Высокоглиноземистый огнеупор

Высокоглиноземистый огнеупор

Реферат

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.

Таблица 1
Составы масс для изготовления высокоглиноземистого огнеупора
	Содержание, мас.%
Компоненты	Заявляемый состав	За пределами	Известный
	1	2	3	4	5	6	7
глинозем	50,0	45,0	40,0	66,0	43,0	32,0	47,5
боксит марки Rota HD фр.1-3 мм с кремниевым модулем 13,4	20,0	15,0	10,0	8,0	25,0	15,0	0
оксид кальция	1,6	1,0	0,8	1,0	1,60	1,0	1,0
оксид железа	1,4	1,0	0,7	1,0	1,4	1,0	0,5
лигносульфонат технический	5,0	4,0	3,0	4,0	3,0	4,0	6,0
кристаллический кварцит	22,0	34,0	45,5	20,0	26,0	47,0	45,0

Таблица 2
Свойства высокоглиноземистого огнеупора
Состав массы	Температура начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа	Огнеупорность, °С	Предел прочности при сжатии, МПа	Линейный рост (+) или усадка (-), %
1	>1680	>1770	88,5	-0,2
2	>1680	>1770	124,0	+0,1
3	>1680	>1770	98,5	+0,3
4	1600	>1770	48,3	+0,7
5	1580	1730	54,1	+2,3
6	1630	1750	62,3	+2,6
7	1580	>1770	88,5	-0,8

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.%:

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