2448927 - Огнеупор

Огнеупор

Изобретение относится к области производства огнеупоров с высокой излучательной способностью и предельной температурой длительного использования и может найти применение в металлургической теплотехнике, высокотемпературных установках и камерах сгорания. Готовый муллитокремнеземистый огнеупор содержит следующие эвтектические фазы, мас.%: муллит 3Al₂O₃·2SiO₂ 85-95, кристобалит 1-15 и хромит FeO·Cr₂O₃ 1-6. Огнеупор получают плавкой в дуговой печи сырьевых материалов: технического глинозема, кварцита и хромита при температуре 2100°С. Наличие хромита повышает огнеупорность, а присутствие кристобалита повышает излучательную способность муллита при высоких температурах. Технический результат - повышение огнеупорности и излучательной способности огнеупоров, что позволит снизить длительность прогрева печей, топок и котлов при пуске их в эксплуатацию и тем самым уменьшить расход топлива при производстве тепловой энергии. 3 табл.

Реферат

Изобретение относится к области производства огнеупоров с высокой излучательпой способностью и предельной температурой длительного использования и может найти применение в металлургической теплотехнике, высокотемпературных установках и камерах сгорания.

Известен огнеупор корунд КЛ-1,3, который содержит по фазовому составу 74% корунда и 26% муллита (см. книгу Стрелов К.К. и др. Технология огнеупоров. - М.: Металлургия. - 1988 г., с.307, 313, 266). По химическому составу КЛ-1,3 состоит из 95% Al₂O₃ (остальное - SiO₂). Фаза муллит - это эвтектика, условная формула которой 2Al₂O₃·SiO₂ при предельном содержании Al₂O₃ 78%. Фаза корунд представляет собой вещество с кристаллической решеткой α-Al₂O₃. Недостатки известного огнеупора:

1. Низкая излучательная способность, которая составляет 0,34 при температуре 1527°С.

2. Высокая стоимость огнеупора из-за дороговизны технического глинозема, используемого в качестве добавки при получении огнеупора.

Известен огнеупор шамот 40-30 по ГОСТ 390-83 (ГОСТ 390-83. Шамотные изделия. - М.: Изд-во стандартов, 1983, с.8), содержащий 40 массовых % Al₂O₃ (остальное - SiO₂) и состоящий из 50% муллита и 50% кристобалита. Кристобалит - это эвтектическая фаза, которая содержит 5,5% Al₂O₃ и 94,5% SiO₂.

Недостатки известного огнеупора:

1. Низкая излучательная способность, составляющая 0,43 при температуре 1527°С.

2. Относительно невысокая огнеупорность, составляющая 1740°С. Наиболее близким к заявляемому изобретению является огнеупор, содержащий, мас.%: 30…70 муллита, 20…69 кремнеземистого материала и 1…10 Cr₂O₃ (см. патент JP 56-48458, С04В 35/10, опубл. 16.11.1981 г.).

Недостатки известного огнеупора:

1. Невысокая излучательная способность, которая при оптимальном содержании 70% (мас.) муллита составляет 0,57 при температуре 1527°С.

2. Невысокая огнеупорность, составляющая при оптимальном содержании 70% (мас.) муллита, 1800°С.

Задачей изобретения является разработка состава готового муллитокремнеземистого огнеупора с высокой огнеупорностью и высокой излучательной способностью.

Технический результат достигается тем, что в огнеупор, содержащий эвтектические фазы муллит 3Al₂O₃·2SiO₂ и кристобалит, согласно изобретению, дополнительно введена фаза хромит FeO·Cr₂O₃ при следующем содержании фаз, мас.%:

муллит	85…95
крнстобалит	1…15
хромит FeO·Cr₂O₃	1…6

Исходная рецептура заявляемого огнеупора содержит следующие компоненты (см. табл.1):

Таблица 1
Рецептура заявляемого огнеупора по исходному минералогическому сырью
Компоненты и параметры	Значение
Технический глинозем (Al₂O₃=99,8%, размер частиц менее 0,07 мм), массовых %	66
Кварцит Первоуральского месторождения (SiO₂=99,8%, размер частиц менее 0,09 мм), массовых %	30
Кимперсайский хромит (месторождение Южного Урала, содержание основного вещества по условной формуле* FeO·Cr₂O₃=66,19%, подробный состав см. в табл.2, размер частиц менее 0,5 мм), массовых %	4
* - условная формула (см. кн. Стрелов К.К. и др. Технология огнеупоров. - М.: Металлургия. - 1988 г., с.392).

Таблица 2.
Состав Кимперсайского хромита (месторождение - Южный Урал):
Компоненты и параметры	Значение
Cr₂O₃, массовых %	51,77
MgO, массовых %	14,75
FeO+Fe₂O₃ в пересчете на Fe₂O₃, массовых %	14,49
Al₂O₃, массовых %	10,15
SiO₂, массовых %	6,73
Природные минералогические примеси, %	2,11

Способ получения заявляемого огнеупора

Плавка в электродуговой печи ДС-0,5 при окислительном режиме на открытой дуге при температуре 2100°С. Длительность плавки 1 час. По окончанию плавки жидкий расплав шихты выливается в форму, в которой он остывает. Технический глинозем Al₂O₃ плавится при температуре 2050°С, кварцит SiO₂ плавится при температуре 1770°С. В известном огнеупоре (см. патент JP 56-48458) чистый оксид хрома Cr₂O₃ плавится при температуре 1990°С. В заявляемом огнеупоре хромит FeO·Cr₂O₃ плавится при температуре 2180°С и в расплаве технического глинозема с кварцитом при температуре 2100°С присутствует в виде кристаллов, что повышает огнеупорность заявляемого огнеупора. Так как в исходной шихте содержится смесь технического глинозема Al₂O₃ в количестве 66% и кварцита SiO₂ в количестве 30% (см. табл.1), то при охлаждении расплава технического глинозема с кварцитом при температуре 1910°С затвердевает эвтектика муллит 3Al₂O₃·2SiO₂, то есть выпадают кристаллы муллита в жидком кварците SiO₂.

Гарантированный показатель огнеупорности заявляемой рецептуры готового огнеупора равен 1910°С, так как кристаллы хромита FeO·Cr₂O₃, содержащиеся в шихте, плавятся при 2180°С. При дальнейшем охлаждении смеси кристаллов муллита 3Al₂O₃·2SiO₂ и жидкого кварцита SiO₂ при температуре 1585°С затвердевает эвтектическая фаза кристобалит.

В заявляемом готовом огнеупоре после электроплавки исходной рецептуры (см. табл.1) содержание муллита составило 95% и кристобалита 5% и определено по диаграмме состояния Al₂O₃-SiO₂ по правилу рычага. Содержание чистого Al₂O₃ в исходной рецептуре равно (0,998×66%) 65,868%, содержание чистого SiO₂ равно (0,998×30) 29,94%.

Суммарное содержание в исходной рецептуре чистого Al₂O₃ и чистого SiO₂ составляет (65,868%+29,94) 95,808% и коэффициент приведения исходной рецептуры к 100%-ному содержанию Al₂O₃+SiO₂ по диаграмме состояния равен 0,95808. Отсюда приведенное к диаграмме состояния содержание Al₂O₃ в исходной рецептуре составит (65,868%/0,95808) 68,75 %. Приведенное содержание чистого Al₂O₃ в исходной рецептуре необходимо лишь для определения количества муллита и кристобалита в готовом огнеупоре. Содержание чистого хромита FeO·Cr₂O₃ в готовом огнеупоре составляет (4%×0,6612) 65%.

Результаты экспериментов по измерению излучательной способности ε при температуре 1600°С и огнеупорности t_пл (°C) для различных составов по содержанию (мас.%) чистых фаз муллита 3Al₂O₃·2SiO₂, кристобалита и хромита FeO·Cr₂O₃ в готовых огнеупорах рецептур приведены в табл.3. В табл.3 муллит 3Al₂O₃·2SiO₂ и кристобалит представляют собой фазы, в состав которых входят химические вещества Al₂O₃, SiO₂ и которые с химическим веществом хромитом FeO·Cr₂O₃ и исходными примесями дают 100%.

Таблица 3
Излучательная способность ε и огнеупорность t_пл (°C) рецептур в зависимости от содержания фаз
Содержание фаз, % по массе	ε	t_пл, °C
3Al₂O₃·2SiO₂=95%%, кристобалит = 5%, FeO·Cr₂O₃=2,65%;	0,62	1910
3Al₂O₃·2SiO₂=85%%, кристобалит = 15%, FeO·Cr₂O₃=2,65%;	0,60	1885
3Al₂O₃·2SiO₂=99%%, кристобалит = 1%, FeO·Cr₂O₃=5,3%;	0,61	1900
3Al₂O₃·2SiO₂=92,5%%, кристобалит = 7,5%, FeO·Cr₂O₃=1%	0,59	1895

Технический результат - повышение огнеупорности ц излучательнои способности огнеупора - достигается тем, что в готовом огпеупоре содержится фаза хромит FeO·Cr₂O₃ с температурой плавления 2180°С, а также большое содержание фазы муллит 3Al₂O₃·2SiO₂. Присутствие кристобалита повышает излучательную способность муллита при высоких температурах.

Огнеупор, содержащий эвтектические фазы муллит 3Al₂O₃·2SiO₂ и кристобалит, отличающийся тем, что в него дополнительно введена фаза хромит FeO·Cr₂O₃ при следующем содержании фаз, мас.%:

Муллит	85-95
Кристобалит	1-15
Хромит FeO·Cr₂O₃	1-6

Огнеупор

Патент 2448927