Патент на изобретение №2363684

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФУТЕРОВКИ ТЕПЛОВЫХ АГРЕГАТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к строительным материалам и предназначено для футеровки тепловых агрегатов набивкой, например сталеразливочных ковшей и нагревательных колодцев. Футеровка тепловых агрегатов содержит кремнеземсодержащий наполнитель, огнеупорную глину, хромомагнезит, силикат-глыбу и композицию для покрытия на основе миксерного графита. Футеровка дополнительно содержит нанокристаллический диоксид кремния и смесь из сажи и фуллеренов при следующем соотношении компонентов, мас.%: кремнеземсодержащий компонент 54-76, огнеупорная глина 9-15, хромомагнезит 8-13, силикат-глыба 2-10, нанокристаллический диоксид кремния 1-6, смесь сажи и фуллеренов 2-7. Полученную смесь затворяют водой и наносят на внутреннюю поверхность сталеразливочного ковша, после чего наносят покрытие на основе миксерного графита, которое дополнительно содержит нанокристаллический диоксид кремния и смесь из сажи и фуллеренов при следующем соотношении компонентов, мас.%: нанокристаллический диоксид кремния 10-15, смесь сажи и фуллеренов 15-25 и миксерный графит – остальное. Технический результат изобретения – увеличение прочности футеровки при сжатии после нагрева до 1500°С и металлостойкости. 3 табл.

Изобретение относится к строительным материалам и предназначено для футеровки тепловых агрегатов набивкой и их покрытие, например сталеразливочных ковшей и нагревательных колодцев.

Известен способ получения огнестойкого покрытия, где предусмотрено нанесение на поверхность до пяти слоев композиции, содержащей связующее и наполнитель, с промежуточной сушкой каждого слоя и окончательной термообработкой покрытия при 150°С. Недостаток – низкая прочность из за плохой связи между пятью слоями. (Аналог, АС 2039070).

Известен также способ изготовления футеровки тепловых агрегатов, содержащей в мас.%: кремнеземсодержащий наполнитель 67-79, огнеупорную глину 9-15, хромомагнезит 9-15, силикат-глыбу 2-10. На рабочую поверхность изделий перед сушкой наносят миксерный графит толщиной 1-15 мм. Известная огнеупорная композиция с указанными компонентами и связующим с тонкостью помола до удельной поверхности 2500-3000 см²/г и в приведенных количествах, а также с покрытием рабочей поверхности только миксерным графитом не способствует повышению прочности, термической стойкости и шлакостойкости. (Прототип, АС 1828854).

Цель изобретения – повышение термической стойкости, прочности и шлакостойкости поверхности контакта с жидким металлом.

Поставленная цель достигается тем, что огнеупорная композиция для изготовления футеровки сталеразливочных ковшей, включающая кремнеземсодержащий наполнитель, огнеупорную глину, хромомагнезит-силикат-натриевое связующее, дополнительно содержит нанокристаллический диоксид кремния, смесь сажи и фуллеренов при следующем соотношении компонентов, мас.%

Полученную смесь затворяют водой и наносят на внутреннюю поверхность сталеразливочного ковша. Затем готовят смесь для покрытия, включающую в мас.%: нанокристаллический диоксид кремния 10-15, смесь сажи и фуллеренов 15-25, миксерный графит – остальное, наносят ее на рабочую поверхность набивной массы толщиной 1-1,5 мм любым приемлемым способом и сушат при температуре 200°С.

Существенным отличием предлагаемой огнеупорной композиции является то, что дополнительно в состав композиции вводят нанокристаллический диоксид кремния, смесь сажи и фуллеренов, а отдельно приготовленную смесь для покрытия из нанокристаллического диоксида кремния, смеси сажи и фуллеренов и миксерного графита наносят на рабочую поверхность перед сушкой для получения высокотемпературного, термически стойкого и прочного рабочего слоя, который получается за счет образования высокотемпературных карбидов и силикатов хрома, алюминия и железа с нанокристаллическими частицами диоксида кремния и смеси сажи и фуллеренов в процессе эксплуатации футеровки.

Увеличению термической стойкости способствует образование шлакоустойчивого слоя на рабочей поверхности футеровки, постепенное снижение плотности и связанную с этим прочность футеровки от горячего (рабочего слоя) до холодной поверхности. Следует отметить, что в основном слое формирование структуры в огнеупорной композиции на основе кремнеземсодержащего наполнителя и предлагаемого связующего достигается в процессе термообработки до 200°С, то есть сложившаяся структура при 200°С практически не изменяется в внутренних (холодных) слоях футеровки в процессе эксплуатации при температурах 1450-1500°С.

Повышение прочности на рабочей поверхности достигается за счет образования высокопрочных силикатов и карбидов железа, хрома, магнезита и алюминия из нанокристаллических частиц диоксида кремния и смеси сажи и фуллеренов с основными составляющими миксерного графита и огнеупорной композиции. В результате этого образуется металлонесмачиваемая высокотемпературная рабочая поверхность.

Хромомагнезит-силикат-натриевое композиционное вяжущее, включающее нанокристаллические частицы диоксида кремния и смесь сажи и фуллеренов, получают путем совместного сухого помола до удельной поверхности 2500-3000 см²/г в мас.%: хромомагнезита 80%, силикат-глыбы 20%, затем смешиванием нанокристаллического диоксида кремния и смеси сажи и фуллеренов с ним.

Хромомагнезит ГОСТ 10380-74, химический состав, %: MgO – 55, СаО – 1,5, Fe₂O₃ – 13, GО₃ – 20-30, Аl₂О₃ – 6.

Силикат-глыба (безводный силикат-натрия с силикатным модулем 2,7-3) соответствует ГОСТу 13079-81.

Смесь сажи и фуллеренов получают из природного шунгита (Патент 2232712. «Способ получения фуллеренового концентрата»).

Нанокристаллический диоксид кремния получают из паровой фазы или из рисовой шелухи (Патент 2191159 «Способ получения ультрадисперсного аморфного или нанокристаллического диоксида кремния». Патент 2067077 «Способ получения ультрадисперсного диоксида кремния и устройство для его осуществления»).

Без содержания в композиционном вяжущем нанокристаллического диоксида кремния и смеси сажи и фуллеренов не обеспечивается прочность основного слоя, а также прочность контакта рабочего слоя с основным. Причем совместно с огнеупорной глиной и хромомагнезит-силикат-натриевым вяжущим вышеуказанные новые компоненты в предлагаемом композиционном вяжущем способствуют увеличению термической стойкости и монтажной прочности основного слоя. Эти же компоненты совместно с миксерным графитом в рабочем слое (имеется контакт с железом) образуют металлонесмачиваемую высокотемпературную рабочую поверхность.

Введение кремнеземсодержащего компонента в количествах меньше предлагаемых не способствует образованию высокотемпературных силикатов, а введение ее в больших количествах приводит к увеличению объема основного слоя за счет образования низкотермостойкого кристобалита из свободной части кварцевого песка в условиях эксплуатации, особенно при температурах 1200-1300°С, и тем самым к уменьшению термической стойкости и прочности футеровки.

Введение силикат-глыбы в количествах меньше предлагаемых не обеспечивает достаточную прочность изделий после сушки при 200°С, а введение ее в количествах больше предлагаемых способствует увеличению плавнеобразующей компоненты, и тем самым снижается термическая стойкость и температура службы изделий и увеличивается металлосмачиваемость на границе с рабочим слоем.

Огнеупорная глина ТУ 14-8-90-74, использование ее в сочетании особенно с наноразмерными частицами диоксида кремния и смеси сажи и фуллеренов способствует образованию высокотемпературных и высокопрочных соединений силикатов, алюминатов, магнезитов и карбидов.

Миксерный графит является отходом металлургического производства, образующимся при охлаждении железоуглеродистых расплавов, в состав которых входят чешуйчатый графит (30-65%), окислы железа Fe₂O₄ и Fe₂O₃ (1-15%), карбиды железа: Fe₂С – цементит и Fe₃С – эксилон карбид (20-35%).

При нанесении на поверхность изделий смеси покрытия толщиной более 2 мм в нем образуются трещины, и тем самым снижается металлостойкость, нанесение же менее 1 мм приводит к неравномерному образованию высокотемпературной прослойки, что приводит также к снижению термической стойкости рабочей поверхности.

Кроме того, каждый из вышеуказанных компонентов в отдельности не обеспечивает достижения указанных отличий заявляемого состава, а в совокупности они дают положительный результат.

Пример 1

В смесь, содержащую, мас.%: кремнеземсодержащего наполнителя 76% (кварцевого песка Миллеревского месторождения), огнеупорной глины 9%, вводим композиционное вяжущее, получаемое путем совместного сухого помола, мас.% от обшей массы, хромомагнезита 8%, силикат-глыбы 4%, полученную смесь смешиваем в сухом виде в течение 2-3 мин, затем в нее вводим водный раствор нанокристаллического диоксида кремния в мас.% от общей массы 1% и смесь сажи и фуллеренов 2% (водотвердое отношение доводим до 0,11-0,12) и смешиваем в течение 2-3 мин. Затем футеруем сталеразливочный ковш. Далее перед сушкой на рабочую поверхность футеровки ковша наносим заранее отдельно подобранную оптимальную смесь для покрытия, включающую в мас.% от обшей массы наносимой смеси нанокристаллического диоксида кремния 10-15, смесь сажи и фуллеренов 15-25 и остальное миксерный графит. Эту смесь наносим на рабочую поверхность футеровки толщиной 1,5 мм любым приемлемым способом и далее ковш подвергаем сушке при 200°С в течение 4 ч.

Пример 2

В смесь, содержащую, мас.%: кремнеземсодержащего наполнителя 65% (кварцевого песка Миллеревского месторождения), огнеупорной глины 11%, вводим композиционное вяжущее, получаемое путем совместного сухого помола в мас.% от обшей массы хромомагнезита 14%, силикат-глыбы 2%, полученную смесь смешиваем в сухом виде в течение 2-3 мин, затем в нее вводим водный раствор нанокристаллического диоксида кремния в мас.% от общей массы 5% и смесь сажи и фуллеренов 3% (водотвердое отношение доводим до 0,11-0,12) и смешиваем в течение 2-3 мин. Затем этой смесью футеруем сталеразливочный ковш. Далее перед сушкой на рабочую поверхность футеровки ковша наносим заранее отдельно подобранную оптимальную смесь для покрытия, включающую в мас.% от обшей массы наносимой смеси нанокристаллического диоксида кремния 10-15, смесь сажи и фуллеренов 15-25 и остальное миксерный графит. Эту смесь наносим на рабочую поверхность футеровки толщиной 1,5 мм любым приемлемым способом и далее ковш подвергаем сушке при 200°С в течение 4 ч.

Пример 3

В смесь, содержащую, мас.%: кремнеземсодержащего наполнителя 56% (кварцевого песка Миллеревского месторождения), огнеупорной глины 15%, вводим композиционное вяжущее, получаемое путем совместного сухого помола, мас.% от обшей массы, хромомагнезита 13%, силикат-глыбы 8%, полученную смесь смешиваем в сухом виде в течение 2-3 мин, затем в нее вводим водный раствор нанокристаллического диоксида кремния в мас.% от общей массы 2% и смесь сажи и фуллеренов 6% (водотвердое отношение доводим до 0,11-0,12) и смешиваем в течение 2-3 мин. Затем футеруем сталеразливочный ковш. Далее перед сушкой на рабочую поверхность футеровки ковша наносим заранее отдельно подобранную оптимальную смесь для покрытия, включающую в мас.% от обшей массы смеси нанокристаллического диоксида кремния 10-15, смесь сажи и фуллеренов 15-25 и остальное миксерный графит. Эту смесь наносим на рабочую поверхность футеровки толщиной 1,5 мм любым приемлемым способом и далее ковш подвергаем сушке при 200°С в течение 4 часов.

Пример 4

В смесь, содержащую, мас.%: кремнеземсодержащего наполнителя 54% (кварцевого песка Миллеревского месторождения), огнеупорной глины 14%, вводим композиционное вяжущее, получаемое путем совместного сухого помола в мас.% от обшей массы, хромомагнезита 13%, силикат-глыбы 10%, полученную смесь смешиваем в сухом виде в течение 2-3 мин, затем в нее вводим водный раствор нанокристаллического диоксида кремния в мас.% от общей массы 4% и смесь сажи и фуллеренов 5% (водотвердое отношение доводим до 0,11-0,12) и смешиваем в течение 2-3 мин. Затем футеруем сталеразливочный ковш. Далее перед сушкой на рабочую поверхность футеровки ковша наносим заранее отдельно подобранную оптимальную смесь для покрытия, включающую в мас.% от обшей массы смеси нанокристаллического диоксида кремния 10-15, смесь сажи и фуллеренов 15-25 и остальное миксерный графит. Эту смесь наносим на рабочую поверхность футеровки толщиной 1,5 мм любым приемлемым способом и далее ковш подвергаем сушке при 200°С в течение 4 часов.

Пример 5

В смесь, содержащую, мас.%: кремнеземсодержащего наполнителя 54% (кварцевого песка Миллеревского месторождения), огнеупорной глины 11%, вводим композиционное вяжущее, получаемое путем совместного сухого помола в мас.% от обшей массы, хромомагнезита 12%, силикат-глыбы 10%, полученную смесь смешиваем в сухом виде в течение 2-3 мин, затем в нее вводим водный раствор нанокристаллического диоксида кремния в мас.% от общей массы 6% и смесь сажи и фуллеренов 7% (водотвердое отношение доводим до 0,11-0,12) и смешиваем в течение 2-3 мин. Затем футеруем сталеразливочный ковш. Далее перед сушкой на рабочую поверхность футеровки ковша наносим заранее отдельно подобранную оптимальную смесь для покрытия, включающую в мас.% от обшей массы смеси нанокристаллического диоксида кремния 10-15, смесь сажи и фуллеренов 15-25 и остальное миксерный графит. Эту смесь наносим на рабочую поверхность футеровки толщиной 1,5 мм любым приемлемым способом и далее ковш подвергаем сушке при 200°С в течение 4 часов.

Пример 6

В смесь, содержащую, мас.%: кремнеземсодержащего наполнителя 73% (кварцевого песка Миллеревского месторождения), огнеупорной глины 9% вводим композиционное вяжущее, получаемое путем совместного сухого помола в мас.% от обшей массы, хромомагнезита 9%, силикат-глыбы 2%, полученную смесь смешиваем в сухом виде в течение 2-3 мин, затем в нее вводим водный раствор нанокристаллического диоксида кремния в мас.% от общей массы 3% и смесь сажи и фуллеренов 4% (водотвердое отношение доводим до 0,11-0,12) и смешиваем в течение 2-3 мин. Затем футеруем сталеразливочный ковш. Далее перед сушкой на рабочую поверхность футеровки ковша наносим заранее отдельно подобранную оптимальную смесь для покрытия, включающую в мас.% от обшей массы смеси нанокристаллического диоксида кремния 10-15, смесь сажи и фуллеренов 15-25 и остальное миксерный графит. Эту смесь наносим на рабочую поверхность футеровки толщиной 1,5 мм любым приемлемым способом и далее ковш подвергаем сушке при 200°С в течение 4 часов.

После футеровки сталеразливочного ковша оптимальным составом 6 на рабочую поверхность наносим различные толщины заранее полученного оптимального состава покрытия.

Зависимость свойств состава 6 от толщины нанесенного слоя оптимального состава покрытия приведены в таблице 3.

Изделия, изготовленные из предлагаемой композиции, обладают высокими показателями теплофизических свойств, позволяющих увеличить срок службы сталеразливочного ковша по сравнению с прототипом в 7-8 раз. Результаты испытаний приведены в табл.1 и 2.

Литература

1. Способ получения огнестойкого покрытия. Епифановский И.С., Дмитриенко Ю.И., Полежаев Ю.В., Медведев Ю.В., Михатулий Д.С. Аналог. RU, Патент 2039070, С09D 183/04, С09D 5/18, В05D 1/38. 1995 г. 2000 г.

2. Способ изготовления футеровки тепловых агрегатов. Тотурбиев Б.Д., Батырмурзаев Ш.Д., Даитбеков А.М. Прототип RU, Патент 1828854 А1, С04В 35/14, 28/26. 1993 г. Бюл. 24.

Формула изобретения

Футеровка тепловых агрегатов, содержащая кремнеземсодержащий наполнитель, огнеупорную глину, хромомагнезит, силикат-глыбу и композицию для покрытия на основе миксерного графита, отличающаяся тем, что футеровка дополнительно содержит нанокристаллический диоксид кремния и смесь из сажи и фуллеренов при следующем соотношении компонентов, мас.%: кремнеземсодержащий компонент – 54-76, огнеупорная глина – 9-15, хромомагнезит 8-13, силикат-глыба 2-10, нанокристаллический диоксид кремния 1-6, смесь сажи и фуллеренов 2-7, покрытие на основе миксерного графита дополнительно содержит нанокристаллический диоксид кремния и смесь из сажи и фуллеренов при следующем соотношении компонентов, мас.%: нанокристаллический диоксид кремния 10-15, смесь сажи и фуллеренов 15-25 и миксерный графит – остальное.