СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОРСТЕРИТОВОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ДУНИТОВ Российский патент 2009 года по МПК C04B35/657 C04B35/20 

Изобретение относится к производству огнеупоров, конкретно - к получению гранулированного форстеритового материала на основе дунита и может использоваться в промышленности огнеупорных материалов и в металлургии.

Известен способ получения форстеритовых материалов из дунитов ([1] Технология огнеупоров / Мамыкин П.С., Стрелов К.К. Изд-во «Металлургия», 1970, с.488), в котором породу дунита предварительно обжигают при 1450°С для устранения последующего разрыхления изделий при обжиге, связанного с наличием в породах карбонатов и гидратированной воды. В данном способе для связывания кремнекислоты шихты в форстерит используют добавку окиси магния в разных количествах в зависимости от ее количества в исходном дуните, поскольку содержание окиси кремния в дуните превышает стехиометрическое содержание его в форстерите. К недостаткам данного способа следует отнести наличие вредных примесей Cr₂O₃, NiO, Fe₂O₃, FeO, CaO, Al₂O₃, влияющих на огнеупорность изделий, полученных на основе такого сырья.

Известен способ получения форстеритового материала из дунитовой шихты, включающий введение в дунитовую шихту углерода, плавление шихты в восстановительной атмосфере с выделением металлической части расплава и последующим охлаждением ([2] GB 590774, кл. С04В 35/04, опубл. 28.11.1944, 3с.). Данный способ выбран в качестве прототипа по совокупности существенных признаков.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения форстеритового материала, заключающемся в том, что в шихте на основе дунита Нижнетагильского месторождения следующего состава, мас.%: MgO 48,55; SiO₂ 42,1; Al₂O₃ 0,26; Fe₂O₃ 7,05; FeO 1,16; CaO 0,1; Cr₂O₃ 0,45; NiO 0,17; P₂O₅ 0,05; SO₃ 0,09; TiO₂ 0,02 доводят содержание углерода до 10% сверх 100% и плавят в восстановительной среде при температуре 1750°С в течение 1,5 часов до разделения расплава на металлическую и силикатную части. Металлическая часть расплава на основе железа состава, мас.%: Fe - 65,69; Si - 28,5; Ni - 1,05; Cr - 4,14; Ti - 0,06; S - 0,01; P - 0,05; Al - 0,18; Mg - 0,32; Ca - 0,06, содержащая кремний, никель, хром, а также частично алюминий и кальций, отделяется и сливается в изложницы. Силикатная часть расплава с составом, мас.%: MgO - 56,5; SiO₂ - 42,5; Al₂O₃ - 0,51; Fe₂O₃ - 0,1; CaO - 0,21; P₂O₅ - 0,06; SO₃ - 0,08; TiO₂ - 0,04, соответствующим составу форстерита, охлаждается в режиме термоудара: либо отливом в воду с получением гранулята со структурой форстерита; либо раздувом сжатым воздухом, с получением полых сфер со структурой форстерита.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что процесс восстановительного плавления проводят с добавкой углерода в количестве 10% сверх 100% при температуре 1750°С до образования карбидов: кремния, а также кальция и алюминия, о чем свидетельствует появление черного дыма из-под крышки печи (через 1,5 часа плавления). Образовавшиеся карбиды участвуют в транспортных реакциях глубокого довосстановления железа, никеля, хрома. Кремнезем в количестве, превышающем стехиометрическое содержание его в форстерите, восстанавливается до металла и переходит в металлическую фазу на основе железа, что также обуславливается временем и температурой плавления. Кроме образования карбидов, окислы кальция и алюминия восстанавливаются частично до металлов и переходят в металлическую фазу, образуя сплав на основе железа, состава, мас.%: Fe - 65,69; Si - 28,5; Ni - 1,05; Cr - 4,14; Ti - 0,06; S - 0,01; P - 0,05; Al - 0,12; Mg - 0,32; Ca - 0,06, сливаемый в изложницы.

Оставшаяся силикатная часть расплава, практически не содержащая железа, с составом, соответствующим составу форстерита, мас.%: MgO - 56,5; SiO₂ - 42,5; Al₂O₃ - 0,51; Fe₂O₃ - 0,1; CaO - 0,21; P₂O₅ - 0,06; SO₃ - 0,08; TiO₂ - 0,04, охлаждается либо в воде в режиме термоудара с получением гранулята с кристаллической структурой форстерита; либо раздувом сжатым воздухом с получением полых сфер также с кристаллической структурой форстерита.

Способ позволяет улучшить свойства форстеритового материала путем удаления из шихты примесей, главным образом железа, и получить гранулят либо полые сферы с кристаллической структурой форстерита.

Ниже предлагаемый способ получения форстеритового материала на основе дунитов поясняется конкретными примерами его осуществления.

Пример 1. В 300 г шихты состава, мас.%: MgO 48,55; SiO 42,1; Al₂O₃ 0,26; Fe₂O₃ 7,05; FeO 1,16; CaO 0,1; Cr₂O₃ 0,45; NiO 0,17; P₂O₅ 0,05; SO₃ 0,09; TiO₂ 0,02 доводится содержание углерода до 10% сверх 100%, плавится в восстановительной среде при температуре 1750°С в течение 1,5 часов до разделения расплава и образования карбидов кремния, кальция и алюминия.

Металлическую часть расплава на основе железа состава, мас.%: Fe - 65,69; Si - 28,5; Ni - 1,05; Cr - 4,14; Ti - 0,06; S - 0,01; P - 0,05; Al - 0,18; Mg - 0,32; Ca - 0,06 сливают в изложницы.

Полученную силикатную часть расплава состава, мас.%: MgO - 56,5; SiO₂ - 42,5; Аl₂O₃ - 0,51; Fe₂O₃ - 0,1; CaO - 0,21; P₂O₅ - 0,06; SO₃ - 0,08; TiO₂ - 0,04 охлаждают в режиме термоудара отливом в воду и получают гранулят. Результаты рентгенофазового анализа продукта показывают наличие только кристаллической фазы форстерита.

Пример 2. В 300 г шихты состава, мас.%: MgO 48,55; SiO₂ 42,1; Al₂O₃ 0,26; Fe₂O₃ 7,05; FeO 1,16; CaO 0,1; Cr₂O₃ 0,45; NiO 0,17; P₂O₅ 0,05; SO₃ 0,09; TiO₂ 0,02 доводится содержание углерода до 10% сверх 100%, плавится и выделяется металлическая часть на основе железа в условиях примера 1. Полученную силикатную часть расплава состава, аналогичного примеру 1, раздувают сжатым воздухом давлением 0,8 МПа с получением полых сфер диаметром 0,1-2,0 мм. Результаты рентгенофазового анализа продукта показывают наличие только кристаллической фазы форстерита.

Способ получения форстеритового материала из дунитов, исключающий вредное влияние железа, никеля, хрома, примесей алюминия, кальция, а также необходимость подшихтовки магнезитом, путем восстановительного плавления дунитовой шихты, содержащей 10 мас.% углерода, с отделением металлической части расплава на основе железа и последующей грануляции силикатной части либо отливом в воду с получением гранулята, либо сжатым воздухом с получением полых сфер. Металлическую часть расплава сливают в изложницы и используют в металлургии. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения форстеритового материала путем плавления шихты на основе дунита, включающей добавку углерода, в восстановительной среде, выделения силикатной и металлической частей расплава и последующего охлаждения силикатной части расплава, отличающийся тем, что содержание углерода в шихте доводят до 10 мас.%, металлическую часть расплава сливают в изложницы, а силикатную часть расплава при следующем соотношении компонентов, мас.%: MgO - 56,5; SiO₂ - 42,5;
Al₂O₃ - 0,51; Fe₂O₃ - 0,1; CaO - 0,21; P₂O₅ - 0,06; SO₃ - 0,08; TiO₂ - 0,04, охлаждают либо отливом в воду с получением гранулята, либо раздувают сжатым воздухом с получением полых сфер.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлическая часть расплава содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: Fe - 65,69; Si - 28,5; Ni - 1,05; Cr - 4,14; Ti - 0,06; S - 0,01; P - 0,05; Al - 0,18; Mg - 0,32; Ca - 0,06.