Шихта для изготовления огнеупорных изделий

Шихта для изготовления огнеупорных изделий

Реферат

Изобретение относится к производству огнеупоров и может быть использовано для изготовления крупногабаритных изделий металоразливочных конструкций различной конфигурации.

Для разливки стали в настоящее время применяются муллитокорундовые, корундовые, цирконовые, шамотные огнеупоры, условия службы которых зависят от температуры, марки разливаемой стали, продолжительности разливки, режима работы.

Повышение стойкости огнеупора в металлоразливочных конструкциях осуществляется созданием материалов гетерогенных структур, определяющих смачивание огнеупоров сталью и шлаком. Из известных классов огнеупорных материалов выделяются корундовые композиции с модифицирующими добавками в широких концентрационных интервалах (SU 296735, 02.03.1971; SU 336312, 21.04.1972; SU 346281, 28.07.1972; SU 389526, 27.09.1973; SU 628135, 1977; SU 607822, 1976; Fr №2120566, 1972; SU 1719365, 15.03.92; RU 20936383, 20.11.97; RU 2100315, 20.11.97; RU 2245864, 10.02.2005).

Описать процесс взаимодействия компонентов сталей и шлаков с гетерогенным огнеупорным материалом общей математической моделью не представляется возможным. Поэтому для совершенствования качества огнеупора экспериментально определяют модифицирующие добавки и их концентрацию применительно к требованиям физико-механических свойств и термостойкости в зависимости от целевого назначения.

Наиболее близким к изобретению по техническому решению - прототипом - является шихта для изготовления огнеупорных изделий, включающая шамот с содержанием Al₂O₃ не менее 68 мас.%, в качестве цирконсодержащего компонента - цирконовый концентрат и дополнительно электрокорунд и гидролизованный этилсиликат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Шамот с содержанием Al2O3 не менее 68 мас.%	40-48
Глинозем	27-32
Цирконовый концентрат	5-8
Электрокорунд	12-16
Гидролизованный этилсиликат	6-7

при этом шихта содержит шамот следующих фракций, мас.%.

0,63-1,6 мм	20-22
1,6-2,5 мм	18-20
2,5-5,0 мм	34-36
5,0-7,0 мм	24-26

(SU 1047875, 15.10.1983)

Недостатками изделий, изготовленных из известной шихты, является высокий темп изменения прочности под воздействием нестационарных тепловых потоков, что снижает эксплуатационную надежность керамического материала в условиях высоких статических и динамических нагрузок разливки высоколегированных жаропрочных сплавов.

Цель изобретения - повышение качества огнеупорного материала.

Поставленная цель достигается тем, что шихта для изготовления огнеупорных изделий, включающая шамот, глинозем, цирконовый концентрат и технологическое связующее, в качестве шамота содержит кальцинированный боксит и дополнительно оксид хрома, оксид титана, волластонит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кальцинированный боксит	60-80
Цирконовый концентрат	4-26
Глинозем	7-13
Оксид хрома	0,7-3,4
Оксид титана	0,6-1,7
Волластонит	0,6-3,0
Декстрин, свыше 100%	5-10

Причем шихта содержит кальцинированный боксит следующих фракций, мас.%:

0,5-2,5 мм	70
0,004-0,01 мм	30

цирконовый концентрат, глинозем, оксид хрома, оксид титана введены в виде смеси совместного помола с удельной поверхностью 8000-10000 см²/г, а волластонит введен в виде природного минерала волокнистой структуры.

Введение в состав шихты кальцинированного боксита определенных фракций со стабилизированной структурой позволяет повысить сопротивляемость ползучести при высоких температурах, а незначительная пористость, в основном внутрикристаллическая, определяет устойчивость против пропитки материала изделия шлаками и сталью.

Содержание модифицирующих компонентов в шихте определено экспериментально и приводит к созданию многофазного состава (корунд, муллит, хромшпинелид, титанат кальция, кубическая окись циркония), обладающего высокой прочностью на сжатие, ударной прочностью, термостойкостью, устойчивостью к расплавам и шлакам, содержащим компоненты, входящие в состав синтезированного огнеупора. Введение модифицирующих добавок в виде смеси совместного помола с удельной поверхностью 8000-10000 см²/г позволяет равномерно распределить ингридиенты по гранулам крупнофракционного кальцинированного боксита, создать плотную мелкозернистую структуру, препятствующую коррозии огнеупора по границам крупнозернистых фракций.

Введение волластонита в виде природного минерала волокнистой структуры приводит к возможности его ориентации в направлении сдвиговых деформаций при формовании пластифицированной сырьевой смеси для улучшения таких ее реологических свойств, как снижение предельного напряжения сдвига, а также как источника кальция, приводящего к образованию кубического оксида циркония и термостойкой фазы титаната кальция.

Доверительные интервалы по содержанию декстрина позволяют использовать все методы формования, известные в огнеупорной промышленности.

Пример изготовления шихты.

При изготовлении шихты были использованы компоненты:

Кальцинированный боксит	ТУ 8434-42-2001
Цирконовый концентрат	ТУ 14-10-015-98
Глинозем ГК	ГОСТ 30559-98
Оксид хрома	ГОСТ 2912-89
Оксид титана	ГОСТ 98008-84
Волластонит	ТУ 5726-001-4555550-99
Декстрин	ГОСТ 6034-84
Вода водопроводная

Схема изготовления шихты во всех доверительных интервалах по содержанию компонентов была идентична и состояла в следующем: смешивали крупнофракционный и высокодисперсный кальцинированный боксит всухую, расчетное количество цирконового концентрата, глинозема, оксида хрома, оксида титана получали путем совместного помола в вибромельнице до удельной поверхности 9000 см²/г и вводили в смесь кальцинированного боксита с последующим сухим перемешиванием на быстродействующем смесителе модели "Эрих". Подготавливают раствор декстрина в воде и распускают в нем волокна волластонита. Полученную смесь вводят в порошкообразные компоненты и проводят гомогенизацию в течении 3-5 мин. Подготовленную шихту с содержанием декстрина 7 мас.% использовали для изготовления металопроводов непрерывной разливки высоколегированных жаропрочных сталей. Формование металлопроводов в виде труб размером D_нар.=100 мм, d_вн.=40 мм, h=330 мм проводили методом гидростатического прессования с последующим обжигом в воздушной среде при температуре 1600±50°С.

Примеры составов шихт и характеристики материалов изделий представлены соответственно в табл.1 и табл.2.

Изделия, изготовленные из предлагаемой шихты были испытаны в реальных условиях эксплуатации при непрерывной разливке 150 т стали в течение одного часа. Результаты испытаний показали, что изделия, полученные из предложенной шихты, надежнее прототипа, а также импортных аналогов, так как не происходит зарастание разливочного канала, прочностные характеристики позволяли вторично использовать металлопровод, что показывает конкурентоспособность предложенного технического решения.

Таким образом, была подтверждена техническая полезность и реализованы поставленные цели.

Таблица 1.
Компонент	Содержание компонентов, мас.%.
1	2	3
Кальцинированный боксит	60	70	80
Цирконовый концентрат	26	15	4,0
Глинозем	7	10	13
Оксид хрома	3,4	2,0	0,7
Оксид титана	1,7	1.2	0,6
Волластонит	3,0	1,8	0,6
Декстрин, свыше 100%	5	7,5	10
Таблица 2.
Свойства	Образцы из предлагаемой шихты	Прототип
1	2	3
Термостойкость при 1300°С - вода, кол-во теплосмен до разрушения	>100	>100	>100	>60
Предел прочности при сжатии, МПа	130	135	145	105-140
Пористость, %	13	10	8	13-16
Остаточная прочность после 25 т/смен, МПа	127	132	140	87-100
60 т/смен, МПа	80	75	60	35-45
Ударная вязкость МПам1/2	5,5	5,1	4,9	4,2-4,6 по аналогу RU 2096383
Шлакоразъедание при 1400°С, % от толщины стенки	5,2	4,1	3,3	10,8

1. Шихта для изготовления огнеупорных изделий, включающая шамот, глинозем, цирконовый концентрат, технологическое связующее, отличающаяся тем, что в качестве шамота используется кальцинированный боксит и дополнительно оксид хрома, оксид титана, волластонит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кальцинированный боксит	60-80
Цирконовый концентрат	4-26
Глинозем	7-13
Оксид хрома	0,7-3,4
Оксид титана	0,6-1,7
Волластонит	0,6-3,0
Декстрин, свыше 100%	5-10

2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что содержит кальцинированный боксит следующих фракций, мас.%:

0,5-2,5 мм	70
0,004-0,01 мм	30

3. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что цирконовый концентрат, глинозем, оксид хрома и оксид титана введены в виде смеси совместного помола с удельной поверхностью 8000-10000 см²/г.

4. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что волластонит введен в виде природного минерала волокнистой структуры.