СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ И ВЫСОКООГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Советский патент 1970 года по МПК C04B35/64 

Обычный метод получения огнеупорных и высокоогнеупорных материалов заключается в том, что кроме основных высокоогнеупорных компонентов в исходную смесь вводятся некоторые количества других добавочных компонентов, которые либо сами являются более легкоплавкими, чем основные компоненты, либо образуют в смеси с ними сравнительно легкоплавкие эвтектики. Этим обеспечивается образование в производимом материале (полуфабрикате - клинкере или изделии) при температурах обжига некоторых количеств жидкой фазы (расплава), при помощи которой достигается уплотнение и упрочнение (спекание) черепка и быстрейшее завершение необходимых для образования данного материала химических процессов (полиморфных превращений, рекристаллизации и т.п.).

Однако этот способ связан с введением в огнеупорное основное сырье легкоплавких добавок, что снижает огнеупорность фабриката и служит причиной размягчения его при сравнительно невысоких температурах. Так, например, огнеупоры из магнезита обычно имеют температуру начала размягчения под нагрузкой 2 кг/см² около 1450-1500°С, в то время, как сама окись магния плавится лишь при 2700°С.

Предлагаемый способ получения огнеупорных и высокоогнеупорных материалов не содержит при температуре, значительно превышающей температуру их обжига жидкой фазы (расплава), или содержит ее лишь в минимальных количествах. Присутствие жидкой фазы, не обязательно для данного способа и имеет место только в случаях загрязненности сырья.

Предлагаемый способ заключается в том, что сначала из смеси исходных материалов в соотношениях, приводящих к частичному образованию расплава при обжиге, приготовляют обычными приемами клинкер, а затем, из порошка последнего с добавкой одного или нескольких исходных компонентов путем обжига приготовляют изделие, причем указанную добавку применяют в таком количестве, чтобы содержащийся в клинкере расплав при обжиге переходил бы в высокоогнеупорные, твердые при температуре обжига соединения.

Сущность способа приводится на примерах двухкомпонентных систем, но он может быть применен и для систем с любым количеством компонентов.

Предположим, что в системе АВ (см. фиг. I) соединение АВ является высокоогнеупорным, Е₁ - высоко лежащая эвтектика, Е₂ - низко лежащая тройная точка (эвтектика или точка перехода).

Компонентов сырья имеется два или больше, причем химический состав одного из них лежит на отрезке А-АВ, а другого на отрезке АВ-В; t₂ - максимальная температура обжига.

Состав получаемого огнеупора лежит на отрезке АВ-A.

Согласно предлагаемому способу получения огнеупора предварительно путем смешивания компонентов сырья получают полупродукт - клинкер, имеющий состав, лежащий на отрезке АВ-n, невдалеке от АВ. Полупродукт обжигается при температурах лежащих между t₁ и t₂.

В полупродукте при его обжиге возникает расплав, присутствие которого облегчает спекание, образование соединения АВ и рост его кристаллов.

Обожженный полупродукт измельчается и смешивается c одним из компонентов шихты в таких соотношениях, чтобы состав готового продукта лежал на отрезке А-АВ. Последний обжигается до температур, лежащих между t₁ и t₂. При обжиге в зернах полупродукта образуется жидкость (состава между ), которая, реагируя о избыточным компонентом А, дает соединение АВ. После окончания реакции готовый продукт уже не может содержать расплав при температурах до t₃.

Полупродукт измельчается до такой степени, чтобы при температурах последующего обжига продукта во всех зернах полупродукта, включая максимальные, жидкость успевала насытиться компонентом А и выкристаллизоваться в АВ.

В трехкомпонентных системах (см. фиг. 2) та же схема получения продукта приобретает следующий вид:

сырье должно состоять не менее чем из двух компонентов, лежащих один - в треугольнике А-АВ-С, а другой - в треугольнике АВ-В-С, Е₁ - эвтектика или точка перехода лежащая ниже температуры обжига,

E₂ - эвтектика или точка перехода лежащая выше температуры обжига,

- изотерма, соответствующая температуре обжига.

Состав полупродукта лежит в области вблизи АВ. При температуре обжига в нем появляется расплав, состав которого лежит на . Состав продукта должен лежать в треугольнике А-АВ-С. В продукте при нагреве вплоть до температуры плавлении эвтектики Е₂ не появляется расплав.

Таким же образом предлагаемая схема получения огнеупорных и высокоогнеупорных материалов может быть применена в четырех компонентных и многокомпонентных системах.

В качестве примеров исследованных систем, в которых осуществимая подобная схема получения огнеупора, можно указать следующие:

1. Система СаО-SiO₂. Получение черепка из 2СаО SiQ₂ (c добавками, устраняющими переход 2СаО, SiO₂, в -форму). Состав полупродукта лежит между точками 2СаО.SiO₂ и 3СаО.2SiO₂ (см. фиг. 3). Состав продукта лежит слева от точки 2CaO SiO₂.

Температура обжита выше 1475° (ок. 1600°).

2. Система MgO - SiO₂-Al₂O₃. Получение черепка, состоящего в основном из форстерита. Состав полупродукта лежит в поле 2MgO.SiO₂-a-в, вблизи 2MgO.SiO₂ (см. фиг. 4). Состав продукта лежит в поле вблизи 2MgO. SiO₂.

Температура обжига 1500°.

Для ускорения и повышения интенсивности процессов, происходящих при получении огнеупоров по указанному методу и для облегчения технологических процессов, могут применяться различные добавки, не снижающие огнеупорности продукта.

Способ получения огнеупорных и высокоогнеупорных материалов, не содержащих или содержащих лишь минимальные количества флюсов в две стадии, отличающийся тем, что сначала из смеси исходных материалов в соотношениях, приводящих к частичному образованию при обжиге в массе расплава изготовляют обычными приемами клинкер, а затем из порошка последнего с добавкой одного или нескольких исходных материалов путем обжига приготовляют изделие, причем указанную добавку применяют в таком количестве, чтобы содержащийся в клинкере расплав при обжиге переходил бы в высокоогнеупорные, твердые при температуре обжига соединения.