УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩАЯ МАССА Российский патент 2009 года по МПК C04B35/35 C04B35/626 

Изобретение относится к производству огнеупоров из углеродсодержащей массы, а именно к составу углеродсодержащей массы, и может быть использовано для получения углеродсодержащих изделий.

Известно применение предварительно синтезированной добавки боралюминиевого карбида Al₈B₄C₇ для повышения свойств огнеупоров на основе карбида кремния SiC. Добавку получают обжигом при температуре 1800-1950°С в среде газа аргон Ar порошков В₄С и Al в присутствии фенольной смолы в качестве связующего компонента, взятых в соотношении 1:(0,1-0,6):(0,4-1,5), патент CN 1369463, С04В 35/565, дата публикации 18.09.2002 г.

Недостатками известного состава являются: использование высоких температур для синтеза Al₈B₄C₇, применение фенольной смолы и выделение веществ, вредных для здоровья человека и окружающей среды.

Известен состав периклазовой углеродсодержащей массы с введением антиокислительных добавок. Изделия из периклазовой углеродсодержащей массы предназначены для футеровки металлургических агрегатов. Огнеупорная масса состоит из магнезиального клинкера, графита, а также связки и антиокислительной добавки (Al и Al-Mg) в количестве 5 мас.%, введенной сверх 100%. Углеродсодержащие огнеупоры из указанной массы с содержанием углерода 15-20% имеют кажущуюся плотность 2,87÷2,91 г/см³, предел прочности на изгиб при 1400°С 9,1÷10,5 МПа (патент JP 8217529, С04В 35/043, дата публикации 27.08.1996 г.).

Недостатками известного состава являются: использование пирофорных взрывоопасных антиокислительных добавок на основе сплава Al-Mg, их повышенное содержание в составе огнеупора, отсутствие защиты графита от окисления, что приводит к ухудшению технических характеристик углеродсодержащих огнеупорных изделий при эксплуатации, в том числе за счет образования в больших количествах Al₄С₃, легко подверженного гидратации.

Известна углеродсодержащая масса, содержащая синтезированную при температуре 1500°С и выше антиокислительную добавку, полученную из группы соединений на основе алюминия Al, бора В, графита С, карбида алюминия Al₄C₃, карбида бора В₄С и оксида бора В₂О₃. Добавка снижает окисление углерода в углеродсодержащих изделиях (патент JP 7018255, С04В 35/10, дата публикации 20.01.1995 г.).

Недостатками являются: использование антиокислительной добавки, синтезированной при температурах выше 1500°С; содержание в синтезированной антиокислительной добавке большого количества карбида алюминия, склонного к гидратации; достижение положительного эффекта только при вводе в больших количествах (не менее 5 мас.%) синтезированной антиокислительной добавки с добавлением Al₂O₃.

Наиболее близкой к заявляемой является углеродсодержащая огнеупорная масса, изложенная в патенте RU 2171243, кл. С04В 35/035, опубл. 27.07.2001, которая включает огнеупорный зернистый наполнитель, графит, углеродсодержащие компоненты с высоким коксовым остатком: смолу фенольную порошкообразную в качестве твердого, этилцеллозольв, фурфуриловый спирт и уротропин в качестве жидкого, антиокислительные добавки из алюминия и боросодержащего соединения.

Недостатками ближайшего аналога (прототипа) является использование антиокислительных добавок в виде механической смеси с большим числом компонентов, смесевая многокомпонентная антиокислительная добавка не препятствует образованию карбида алюминия в количествах, опасных для деградации свойств огнеупора из-за гидратационной неустойчивости карбида алюминия, использование карбида бора в составе антиокислительной добавки значительно удорожает стоимость огнеупора, несколько снижает выгорание огнеупора, но не обеспечивает защиту огнеупора при эксплуатации от разрушительного действия паров и конденсатов воды, имеют место значительные отклонения - разброс показателей технических свойств, что отрицательно влияет на ресурс огнеупора из-за локальных разрушений углеродсодержащих огнеупоров особенно в зонах футеровки, подверженных экстремальным значениям действующих производственных факторов при эксплуатации.

Задачей предлагаемого технического решения является получение углеродсодержащей массы для изготовления углеродсодержащих изделий с улучшенными физико-техническими и эксплуатационными свойствами за счет повышения эффективности действия многофазного ингредиента, снижения стоимости изделий, снижения риска локальных разрушений углеродсодержащего огнеупора и повышение сроков безаварийной эксплуатации футеровки.

Поставленная задача достигается тем, что углеродсодержащая масса, включающая огнеупорный зернистый наполнитель, графит, углеродсодержащие компоненты с высоким коксовым остатком: смолу фенольную порошкообразную в качестве твердого, этилцеллозольв, фурфуриловый спирт и уротропин в качестве жидкого, антиокислительные добавки из алюминия и боросодержащего соединения, согласно изобретению в качестве анитиокислительных добавок содержит алюминий Al и многофазный ингредиент, включающий боралюминиевый карбид, оксикарбиды алюминия, карбид алюминия и корунд при соотношении фаз, мас.%:

Al₂OC 37,0-45,0 Al₈В₄С₇ 20,0-28.0 Al₄О₄С 15,0-22,0 Al₂О₃ 4,0-12.0 Al₄С₃ 1,0-11,0 при следующем соотношении компонентов, мас.%   многофазный ингредиент 0,25-5,0 графит 4,0-20,0 антиокислительная добавка из Al 1,0-3,0 твердый углеродсодержащий компонент 1,0-4,7 жидкий углеродсодержащий компонент 0,8-1,5 огнеупорный зернистый наполнитель остальное до 100

Поставленная задача достигается также тем, что углеродсодержащая масса содержит многофазный ингредиент, который представлен тонкодисперсным порошком с размером частиц не более 60 мкм обожженной при температуре 1150-1450°С смеси оксида бора, графита и алюминия, в соотношении В₂О₃:С:Al, равном 1:(2,0-3,5):(5,0-6,0). Присутствие многофазного ингредиента обеспечивает эффективное улучшение показателей технических свойств, важных для увеличения ресурса эксплуатации футеровок, выполненных углеродсодержащими огнеупорами, за счет повышения термостойкости до значений 33-37 теплосмен по режиму 1300°С - вода, предела прочности на изгиб при 1300°С до 21,8-23,0 МПа, снижения глубины обезуглероживания изделий при 1600°С до 1,5-1,7 мм.

Преимуществами углеродсодержащей массы и огнеупора из нее являются: присутствие в составе многофазного ингредиента Al₄С₃ в количествах не более 1-11 мас.%, не представляющих опасности для гидратации и деградации показателей свойств огнеупора, введение в состав огнеупорной массы многофазного ингредиента в минимальных количествах для достижения положительного эффекта - улучшения свойств углеродсодержащих огнеупорных изделий.

Синтез многофазного ингредиента, включающего соединения оксикарбида алюминия Al₂ОС, боралюминиевого карбида Al₈B₄C₇, оксикарбида алюминия Al₄O₄C, корунда Al₂О₃, карбид алюминия Al₄C₃, осуществляется при температуре не выше 1150-1450°С. Содержание Al₄С₃ в составе интегрированного многофазного ингредиента в количестве 1-11 мас.% не оказывает отрицательного влияния на показатели технических свойств углеродсодержащих огнеупоров.

К преимуществам многофазного ингредиента, синтезированного при температурах до 1450°С, следует отнести снижение затрат на получение из него тонкодисперсного порошка, высокую (более 120 суток) устойчивость в среде 100% влажности воздуха.

Многофазный ингредиент обеспечивает создание высокопрочной микропористой микроструктуры огнеупора с преобладающим размером пор менее 5 мкм (более 75%), повышает устойчивость графита и углеродсодержащих компонентов огнеупора к окислению, образует защитный слой, предотвращает поступление в огнеупор газовой среды, окисляющей углерод, значительно повышает термостойкость и прочность углеродсодержащего огнеупора.

При исследовании известного уровня техники не было выявлено аналогичных технических решений, которые характеризовались бы идентичной совокупностью существенных признаков с достижением такого же результата, какой получен в предлагаемом техническом решении, что позволяет сделать вывод о его соответствии критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Заявляемый состав углеродсодержащей массы может быть реализован при производстве огнеупорных изделий с повышенными показателями технических свойств и повышенным ресурсом эксплуатации в конструкциях огнеупорных футеровок конвертеров, электропечей, сталеразливочных ковшей и др., с применением известных компонентов и технических средств, что свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию «промышленная применимость».

Свойства углеродсодержащих огнеупоров из заявляемой массы обеспечиваются при соблюдении компонентного состава в заявленных количествах.

При содержании в углеродсодержащей массе менее 4 мас.% графита углеродсодержащий огнеупор обладает пониженными характеристиками термостойкости, шлако- и износоустойчивости, высокотемпературной прочности на изгиб, ресурсом эксплуатации в футеровках. Углеродсодержащие массы с содержанием графита выше 20 мас.% содержат большое количество вовлеченного воздуха и обладают пониженной насыпной плотностью, прессование огнеупорных изделий из таких масс затруднительно.

Введение в состав углеродсодержащей массы антиокислительной добавки из Al и многофазного ингредиента в количествах соответственно менее 1,0 и 0,25 мас.% не обеспечивает устойчивость углеродсодержащего огнеупора к окислению и улучшение прочностных характеристик. Повышенное содержание антиокислительной добавки из Al и многофазного ингредиента в составе углеродсодержащей массы соответственно выше 3 и 5 мас.% приводит к образованию Al₄С₃ в больших количествах, представляющих опасность для гидратации и деградации показателей свойств углеродсодержащего огнеупора.

Содержание твердого углеродсодержащего компонента в составе углеродсодержащей массы менее 1,0 мас.% приводит к резкому снижению показателей кажущейся плотности и прочности, увеличению открытой пористости углеродсодержащего огнеупора после термообработки. Повышение количества твердого углеродсодержащего компонента выше 4,7 мас.% ухудшает формовочные свойства углеродсодержащих масс, является причиной выделения большого количества веществ (фенолов, альдегидов и др.), вредных для здоровья человека и окружающей среды.

Жидкий углеродсодержащий компонент (пластификатор) вводится для придания массе хорошей формуемости. Снижение количества жидкого углеродсодержащего компонента меньше 0,8 мас.% приводит к пылению массы и затруднению ее формования. Содержание жидкого углеродсодержащего компонента выше 1,5 мас.% увеличивает влажность массы, затрудняет формование изделий и приводит к появлению перепрессовочных трещин сырца углеродсодержащего огнеупора.

При разработке углеродсодержащей массы использованы следующие сырьевые материалы: крупнокристаллический плавленый и клинкерный периклаз с содержанием MgO выше 97 и 98 мас.%, крупночешуйчатый графит с содержанием углерода 96 и 98 мас.%, смола фенольная порошкообразная марки СТ 2163 по ТУ 2257-004-05761778-2002, алюминий порошкообразный марки АСД-1 по ТУ 48-5-2266-87, оксид бора марки 12-3, ТУ 6-09-3558-78 и др. твердые вещества. Для получения жидкого углеродсодержащего компонента (пластификатора) использованы фурфуриловый спирт по ГОСТ 28960-91, этилцеллозольв технический по ГОСТ 8313-88, уротропин технический по ГОСТ 1381-73.

Предлагаемое техническое решение позволяет получать огнеупорные изделия с показателями свойств, превосходящими прототип.

В примерах 1÷23 приводится реализация изобретения.

Пример 1. В смеситель вводят 76.25 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0.25 мас.% многофазного ингредиента состава №1 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента. смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 2. В смеситель вводят 76.25 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16,0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0,25 мас.% многофазного ингредиента состава №2 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 3. В смеситель вводят 76.25 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0.25 мас.% многофазного ингредиента состава №3 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 4. В смеситель вводят 76.0 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0.5 мас.% многофазного ингредиента состава №1 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.4±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 5. В смеситель вводят 76.0 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0.5 мас.% многофазного ингредиента состава №2 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 6. В смеситель вводят 76.0 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0.5 мас.% многофазного ингредиента состава №3 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 7. В смеситель вводят 75.75 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0.75 мас.% многофазного ингредиента состава №1 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 8. В смеситель вводят 75.75 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%). 0.75 мас.% многофазного ингредиента состава №2 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 9. В смеситель вводят 75.75 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 0.75 мас.% многофазного ингредиента состава №3 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 10. В смеситель вводят 75.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 1.0 мас.% многофазного ингредиента состава №1 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 11. В смеситель вводят 75.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 1.0 мас.% многофазного ингредиента состава №2 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 12. В смеситель вводят 75.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 1.0 мас.% многофазного ингредиента состава №3 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 13. В смеситель вводят 74.0 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%). 2.5 мас.% многофазного ингредиента состава №1 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 14. В смеситель вводят 74.0 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 2.5 мас.% многофазного ингредиента состава №2 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 15. В смеситель вводят 74.0 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 2.5 мас.% многофазного ингредиента состава №3 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 16. В смеситель вводят 71.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5.0 мас.% многофазного ингредиента состава №1 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 17. В смеситель вводят 71.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5.0 мас.% многофазного ингредиента состава №2 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 18. В смеситель вводят 71.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5.0 мас.% многофазного ингредиента состава №3 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 19. В смеситель вводят 71.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5.0 мас.% многофазного ингредиента состава №4 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 20. В смеситель вводят 71.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5.0 мас.% многофазного ингредиента состава №5 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 21. В смеситель вводят 71.5 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97.0 мас.%), 16.0 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5.0 мас.% многофазного ингредиента состава №6 (табл.1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродсодержащего компонента смолы СТ 2163, 1.0 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре не более 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблице 2.

Пример 22. В смеситель вводят 73.2 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97 мас.%), 16 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5 мас.% многофазного ингредиента состава 6 (таблица 1), 1.0 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродистого компонента смолы СТ 2163, 0.8 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре 270±30°С

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблицах 2, 5.

Пример 23. В смеситель вводят 70.8 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97 мас.%), 16 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5 мас.% многофазного ингредиента состава 6 (таблица 1), 3.0 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродистого компонента смолы СТ 2163, 1.2 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблицах 2, 5.

Пример 24. В смеситель вводят 71.0 мас.% плавленого периклазового зернистого наполнителя полифракционного состава (содержание MgO 97 мас.%), 16 мас.% графита (содержание С 96.2 мас.%), 5 мас.% многофазного ингредиента состава 6 (таблица 1), 2.5 мас.% порошка алюминия, 4.0 мас.% твердого углеродистого компонента смолы СТ 2163, 1.5 мас.% жидкого углеродистого компонента (пластификатора) с интенсивностью, не допускающей разогрев смеси выше температуры 55±10°С, до образования ими массы с насыпным весом не менее 1.6±0.2 т/м³, массу выгружают из смесителя, подвергают вылеживанию в течение 6 часов для эвакуации газовых выделений, после чего формуют изделия и подвергают их термообработке при температуре 270±30°С.

Свойства огнеупора из заявляемой массы приведены в таблицах 2, 5.

Таблица 1 Состав многофазного ингредиента Номер состава Состав многофазного ингредиента. мас.% Температура синтеза, °С Время выдержки, час Устойчивость к гидратации при γ_возд=100%, сут Al₂OC Al₈В₄С₇ Al₄О₄С Al₂О₃ Al₄С₃ 1 37 28 20 4 11 1150 4 >120 2 43 26 15 9 7 1300   >120 3 45 24 18 12 1 1450   >150 4 45 20 22 11 2 1150 8 >150 5 43 22 22 12 1 1300   >150 6 44 26 17 12 1 1450   >150 7* - 84 - - 16 1550 - >150 часов * - по JP7018255, С04В 35/10

Таблица 2 Свойства углеродсодержащих огнеупоров из заявляемой массы № примера Предел прочности при изгибе, МПа (1300°С), средние значения Термостойкость, количество теплосмен по режиму 1300°С - вода Глубина обезуглероживания, мм при 1600°С* 1 9,1 14 3,7 2 9,4 15 3,5 3 9,5 17 3,6 4 9,8 15 3,7 5 10,5 15 3,5 6 11,0 17 3,5 7 12,1 15 3,2 8 12,3 16 3,0 9 13,3 17 2,9 10 14,8 15 2,5 11 14,6 17 2,7 12 15,5 17 2,5 13 18,5 22 2,5 14 19,0 22 2,3 15 19,2 25 2,3 16 21,9 31 2,1 17 21,8 33 2,0 18 22,0 37 1,7 19 22,2 35 1,6 20 22,6 38 1,5 21 23,0 40 1,5 22 12,8 16 3,1 23 24,4 34 2,0 24 20,6 18 2,8 * Степень окисляемости оценивали по глубине обезуглероженного слоя образцов, распиленных по центру перпендикулярно оси прессования, после их выдержки в газопламенной печи в течение 2 часов при 1600°С.

Таблица 3 Степень окисляемости огнеупоров из заявляемой массы при 1600°С в сравнении с прототипом Номер примера Состав огнеупора, мас.% Глубина обезуглероживания, мм при 1600°С MgO С Состав интегрированного многофазного ингредиента, мас.% (номер) Al Al₂О₃ Al₂ОС Al₈В₄С₇ Al₄О₄С Al₂О₃ Al₄С₃ 1 74,5 18,0 5,0 (№1) 2,5 - 2,1       1,85 1,4 1,0 0,2 0,55     2 74,5 18,0   5,0 (№2)     2,5 - 2,0       2,15 1,3 0,75 0,45 0,35     3 74,5 18,0 5,0 (№3) 2,5 - 1,7       2,25 1,2 0,9 0,6 0,05     4 74,5 18,0 5,0 (№4) 2,5 - 1,6       2,25 1,0 1,1 0,55 0,1     5 74,5 18,0 5,0 (№5) 2,5 - 1,5       2,15 1,1 1,1 0,6 0,05     6 74,5 18,0 5,0 (№6) 2,5 - 1,5       2,2 1,3 0,85 0,6 0,05     7* 72,5 17,5 - 4,2 - - 0,8 - 5,0 2,2 8** 79,0 14,9 - - - - - 5.8 0,3 2,4 7* - JP 7018255, С04В 35/10 8** - прототип RU 2171243, кл. С04В 35/035, опубл. 27.07.2001

Как видно из таблиц 1-5, заявляемая углеродсодержащая масса обеспечивает получение огнеупоров с более высокими физико-техническими и эксплуатационными свойствами.

Таблица 4 Свойства углеродсодержащих огнеупоров Объект испытания Прочность после цикла термоудара 800°С - воздух, МПа Сопротивление окислению, % Предел прочности при изгибе при 1400°С, МПа Устойчивость к гидратации экспозицией, сутки По №2007107 049/03 (007660) Не разрушается Прототип RU 2171243, кл. С04В 35/035 Разрушается после 14 * Прочность после цикла термоудара 20°С - 800°С (1 час экспозиция) - 20°С определяли на изделиях 220×80×190 мм. Изделия пропускали через туннельную печь. В зоне максимальных температур 1530°С делалась экспозиция 4.5 часа. ** Сопротивление окислению определяли на изделиях 220×80×190 мм. Изделия пропускали через туннельную печь. В зоне максимальных температур 1600°С делалась экспозиция 2 часа. Во всех случаях суммарное пребывание изделий в туннельной печи 36 часов.

Таблица 5 - Влияние состава и количества жидкого углеродсодержащего компонента на свойства углеродсодержащих огнеупоров № примера Содержание жидкого
углеродистого компонента
в массе, мас.% Состав жидкого
углеродистого
компонента в
массе, мас.% Содержание
твердого
углеродистого
компонента в
массе, мас.% Свойства Предел прочности
при изгибе при
1300°С, МПа,
среднее значение Термостойкость,
теплосмен,
1300°С - вода Глубина
обезуглероживания
при 1600°С, мм     фурфуриловый спирт 0,53         22 0,8 этилцеллозольв 0,22 4,0 12,8 16 3,1     уротропин 0,05             фурфуриловый спирт 0,67         21 1,0 этилцеллозольв 0,26 4,0 23,0 40 1,5     уротропин 0,07             фурфуриловый спирт 0,36         23 1,2 этилцеллозольв 0,66 4,0 24,4 34 2,0     уротропин 0.18             фурфуриловый спирт 1,0         24 1,5 этилцеллозольв 0,42 4,0 20,6 18 2,8     уротропин 0,08        

Изобретение относится к составу углеродсодержащей массы для производства огнеупоров и может быть использовано для получения углеродсодержащих изделий. Технический результат изобретения - получение углеродсодержащей массы для изготовления изделий с улучшенными физико-техническими и эксплуатационными свойствами, снижение их стоимости, увеличение сроков безаварийной эксплуатации футеровки. Углеродсодержащая масса включает огнеупорный зернистый наполнитель, графит, углеродсодержащие твердый и жидкий компоненты с высоким коксовым остатком, антиокислительные добавки. Согласно изобретению в качестве анитиокислительных добавок огнеупорная масса содержит алюминий и многофазный ингредиент следующего фазового состава, мас.%: Al₂ОС 37,0-45,0, Al₈В₄С₇ 20,0-28,0, Al₄О₄С 15,0-22,0, Al₂О₃ 4,0-12,0, Al₄С₃ 1,0-11,0 при соотношении компонентов огнеупорной массы, мас.%: многофазный ингредиент 0,25-5,0, графит 4,0-20,0, антиокислительная добавка из Al 1,0-3,0, твердый углеродсодержащий компонент 1,0-4,7, жидкий углеродсодержащий компонент 0,8-1,5, огнеупорный зернистый наполнитель - остальное до 100. Многофазный ингредиент вводят в виде тонкодисперсного порошка с размером частиц не более 60 мкм, полученного дроблением и помолом обожженной при температуре 1150-1450°С в нейтральной среде аргона смеси оксида бора В₂О₃, графита С и алюминия Al, взятых в соотношении В₂О₃:С:Al, равном 1:(2.0-3.5):(5.0-6.0). 1 з.п. ф-лы, 5 табл.

1. Углеродсодержащая масса, включающая огнеупорный зернистый наполнитель, графит, углеродсодержащие компоненты с высоким коксовым остатком: смолу фенольную порошкообразную в качестве твердого, этилцеллозольв, фурфуриловый спирт и уротропин в качестве жидкого, антиокислительные добавки из алюминия и борсодержащего соединения, отличающаяся тем, что в качестве анитиокислительных добавок содержит алюминий Al и многофазный ингредиент, включающий боралюминиевый карбид, оксикарбиды алюминия, карбид алюминия и корунд при соотношении фаз, мас.%:
Al₂ОС 37,0-45,0 Al₈В₄С₇ 20,0-28,0 Al₄О₄С 15,0-22,0 Al₂О₃ 4,0-12,0 Al₄С₃ 1,0-11,0

2. Углеродсодержащая масса по п.1, отличающаяся тем, что многофазный ингредиент представлен тонкодисперсным порошком с размером частиц не более 60 мкм обожженной при температуре 1150-1450°С смеси оксида бора, графита и алюминия в соотношении В₂О₃:С:Al, равном 1:(2,0-3,5):(5,0-6,0).