ФОСФАТНОЕ ВЯЖУЩЕЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТУГОПЛАВКИХ КОМПОЗИЦИЙ Российский патент 2006 года по МПК C04B12/02 C04B35/66 C04B35/84 

Изобретение относится к производству огнеупорных композиций на основе фосфатных связующих, которые могут быть использованы для изготовления и ремонта футеровок печных агрегатов, а также для получения различных высокотемпературных покрытий.

Известна технология получения композиционных материалов на основе фосфатных связующих с использованием в качестве наполнителей тугоплавких оксидов в чистом виде или в виде соединений, например огнеупорной глины, золы, алюмотермических шлаков, песка и др. (Шаяхметов У.Ш. «Композиционные материалы на основе нитрида кремния и фосфатных связующих», М. 1999 г.).

Фосфатные материалы обладают высокими физико-химическими характеристиками, долговечностью, хорошо противостоят воздействию термических ударов и высоких температур. Именно поэтому они стали широко применяться в производстве жаростойких бетонов, цементов и обмазок различных нагревательных печей (мартеновских, доменных, электрических и др.).

Однако композиционные материалы, полученные на основе фосфатного связующего с использованием в качестве наполнителя неметаллических порошков (в том числе и нитрида кремния), обладали недостаточной термоэрозионной стойкостью при взаимодействии с расплавами металлов и агрессивными жидкостями, что приводило к преждевременному износу материалов и потере их защитно-упрочняющих свойств.

Известна также огнеупорная масса, содержащая двуокись титана, фосфорную кислоту и порошкообразный титан (авт. свид. №461078, С 04 В 12/02, 1973 г.) при следующем соотношении компонентов, вес. %:

двуокись титана50,2 - 76,5фосфорная кислота13,5 - 14,5порошкообразный титан9,0 - 36,3

Несмотря на технологичность получения огнеупорной массы и ее достаточно высокую механическую прочность (до 1200 кгс/см²), она обладала недостаточной огнеупорностью (до 1350°С), а из-за дефицитности и дороговизны титана металлического ее себестоимость оказалась очень высокой.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является фосфатное вяжущее для получения тугоплавких композиций, содержащее двуокись титана, фосфорную кислоту и наполнитель (Патент RU №2081863, С 04 В 28/34, 1997 г.) при следующем соотношении компонентов, мас. %:

смесь на основе двуокиси титана и фосфорной кислоты28-55наполнитель в виде мертеля шамотного с огнеупорным материалом и боросодержащим компонентом45-72

Данное изобретение, хотя и решает задачу расширения недорогой сырьевой базы, однако получаемая тугоплавкая композиция на основе предложенного фосфатного вяжущего может применяться при рабочих температурах не выше 1650°С.

Задачей изобретения является создание огнеупорных композиций, которые могли бы использоваться в качестве защитных покрытий при высоких эрозионных нагрузках и рабочих температурах 1750-1800°С и более.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в фосфатном вяжущем для получения тугоплавких композиций, содержащем двуокись титана, фосфорную кислоту и наполнитель, в качестве наполнителя используют мертель муллито-корундовый, огнеупорную глину, боросодержащую добавку и окалину кузнечных переделов титана или шлифовальные отходы, или шлаки резки и сварки титана металлического, или шлаки электросварочных электродов или их обмазку, или мелкую титановую стружку, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Двуокись титана8,3-11,8Фосфорная кислота25,0-29,4Наполнитель58,8-66,7.

В предложенном техническом решении состав наполнителя фосфатного вяжущего формируют при следующем соотношении входящих в него компонентов, % от массы фосфатного вяжущего:

Окалина кузнечных переделов титана, шлифовальные отходы или шлаки резки и сварки титана металлического, или шлаки электросварочных электродов или их обмазка, или мелкая титановая стружка43,8-60,2Огнеупорная глина0,5-4,0Мертель муллито-корундовый5,0-7,0Боросодержащая добавка в виде трехвалентной борной кислоты1,0-4,0.

Изобретение реализуется следующим образом.

Фосфатное вяжущее получают по реакции:

TiO₂+(2,5-3,0)Н₃PO₄+(5-8)m,

где m - наполнитель.

При этом двуокиси титана берут 8,3-11,8 мас. %, фосфорной кислоты 25,0-29,4%, а наполнителя 58,8-66,7%. Вначале смешивают двуокись титана с фосфорной кислотой. Предложенное оптимальное соотношение их количества дает возможность получить эффективную фосфат-титановую связку, необходимую для изготовления заданной огнеупорной композиции.

Полученное фосфатное вяжущее смешивают с наполнителем в такой последовательности: вначале к нему добавляют огнеупорную глину (0,5-4% от общего количества фосфатного вяжущего), мертель муллито-корундовый (5,0-7,0%) и боросодержащую добавку в виде трехвалентной борной кислоты (1,0-4,0%).

Полученную смесь тщательно перемешивают до образования устойчивой гелеобразной массы, которая не теряет своих свойств при длительном хранении.

Затем в готовую смесь добавляют окалину кузнечных переделов титана, шлифовальные отходы, шлаки резки и сварки титана металлического, шлаки электросварочных электродов и их обмазку, мелкую титановую стружку (43,8-60,2% от общего количества наполнителя). Технологические отходы предварительно измельчают в порошкообразную массу с размерами частиц 0,5-3 мм и нагревают до температуры 650-900°С в течение 1,5-3 часов.

Приготовленное фосфатное вяжущее с наполнителем использовали как кладочный раствор для восстановления изношенных футеровок печных агрегатов и в качестве защитного покрытия реакторов для производства технического углерода. Так, например, в процессе реализации изобретения на изношенную поверхность футеровки сажевых горелок вместо традиционного дефицитного и дорогого цирконосодержащего покрытия наносилось предложенное фосфатное вяжущее. Это дало возможность повысить рабочую температуру защитного покрытия примерно до 1800°С, увеличив при этом износостойкость и ресурс работы горелок примерно в 1,5-2 раза, а себестоимость изготовления огнеупорной композиции примерно в 2,5 раза по сравнению с известными покрытиями.

Предложенное изобретение может быть использовано как кладочный раствор для изготовления и ремонта футеровок печных агрегатов в качестве защитного покрытия реакторов для производства технического углерода и других высокотемпературных покрытий. В фосфатном вяжущем для получения тугоплавких композиций, содержащем двуокись титана, фосфорную кислоту и наполнитель, в качестве наполнителя используют мертель муллито-корундовый, огнеупорную глину, боросодержащую добавку и окалину кузнечных переделов титана или шлифовальные отходы, или шлаки резки и сварки титана металлического, или шлаки электросварочных электродов и их обмазку, или мелкую титановую стружку, при следующем соотношении компонентов, мас.%: двуокись титана - 8,3-11,8, фосфорная кислота - 25,0-29,4, наполнитель - 58,8-66,7. Состав наполнителя формируют при следующем соотношении компонентов, % от массы фосфатного вяжущего: окалина кузнечных переделов титана или шлифовальные отходы, или шлаки резки и сварки титана металлического, или шлаки электросварочных электродов и их обмазка, или мелкая титановая стружка - 43,8-60,2, огнеупорная глина - 0,5-4,0, мертель муллито-корундовый - 5,0-7,0, боросодержащая добавка в виде трехвалентной борной кислоты - 1,0-4,0. Технический результат - повышение рабочей температуры защитного покрытия до 1800°С, увеличение износостойкости и ресурса работы горелок, снижение себестоимости изготовления огнеупорной композиции. 1 з.п. ф-лы.

1. Фосфатное вяжущее для получения тугоплавких композиций, содержащее двуокись титана, фосфорную кислоту и наполнитель, отличающееся тем, что в качестве наполнителя используют мертель муллито-корундовый, огнеупорную глину, боросодержащую добавку и окалину кузнечных переделов титана, или шлифовальные отходы, или шлаки резки и сварки титана металлического, или шлаки электросварочных электродов или их обмазку, или мелкую титановую стружку, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Двуокись титана8,3-11,8Фосфорная кислота25,0-29,4Наполнитель58,8-66,7

Окалина кузнечных переделов титана, или шлифовальные отходы, или шлаки резки и сварки титана металлического, или шлаки электросварочных электродов или их обмазка, или мелкая титановая стружка43,8-60,2Огнеупорная глина0,5-4,0Мертель муллито-корундовый5,0-7,0Боросодержащая добавка в виде трехвалентной борной кислоты1,0-4,0