Способ формования заготовок огнеупорных керамических изделий Российский патент 2021 года по МПК C04B35/101 C04B33/28 B28B1/26 

Описание патента на изобретение RU2763647C1

Изобретение относится к области производства огнеупоров и может быть использовано для изготовления керамических узлов высокотемпературных агрегатов, огнеприпасов, тиглей, коробов, охранных стаканов, литейных форм, работающих при температурах до 1750 °С.

Известен способ формования заготовок огнеупорных керамических изделий, описанный в патенте РФ № 2267469, МПК C04B35/101, C04B35/185, 10.01.2006 г., который включает приготовление формовочной смеси на основе корунда и муллита, формование заготовки путем заливки смеси в активную (гипсовую) форму, выдержку в форме до полного затвердевания формовочной смеси, извлечение заготовки из формы и ее сушку.

Недостатком изобретения является разноплотность сырца по высоте заготовки, сформованной из заявленной смеси, что обусловлено относительно низкой вязкостью и высокой влажностью шликера, приводящей к расслоению формовочной массы, оседанию частиц зернистого наполнителя на дно формы, а также образованию поверхностных дефектов вследствие активного капиллярного всасывания влаги гипсом.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ формования заготовок огнеупорных керамических изделий, описанный в патенте РФ № 2742265, МПК C04B35/185, C04B35/101, 29.07.2020 г., который включает приготовление формовочной смеси на основе корунда и муллита, формование заготовки путем заливки смеси в активную (гипсовую) форму, находящуюся под вибрационным воздействием, выдержку в форме до полного затвердевания формовочной смеси, извлечение заготовки из формы и ее сушку.

К недостаткам известного способа следует отнести разноплотность заготовки по толщине стенки, возникающую вследствие перемещения мелких твердых частиц смеси вместе с водой в направлении формы, что обусловлено капиллярным всасыванием воды гипсом. Активная миграция тонких фракций в начальный период формообразования приводит к их концентрированию в приповерхностном слое заготовки, к его увеличению, уплотнению и возникновению корки на поверхности заготовки, состоящей преимущественно из частиц размером до десяти микрон.

Одновременно с этим мелкие частицы проникают в поры гипса, образуя единую структуру с поверхностью заготовки, что приводит к механическому сцеплению ее с формой и, зачастую, отрыву корки от поверхности заготовки при разборке формовой оснастки. Наличие корки приводит к неравномерной усадке заготовки и образованию на её поверхности трещин и цека в процессе сушки и обжига.

При формовании заготовок тиглей по способу–прототипу отмечается, что поверхность отливки гладкая, но под ней не просматриваются крупные частицы наполнителя. В некоторых местах на поверхности тиглей могут иметь место отслоения, обусловленные их прилипанием к форме, а также неравноплотность материала по толщине стенки и ступенька на ее изломе размером до 2 мм.

Такое качество заготовок при обжиге может приводить к отслоению плотного слоя–корки, к растрескиванию изделий и образованию цека на их поверхности. В результате, процент брака готовых тиглей, изготовленных по способу-прототипу может составлять до 30 %.

Задачей настоящего изобретения является повышение качества поверхности заготовок огнеупорных керамических изделий, равноплотности материала по толщине их стенок, а в конечном результате, исключение трещин и цека на поверхности изделий и снижение брака готовой продукции за счет уменьшения интенсивности массопереноса и разделения частиц твердой фазы разного размера по толщине стенки заготовки изделия в процессе формования.

Технический результат достигается тем, что в способе формования заготовок огнеупорных керамических изделий, включающем приготовление формовочной смеси на основе корунда и муллита разных фракций, формование заготовки путем заливки смеси в гипсовую форму при воздействии на нее вибрации, выдержку в форме до полного затвердевания формовочной смеси, извлечение заготовки из формы и ее сушку, гипсовую форму перед заливкой формовочной смеси пассивируют путем окунания в дистиллированную воду с выдержкой в воде в течение (0,5–4,0) мин. и затем на воздухе в течение 2,0–8,0 мин.

При окунании и выдержке гипсовой формы в дистиллированной воде происходит насыщение водой каналов и пор гипса, что значительно снижает скорость капиллярного всасывания формой влаги из смеси и, как следствие, миграцию мелких твердых частиц к стенке гипсовой формы. При малой интенсивности массопереноса частиц твердой фазы в формовочной смеси не происходит значительного разделения тонких и более крупных твердых фракций, поэтому по всей толщине заготовки формируется равномерная структура без образования поверхностной корки, обеспечивающая равноплотность материала в изделии по толщине стенки. В свою очередь, это существенно снижает вероятность прилипания поверхностного слоя заготовки к гипсу, обеспечивает равномерность ее усадки и исключает образование дефектов в виде отслоений, трещин и цека в процессе формования и обжига

Использование дистиллированной воды обусловлено тем, что в технической воде содержатся нерастворимые соединения, которые при окунании формы проникают в поровую структуру гипса и откладываются там, что приводит к уменьшению эффективного радиуса пор и неконтролируемому снижению активности гипсовой формы. Вследствие этого, удаление влаги из формовочной смеси происходит неравномерно, и формируется неоднородная, с локально уплотненными участками структура заготовки, которая при сушке и обжиге образует области повышенной концентрации напряжений, приводящих к возникновению трещин. Кроме того, данные отложения в поровой структуре гипса снижают срок службы формы, увеличивая экономические затраты на изготовление заготовок.

Экспериментально установлено, что выдержка гипсовой формы методом окунания в дистиллированную воду в течение менее 0,5 минут не приводит к достаточному насыщению влагой поровой структуры гипса, вследствие чего происходит активное капиллярное всасывание воды из формовочной массы гипсовой стенкой. В свою очередь, это приводит к миграции мелких частиц в направлении гипса и образованию корки на поверхности заготовки, на которой при обжиге возникают трещины и цек.

Выдержка гипсовой формы в воде более 4 минут приводит к ее перенасыщению влагой, вследствие чего массоперенос воды из формовочной смеси в гипс заметно уменьшается. По этой причине время формообразования заготовки при вибрационном воздействии увеличивается, при этом в смеси происходит оседание и концентрирование крупных частиц в нижней части заготовки, что обусловливает разноплотность отливки по высоте и появление в ней трещин при сушке и обжиге из-за разных значений усадки в объеме материала.

Выдержка формы на воздухе после окунания в воду менее 2 минут приводит к неравномерному распределению влаги в поровой структуре гипса между приповерхностным слоем и объемом. Вследствие этого, массоперенос воды из формовочной смеси в гипсовую форму существенно снижается, что приводит к оседанию крупных частиц в нижней части заготовки и, соответственно, к ее разноплотности по высоте. Указанные процессы являются причиной возникновения дефектов при сушке заготовки по механизму, указанному выше.

Выдержка формы на воздухе больше 8 минут приводит к перераспредению воды из объема макро- и мезопор гипса в объем микропор, а также ее частичному испарению. В связи с этим, имеет место активное капиллярное всасывание воды из формовочной массы гипсом, что приводит к миграции мелких частиц в направлении формы и образованию на поверхности заготовки корки с цеком и трещинами, которые возникают в процессе сушки и обжига.

Технология формования заготовок керамических изделий по предложенному техническому решению состоит из следующих операций. Вначале мокрым помолом в шаровых мельницах в присутствии ортофосфорной кислоты проводят помол электрокорунда до получения шликера плотностью 2,7–2,9 г/см3; pH 10,2–11,2; вязкостью 20–30 °Е, остатком на сите 005 – (0,1–1,0) % и влажностью 13-15 % мас. Затем приготовленный шликер в количестве 35–40 % мас. смешивают с зернистым наполнителем, состоящим из электрокорунда фракций 0,1 мм (11–14 % мас.) и 0,5–0,8 мм (8–10 % мас.), а также плавленого муллита фракции 0,4–2,5 мм в количестве 34–41 % мас. Полученная таким образом формовочная смесь имеет влажность 5–6 % и достаточно высокую текучесть при вибрационном воздействии на нее, обеспечивающую хорошее заполнение литьевой формы.

Перед формованием гипсовую форму опускают в емкость с дистиллированной водой и выдерживают в ней в течение 0,5–4,0 минут. Затем ее извлекают из воды, устанавливают на вибростол, выдерживают на нем от 2,0 до 8,0 минут, после чего включают вибростол и вливают формовочную смесь в форму. Смесь выдерживают в форме 1–2 часа до затвердевания, затем заготовку извлекают из формы, подвяливают на воздухе 2–3 часа и сушат при температуре 80–120 °С в сушильном шкафу. После сушки заготовка передается на окончательный обжиг в высокотемпературной печи.

Описанный способ был реализован при формовании заготовок огнеупорных корундомуллитовых тиглей, имеющих диаметр основания 180 мм, высоту 300 мм, толщину стенки 15 мм и продемонстрирован на примерах, приведенных в таблице в сравнении с прототипом. Во всех примерах осуществления способа использовалась формовочная смесь, полученная на основе шликера плотностью 2,8 г/см3; pH 10,5; вязкостью 25 °Е, остатком на сите 005 – 0,5 % и влажностью 14 % мас. в количестве 38 % мас. с добавлением зернистого наполнителя, состоящего из электрокорунда фракций 0,1 мм (12 % мас.) и 0,5–0,8 мм (8 % мас.), а также плавленого муллита фракции 0,4–2,5 мм в количестве 35 % мас.

Таблица

Технологические факторы, параметры и свойства

заготовок огнеупорных корундомуллитовых тиглей

Наименование факторов,
параметров и свойств
Пример
1
Пример
2
Пример
3
Прототип
1. Время выдержки гипсовой формы в воде, мин. 1,0 0,5 3,5 2. Время выдержки гипсовой формы на воздухе после окунания в воду перед формованием, мин. 3,0 2,0 6,0 3. Качество поверхности заготовки Отсутствует уплотненный приповерхностный слой; просматриваются крупные частицы заполнителя Отсутствует уплотненный приповерхностный слой; просматриваются крупные частицы заполнителя Отсутствует уплотненный приповерхностный слой; просматриваются крупные частицы заполнителя Присутствует уплотненный приповерхностный слой; крупные частицы заполнителя не просматриваются 4. Количество заготовок с трещинами и отслоениями, %
0
0 0
20–25
5. Количество заготовок с приповерхностным уплотненным слоем в стенке заготовки, % 0 0 0 100

Следует отметить, что по сравнению с прототипом все заготовки тиглей, полученные при заявленных технологических параметрах, имеют высокое качество: поверхность отливки гладкая, без отслоений, и под ней просматриваются крупные частицы наполнителя. Последнее свидетельствует об отсутствии плотного приповерхностного слоя, образующегося в случае активного капиллярного всасывания сухой гипсовой формой влаги из смеси, которое сопровождается миграцией тонких твердых частиц к стенке формы и концентрированием их у поверхности заготовки. Отсутствие уплотненного слоя подтверждается характером излома заготовки: стенка равноплотная по толщине и без ступеньки, которая образуется при разломе только в случае наличия плотного приповерхностного слоя. При таком качестве заготовок в процессе последующего обжига в изделиях не возникает ни трещин, ни цека, и, в итоге, процент брака готовых тиглей, изготовленных с использованием заявляемого способа формования не превышает 5 %.

Похожие патенты RU2763647C1

название год авторы номер документа
СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2020
  • Харитонов Дмитрий Викторович
  • Куликова Галина Ивановна
  • Анашкина Антонина Александровна
  • Баранов Семен Васильевич
  • Шер Николай Ефимович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Хамицаев Анатолий Степанович
RU2742265C1
Способ изготовления сложнопрофильных корундомуллитовых огнеупорных изделий 2023
  • Харитонов Дмитрий Викторович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Анашкина Антонина Александровна
  • Куликова Галина Ивановна
  • Алексеев Михаил Кириллович
  • Шер Николай Ефимович
  • Бизин Игорь Николаевич
RU2822232C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МУЛЛИТОКОРУНДОВЫХ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2005
  • Баранова Тамара Федоровна
  • Степанова Елена Алексеевна
  • Шункина Нина Ивановна
  • Голованов Владимир Михайлович
  • Оспенникова Ольга Геннадьевна
RU2284974C1
Способ получения керамических изделий на основе волластонита с применением водного литья под давлением 2023
  • Харитонов Дмитрий Викторович
  • Перкин Юрий Алексеевич
  • Анашкина Антонина Александровна
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Горчакова Лидия Ивановна
  • Михалевский Дмитрий Андреевич
  • Пимкин Роман Александрович
RU2816937C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КВАРЦЕВОЙ КЕРАМИКИ 2011
  • Викулин Владимир Васильевич
  • Самсонов Вячеслав Иванович
  • Бородай Феодосий Яковлевич
  • Иткин Самуил Михайлович
  • Шкарупа Игорь Леонидович
RU2466965C1
Способ изготовления керамических плавильных тиглей 2018
  • Белов Владимир Дмитриевич
  • Колтыгин Андрей Вадимович
  • Фадеев Алексей Владимирович
  • Фоломейкин Юрий Иванович
  • Клевченков Максим Геннадиевич
  • Ильюшин Артур Валерьевич
  • Никифоров Павел Николаевич
  • Аликин Павел Владимирович
  • Баженов Вячеслав Евгеньевич
RU2713049C1
ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2009
  • Баранова Тамара Федоровна
  • Степанова Елена Алексеевна
  • Шункина Нина Ивановна
RU2412133C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРУНДОМУЛЛИТОВЫХ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2020
  • Харитонов Дмитрий Викторович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Силкин Андрей Николаевич
  • Хамицаев Анатолий Степанович
  • Анашкина Антонина Александровна
  • Куликова Галина Ивановна
  • Алексеев Михаил Кириллович
  • Шер Николай Ефимович
  • Балаш Павел Викторович
  • Кашинцев Дмитрий Алексеевич
RU2756300C1
Способ формования заготовок из кварцевой керамики 2017
  • Харитонов Дмитрий Викторович
  • Анашкина Антонина Александровна
  • Русин Михаил Юрьевич
RU2648749C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КВАРЦЕВОЙ КЕРАМИКИ 2005
  • Бородай Феодосий Яковлевич
  • Павленко Артем Петрович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Хамицаев Анатолий Степанович
RU2301212C1

Реферат патента 2021 года Способ формования заготовок огнеупорных керамических изделий

Изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано при изготовлении огнеупорных керамических изделий. Технический результат заключается в повышении качества поверхности заготовок огнеупорных керамических изделий, равноплотности материала по толщине их стенок, исключении трещин и цека на поверхности изделий и снижении брака готовой продукции. Способ формования заготовок огнеупорных керамических изделий включает приготовление формовочной смеси на основе корунда и муллита разных фракций, формование заготовки путем заливки смеси в гипсовую форму при воздействии на нее вибрации, выдержку в форме до полного затвердевания формовочной смеси, извлечение заготовки из формы и ее сушку. Перед заливкой формовочной смеси гипсовую форму пассивируют путем окунания в дистиллированную воду с выдержкой в воде в течение 0,5–4,0 мин и затем на воздухе в течение 2,0–8,0 мин. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 763 647 C1

Способ формования заготовок огнеупорных керамических изделий, включающий приготовление формовочной смеси на основе корунда и муллита разных фракций, формование заготовки путем заливки смеси в гипсовую форму при воздействии на нее вибрации, выдержку в форме до полного затвердевания формовочной смеси, извлечение заготовки из формы и ее сушку, отличающийся тем, что гипсовую форму перед заливкой формовочной смеси пассивируют путем окунания в дистиллированную воду с выдержкой в воде в течение 0,5–4,0 мин и затем на воздухе в течение 2,0–8,0 мин.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2763647C1

СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2020
  • Харитонов Дмитрий Викторович
  • Куликова Галина Ивановна
  • Анашкина Антонина Александровна
  • Баранов Семен Васильевич
  • Шер Николай Ефимович
  • Русин Михаил Юрьевич
  • Хамицаев Анатолий Степанович
RU2742265C1
ФОРМА ДЛЯ ЛИТЬЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВОДНЫХ ШЛИКЕРОВ 2008
  • Бородай Феодосий Яковлевич
  • Анохин Николай Иванович
  • Конкина Раиса Сергеевна
RU2369476C1
Способ шликерного литья керамических изделий 1988
  • Крючков Юрий Николаевич
SU1595644A1
Способ литья огнеупорных изделий 1986
  • Слоущ Владимир Григорьевич
  • Кушнирский Герман Моисеевич
SU1392056A1
US 4859243 A1, 22.08.1989
DE 3234054 C2, 06.05.1993.

RU 2 763 647 C1

Авторы

Харитонов Дмитрий Викторович

Анашкина Антонина Александровна

Русин Михаил Юрьевич

Михалевский Дмитрий Андреевич

Куликова Галина Ивановна

Баранов Семен Васильевич

Шер Николай Ефимович

Хамицаев Анатолий Степанович

Даты

2021-12-30Публикация

2021-06-07Подача