Патент на изобретение №2263645

(54) МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может применяться для изготовления изделий, работающих в условиях длительной разливки жидких металлов, в частности, для изготовления плит шиберных затворов. Технический результат – снижение пористости и повышение прочности при сохранении термостойкости. Масса для изготовления основных огнеупорных изделий на основе периклаза чистотой не менее 95% MgO, состоящая из зернистого периклаза, тонкодисперсной составляющей и временного связующего, содержит зернистый периклаз фракции 0-3 мм, а тонкодисперсная составляющая содержит периклаз фракции менее 0,088 мм и диоксид циркония и/или циркон фракции менее 0,088 мм, и/или глинозем – Al₂O₃ фракции менее 0,010 мм, и борную кислоту фракции менее 0,088 мм при соотношении компонентов, мас.%: периклаз фракции менее 0,088 мм 79,0-98,7, диоксид циркония и/или циркон фракции менее 0,088 мм, и/или Al₂O₃ фракции менее 0,010 мм 1-20, борная кислота фракции менее 0,088 мм 0,3-1, при этом соотношение компонентов массы составляет, мас.%: зернистый периклаз фракции 0-3 мм основа, тонкодисперсная составляющая 15-35, временное связующее (сверх 100%) 3-7. 2 табл.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может применяться для изготовления изделий, работающих в условиях длительной разливки жидких металлов, в частности для изготовления плит шиберных затворов.

Огнеупоры для шиберных затворов должны обладать следующими свойствами: высокой механической прочностью, низкой пористостью при достаточной термостойкости, высокой температурой деформации под нагрузкой, низким содержанием легкоплавких материалов.

Известен способ изготовления магнезиального огнеупорного изделия из 97-30% магнезита 95% чистоты и 3-70% циркона с необязательной добавкой Al₂О₃ (заявка Японии №3232764, С 04 В 35/04, 1994).

Недостатком этого магнезиального изделия является недостаточная термостойкость. Известно, что термостойкая структура огнеупора формируется за счет введения добавок материалов, способствующих образованию микротрещиноватой структуры (в данном случае это добавки циркона и Al₂О₃), а также за счет использования материалов различных зернистых фракций. Второй способ повышения термостойкости в данном изобретении не реализуется.

Следует также отметить, что введение в состав массы значительного количества циркона ZrO₂·SiO₂ (свыше 20%) повышает содержание двуокиси кремния SiO₂ в составе огнеупора и это может привести к образованию в процессе службы легкоплавких материалов, что также снижает эксплуатационные свойства огнеупора.

Наиболее близкой к изобретению по вещественному и зерновому составу является огнеупорная масса на основе спеченной или плавленой магнезии с содержанием MgO не менее 96% с добавкой 1,0-2,5 мас.% ZrO₂ с чистотой не менее 95% и размером зерен менее 0,040 мм в виде бадделеита или стабилизированного ZrO₂ (заявка ФРГ №4337916, С 04 В 35/64, 1995). Масса имеет следующий зерновой состав: фракции 5-1 мм – 30-45%, фракции 1-0,09 мм – 15-30%, фракции <0,09 мм (тонкодисперсная составляющая) – 30-40%.

Недостатком этого изобретения является низкая плотность и, вследствие этого, высокая пористость. Кроме того, технология производства такого огнеупора предусматривает проведение обжига изделий при температуре 1700-1800°С, что значительно осложняет ее реализацию.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение пористости и повышение прочности при сохранении термостойкости.

Поставленная задача решается за счет того, что тонкодисперсная составляющая массы на основе зернистого периклазового наполнителя содержит, мас.%:

при соотношении компонентов массы, мас.%:

Известно, что введение добавки диоксида циркония ZrO₂ способствует повышению термостойкости за счет образования микротрещиноватой структуры, формирование которой обусловлено полиморфными превращениями кристаллов диоксида циркония из кубической модификации в моноклинную и обратно. Полиморфные превращения ZrO₂ сопровождаются изменением объема при перепадах температур от 0 до 1600°С и образованием микротрещин. Добавка циркона в магнезиальные массы способствует повышению термостойкости за счет новообразований форстерита, при этом снижается пористость и повышается прочность огнеупора. Введение добавки глинозема повышает термостойкость магнезиального огнеупора в результате образования алюмомагнезальной шпинели и так как этот процесс сопровождается увеличением объема, то пористость снижается. Добавка борной кислоты улучшает спекание огнеупора и тем самым также способствует снижению пористости огнеупора и повышению прочности.

Таким образом, совместное или раздельное введение этих добавок в состав тонкодисперсной составляющей позволяет снизить пористость и повысить прочность и при этом сохранить, а в некоторых случаях и повысить термостойкость. Заявляемая огнеупорная масса при заявляемом соотношении компонентов позволяет получить огнеупорное изделие с необходимым набором свойств.

Из литературы неизвестно использование тонкодисперсной составляющей предлагаемого состава в сочетании с зернистым наполнителем в заданных соотношениях.

Для изготовления образцов использовали порошок периклазовый плавленый марки ППБС-95,5 по ТУ 14-8-234-77 с изменениями №1-3 фракций 3-0,5 мм, 2-05 мм, 0,5-0 мм и менее 0,088 мм, периклаз спеченный китайский с содержанием MgO – 96,5% фракций 3-0,5 мм, 2-05 мм, 0,5-0 мм и менее 0,088 мм, бадделеитовый концентрат ТУ 1762-003-001 86759-2000 марки ПБ-1, цирконовый концентрат ТУ У 14-10-015-98 марки КЦП, реактивный глинозем STS – 30 (Alcoa), борную кислоту по ГОСТ 9565-75, лигносульфонат технический по ТУ 13-0281036-029-94, поливиниловый спирт. Все компоненты промышленного производства.

Массы готовили в смесительных бегунах. Сначала загружали периклаз фракций 3-0,5 или 2-0,5 и 0,5-0 мм и перемешивали 1-2 минуты. Затем увлажняли раствором ЛСТ (плотностью 1,22-1,24 г/см³) или раствором поливинилового спирта (плотностью 1,20-1,22 г/см³) и перемешивали 3-5 минут. Затем добавляли компоненты тонкодисперсной составляющей и перемешивали еще 5-7 минут. Общий цикл смешения 15-20 минут.

Составы приготовленных огнеупорных масс представлены в таблице 1, а свойства образцов, изготовленных из этих масс, – в таблице 2.

Прессование изделий производили на гидравлическом прессе при давлении 180 МПа. Далее изделия сушили при 100-120°С, а затем обжигали при температуре 1650°С. Из полученных изделий выпиливали образцы и проводили определение свойств.

Определение открытой пористости и кажущейся плотности проводили по ГОСТ 2409-95. Определение предела прочности при сжатии по ГОСТ 4071.1-94. Определение термостойкости проводили по ГОСТ 7875-85 при температуре 1000°С с последующим воздушным охлаждением за 10 теплосмен. В связи с тем, что за 10 теплосмен посечки и трещины на образцах не появились, термостойкость оценивали по остаточной прочности (потери прочности) при сжатии после проведения этого испытания.

Согласно описанию к патенту-прототипу термостойкость образцов оценивали по изменению модуля упругости до и после испытания на термостойкость. В связи с отсутствием описания этого метода определения изготовленные образцы прототипа были испытаны на прочность при сжатии после 10 теплосмен 1000°С – воздух.

Из таблицы 2 видно, что предлагаемая масса имеет более низкую пористость и более высокую прочность при сохранении высокой термостойкости.

Применение предлагаемой массы для изготовления огнеупоров, в частности плит для шиберных затворов, позволит увеличить их стойкость и повысить срок службы, что позволит обеспечить безаварийность работы устройств для разливки жидкого металла.

Формула изобретения

Масса для изготовления основных огнеупорных изделий на основе периклаза чистотой не менее 95% MgO, состоящая из зернистого периклаза, тонкодисперсной составляющей и временного связующего, отличающаяся тем, что она содержит зернистый периклаз фракции 0-3 мм, а тонкодисперсная составляющая содержит периклаз фракции менее 0,088 мм и диоксид циркония, и/или циркон фракции менее 0,088 мм, и/или глинозем- Al₂O₃ фракции менее 0,010 мм и борную кислоту фракции менее 0,088 мм при соотношении компонентов, мас.%:

при этом соотношение компонентов массы составляет, мас.%: