: Аl₂О₃ 74,1; СаО 25,0;
- глину Латненского месторождения, мас.%: АI₂О₃ 34,1; SiО₂ 51,2; Fе₂О₃ 1,5; п.п.п. 12,1;
- полифосфат натрия;
- гексаметафосфат натрия;
- полипропиленовое волокно длиной 3-8 мм;
- полиэфирное (лавсановое) волокно длиной 3-8 мм.

Допускается применение волокна и других размеров. Длина волокна определяется возможностью равномерного его распределения в массе при смешивании компонентов.

Указанные материалы смешивали в соотношениях, приведенных в таблице 1, при увлажнении водой в количестве 10% сверх 100% сухой смеси.

Для определения адгезии увлажненные массы наносили на вертикальную плоскую поверхность корундового огнеупора размером 100х100 мм. Толщина слоя нанесенной массы составляла 10 мм. После этого определяли количество осыпавшейся массы (см. таблицу 2),
Для определения предела прочности при сжатии, открытой пористости и линейной усадки в обжиге из увлажненных масс приготавливали образцы в форме куба с длиной ребра 50 мм. При изготовлении указанных образцов использовали разъемные металлические формы, которые заполняли увлажненной массой. Через 24 часа после завершения формования затвердевшие образцы извлекали из форм, сушили при 105-110^oС и обжигали в печи при 1600^oС с выдержкой в течение 4-х часов. Показатели обожженных образцов представлены в таблице 2.

Анализ данных, приведенных в таблицах 1 и 2, показывает, что применение добавок полифосфата натрия или гексаметафосфата натрия и органического волокна в композиции с корундом, высокоглиноземистым цементом и глиной (составы 1-11) позволяет улучшить адгезию увлажненной торкрет-массы к поверхности огнеупора и тем самым уменьшить количество осыпавшейся массы при нанесении ее на огнеупор с 36 до 6-11 мас.% по сравнению с прототипом (состав 12). При этом наблюдается повышение предела прочности при сжатии образцов из заявляемой торкрет-массы (составы 1-11) с 15,7 до 70-78 Н/мм² и снижение их открытой пористости с 36,1 до 19,5-20,6% по сравнению с прототипом (состав 12). Наряду с этим образцы из заявляемой торкрет-массы и массы-прототипа имеют близкие значения линейной усадки при 1600^oС (соответственно 0,2-0,4 и 0,4%).

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемая торкрет-масса позволяет уменьшить количество осыпи при нанесении ее на поверхность огнеупора в 3-6 раз и получить огнеупорные покрытия, имеющие предел прочности при сжатии выше в 4-5 раз, а открытую пористость ниже в 1,75-1,85 раза.

Изобретение относится к области производства огнеупоров для высокотемпературных агрегатов черной и цветной металлургии, химической промышленности и может быть использовано, в частности, для ремонта футеровок патрубков установок внепечного вакуумирования стали торкретированием или обмазкой вручную. Для уменьшения потерь торкрет-массы при нанесении покрытий, а также для повышения стойкости в службе нанесенного покрытия корундовая торкрет-масса содержит, мас. %: высокоглиноземистый цемент 13-22, глина 2-7, полифосфат или гексаметафосфат натрия 0,1-1,0, органическое волокно 0,05-0,25, корунд остальное. 2 табл.

Корундовая торкрет-масса, включающая корунд, высокоглиноземистый цемент и глину, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полифосфат натрия или гексаметафосфат натрия и органическое волокно при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Высокоглиноземистый цемент - 13 - 22
Глина - 2 - 7
Полифосфат натрия или гексаметафосфат натрия - 0,1 - 1,0
Органическое волокно - 0,05 - 0,25
Корунд - Остальное