Теплоизоляционный легковесный огнеупор Советский патент 1993 года по МПК C04B35/10 

Изобретение относится к. огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления огнеупорных изделий, применяемых в футеровке тепловых агрегатов при температуре до 1600°С.

Целью заявляемого технического решения является увеличение термостойкости и снижение газопроницаемости при сохранении высокой прочности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном огнеупоре, содержащем а- AlaOb в виде полых сфер и тонкодисперсную связку, связка содержит a -AlaOs оксинит- рид кремния и кремний элементарный при следующем соотношении компонентов (мас.%):

or-AlaOs в виде полых

сферОснова а-АЬОз тонкодисперсчый0,1-20,0

Оксинитрид

кремния5-10

Кремний элементарный3-10

Предлагаемый огнеупор представляет из себя в виде полых сфер, пустоты между сферами заполнены тонкодисперсной пористой связкой. Пористая связка имеет вид зерен размером менее 0,063 мм и представлена минеральным составом: а- AlaOs, кремний элементарный и кристаллическийоксинитрид кремния, локализованный по границам сфер и поверхности пор, образованных пространствами между частицами.

Данные изделия получают формованием из масс, содержащих пустотелые корундовые сферы и элементарный кремний. Оксинитрид кремния образуется в процессе обжига изделий в атмосфере азота при температуре 1400°С.

Наличие в составе огнеупора крупных сфер и тонкодисперсной связки из указанных компонентов, взятых в заявленных соотношениях, обеспечивают изделиям повышение термостойкости и уменьшение газопроницаемости. На повышение термостойкости оказывает влияние тот факт, что

ел

С

00

о

о

N

СО

данная композиция имеет более низкий т.к.л.р. по сравнению с чистым .

Понижение коэффициента газопроницаемости определяется образованием замкнутых пор меньшего диаметра, которое обусловлено процессом реакционного спекания за счет взаимодействия компонентов шихты с газообразным азотом, в частности, оксинитрид кремния, образовавшийся в результате взаимодействия с газовой средой, локализуется по поверхности пор, соответственно снижая их размер. Уменьшение размер пор приводит к снижению газопроницаемости огнеупора в целом, что повышает его устойчивость к агрессивным средам.

Присутствие в составе огнеупора окси- нитрида кремния в количестве менее 5% не дает эффекта по термостойкости и газопроницаемости из-за незначительного количества добавки.

Наличие вогнеупореоксинитрида кремния более 10% усложняет технологический процесс; возникает необходимость менять режим обжига (увеличивать выдержку), что

повышает расход электроэнергии и азота.

Кроме того, образующийся в большом количестве оксинитрид кремния перекрывает поры, что затрудняет дальнейшее реакционное спекание, а, следовательно, остается непрореагировавшей часть Si, что ухудшает эксплуатационные свойства огнеупора.

Содержание элементарного кремния менее 3% также не дает эффекта из-за малого количества добавки и возникает необходимость повышения температуры обжига до 1600°С

:. При содержании Si элементарного болев ,10% ухудшаются эксплуатационные свойства огнеупора, из-за наличия большого количества легкоплавкой фазы (t плавле- ния Si 1410°С).

Содержание тонкодисперсного п- в связке менее 0,1 % снижает прочность изделий, а содержание более 20% затрудняет процесс образования оксинит- рида кремния, т.к. наблюдается эффект экранирования частиц элементарного кремния.

Нами установлено, что сочетание п- А120з в виде полых сфер и тонкодисперсной связки, представленной а , окси- нитридом кремния и кремнием элементарным, позволяет получить структуру огнеупора, обладающую значительной термостойкостью и низкой газопроницаемо- стью при сохранении остальных эксплуатационных характеристик, а также снизить температуру спекания для получения данной структуры. Указанная структура

5

0

5

0

5

0

5

0 5

огнеупора в составе известных огнеупоров отсутствует. Это позволяет сделать вывод о существенности отличий.

Пример выполнения.

Для изготовления предлагаемого легковесного теплоизоляционного огнеупора ис- пользовали технические материалы: пустотелые корундовые сферы, тонкомолотый глинозем с размером зерна 0,063 мм, например, марки ГК и вибромолотый кремний элементарный марки КР-0. Составы шихт представлены в табл. 1.

Компонент шихты - пустотелые корундовые сферы размером 5,0-0,1 мм смешивают со связкой - лигносульфонатом техническим плотностью 1,20 г/см и температурой 35-40°С. Различие в примерах конкретного исполнения заключается в том, что в одном случае в качестве тонкомолотой составляющей применяется кремний элементарный, а в другом - смесь из порошков глинозема и кремния элементарного. На предварительно увлажненные связкой пустотелые корундовые сферы вводят тонкомолотую составляющую: либо кремний элементарный, либо смесь его с глиноземом, массу хорошо перемешивают. Прессование ведут при давлении, обеспечивающем сохранность сфер. Изделия сушат при температуре не более 100°С в течение суток. Обжиг проводят в газонаполнительной печи в среде особо чистого азота по режиму, обеспечивающему получение оксинитрида кремния. Минеральный состав и свойства огнеупора приведены в табл. 2 и 3.

Как видно из таблиц, полученный согласно изобретению огнеупор характеризуется таким же значением плотности, что и прототип, но превосходит последний по прочности и термостойкости. Кроме того, температура спекания заявляемых огнеупоров значительно ниже и составляет 1450°С.

Снижение таких структурных характеристик заявляемого огнеупора,как газопро- ницаемость, капельная пористость, средний диаметр пор позволяет сделать вывод о большей его устойчивости к агрессивным условиям службы.

При равных значениях кажущейся плотности, заявляемый огнеупор имеет в своем составе более мелкие поры, чем прототип, а это обусловливает создание мелкотрещиноватой структуры огнеупора, которая, согласно литературным данным, является наиболее термически устойчивой.

Формула изобретения Теплоизоляционный легковесный огне- упор, содержащий а-А1арз в виде полых сфер и тонкодисперсную связку, отличающийся тем, что, с целью увеличения термостойкости и снижения газопроницаемости при сохранении высокой прочности, связка содержит а -А1гОз, оксинитрид

кремния и кремний элементарный при следующем соотношении компонентов, мас.%:

а-А120з в виде полых сферОснова Тонкодисперсная связка а 0,1-20,0 Оксинитрид кремния 5-10 Кремний элементарный 3-10

Назначение: изобретение относится к огнеупорной промышленности. Сущность изобретения: огнеупор содержит в основе а- AlaOa в виде полых сфер и тонкодисперсную связку: 0,1-20,0% в виде зерен а -А120з размером 0,063 мм, оксинитрида кремния 5-10% и кремния элементарного 3-10%. 3 табл.

Состав шихт заявляемого и известного теплоизоляционного легкоплавкого огнеупора

Лигносульфонат технический сверх 100%.

Минеральный состав заявляемого и известного теплоизоляционного легковесного огнеупора

Физико-химические свойства заявляемого и известного теплоизоляционного легковесного огнеупора

10

Таблица 1

Таблица 2Таблиц а 3

Продолжение табл. 3