СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕУПОРНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СТЕКЛОВАРЕННЫХ ПЕЧЕЙ Российский патент 2015 года по МПК C04B41/87 

Изобретение относится к области плазменных технологий и производства огнеупорных материалов и может быть использовано в стекловаренной промышленности для изготовления надежных и прочных изделий, контактирующих с расплавом стекла.

В стекловаренной промышленности важную роль играют огнеупорные материалы, из которых строят ванны стекловаренных печей. Одним из наиболее важных аспектов при этом является качество поверхности данных огнеупоров. Важно, чтобы она обладала минимальной пористостью, поскольку высокопористые материалы подвержены быстрой коррозии.

Известен пористый огнеупорный материал для получения стекла, способ его получения и применение по патенту RU 2476409, предназначенный для получения стекла в контакте со стекломассой, имеющего некоторый объем пор, в который вводят один или несколько восстановителей, которые при температуре получения стекла реагируют с кислородом с образованием оксида. Указанные восстановители вводят в объем пор и замещают по меньшей мере часть объема пор, причем поверхностное натяжение огнеупорного материала изменяется относительно действующей окислительно стекломассы таким образом, что при получении стекла проникновение стекломассы в объем пор огнеупорного материала уменьшается в обработанных восстановителями областях по сравнению с необработанными областями. Из-за уменьшения площади и глубины проникновения стекломассы в объем пор уменьшается коррозия огнеупорного материала и снижается проникновение примесей в стекломассу, однако известный способ предполагает дополнительные технологические операции, использование дополнительных устройств (например, нагнетатели), самих органических или неорганических восстановителей. Все это отрицательно сказывается на экономичности процесса получения огнеупорных материалов. При повышенных трудозатратах, энерго- и материалозатратах, коррозионная стойкость повышается примерно на 20%.

Известен способ получения плазменного покрытия на огнеупорных материалах по патенту 1665667, МПК С04В 35/48, 02.08.89. Согласно этому способу на поверхность изделия предварительно наносят пасту, содержащую тугоплавкий компонент, включающий цирконий, добавки оксидов, стабилизирующие диоксид циркона и связующее, после чего поверхность оплавляют потоком низкотемпературной плазмы. При этом на поверхности образуется тетрагональный диоксид циркония - покрытие прочное и химически стойкое. Для снижения энергозатрат на единицу площади поверхности в пасту вводят субмикронные частицы углерода в количестве 0,5-9% от массы циркония. Полученное покрытие имеет недостаточно высокую прочность сцепления с основой изделия за счет большой разницы коэффициента термического расширения основы (5-6·10^-6) и полученного покрытия (9-10^-6). Кроме того, вводимый углерод при высоких температурах будет способствовать созданию пористого покрытия, что при эксплуатации будет приводить к снижению как химической стойкости, так и уменьшению прочности сцепления полученных покрытий на огнеупорных материалах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ создания защитного покрытия на шамотных изделиях по патенту 2193545, МПК C04В 41/87, С04В 35/106 27.11.02.

Согласно данному способу на готовые огнеупорные изделия наносят слой пасты, содержащий бакор и фосфатное связующее, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Бакор - 50-70

Фосфатное связующее - остальное,

а после высыхания оплавляют низкотемпературной плазмой, при этом пасту наносят слоем 2-3 мм. Именно при наличии такой толщины слоя достигается прочность сцепления его с огнеупорным изделием и повышается термостойкость. Это усложняет процесс создания защитного слоя. К тому же данный способ применяется для шамотных огнеупорных изделий, которые не могут быть использованы в стекловаренной промышленности из-за меньшего диапазона выдерживаемых температур. Присутствие бакора повышает термостойкость огнеупорного материала, но бакор присутствует лишь в тонком слое пасты. Тонкий защитный слой имеет вероятность разрушения при высокой температуре, а это снижает коррозионную стойкость огнеупорного материала.

Задача изобретения заключается в создании огнеупорного материала для стекловаренных изделий, поверхность которых не разрушается под термическим ударом и имеет повышенную коррозионную стойкость.

Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в получении прочного защитного слоя на поверхности огнеупорного материала путем равномерного оплавления его поверхности и заполнения пор расплавом, обогащенным муллитом и цирконием, и образования анкерной наноструктуры при заполнении пор.

Задача и технический результат достигаются следующим образом.

Общим у заявляемого способа и способа по прототипу является то, что на поверхности огнеупорного материала с помощью низкотемпературной плазы формируют защитное покрытие. Защитное покрытие имеет в своем составе бакор.

В отличие от прототипа в качестве огнеупорного материала используют бадделеитокорундовый материал. Защитное покрытие согласно заявляемому способу получают путем оплавления потоком низкотемпературной плазмы непосредственно поверхности бадделеитокорундового материала. Отличием является также то, что для создания защитного покрытия обеспечивают скорость прохождения плазменной дуги по поверхности огнеупорного материала, равную 0,07 м/с, а температуру низкотемпературной плазмы 3000-5000°C. Значения получены экспериментальным путем, за пределами данного режима происходит неравномерное оплавление огнеупорного материала, либо недостаточное его оплавление.

Выполнение защитного покрытия непосредственно из огнеупорного материала, а также оплавление со скоростью прохождения плазменной дуги 0,07 м/с в известных источниках информации не обнаружены. Следовательно, изобретение явным образом не следует из уровня техники и соответствует критерию «изобретательский уровень».

Способ осуществляется следующим образом.

Поверхность огнеупорного материала для стекловаренной печи оплавляют низкотемпературной плазмой дугового плазмотрона при следующем технологическом режиме:

Т~3000-5000°C,

V=190 В,

I=340 А.

Скорость прохождения плазменной дуги по поверхности υ=0,07 м/с обеспечивают или перемещением плазмотрона или самого огнеупорного изделия.

За доли секунды на поверхности образуется расплав, который мигрирует в поры, тем самым создает анкерную структуру, что увеличивает прочность сцепления покрытия с основой. Образующееся покрытие является рентгеноаморфным, обогащенное муллитом и цирконом. Оно является стеклоустойчивым и обладает повышенной коррозионной стойкостью, что приводит к увеличению срока службы данных огнеупоров.

Способ получения огнеупорного материала для стекловаренных печей может найти применение в стекловаренной промышленности при изготовлении изделий, контактирующих с расплавом стекла. Поверхность бадделеитокорундового огнеупорного материала оплавляют потоком низкотемпературной плазмы температурой 3000-5000°C, при этом обеспечивают скорость прохождения плазменной дуги по поверхности огнеупорного материала, равную 0,07 м/с. При таком режиме поверхность бадделеитокорундового огнеупорного материала равномерно оплавляется, заполняя поры расплавом, обогащенным муллитом и цирконием. Технический результат изобретения - образование прочного защитного покрытия, которое повышает коррозионную стойкость огнеупорного материала.

Способ получения огнеупорного материала для стекловаренных печей, согласно которому на поверхности огнеупорного материала с помощью низкотемпературной плазмы формируют защитное покрытие, включающее бакор, отличающийся тем, что в качестве огнеупорного материала используют бадделеитокорундовый материал, а защитное покрытие получают путем оплавления потоком низкотемпературной плазмы непосредственно поверхности бадделеитокорундового огнеупорного материала, при этом обеспечивают скорость прохождения плазменной дуги по поверхности огнеупорного материала, равную 0,07 м/с, а температуру низкотемпературной плазмы 3000-5000°C.