ШПИНЕЛЬНЫЙ ОГНЕУПОР Российский патент 2005 года по МПК C04B35/443 C04B35/43 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных изделий для футеровки плавильных печей, например плавки алюминиевых сплавов.

Известны огнеупоры на основе плавленой алюмомагниевой шпинели, например изобретение по патенту РФ №2068824, С 04 В 35/443, 1996 [1], а.с. СССР №421668, С 04 В 35/04, 1974 [2]; опубликованной заявке РФ №98120869, С 04 В 35/043, 2000 [3].

По совокупности общих существенных признаков наиболее близким к патентуемому можно отнести шпинельный огнеупор, полученный из огнеупорной массы по патенту РФ №2068824, С 04 В 35/443, 1996 [1].

Он содержит в качестве огнеупорного заполнителя плавленую алюмомагниевую шпинель 77-93 мас.%, корунд 5-15 мас.% и спекающие добавки в виде борной кислоты 1-4 мас.% и сложного боросодержащего оксида или огнеупорной глины 1-4 мас.%.

Основными недостатками данного огнеупора являются высокая открытая пористость, что в службе ведет к повышенной пропитке металлом и потере металла с футеровкой, и недостаточная механическая прочность.

Задачей настоящего изобретения является создание стойкого огнеупора на основе плавленой алюмомагниевой шпинели для футеровки плавильных печей, в частности, плавки алюминиевых сплавов.

Технический результат состоит в снижении открытой пористости, повышении плотности и механической прочности шпинельного огнеупора.

Для достижения этого, согласно формуле изобретения, шпинельный огнеупор получен из огнеупорной массы, включающей плавленую алюмомагниевую шпинель, огнеупорную глину, спекающую добавку в виде смеси борной кислоты и триполифосфата натрия в соотношении от 1:9 до 9:1 и временное связующее при следующем соотношении компонентов, мас.%:

огнеупорная глина3-5указанная спекающая добавка3-8временное связующее2-3плавленая алюмомагниевая шпинельостальное

Сущность изобретения состоит в том, что введение в огнеупорную массу спекающей добавки в виде смеси борной кислоты и триполифосфата натрия обеспечивает ей высокие формовочные свойства и хорошее спекание при относительно низких температурах. Это достигается за счет придания триполифосфатом натрия эффекта \текучести\ тонкой фракции плавленой алюмомагнезиальной шпинели и максимального заполнения ею пустот между крупными зернами, а также физико-химическим взаимодействием компонентов в процессе обжига сформованных изделий. Борная кислота и триполифосфат натрия в начальной стадии обжига образуют расплав в системе Na₂O-B₂O₃-P₂O₅, который при температуре 1000-1100°С интенсивно взаимодействует с продуктом перерождения глины (метакаолинитом Al₂O₃·2SiO₂), образуя поликомпонентный расплав в системе Na₂O-В₂O₃-Р₂O₅-Al₂О₃-SiO₃. При повышении температуры обжига до 1100-1270°С в этом расплаве растворяется наиболее дисперсная часть шихты, обуславливая жидкостное спекание массы с образованием силиката 2MgO·SiO₂+CaO·MgO·SiO₂ и стеклофазы сложного состава.

При введении указанной спекающей добавки менее 3 мас.% или содержании триполифосфата натрия в смеси менее 1 по отношению к борной кислоте снижается плотность укладки зерен в массе и образуется недостаточное количество первичного расплава, что не обеспечивает хорошего спекания массы и низкой пористости изделий. Содержание в смеси триполифосфата натрия более 9 по отношению к борной кислоте или введение спекающей добавки более 8 мас.% приводит к сыпучести сырца изделий и образованию излишка легкоплавкой стеклофазы, что снижает стойкость огнеупора.

В соответствии с п.2 формулы, плавленая алюмомагниевая шпинель имеет зерновой состав с содержанием фракции менее 0,063 мм в пределах 30-40 мас.%. Установленное количество тонкомолотой фракции позволяет получить при спекании массы плотную, мелкопористую структуру огнеупора, преимущественно с закрытыми порами.

Укрупнение зернового состава повышает открытую пористость изделий и пропитку огнеупора металлом.

В качестве временного связующего может использоваться лигносульфонат технический, фенолформальдегидная смола марки ВРБ, жидкий бакелит марки БЖ-3, ненасыщенная полиэфирная смола ПН-1.

Шпинельные огнеупоры изготавливаются следующим образом.

Применяемые материалы: плавленая алюмомагнезиальная шпинель утоненного зернового состава с содержанием фракций: менее 0,063 мм 38 мас.%, фракции 3-2 мм 12 мас.% и фракции 2-0 мм 50 мас.% производства ОАО \Первоуральский динасовый завод\ (ТР 202-0-5-2002), огнеупорная глина марки НУ-2 (ТУ 14-8-336-80), борная кислота (ГОСТ 18704-78), триполифосфат натрия (ТУ 48-0328-25-94), лигносульфонат технический жидкий (ТУ 54-028-00279580-97).

Для получения огнеупорной формовочной массы использовали указанные компоненты в количествах, приведенных в формуле изобретения.

Компоненты дозируются, загружаются в смеситель, перемешиваются в сухом состоянии, затем добавляется лигносульфонат технический жидкий и вода до влажности массы 3,7-4,2 мас.%, и масса снова перемешивается.

Готовая масса выгружается из смесителя и подается на пресс для формования изделий. Сформованные изделия сушатся и обжигаются при температуре до 1300°С.

Примеры составов огнеупорной массы для изготовления шпинельного огнеупора указаны в таблице 1, пример 4 относится к прототипу. Свойства шпинельного огнеупора приведены в таблице 2. Определение показателей свойств проводили:

- открытую пористость и кажущуюся плотность по ГОСТ 2409-95;

- предел прочности при сжатии по ГОСТ 4071.1-94;

- линейный рост по ГОСТ 5402.1-2000.

Как видно из таблицы, патентуемый шпинельный огнеупор имеет плотность не менее 2,70 г/см³, пористость не более 20% и механическую прочность на сжатие более 60 Н/мм², что выше показателей прототипа.

Результаты промышленных испытаний в газоотражательной печи плавки алюминия показали хорошую стойкость футеровки. После года эксплуатации печи футеровка из шпинельных огнеупоров не имеет трещин или размывов, легко очищается от настылей металла, отсутствуют пропитка и взаимодействие расплава металла с огнеупором, что обеспечивает чистоту выплавляемого металла и ликвидирует потери металла с футеровкой.

Таким образом, создан стойкий шпинельный огнеупор для футеровки плавильных печей, в частности плавки алюминиевых сплавов, что подтвердили результаты промышленных испытаний.

Источники информации

1. Патент РФ №2068824, С 04 В 35/443, 1996.

2. А.с. СССР №421668, С 04 В 35/04, 1974.

Опубликованная заявка РФ №98120869, С 04 В 35/043, 2000.

Таблица 1Компоненты массыЗаявляемый составИзвестный состав Содержание, мас.%  1234Огнеупорная глина3322,5Смесь борной кислоты и триполифосфата натрия в соотношении 1:1, мас.%4   Смесь борной кислоты и триполифосфата натрия в соотношении 1:9, мас.% 5  Смесь борной кислоты и триполифосфата натрия в соотношении 9:1, мас.%  4 Лигносульфонат технический жидкий333-Плавленая алюмомагниевая шпинель90899185Корунд---10Борная кислота---2,5     

Таблица 2ПоказателиСоставыИзвестный 1234Открытая пористость, %:19,718,520,020,6-23,1Кажущаяся плотность, г/см2,772,82,702,61-2,68Предел прочности при сжатии, Н/мм²70,360,760,032,6-48,6Линейный рост, %0,20,30,10,1

Шпинельный огнеупор предназначен для футеровки плавильных печей, например, для плавки алюминиевых сплавов. Огнеупорная масса для изготовления шпинельного огнеупора включает, мас.%: огнеупорную глину 3-5, спекающую добавку в виде смеси борной кислоты и триполифосфата натрия в соотношении от 1:9 до 9:1 - 4,5-6,5, временное связующее 2-3 и плавленую алюмомагниевую шпинель - остальное. Предпочтительно, алюмомагниевая шпинель имеет содержание фракции <0063 мм в пределах 30-40 мас.%. Спекающая добавка и утоненный зерновой состав алюмомагниевой шпинели обеспечивают хорошее спекание огнеупорной массы и получение плотного огнеупора с низкой открытой пористостью и высокой механической прочностью. Огнеупор инертен к расплаву металла и не пропитывается им, что обеспечивает чистоту выплавляемого металла и ликвидирует потери металла с футеровкой. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Шпинельный огнеупор, полученный из огнеупорной массы, характеризующейся тем, что она включает плавленую алюмомагниевую шпинель, огнеупорную глину, спекающую добавку в виде смеси борной кислоты и триполифосфата натрия в соотношении 1:9 ÷ 9:1 и временное связующее при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Огнеупорная глина3-5Указанная спекающая добавка4,5-6,5Временное связующее2-3Плавленая алюмомагниевая шпинельОстальное