МУЛЛИТОКОРУНДОВЫЙ ОГНЕУПОР Российский патент 2008 года по МПК C04B35/185 C04B35/101 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных изделий для воздухонагревателей, воздухопроводов горячего дутья доменных печей и прочих тепловых агрегатов.

Известны огнеупоры с муллитовой матрицей на основе андалузита, например, из статьи авт. П.Дюбрей, В.М.Соболев «Андалузит - перспективный материал для производства высококачественных огнеупоров», ж. «Огнеупоры и техническая керамика» №4, 1999 (стр.24-30) [1]; статьи авт. П.Дюбрей, Э.Филари, В.М.Соболев «Применение андалузитовых огнеупоров в черной металлургии», ж. «Огнеупоры и техническая керамика» №6, 1999 (стр.27-34) [2];

По совокупности общих существенных признаков наиболее близким к патентуемому является огнеупор [2], который содержит андалузит, боксит, тонкоизмельченный глинозем и может быть изготовлен по низкоцементной технологии на связующем из высокоглиноземистого цемента. Фракционный состав андалузита в огнеупоре не раскрыт.

Положительными качествами данного огнеупора являются малые высокотемпературные объемные изменения, высокая механическая прочность при высокой температуре, низкая пористость, хорошая термостойкость, а недостатком - необходимость его термообработки при 1600°С для полной муллитизации андалузита и достижения указанных положительных свойств.

Задачей настоящего изобретения является создание огнеупора с высокой степенью муллитизации, достижимой в обжиге при температуре менее 1600°С и сохранением его положительных свойств.

Технический результат состоит в повышении содержания муллита в огнеупоре при низкотемпературном обжиге.

Для достижения этого согласно формуле изобретения муллитокорундовый огнеупор изготавливают из массы, содержащей андалузит, боксит, тонкоизмельченный глинозем и дополнительно тонкоизмельченную огнеупорную глину, в качестве связующего - ортофосфорную кислоту, а андалузит имеет следующий фракционный состав, мас.%: 42-45 фр. 0-1 мм, 55-58 фр. менее 160 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: 35,5-40,0 андалузит, 47-48 боксит, 9-11 тонкоизмельченный глинозем, 4,0-5,5 тонкоизмельченная огнеупорная глина, 3,5-5,0 ортофосфорная кислота (сверх 100%).

Сущность изобретения состоит в низкотемпературной муллитизации матрицы огнеупора в результате взаимодействия тонкоизмельченных огнеупорной глины (фр. менее 315 мкм) и глинозема (фр. менее 160 мкм) в комплексе с ортофосфорной кислотой. Тонкоизмельченная огнеупорная глина и глинозем при обжиге огнеупора в интервале температур 1000-1420°С интенсивно образуют муллит, а продукты разложения ортофосфорной кислоты, реагируя с оксидом алюминия, образуют алюмофосфатные композиции в виде метафосфата алюминия и стекла Al₂O₃*Р₂O₅*nSiO₂ состава, инициирующего процесс муллитизации андалузита. Муллитизация андалузита завершается образованием на месте его зерен-псевдоморфоз ультрадисперсных агрегатов муллита, кристобалита и стекла состава Al₂O₃*nSiO₂. Содержание стекла в зернах-псевдоморфозах составляет 3-5 мас.%. При конечной температуре обжига в условиях избытка оксида алюминия, введенного с бокситом, из метафосфата алюминия образуется устойчивый фосфат алюминия AlPO₄ со структурой, аналогичной кристобалиту и сохраняющей свой состав вплоть до 1600°С, что обеспечивает необходимые огневые свойства огнеупора.

Введение тонкоизмельченной огнеупорной глины менее заявленного предела не обеспечивает достаточного образования муллита, уплотнения структуры и создания прочной керамической связки в огнеупоре.

Введение тонкоизмельченной огнеупорной глины более заявленного предела снижает огневые свойства муллитокорундового огнеупора и вызывает высокотемпературные изменения размеров.

Введение ортофосфорной кислоты менее заявленного предела не обеспечивает образования достаточного количества стекла Al₂O₃*Р₂O₅*nSiO₂ состава для полной муллитизации андалузита и дает дополнительный рост огнеупора в службе.

Введение ортофосфорной кислоты более заявленного предела ведет к избытку стекла Al₂O₃*Р₂O₅*nSiO₂ состава, что снижает температуру деформации под нагрузкой и дает усадку огнеупора.

Оптимальный зерновой состав андалузита для изготовления заявляемого муллитокремнеземистого огнеупора с достаточно высоким содержанием тонкой фракции андалузита (менее 160 мкм) также усиливает процесс муллитизации. Значительное количество образовавшегося первичного и вторичного муллита в комплексе с фосфатом алюминия AlPO₄ обеспечивают огнеупору хорошие служебные свойства - высокие температуру начала деформации под нагрузкой и механическую прочность, объемопостоянство и низкую пористость.

Примеры составов массы для изготовления образцов заявляемого муллитокорундового огнеупора и их свойства указаны в таблице.

Для получения заявляемого огнеупора использовали следующие материалы: андалузит марок Durandal D-59 фр. 0-1 мм (Al₂O₃ 59,5 мас.%, SiO₂ 38,0 мас.%) и Kerphalite KF 160 фр. менее 160 мкм (Al₂O₃ 59,5 мас.%, SiO₂ 38,0 мас.%), обожженный тонкоизмельченный глинозем марки ГЭФ (ГОСТ 30559-98), китайский обожженный боксит марки ROTA HD фракции 0-3 мм (Al₂O₃ 88,5 мас.%, SiO₂ 4,6 мас.%), тонкоизмельченная глина огнеупорная Часов-Ярского месторождения марки Ч-1 (ТУ 322-7-00190503-060-96), кислота ортофосфорная (ГОСТ 10678-76).

Для получения формовочной массы указанные компоненты дозировали в количествах, приведенных в формуле изобретения, смешивали всухую, затем добавляли кислоту ортофосфорную и воду для обеспечения влажности массы 3,0-4,0% и снова смешивали в течение 3-4 минут.

Из полученной массы на прессах формовали изделия, сушили и обжигали в туннельных печах при температуре 1420°С.

Из таблицы видно, что патентуемый огнеупор лучше муллитизирован (при более низкой температуре), имеет высокие огневые свойства, малые объемные высокотемпературные изменения, достаточную механическую прочность в сравнении с образцом по прототипу, изготовленному из массы, содержащей андалузит, боксит, тонкоизмельченный глинозем и высокоглиноземистый цемент, при допущении зернового состава андалузита аналогично заявленному.

Совокупность положительных свойств данного огнеупора: объемопостоянство, высокие механическая прочность и температура деформации под нагрузкой, низкая пористость позволяют успешно его эксплуатировать в воздухонагревателях доменных печей, что подтвердили результаты промышленных испытаний.

Остаточное изменение линейных размеров при нагреве определяли по ГОСТ 5402.1-2000, предел прочности при сжатии по ГОСТ 4071.1-94, температуру начала деформации под нагрузкой по ГОСТ 4070-83, открытую пористость по ГОСТ 2409-95.

Источники информации

1. Ж. «Огнеупоры и техническая керамика» №4, 1999 (стр.24-30).

2. Ж. «Огнеупоры и техническая керамика» №6, 1999 (стр.27-34).

Муллитокорундовый огнеупор (МКО) предназначен для футеровки воздухонагревателей, воздухопроводов горячего дутья доменных печей и прочих тепловых агрегатов. МКО изготавливают из массы, содержащей, мас.%: 35,5-40,0 андалузит, 47-48 боксит, 9-11 тонкоизмельченный глинозем, 4,0-5,5 тонкоизмельченная огнеупорная глина, 3,5-5,0 ортофосфорная кислота (сверх 100%). Андалузит имеет следующий фракционный состав, мас.%: 42-45 фр. 0-1 мм, 55-58 фр. менее 160 мкм. Дополнительное введение в МКО тонкоизмельченной огнеупорной глины и применение в качестве связующего ортофосфорной кислоты в указанных количествах обеспечивает высокую степень муллитизации огнеупора в обжиге при температуре менее 1600°С. МКО имеет стабильность объема при высоких температурах, низкую пористость, высокие механическую прочность и температуру деформации под нагрузкой. 1 табл.

Муллитокорундовый огнеупор, изготовленный из массы, содержащей андалузит, боксит, тонкоизмельченный глинозем и связующее, отличающийся тем, что масса дополнительно содержит тонкоизмельченную огнеупорную глину, в качестве связующего - ортофосфорную кислоту, а андалузит имеет следующий фракционный состав, мас.%: 42-45 фр. 0-1 мм, 55-58 фр. менее 160 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

андалузит35,5-40,0боксит47-48тонкоизмельченный глинозем9-11тонкоизмельченная огнеупорная глина4,0-5,5ортофосфорная кислота (сверх 100%)3,5-5,0