Патент на изобретение №2335480

(54) ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТЫЙ ОГНЕУПОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к изготовлению огнеупорных изделий для футеровки тепловых агрегатов с температурой службы не менее 1600°С. Высокоглиноземистый огнеупор получен из массы, содержащей кристаллический кварцит, глинозем, оксиды железа и кальция и лигносульфонат технический, а также боксит фракции 1-3 мм с кремниевым модулем не менее 10 и суммарным содержанием оксидов титана и железа не более 6,5 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глинозем 40-50, указанный боксит 10-20, оксид кальция 0,8-1,6, оксид железа 0,7-1,4, лигносульфонат технический (по сухому остатку) 1,5-2,5, кристаллический кварцит остальное. Технический результат – повышение объемопостоянства огнеупора и температуры начала деформации под нагрузкой. 2 табл.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных изделий для футеровки различных тепловых агрегатов с температурой службы не менее 1600°С.

Известен огнеупор высокоглиноземистого состава, изготовленный из шихты, содержащей корунд, глинозем и маложелезистый боксит, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 25-55 корунд, 25-30 глинозем, 20-45 указанный боксит [1].

Положительным свойством огнеупора из данной шихты является высокая термостойкость. Однако использование в шихте низкокачественного боксита с малым содержанием Al₂О₃ и переменным значением кремниевого модуля (Al₂О₃/SiO₂) не гарантирует стабильности термомеханических свойств огнеупора, что ограничивает использование данного огнеупора в тепловых агрегатах с расплавами металла и повышенными механическими воздействиями.

Известен огнеупор высокоглиноземистого состава, изготовленный из массы, содержащей кварцит, глинозем, лигносульфонат технический и добавку циркона, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 18-42 кварцит, 39-70 глинозем, 4-14 лигносульфонат технический и 5-15 циркон [2].

Положительным свойством огнеупора из данной массы являются высокие термостойкость, механическая прочность и температура начала деформации под нагрузкой. Недостатками являются необходимость высокотемпературного обжига огнеупора (1600-1650°С), высокая усадка при обжиге, повышенная себестоимость производства вследствие применения дорогостоящего компонента – циркона и ухудшение экологических условий из-за его радиоактивности, что усложняет внедрение данного огнеупора.

По совокупности общих существенных признаков наиболее близким к патентуемому можно отнести огнеупор, изготовленный из шихты по а.с. СССР 895963, С04В 35/18, 1982 [3].

Шихта содержит, мас.%: 27,2-65,0 кристаллический кварцит; 27,9-63,4 глинозем; 5,6-7,3 сульфитно-спиртовая барда (временное связующее); 0,46-1,8 оксид кальция и 0,32-0,92 оксид железа. При этом шихта содержит кристаллический кварцит фракции 0,01-3 мм, а глинозем – фракции 0,001-0,07 мм.

Положительными свойствами данного огнеупора являются высокие огнеупорность и термостойкость, низкая пористость.

Недостатками являются относительно низкая температура начала деформации под нагрузкой и повышенная усадка при обжиге, что обусловлено особенностями минерального состава и характеристиками микроструктуры исходной смеси и продуктов ее спекания, дающими в обжиге повышенное количество расплава и несбалансированность роста и усадки компонентов шихты.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков с сохранением положительных свойств огнеупора.

Технический результат состоит в повышении объемопостоянства огнеупора и температуры начала деформации под нагрузкой.

Для достижения этого согласно формуле изобретения высокоглиноземистый огнеупор изготавливают из массы, которая содержит кристаллический кварцит, глинозем, оксиды железа и кальция, лигносульфонат технический и дополнительно – боксит фракции 1-3 мм с кремниевым модулем не менее 10 и суммарным содержанием оксидов титана и железа не более 6,5 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 40-50 глинозем, 10-20 указанный боксит, 0,8-1,6 оксид кальция, 0,7-1,4 оксид железа, 1,5-2,5 лигносульфонат технический (по сухому остатку) и кристаллический кварцит – остальное.

Сущность изобретения состоит в том, что заявляемый вещественный и зерновой состав массы образует в обжиге специфическую микроструктуру высокоглиноземистого огнеупора в составе муллитокорундовой матрицы с температурой плавления 1850-1910°С и кристобалитового заполнителя с температурой плавления 1713°С. Боксит фракции 1-3 мм при этом играет роль матричного компонента на контакте с кристаллическим кварцитом, образуя муллит, а на границе с глиноземом зерна боксита являются заполнителем с температурой плавления около 1950°С.

Высокотемпературные прочностные свойства, в том числе температура начала деформации под нагрузкой высокоглиноземистого огнеупора, в значительной степени зависят от содержания в нем корунда, муллита, стекла, формы и размеров кристаллов огнеупорных фаз, а также характера их взаимного срастания и пространственного расположения минералов и пор.

Боксит с кремниевым модулем не менее 10 содержит до 6,5 мас.% оксидов титана и железа, в том числе до 4 мас.% оксида титана – наиболее активного модификатора структуры оксидных огнеупоров и минерализатора синтеза муллита.

Благодаря наличию в массе патентуемого огнеупора данного боксита в комплексе с целевыми добавками оксидов кальция и железа в обжиге происходит интенсивное спекание, синтез повышенного количества муллита игольчатой и призматической формы, армирующего микроструктуру матрицы и повышающего температуру начала деформации огнеупора под нагрузкой. Сбалансированный количественный состав компонентов, дающих в обжиге объемные изменения, обеспечивает патентуемому огнеупору практически равные значения усадки за счет спекания и роста объема вследствие синтеза муллита и кристобалитизации кварца.

При содержании в массе указанного боксита менее 10 мас.% или низким (менее 10) значением в боксите кремниевого модуля (Al₂O₃/SiO₂) не обеспечиваются в полной мере процессы синтеза муллита, роста кристаллов огнеупорных фаз и достаточного спекания огнеупора, что снижает температуру начала деформации под нагрузкой, механическую прочность и дает повышенный объемный рост.

При содержании в массе указанного боксита более 20 мас.% резко снижается температура начала деформации под нагрузкой в связи с избыточным образованием в огнеупоре при обжиге известково-железисто-алюмосиликатной жидкой фазы.

Использование боксита крупностью частиц более 3 мм уменьшает механическую прочность огнеупора вследствие отклонения зернового состава шихты от оптимальной гранулометрии для создания плотной упаковки. Утонение зернового состава (использование фракции менее 1 мм) вызывает образование повышенного количества жидкой фазы в системе Al₂O₃-Fe₂O₃-TiO₂-SiO₂ с пониженной вязкостью, что снижает температуру начала размягчения и увеличивает усадку заявляемого огнеупора.

При суммарной концентрации примесных оксидов переходных металлов (TiO₂+Fe₂O₃) в боксите более 6,5 мас.% существенно ухудшаются термофизические свойства высокоглиноземистого огнеупора вследствие повышенного содержания стеклофазы с низкой температурой ее размягчения.

Для получения огнеупора заявляемого состава использовали следующие материалы: глинозем неметаллургический марки ГЭФ (ГОСТ 30559-980); боксит спеченный китайский марки Rota HD фракции 1-3 мм с кремниевым модулем 13,4, содержащий, мас.%: 87,0 Al₂О₃; 6,5 SiO₂; 2,0 Fe₂O₃; 3,5 TiO₂; известково-железистую смесь (ИЖС), использумую на Первоуральском динасовом заводе для производства динасовых изделий, содержащую, мас.%: 0,8-1,6 оксида кальция, 0,7-1,4 оксида железа; лигносульфонат технический (ТУ 54-028-00279580-97); кристаллический кварцит месторождения «Гора Караульная» фракции 2,0-0,5 мм (ГОСТ 9854-81).

Указанные компоненты дозировали в количествах, приведенных в формуле изобретения, массу готовили в смесителе интенсивного действия. Сырец формовали на фрикционном прессе, затем сушили и обжигали в туннельной печи при температуре 1410°С с выдержкой 29 часов.

Примеры составов масс для изготовления образцов высокоглиноземистого огнеупора и его свойства указаны в таблицах (таблицы 1, 2).

Из таблицы 2 видно, что образцы патентуемого высокоглиноземистого огнеупора имеют более высокие показатели температуры начала деформации под нагрузкой и меньшие объемные изменения при обжиге.

Микроструктура высокоглиноземистого огнеупора представляет собой плотный сросток дискретных макрозерен кристобалитового заполнителя, сцементированных муллитокорундовой матрицей с межкристаллическими включениями стеклофазы. Минеральный состав представлен в основном муллитом, корундом и кристобалитом.

Совокупность положительных свойств данного огнеупора: объемопостоянство, высокие механическая прочность и температура начала деформации под нагрузкой позволяют успешно его эксплуатировать при высоких температурах, что подтвердили результаты испытаний в сталеразливочных ковшах.

Остаточное изменение размеров при нагреве определяли по ГОСТ 5402.1-2000, температуру начала деформации под нагрузкой по ГОСТ 4070-83, предел прочности при сжатии по ГОСТ 4071.1-94.

Источники информации

1. А.с. СССР №1583392, С04В 35/10, 1990.

2. А.с. СССР №644748, С04В 35/10, 1979.

3. А.с. СССР №895963, С04В 35/18, 1982.

Формула изобретения

Высокоглиноземистый огнеупор, полученный из массы, содержащей кристаллический кварцит, глинозем, оксиды железа и кальция и лигносульфонат технический, отличающийся тем, что масса дополнительно содержит боксит фракции 1-3 мм с кремниевым модулем не менее 10 и суммарным содержанием оксидов титана и железа не более 6,5 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.%: