Огнеупорная футеровка плавильной печи и способ ее изготовления Советский патент 1983 года по МПК F27D1/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к -устройствам плавильных печей, а также к способам изготовления футеровки, и может быть использовано при плавке алюминия и его сплавов, черных металлов. Известна футеровка печи для выплавки алюминия, состоящая из шамотного кирпича и облицованная высокоглиноземистым кирпичом. Недостатками данной футеровки являются малый срок службы и загрязнение расплава. Это объясняется тем, что высокоглиноземистый кирпич, которым облицована огневая поверхность футеровки, является пористым, что вызывает фильтрацию в него расплава, разбухание и разрущение футеровки. Этот кирпич, кроме окиси алюминия, не взаимодействующей с расплавом, содержит также другие окислы, такие как двуокись кремния, окись железа, которые растворяются в расплаве, загрязняя его. Способ изготовления данной футеровки предусматривает Выполнение кладки из щамотного кирпича на глинисто-щамотном растворе и облицовку высокоглиноземистым кирпичом также на этом растворе, сущку и обжиг 1. К недостаткам этого способа относится то, что он не позволяет нанести на футеровку барьерный слой, не взаимодействующий с расплавом, в результате чего срок службы футеровки невелик, а расплав загрязняется компонентами футеровки. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является огнеупорная футеровка плавильной печи, содержащая кладку из огнеупорного кирпича с теплоизоляционной засыпкой между слоями и покрытие на основе окиси алюминия на огневой поверхности кладки. Недостаток известной футеровки - низкая термостойкость покрытия, обусловленная его незначительной пористостью. Термостойкость покрытия в данном случае определяет срок службы футеровки, который также невелик. Способ изготовления известной огнеупорной футеровки включает выполнение послойной кладки, заполнение зазоров между слоями теплоизоляционной засыпкой, сушку кладки, приготовление суспензии изо(-окиси алюминия, нанесение ее на огневую поверхность с последующей сушкой и совместный обжиг кладки и полученного покрытия 2. К недостатками известного способа относятся малый срок службы получаемой футеровки, а также необходимость в создании высоких температур для обжига (около 1500°С). Цель изобретения - повышение срока службы футеровки за счет увеличения термостойкости покрытия, а также упрощение процесса за счет снижения температуры обжига. Поставленная цель достигается тем, что в огнеупорной футеровке плавильной печи, содержащей кладку из огнеупорного кирпича с теплоизоляционной засыпкой между слоями и покрытия на основе сл-окиси алюминия на огневой поверхности кладки, покрытие дополнительно содержит -у -окись алюминия при следующем соотношении компонентов, об. %: Y -Окись алюминия20-50 сА-Окись алюминия50 -80 и выполнено многослойным с пористостью. изменяющейся от нуля в поверхностном с.чое дд go-70% в переходном слое. Поставленная цель достилается тем, что согласно способу изготовления огнеупорной футеровки плавильной печи, включающему выполнение послойной кладки, заполнение зазоров между слоя.ми теплоизоляционной засыпки, сушку кладки, приготовление суспензии из ос-окиси алюминия, нанесение ее на огневую поверхность с последующей сушкой и совместный обжиг кладки и полученного покрытия, при приготовлении суспензии в нее вводят азотнокислый алюмиНИИ, суспензию для нанесения первых слоев покрытия аэрируют и используют для ее приготовления о -окись алюминия в виде конгломератов, а суспензию для нанесения лицевого слоя вакуумируют и используют для ее приготовления rt-окись алюминия с размером частиц менее 2 .мкм, при обжиге нагрев футеровки до 500-600°С осуществляют со скоростью 50-60°С/ч, дальнейший нагрев до 1100-1200°С - со скоростью 100-500°С/ч, и выдерживают при этой температуре в течение 2-3 сут. Наличие в покрытии Y-окиси алюминия в количестве 20-50 об. % приводит к образованию каркаса из у -окиси алюминия. связывающего частицы А-окиси алюминия. и тем самым повышает прочность покрытия. Многослойность покрытия, а также беспористость лицевого слоя и пористость, составляющая 60-70% внутреннего слоя, более чем в 100 раз повышает термостойкость покрытия и тем самым срок службы футеровки в целом. Кроме того, беспористость лицевого слоя препятствует фильтрации расплава через покрытие в футеровку и взаимодействие ее с расплавом. Для получения у-окиси алюминия в покрытии используют азотнокислый алюминий, добавляемый в суспензию. Азотнокислый алюминий служит связкой в сыром (необожженном) покрытии и улучшает адгезию его в кладке. Для придания необ.ходимой | со- стости покрытию суспензию для нанесения первых слоев покрытия аэрируют. Для згой же це ли используются-окись алюминия в виде конгломератов. Использование для приготовления суспензии для нанесе ия лицевого слоя покрытия оС-окиси алюминия с размером частиц менее 2 мкм, что достигается тщательным размолом и прокалкой, а также вакуумирование суспензии обеспечивают получение беспористого покрытия. Нагрев футеровки до 500-600°С со скоростью 50-бО°С/ч обеспечивает удаление воды и разложение азотнокислого алюминия, а также предупреждает растрескивание покрытия. Дальнейший нагрев до 1100-1200°С со скоростью 100-500°С/ч и выдержка при этой температуре обеспечивают переход аморфной окиси алюминия в кристаллическую у-окись и спекание покрытия. Способ изготовления огнеупорной футеровки осуществляют следующим образом. Из шамотного кирпича на глинисто-щамотном растворе выполняют послойную кладку стен и пода печи с заполнением зазоров теплоизоляционной засыпкой, например шамотной крошкой. Для нанесения покрытия приготавливают суспензию, используя порошок А-ОКИси алюминия, дистиллированную воду и азотнокислый алюминий, причем суспензию для нанесения первых слоев аэрируют любым известным методом и применяют для ее приготовления сл-окись алюминия в виде конгломератов, а суспензию для нанесения лицевого слоя вакуумируют и используют тщательно размолотую и обожженную с -окись алюминия с размером частиц менее 2 мкм. Суспензию наносят на огневую поверхность предварительно высушенной кладки любым известным методом, например намазыванием или с помощью пульверизатора. Для нанесения лицевого слоя лучше использовать пульверизатор, так как это облегчает обеспечение его сплошности. Перед нанесением следующего слоя покрытие сушат при 100-150°С. После нанесения лицевого слои футеровку с покрытием сушат в течение 1 - 2 сут, а обжиг осуществляют по режиму, включающему нагрев, например, газовыми горелками, до 500-600°С со скоростью 50- 60°С/ч; нагрев до ПОО--1200°С со скоростью 100-500°С/ч и выдержку при этой температуре в течение 2-3 сут. Пример 1. Футеровка состоит из многослойной кладки, выполненной только из шамотного кирпича с засыпкой из шамота (порошка), введенного между слоями для улучшения теплоизоляции. Кладку кла дут на шамотно-глинистом растворе. На рабочей поверхности (своде, поде и др.) печи нанесено многослойное барьерное огнеупорное покрытие с пористостью до нуля в сторону контактной с расплавом поверхности, состоящее из тонкодисперсной смесил- и у-окиси алюминия толщиной от нескольких микрон до нескольких миллиметров (от 3-5 мкм до 3 мм) с содержанием 20-50 об. /оу-окиси алюминия и 50- 80 об. /о «Х-окиси алюминия с пористостью от О до 60-700/0. Лицевой, близкий к нулевой пористости слой, контактирующий с расплавом .закрывает поры покрытия (многослойного), поры шамотного кирпича и препятствует попаданию паров воды из футеровки в расплав, диффузии алюминия в сторону футеровки, предотвращает взаимодействие расплава с материалом футеровки. Пористые слои покрытия служат каркасомносителем более плотных и плотного слоев покрытия. Толщина беспористого покрытия 3-20 мкм, пористого 100 мкм. Пористость покрытия придает ему значительную термостойкость, сравнимую с термостойкостью шамотного кирпича (термические напряжения реллансируют в поры). Барьерное покрытие устраняет образование настылей. Срок службы печей увеличивается в 1,5-2 раза, значительно экономится сплав. Пример 2. Покрь1тие изготавливают следующим способом. На свежеуложенную просохщую, например, в течение 10-12 ч кладку из шамотного кирпича на глинистошамотном растворе наносят покрытие из суспензии, состоящей из дистиллированной воды, обожженного при 1050°С, мелкодисперсного (40 мк.м) порошка глинозема а(. -окиси алюминия () и азотнокислого алюминия, в два или больше слоев. Слои наносят таким образом, чтобЕ 1 пористость убывала от футеровки к расплаву до нуля. Первые слои наносятся из суспензии (пасты), насыщенной воздушными пузырьками для создания дополнительной пористости. С этой целью суспензию (пасту) принудительно насыщают воздухом путем продувки. Такая цель достигается (что экономически более выгодно) применением для изготовления суспензии (пасты) непросушенного с неразрушенными конгломератами порошка л-окиси алюминия, а также заливкой воды Б азотнокислый алюминий, что тоже образует воздушные пузырьки. Содержание составлющих (дистиллированная вода, азотнокислый алюминий и порошок глинозема ГК) выбирают из расчета на спеченное состояние (1100-1200°С) Y-ОКИСИ алюминия 20-50% и оС-окиси алюминия 50-80% и из условий текучести суспензии. Порядок приготовления суспензии (пасты) - произвольный: растворяют в дистиллированной воде азотнокислый алюминий, а затем в раствор засыпают порошок ХгОкиси- алюминия (предпочтительный вариант), засыпают в дистиллированную воду порошок rt-окиси алюминия, а затем добавляют азотнокислый алюминий и т. п.

Суспензию используют сразу же после приготовления, чтобы из нее- не вышли воздушные пузырьки.

Наносят слой покрытия известными способами (кистью малярной, пульверизатором и т. п.), каждый последующий слой наносят после сушки предыдущего.

Разнопористость в слоях достигается особым ведением технологического процесса, изменением в суспензии (пасте) воздушных .пузырьков, растиранием пороожа л-окисл алюминия, тщательностью вымешивания, вакуумированием.

Лицевой слой, прилегающий к расплаву, наносят из суспензии, приготовленной стандартными, перечисленными выше приемами: при тщательной сушке, растирании порошка глинозема (л- окиси алюминия), тшательном вымешивании и вакуумировании суспензии и т. л.

Лицевой слой лучше наносить пульверизатором, используя порошок с размером частиц меньше 2 мм, что обеспечивает его равномерность. Каждый последующий слой необходимо наносить после просыхания предыдущего. Сушку можно проводить при 100-150°С с применением горячего воздуха и др. газов и т. д..

Футеровку с нанесенным на нее многослойным сырым покрытием подвергают дальнейшей совместной сушке в течение 1-2 сут и совместному обжигу в течение 2-3 сут.

Обжиг футеровки с покрытием осуществляют по двухступенчатому нагреву: сначала нагревают газовыми горелками до 500- 600°С со скоростью 50-бО°С/ч, а затем нагревают от 500-600°С до 1100-1200°С со скоростью 100-500°С/ч. В процессе обжига азотнокислый алюминий разлагается с образованием у-окиси алюминия, покрывая частицы А-окиси алюминия тонким слоем 0,1 - 1 мкм и больше толщиной (у-окись алюминия связывает частицы л-окиси алюминия в одно целое).

1. Огнеупорная футеровка плавильной .печи, содержащая кладку из огнеупорного кирпича с теплоизоляционной засыпкой между слоями и покрытие на основе окиси алюминия на огневой поверхности кладки, отличающаяся тем, что, с целью повышения срока службы за счет увеличения термостойкости покрытия, последнее дополнительно содержит у-окись алюминия при следующем соотношении компонентов, об. %: у-Окись алюминия20-50 л -Окись алюминия50-80 и выполнено многослойным с пористостью, изменяющейся от нуля в поверхностном слое до 60-70% в переходном слое. 2. Способ изготовления огнеупорной футеровки плавильной печи, включающий послойную кладку, заполнение зазоров между слоями теплоизоляционной засыпки, сущку кладки, приготовление суспензии из rt-окиси алюминия, нанёсенение ее на огневую поверхность с последующей сушкой и совместный обжиг кладки и полученного покрытия, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы футеровки за счет увеличения термостойкости покрытия, при приготовлении суспензии в нее вводят азотнокислый алюминий, суспензию для нанесения первых слоев покрытия аэрируют и используют для ее приготовления Х-окись алюминия в виде конгломератов, а суспензию для нанесения лицевого слоя вакуумируют и используют для ее приготовления ot -окись алюминия с размером частиц менее 2 мкм, при обжиге нагрев футеровки до 500-600°С осуществляют со скоростью 50- 60°С/ч, дальнейщий нагрев до 1100-1200°С- со скоростью 100-500°С/ч и выдерживают при этой температуре в течение 2-3 сут. сл 1чЭ tsD СО