ЖИДКАЯ ОГНЕУПОРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2014 года по МПК B22C3/00 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству жидкой огнеупорной композиции для использования в металлургической промышленности в качестве: компонента огнеупорных смесей металлургических агрегатов; керамического клея для периклазохромитовых, шамотных и других огнеупоров при укладке футеровок металлургических агрегатов; защитного материала от высокотемпературной коррозии металлических конструкций, технологической посуды для разливки стали, литейных металлических форм.

В технике известны композиции, обладающие защитными свойствами в металлургическом производстве от температурного воздействия.

1. Огнеупорная защитная обмазка для керамических материалов, включающая красный шлам переработки бокситов и затворяющую жидкость, отличающаяся тем, что с целью повышения адгезии защитной обмазки к поверхности керамических материалов и повышения стойкости к прочности керамических материалов путем снижения их пористости, она дополнительно содержит алюминий и флюсующую добавку при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: алюминий 8,4-15,6, флюсующая добавка 12,0-18,0, затворяющая жидкость 10,0-20,0, красный шлам переработки бокситов - остальное [1].

2. Термостойкая паста, включающая хромомагнезитовый порошок, жидкое стекло, едкий натр и воду, отличающаяся тем, что с целью повышения стойкости форм и увеличения срока живучести пасты, она дополнительно содержит глину огнеупорную при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: хромомагнезитовый порошок 72-76, глина огнеупорная 8-10, жидкое стекло (М=2,61-3,0, γ=1,48-1,5 г/см³) 7-10, едкий натр (γ=1,43-1,45 г/см³) 2-3, вода - остальное [2].

3. Защитное покрытие, включающее огнеупорный наполнитель, жидкое стекло и бентонит, отличающееся тем, что с целью повышения стойкости поддонов и изложниц, оно содержит в качестве огнеупорного наполнителя дистенсиллиманитовый концентрат при следующем соотношении ингредиентов, вес.%: дистенсиллиманитовый концентрат 32-37, жидкое стекло 43-58, бентонит 10-20 [3].

4. Огнеупорное покрытие преимущественно для поддонов и изложниц, содержащее огнеупорный наполнитель, связующую, стабилизирующую и углеродсодержащую добавку, оно содержит в качестве углеродсодержащей добавки лигнин при следующем соотношении компонентов, мас.%: огнеупорный наполнитель 5-25, связующая добавка 0,1-1,0, стабилизирующая добавка 8,1-1,0, лигнин 0,1-5,0, вода 68,0-94,7 [4].

Недостатком известных композиций является пониженная стойкость при локальном воздействии высокой температуры нагретых газа, металла или шлака вследствие образования легкоплавких эвтектических составов.

В качестве жидкой огнеупорной композиции по решаемой технической задаче и сущности принят огнеупорный материал по изобретению - огнеупорное покрытие.

5. Огнеупорное покрытие, содержащее в качестве огнеупорного наполнителя кварцедистеновый продукт при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: кварцедистеновый продукт 45-65, кремнезоль 35- 55. При этом кварцедистеновый продукт содержит следующие ингредиенты, мас.%: двуокись кремния 85,6-89,8, окись алюминия 7,1-17,1, двуокись циркония 0,07-0,11, двуокись титана 0,42-0,51, окись железа 0,18-1,21 [5].

Недостатком прототипа является пониженная стойкость огнеупора при локальном воздействии высокой температуры нагретых газа, металла или шлака вследствие образования легкоплавких кремнеземсодержащих эвтектических составов.

Задачей изобретения является создание жидкой огнеупорной композиции керамического огнеупора, обеспечивающей достижение цели изобретения - повышение стойкости огнеупора при локальном воздействии высокой температуры газа, металла или шлака.

Для решения поставленной задачи и достижения цели изобретения автором предлагается жидкая огнеупорная композиция, включающая огнеупорный наполнитель и связующий компонент отличающаяся тем, что она дополнительно содержит тальк, в качестве связующего компонента суспензия содержит золь-гель продукт, синтезированный из силиката натрия, а в качестве огнеупорного компонента содержит смесь порошкообразных электрокорунда, пигмента железоокисного красного по СТП 266-2005 (Fe₂O₃), двуокиси титана и двуокиси циркония при следующем соотношении компонентов, мас.%:

электрокорунд 20-40 тальк 20-40 пигмент железоокисный 1-5 двуокись титана пигментная 1-5 двуокись циркония 1-5

золь-гель продукт, синтезированный из силиката натрия, - остальное.

В качестве пластификатора в предлагаемом жидком огнеупорном композите используют тальк марки РТВ по ТУ 5727-003-00281973-96. В качестве неорганических наполнителей - электрокорунд по ГОСТ 28818-90, двуокись титана пигментную (диоксид титана - TiO₂) ГОСТ 9808-84, двуокись циркония (ZrO₂) по ГОСТ 21907-76.

В качестве связующего применяют золь-гель продукт, синтезированный с использованием силиката натрия.

Пигмент железоокисный по ТУ 6-10-602-86 обеспечивает в процессе нагрева композиции в процессе эксплуатации, увеличение объема нанесенного слоя композиции на 0,1-0,5%, что гарантирует надежное заполнение стыка или зазора между соединенными поверхностями.

Тальк - гидросиликат магния {Mg₆(OH)₈[Si₂O₅]₂} и силикат натрия золь-продукта (NaSiO₄)образуют в воде предельно высокодисперсные коллоидные растворы (гидрозоли). Электрокорунд (Аl₂O₃) и железоокисный пигмент (Fe₂O₃) в дисперсном состоянии образуют структуру в виде каркаса. При взаимодействии всех компонентов коллоидная система переходит в гель. В золь-гель процессе при низкой температуре и атмосферном давлении получается продукт, обладающий высокой гомогенностью (вплоть до молекулярного уровня).

Тальк взаимодействует с золь-гель продуктом, обеспечивает высокую пластичность композиции при ее нанесении на соединяемые поверхности. В результате чего слои композиции имеет высокую однородность по толщине и объему, хорошо смачивают поверхности, предотвращая образование пустот между ними. Гидрооксид магния талька при нагреве переходит в оксид магния и образует с Аl₂O₃ тугоплавкую шпинель (MgOAl₂O₃), которая обеспечивает высокую огнеупорность композиции в процессе эксплуатации. Двуокись циркония (ZrO₂ - бадделеит) совместно с оксидом титана (TiO₂) усиливает огнеупорные свойства тугоплавкой шпинели.

Электрокорунд и оксид циркония (ZrO₂) (бадделеит) являются наполнителями, создающими при нагреве жесткий структурный каркас. При использовании жидкой огнеупорной композиции эти компоненты предотвращают деформацию соединений в огнеупорной кладке и защищают рабочую поверхность от воздействия агрессивной газовой среды, нагретой до высокой температуры.

Предлагаемая композиция в процессе термообработки и в условиях эксплуатации имеет высокую адгезию к контактным поверхностям, что повышает устойчивость против локального воздействия высокой температуры нагретых газа, металла или шлака. Этому способствует образование тугоплавких периклазо-глиноземсодержащих шпинелей.

Изготовление порошкообразной части жидкого керамического огнеупора включает операцию измельчения компонентов различного зернового состава в бисерных мельницах или использование в виде готовых порошкообразных материалов. Жидкий компонент (золь-гель продукт, синтезированный из силиката натрия) получают в автоклаве из силиката натрия, растворимого в воде.

В процессе смешивания всех компонентов в приведенном соотношении золь-гель продукт обеспечивает оптимальное соединение наночастиц электрокорунда, талька, пигмента железооксидного, оксида циркония (ZrO₂ - бадделеита) и двуокиси титана пигментного. Предложенное соотношение компонентов жидкого керамического огнеупора путем смешивания порошкообразных компонентов и жидкого связующего позволяет получить керамический огнеупор по золь-гель технологии. Жидкая огнеупорная композиция представляет собой многокомпонентную однородную массу терракотового цвета.

В золь-гель процессе для силикатной системы в процессе нагревания до относительно низкой температуры гель превращается в монолитный композит, который в тепловых агрегатах защищает огнеупорную кладку от воздействия температуры и агрессивных газов.

Жидкая огнеупорная композиция в виде минерализованного раствора является самотвердеющей, характеризуются относительно низкой влажностью. В процессе формования и сушки усадка материала практически отсутствует. В растворе при увеличении концентрации твердых частиц образуется каркас, что характеризует жидкую огнеупорную композицию как материал, полученный по золь - гель технологии.

Жидкая огнеупорная композиция в процессе эксплуатации характеризуется высокими механическими свойствами, термической и химической стабильностью.

Композиционный материал на основе армирующих твердых частиц и стеклообразующих соединений, формирующих матрицу, имеет сочетание низкой удельной массы, относительно высокую температурную стойкость, характеризуется высокой трещиностойкостью и износостойкостью.

Жидкая огнеупорная композиция обеспечивает как самотвердеющее связующее тонкие клеевые швы между склеиваемыми деталями конструкций того же фазового состава, что и детали или изделия, превращая их в единый монолит, что важно в большинстве технологических процессов, в том числе при ремонте футеровок печей, изготовлении большемерных изделий или изделий сложной конфигурации.

Использование покрытий и обмазок или футеровочных слоев различных каналов металлургических агрегатов, изготовленных с использованием жидкой огнеупорной композиции, увеличивает срок службы металлургических агрегатов, графитовых электродов, графитсодержащих и бескислородных материалов. Покрытие могут наносить методом окунания, распыления или намазывания. Обжиг покрытия производится в процессе эксплуатации.

При обезвоживании жидкая огнеупорная композиция образует устойчивую огнеупорную и монолитную массу с блестящей поверхностью, которая защищает огнеупорную кладку или другое изделие от воздействия температуры и агрессивного газа.

Повышение стойкости огнеупорного покрытия достигается высокой дисперсностью огнеупорных частиц жидкого керамического огнеупора и их плотным расположением в объеме огнеупорной массы, а снижение себестоимости огнеупора получается за счет сокращения его расхода на единицу площади защищаемой поверхности.

Пример осуществления жидкой огнеупорной композиции.

В условиях производственного участка ООО «Синтез-Плюс» получена жидкая огнеупорная композиция из следующих материалов, взятых в определенном соотношении:

Электрокорунд по ГОСТ 28818-90 20-40 Тальк РТВ по ТУ 5727-003-00281973-96 20-40 Пигмент железоокисный по ТУ 6-10-602-86 1-5 Двуокись титана пигментная по ГОСТ 9808-84 1-5 Двуокись циркония (ZrO₂ - бадделеит) 1-5 Золь-гель продукт Остальное

Порошкообразные компоненты представляют собой соли и оксиды химических элементов, различного зернового состава, получаемые путем помола в бисерных мельницах и в виде готовых химических соединений. Жидкая огнеупорная композиция по золь-гель технологии получена путем смешивания диспергированных порошкообразных компонентов и жидкого связующего - золь - гель продукта, полученного на основе растворимого силиката натрия и воды, в смесителе с быстроходным с импеллером под давлением 5 атм.

Жидкая огнеупорная композиция представляет многокомпонентную однородную массу (суспензия) терракотового цвета. Эта жидкость, полученная по золь-гель технологии, характеризуется следующими показателями:

№ Наименование показателя Показатель 1 Условная вязкость (конус), см 12…15 2 Укрывистость, г/м² Не более 1500 3 Плотность, г/см³ 1,8…2,2 4 Термостойкость, RTC, вод., 1300 7 5 Огнеупорность, °С 1700

Как показало опробование, при соотношении компонентов меньше или больше, чем в приведенном составе жидкой огнеупорной композиции ухудшается показатель эффективности.

Составы жидкой огнеупорной композиции (мас.%), принятые для испытания, и результат испытания в условиях мартеновской печи при покрытии огнеупорной кладки вертикальных каналов жидкой огнеупорной композицией приводятся в таблице.

Таблица Результаты испытаний жидкой огнеупорной композицией заявленных, в пределах Компонент Номер состава 1 2 3 Содержание компонентов, мас.% Электрокорунд 20 30 40 Тальк 40 30 20 Пигмент железоокисный 1 3 5 Двуокись титана пигментная 1 3 5 Оксид циркония 1 3 5 Золь-гель продукт Остальное Остальное Остальное Износ огнеупорной кладки, покрытой ЖКО, % от исходного состояния 57 27 47

Минимальный износ футеровки получен при использовании жидкой огнеупорной композиции по варианту №2. Оптимальный состав соответствует второму варианту. При использовании запредельного состава с минимальными и максимальными значениями содержания компонентов износ огнеупорной кладки, покрытой жидким керамическим огнеупором, соответствовал значениям при обычной работе.

Кладка стен головок и вертикальных каналов мартеновской печи с использованием жидкой огнеупорной композиции уменьшает износ и позволяет исключить необходимость замены кладки во время холодного ремонта, а проводить только незначительную правку кладки. Применение жидкого керамического огнеупора обеспечивает снижение расхода периклазохромитового кирпича, применяемого в кладке стен головок и вертикальных каналов мартеновской печи на 40-70%.

В условиях ООО «Синтез-Плюс» для опытно-промышленного опробования в промышленном производстве обозначение жидкого керамического огнеупора двуокись титана пигментная в технической документации состоит из наименования материала, максимальной рабочей температуры (1700°С) и номера технических условий: ЖКО-1700 ТУ 1526-003-53847363.

Использование жидкого керамического огнеупора позволяет:

- снизить энергозатраты на производство изделий;

- снизить эксплуатационные затраты;

- увеличить сроки службы тепловых агрегатов, металлургических установок, графитовых электродов и т.д.;

- создавать керамические изделия больших размеров и сложной конфигурации;

- увеличить стойкость изделий и архитектурных памятников в неблагоприятных атмосферных условиях.

Жидкая огнеупорная композиция обеспечивает:

- снижение энергозатрат в основном производстве;

- увеличение сроков эксплуатации металлургических установок и сокращение затрат на ремонт агрегатов.

Жидкая огнеупорная композиция может использоваться в металлургической промышленности в качестве компонента огнеупорных смесей для металлургических агрегатов, керамического клея для периклазохромитовых, глиноземных и других огнеупоров при укладке футеровок металлургических агрегатов, а также защиты металлических конструкций от высокотемпературной коррозии.

Испытания жидкой огнеупорной композиции, проведенные на металлургических предприятиях, показали на значительный экономический эффект за счет повышения стойкости металлургического оборудования по сравнению с известными керамическими огнеупорными смесями.

Аналоги изобретения

1. А.с. №937107, 18.06.80, В22D 41/02. Огнеупорная защитная обмазка.

2. А.с. 937098, 09.04.80, В22С 3/00. Термостойкая паста.

3. А.с. №850258, 09.08.79, В22С 3/00. Защитное покрытие.

4. А.с. №763033, 21.10.78, В22D 7/0. Огнеупорное покрытие.

5. А.с. №944731, 13.10.80, В22С 3/00. Защитное покрытие.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в качестве компонента огнеупорных смесей для торкретирования металлургических агрегатов, керамического клея для периклазохромитовых, шамотных и других огнеупоров, защитного материала от высокотемпературной коррозии металлических конструкций, технологической оснастки для разливки стали, литейных металлических форм. Жидкая огнеупорная композиция включает следующие компоненты в соотношении, мас.%: электрокорунд 20-40; тальк 20-40; пигмент железоокисный 1-5; двуокись титана пигментная 1-5, двуокись циркония 1-5; золь-гель продукт, синтезированный из силиката натрия, - остальное. Обеспечивается увеличение срока службы тепловых агрегатов, металлургических установок, графитовых электродов, снижение эксплуатационных затрат. 2 табл.

Жидкая огнеупорная композиция, содержащая огнеупорный наполнитель и в качестве связующего золь-гель продукт, синтезированный из силиката натрия, отличающаяся тем, что в качестве огнеупорного наполнителя она содержит порошкообразную смесь электрокорунда, талька, пигмента железоокисного, двуокиси титана пигментной и двуокиси циркония при следующем соотношении компонентов, мас.%:
электрокорунд 20-40 тальк 20-40 пигмент железоокисный 1-5 двуокись титана пигментная 1-5 двуокись циркония 1-5 золь-гель продукт,   синтезированный из силиката натрия остальное