СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МУЛЛИТОКОРУНДОВЫХ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2006 года по МПК C04B35/185 C04B35/101 

Описание патента на изобретение RU2284974C1

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к производству огнеупорных изделий, например к изготовлению муллитокорундовых тиглей, для плавки стали и жаропрочных сплавов в вакуумных печах, при производстве охлаждаемых лопаток авиационных двигателей, а также огнеупорных капселей для обжига стержней, необходимых для литья лопаток по выплавляемым моделям.

Основной сложностью в технологии изготовления термостойких тиглей зернистого строения (отношение диаметра к высоте ˜1:5, толщина стенки ˜15 мм) и крупногабаритных капселей (отношение ширины к длине ˜1:3 при толщине стенки ˜15 мм) является получение равноплотной структуры по всему объему изделия. Такая структура определяется прежде всего выбором способа подготовки формовочной смеси, технические характеристики которой в свою очередь зависят от выбранных исходных материалов и их гранулометрического состава.

Известен способ получения корундовых тиглей из зернистых масс с применением низкоцементного огнеупорного бетона, заключающийся в получении смеси совместного помола, состоящей из глинозема Гк, высокоглиноземистого цемента (ВГЦ) и суперпластификатора, приготовлении низкоцементного бетона путем добавления в полученную смесь электрокорунда и воды. Затем осуществляют вибролитье заготовок и выдерживают их во влажной среде с последующей сушкой и обжигом при температуре 1500-1550°С (патент РФ №2170717, МКИ7: С 04 В 35/10, БИ №20 за 2001 г.) - аналог.

Недостатком известного решения является наличие оксида кальция в смеси совместного помола, состоящей из глинозема Гк, ВГЦ и суперпластификатора. Оксид кальция из ВГЦ в процессе обжига взаимодействует с дисперсными частицами Гк и дает легкоплавкую фазу, которая увеличивает общее количество стеклофазы в обожженном материале. Стеклофаза в процессе эксплуатации тиглей в зоне контакта может реагировать с компонентами расплава никелевых суперсплавов, особенно в момент его перегрева до 1600-1700°С.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является метод вибролитья изделий из корундомуллитоглиноземистых масс («Огнеупоры», 1990 г., 3 №, с.24-27) - прототип.

В соответствии с известным решением последовательно проводят следующие операции: помол глинозема Гк, приготовление водной виброподвижной массы из крупнозернистых порошков плавленного муллита и электрокорунда с молотым Гк в присутствии гидрофобизирующей жидкости ГКЖ-11, добавляемой в количестве 0,05% (сверх 100% к исходной массе), вибролитье изделий в гипсовых формах, сушку заготовок при 90-120°С и обжиг при 1580°С. Степень измельчения, молотого в вибромельнице или шаровой мельнице, глинозема Гк характеризуется преобладающим размером зерен 4-12 мкм (80-90%). Сначала сухую смесь из исходных компонентов: плавленный муллит - 15-30%, электрокорунд - 35-60%, молотый глинозем Гк - 25-35% смешивают в зетообразном смесителе с добавкой ГКЖ-11 в количестве до 0,05%, а затем с водой. Влажность формовочной массы составляет 6,5-7,5%.

Недостатком известного решения является использование в качестве разжижающей добавки гидрофобизирующей жидкости ГКЖ-11, отличающейся резким щелочным характером среды и высокой гидрофибизирующей способностью, из-за чего формовочная масса после смешения в лопастном смесителе отличается малой сыпучестью, она более пластообразна из-за слипаемости частиц и отчуждения части не связанной воды и, кроме того, требует повышенных средств безопасности при работе с ней во избежание ожогов. Избыток воды выталкивается и концентрируется между пластами формовочной массы. Поэтому в соответствии с известным решением формовочную массу подают в гипсовую форму специальным устройством, например вибробункером, вибрирующим при параметрах, что и форма на вибропрессе.

Однако часто в условиях реального производства не всегда технически целесообразно и возможно применение вибробункера и часто подача формовочной массы должна производиться вручную. В этом случае приходится дополнительно разминать пласты формовочной массы шпателем или руками. Поэтому использование известного технического решения требует часто имперически точного подбора оптимальной влажности для обеспечения достаточной прочности изделий.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является разработка способа изготовления огнеупорных изделий, который характеризуется высокой виброподвижностью формовочной массы для подачи ее в формы без специального вибрирующего устройства, при обеспечении прочности сырых заготовок огнеупорных изделий, особенно коробов при соотношении высоты к длине 1:3, и возможности использования разборных форм с металлической матрицей и гипсовым пуансоном. Высокое качество заготовок обеспечивает высокую прочность (прочность при сжатии составляет 45-70 МПа), плотность и термостойкость, что обеспечивает повышенный срок эксплуатации изделий при рабочих температурах.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления муллитокорундовых огнеупорных изделий, включающем помол глинозема Гк, приготовление водной формовочной массы из порошков плавленого муллита, электрокорунда и молотого глинозема Гк в присутствии гидрофобизирующей жидкости, формирование, вибролитье заготовок, их сушку и обжиг, дополнительно в качестве гидрофобизирующей жидкости используют полигидросилоксан 136-41, который вводят, по меньшей мере, дважды, сначала при помоле глинозема Гк в количестве 0,018-0,020% от общего количества глинозема Гк и дополнительно при изготовлении формовочной массы с последующим вылеживанием массы и дополнительным смешением, а состав формовочной массы представлен ингредиентами, мас.%:

Для получения оптимального результата:

- в способе помол глинозема Гк могут производить до получения порошка, содержащего частицы 0,1-10 мкм в количестве 90-95%, при удельной поверхности молотых порошков Sуд.=6800-7500 см2/г.

- в способе обжиг заготовок могут производить при температуре 1500-1550°С.

- в способе вылеживание формовочной массы могут осуществлять в течение 2-5 часов.

- в способе сушку заготовок могут производить при температуре 90-120°С.

- в способе формование заготовок могут производить в разборных металлических формах с гипсовым пуансоном.

- в способе гидрофобизирующую жидкость в количестве 0,018-0,020% от количества глинозема Гк могут вводить перед помолом.

- в способе дополнительное смешение массы могут осуществлять не менее 5 минут.

В заявляемом решении в качестве гидрофибизирующей жидкости используется полигидросилоксан 136-41 (ГФЖ 136-41), который имеет менее щелочной характер. Одна часть ее вводится при помоле глинозема Гк, что обеспечивает равномерное распределение малого количества жидкости между зернами глинозема и ускоряется его помол за счет расклинивающего действия молекул ГФЖ 136-41 на поверхность зерен глинозема Гк. А другая часть добавляется при изготовлении сухой смеси порошков плавленного муллита, электрокорунда и глинозема в Z-образном смесителе, с целью уменьшения влажности формовочной смеси при последующем добавлении в сухую смесь воды, а также для придания виброподвижности (текучести) формовочной массе при вибролитье изделий.

Помол глинозема Гк с добавкой 0,018-0,020% ГФЖ 136-41 для получения оптимального результата могут производить в шаровой мельнице до получения порошка с удельной поверхностью молотых порошков Гк (Sуд.)=6800-7500 см2/г (по прибору ПСХ-8А).

Если при помоле глинозема Гк добавить ГФЖ 136-41 в количестве менее 0,018%, то глинозем может быть недомолотым, а молекулы жидкости будут неравномерно распределены в объеме массы молотого глинозема, а если добавить более 0,020%, то происходит процесс слипания частиц Гк за счет избыточного количества ГФЖ 136-41 между высокодисперсными частицами глинозема (толщина слоя ГФЖ более длины его молекул). Образующиеся гранулы слипшихся частиц глинозема трудно разбиваются при изготовлении формовочной массы и частицы глинозема неравномерно распределяются в объеме формовочной массы.

Смешение исходных материалов (муллит + электрокорунд + глинозем Гк) в заявленном соотношении может производиться в Z-образном смесителе: сначала в сухом состоянии (не менее 15 минут). Затем с добавкой второй части ГФЖ 136-41 (сверх 100% от смеси исходных материалов) не менее 15 минут и потом с водой.

При смешении ГФЖ 136-41 распределяется по поверхности частиц наполнителя формовочной массы и за счет своего гидрофобизирующего действия снижает количество вводимой воды. Оптимальная виброподвижность массы обеспечивается при пониженной влажности 6-8%.

В процессе вылеживания создаются дополнительные условия для более равномерного распределения ГФЖ 136-41 в формовочной массе. Образуется коагуляционная тиксотропная структура массы, придающая ей хорошую подвижность (сыпучесть), что обеспечивает подачу формовочной массы в форму на вибростенде без дополнительного вибрирующего устройства, например вибробункера. После вибролитья и выдержки изделий в формах вынимаются гипсовые пуансоны, а после выдержки на воздухе заготовки вынимаются из матрицы.

Для обеспечения заявленного технического результата необходимо, чтобы выполнялись приведенные в независимом пункте формулы изобретения соотношения.

При использовании количества и состава муллита, электрокорунда и глинозема Гк вне заявляемых диапазонов, а также при содержании ГФЖ 136-41 и воды вне заявленных диапазонов значений, формовочные свойства вибромассы (например, сыпучесть при подаче в форму, текучесть и уплотнение при вибрации и т.д.) ухудшаются, а качество заготовок снижается из-за появления дефектов на поверхности изделий (например, рыхлость, трещины, прилипаемость к форме, осыпаемость ребер и т.д.).

При соблюдении заявляемого диапазона по содержанию ГФЖ 136-41 и воды указанные дефекты отсутствуют, а заготовки требуют минимальной зачистки. Вынутые и зачищенные заготовки подвергают сушке сначала на воздухе, а потом в сушильном шкафу при температуре от 90 до 120°С и обжигают при температуре 1500-1550°С.

При уменьшении указанного количества муллита происходит снижение термостойкости материала и уменьшается стойкость тиглей, а при увеличении - снижается металлоустойчивость за счет образования большого количества стеклофазы, реагирующей с выплавляемым сплавом.

При введении меньшего, чем заявляемое, количества электрокорунда увеличивается усадка материала, появляются микротрещины и прочность изделия уменьшается, а при увеличении количества электрокорунда увеличивается пористость изделий и ухудшается их металлоустойчивость за счет проникновения металлического расплава в поры.

При уменьшении количества глинозема Гк ухудшаются формовочные свойства вибромассы, ее спекаемость, что приводит к уменьшению плотности и прочности как заготовок, так и обожженных изделий. При повышении заявляемого количества глинозема Гк возрастает усадка, появляются микротрещины в готовых изделиях.

Т.е. заявляемый технический результат достигается только при использовании указанных в независимом пункте формулы изобретения компонентов и при соблюдении последовательности операций способа, что подтверждается следующими примерами.

Необходимо изготовить тигли с Ф нижн.=145 мм, Ф верх.=170 мм, H=305 мм, толщиной стенок h=12-15 мм и короба с соотношением параметров длина:ширина:высота = 540:230:180 (мм) с равноплотной структурой по всему объему тигля и короба.

Пример 1.

Помол гинозема Гк производили в шаровой мельнице с добавлением ГФЖ 136-41 в количестве 0,018% от общего количества глинозема Гк до получения порошка, содержащего не менее 85% частиц не менее 10 Мкм.

Сухое смешение молотого глинозема с плавленным муллитом и электрокорундом происходит при следующем содержании фракций, мас.%:

Далее вводили смесь ГФЖ 136-41 в количестве, обеспечивающем общее содержание добавки в смеси, не превышающее 0,012%, с учетом количества ГФЖ в молотом глиноземе Гк.

После смешения всех компонентов в смесителе добавляли воду в количестве 6% сверх 100%. После перемешивания масса вылеживалась 5 часов, затем ее дополнительно перемешивали и подавали без специального вибрирующего устройства в разборную металлическую форму с гипсовым пуансоном, на вибростол. После этого вибролитые заготовки сушили при комнатной температуре, а затем при 90°С и обжигали при температуре 1550°С.

Пример 2.

Помол глинозема проводили с добавкой ГФЖ 136-41 в количестве 0,019% до получения размера зерен молотого глинозема 1-10 мкм в количестве более 90%.

Подготовка сухой смеси происходит при следующем содержании фракций, мас.%:

Далее вводили смесь ГФЖ 136-41 в количестве, обеспечивающем общее содержание добавки в смеси, не превышающее 0,012%, с учетом количества ГФЖ в молотом глиноземе Гк.

После приготовления сухой смеси в смеситель добавляют воду в количестве 7%, после чего вся масса перемешивается, затем вылеживается, например, в самом смесителе в течение 3 часов. Далее формовочную массу дополнительно перемешивали и подавали без специального вибрирующего устройства в разборную металлическую форму с гипсовым пуансоном на вибростол. После этого вибролитые заготовки сушили при комнатной температуре, а затем при 90°С и обжигали при температуре 1530°С.

Пример 3.

Помол глинозема Гк осуществляли с добавкой ГФЖ-136-41 в количестве 0,020%. Размер зерен молотого Гк составлял 0,1-10 мкм в количестве более 95%.

Подготовка сухой смеси происходит при следующем содержании фракций, мас.%:

Формовочная масса готовилась с дополнительным введением ГФЖ 136-41 в таком количестве, что общее содержание ГФЖ 136-41 в смеси составило 0,0135%. Воду после сухого перемешивания добавляли в количестве 8% и масса вылеживалась в течение 2 часов. Далее формовочную массу дополнительно перемешивали и подавали без специального вибрирующего устройства в разборную металлическую форму с гипсовым пуансоном на вибростол. После этого вибролитые заготовки сушили при комнатной температуре, а затем при 100°С и обжигали при температуре 1550°С.

В приведенных примерах получаемая формовочная смесь характеризуется отсутствием пластообразования, хорошей сыпучестью при подаче в форму, удовлетворительной текучестью и уплотняемостью в форме при вибролитье, что обеспечивает высокое качество заготовок при минимальном технологически неизбежном сыром ремонте заготовок.

Обоженные тигли отличаются минимальной шероховатостью, отсутствием сколов ребер и трещин. После проведения испытаний изделий было установлено, что плотность тиглей, изготовленных по предлагаемому способу, по всему объему изделий составляет 3,05-3,12 г/см3, пористость 14-18%, т.е. полученные тигли и короба соответствуют нормативным требованиям, позволяют получить заявляемый технический результат. Термостойкость больших коробов в режиме работы туннельной печи ПГ-30 более 25 циклов.

Похожие патенты RU2284974C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРУНДОВЫХ ОГНЕУПОРОВ 2010
  • Макаров Виктор Васильевич
  • Овчинников Николай Львович
  • Калинников Юрий Александрович
  • Вашурина Ирина Юрьевна
  • Плясов Александр Михайлович
RU2433104C1
ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2009
  • Баранова Тамара Федоровна
  • Степанова Елена Алексеевна
  • Шункина Нина Ивановна
RU2412133C1
ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2001
  • Шадрин Л.В.
  • Рудницкий С.В.
  • Степанова Е.А.
  • Чиковани И.О.
RU2191167C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРУНДОМУЛЛИТОВЫХ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2020
  • Харитонов Дмитрий Викторович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Силкин Андрей Николаевич
  • Хамицаев Анатолий Степанович
  • Анашкина Антонина Александровна
  • Куликова Галина Ивановна
  • Алексеев Михаил Кириллович
  • Шер Николай Ефимович
  • Балаш Павел Викторович
  • Кашинцев Дмитрий Алексеевич
RU2756300C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРУНДОВЫХ ТИГЛЕЙ ИЗ НИЗКОЦЕМЕНТНОГО ОГНЕУПОРНОГО БЕТОНА 2000
  • Сопин В.В.
  • Клименко В.А.
  • Коростелев В.А.
  • Мельникова В.К.
RU2170717C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОЙ КОРУНДОВОЙ КЕРАМИКИ 2007
  • Красный Борис Лазаревич
  • Тарасовский Вадим Павлович
  • Красный Александр Борисович
  • Енько Антон Сергеевич
RU2341493C1
Способ изготовления керамических плавильных тиглей 2018
  • Белов Владимир Дмитриевич
  • Колтыгин Андрей Вадимович
  • Фадеев Алексей Владимирович
  • Фоломейкин Юрий Иванович
  • Клевченков Максим Геннадиевич
  • Ильюшин Артур Валерьевич
  • Никифоров Павел Николаевич
  • Аликин Павел Владимирович
  • Баженов Вячеслав Евгеньевич
RU2713049C1
Способ формования заготовок огнеупорных керамических изделий 2021
  • Харитонов Дмитрий Викторович
  • Анашкина Антонина Александровна
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Михалевский Дмитрий Андреевич
  • Куликова Галина Ивановна
  • Баранов Семен Васильевич
  • Шер Николай Ефимович
  • Хамицаев Анатолий Степанович
RU2763647C1
СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2020
  • Харитонов Дмитрий Викторович
  • Куликова Галина Ивановна
  • Анашкина Антонина Александровна
  • Баранов Семен Васильевич
  • Шер Николай Ефимович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Хамицаев Анатолий Степанович
RU2742265C1
СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2004
  • Храновская Татьяна Матвеевна
  • Саванина Надежда Николаевна
  • Дъяченко Олег Петрович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Хамицаев Анатолий Степанович
  • Рогов Гарий Кириллович
  • Суздальцев Евгений Иванович
  • Викулин Владимир Васильевич
RU2267469C1

Реферат патента 2006 года СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МУЛЛИТОКОРУНДОВЫХ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к изготовлению муллитокорундовых тиглей для плавки стали и жаропрочных сплавов, охлаждаемых лопаток авиационных двигателей, а также огнеупорных капселей. Техническим результатом изобретения является достижение высокой виброподвижности формовочной массы при обеспечении прочности сырых заготовок, высокой прочности, плотности и термостойкости изделий. Способ изготовления муллитокорундовых огнеупорных изделий включает помол глинозема Гк в присутствии гидрофобизирующей жидкости: полигидросилоксана 136-41 в количестве 0,018-0,020%, приготовление водной формовочной массы из порошков плавленого муллита, электрокорунда и молотого глинозема Гк, вылеживание массы и дополнительное смешение, вибролитье заготовок, их сушку и обжиг. Состав формовочной массы представлен ингредиентами, мас.%: плавленый муллит, фракции (мм) (0,8-4,0) - 20,0-28,0, (0,2-0,8) - 6,5-8,0; электрокорунд (мм) (0,8) - 4,7-5,3, (0,5-0,63) - 2,8-3,1, (0,32-0,4) - 11,7-12,4, (0,20-0,25) - 1,8-2,2, (0,01-0,16) - 14,0-15,0; глинозем Гк 30,0-34,0; ГФЖ 136-41 (сверх 100%) 0,0115-0,0135; вода (сверх 100%) 6-8. 7 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 284 974 C1

1. Способ изготовления муллитокорундовых огнеупорных изделий, включающий помол глинозема Гк, приготовление водной формовочной массы из порошков плавленого муллита и электрокорунда с молотым глиноземом Гк в присутствии гидрофобизирующей жидкости, формирование, вибролитье заготовок, их сушку и обжиг, отличающийся тем, что в качестве гидрофобизирующей жидкости используют полигидросилоксан 136-41, который вводится при помоле глинозема Гк в количестве 0,018-0,020% от общего количества глинозема Гк и дополнительно при изготовлении формовочной массы с последующим вылеживанием массы и дополнительным смешением, а состав формовочной массы представлен ингредиентами, мас.%:

Плавленный муллит, фракции, (мм)0,8-4,020,0-28,00,2-0,86,5-8,0Электрокорунд, (мм)0,84,7-5,30,5-0,632,8-3,10,32-0,411,7-12,40,20-0,251,8-2,20,01-0,1614,0-15,0Глинозем Гк30,0-34,0Гидрофобизирующая жидкость ГФЖ136-41(сверх 100%)0,0115-0,0135Вода (сверх 100%)6-8

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что помол глинозема Гк производят до получения порошка, содержащего частицы 0,1-10 мкм в количестве 90-95%, при удельной поверхности молотых порошков Sуд.=6800-7500 см2/г.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обжиг заготовок производят при температуре 1500-1550°С.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вылеживание формовочной массы осуществляют в течение 2-5 ч.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку заготовок производят при температуре 90-120°С.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что формование заготовок производят в разборных металлических формах с гипсовым пуансоном.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидрофобизирующую жидкость в количестве 0,018-0,020% от количества глинозема Гк вводят в начале помола глинозема Гк.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительное смешение массы осуществляют не менее 5 мин.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2284974C1

ПРИМАЧЕНКО В.В
и др
О технологии изготовления муллитокорундовых тиглей
Огнеупоры
Способ приготовления консистентных мазей 1919
  • Вознесенский Н.Н.
SU1990A1
Огнеупорная масса 1981
  • Бевз Владимир Афанасьевич
  • Баранова Тамара Федоровна
  • Храновская Татьяна Матвеевна
SU1011604A1
Шихта для изготовления огнеупоров 1983
  • Примаченко Владимир Васильевич
  • Колесников Леонид Михайлович
  • Мартыненко Валерий Владленович
  • Гаоду Анатолий Николаевич
  • Устиченко Владимир Андреевич
SU1231037A1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЧЕРНОЙ КЕРАМИКИ 1991
  • Широков Е.Д.
  • Беляков А.В.
  • Гараженко Ю.Д.
  • Шемель И.Г.
RU2044717C1
0
SU294694A1
Способ получения молочной кислоты 1922
  • Шапошников В.Н.
SU60A1

RU 2 284 974 C1

Авторы

Баранова Тамара Федоровна

Степанова Елена Алексеевна

Шункина Нина Ивановна

Голованов Владимир Михайлович

Оспенникова Ольга Геннадьевна

Даты

2006-10-10Публикация

2005-04-28Подача