Спосіб виготовлення вогнетривких виробів з внутрішньою порожниною

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к высокоглиноземистым и корундовым огнеупором, используемым в качестве трубопроводов, в качестве горелочных блоков или диффузоров для нагревательных печей металлургической промышленности, и может быть использовано в цветной, авиационной и др. отраслях промышленности, применяемых огнеупорные изделия с внутренней полостью простой и сложной конфигурации. При изготовлении изделий с внутренней полостью, особенно сложной конфигурации, возникают большие трудности при конструировании, изготовлении и формировании внутренней полости. Известна формовка литьем полых огнеупорных изделий, осуществляемая путем установки в корпусе стержня, состоящего из сердечника с надетой на него каучуковой оболочкой. После заливки внутрь формы шламообразного огнеупорного материала удаляют сердечник, затем отсасывают через отверстие на торце каучуковой оболочки воздух - оболочка сжимается и затем удаляется [1]. Недостатком этого метода является то, что данный способ пригоден лишь для изготовления полости простой формы и непригоден для изготовления полости сложной конфигурации. Другой способ изготовления керамических изделий с полостью сложной конфигурации включает изготовление пуансона из шликера на основе порошкообразного графита на термопластичной связке методом горячего литья под давлением, размещение его β форме и оформление керамической заготовки с последующим утильным и окончательным обжигом [2]. Недостатком данного способа является необходимость дополнительного предварительного обжига для удаления из пуансона 20-30% термопластичной связки с последующим двойным обжигом (утильным и окончательным) керамической заготовки. Наиболее близким является способ формирования внутренней полости керамических изделий с применением пуансонов из сыпучего порошкообразного материала на термопластичной связке [3]. Недостатками данного способа являются: а) необходимость проведения дополнительно операции выжигания термопластичной связки пуансона с последующим высыпанием порошкообразного материала (глинозема, кварцевого песка или графита) и подачей на высокотемпературный обжиг или выжигание пуансона в процессе высокотемпературного обжига, что приводит к значительным газовыделениям и загрязнению атмосферы: б) высокая кажущаяся плотность материала пуансона и их значительная стоимость. Целью изобретения является упрощение технологии с одновременным снижением газовыделений и уменьшение себестоимости полых огнеупорных изделий. Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления огнеупорных изделий с внутренней полостью, включающем установку пуансона-пустотообразователя в форму, заполнение ее огнеупорной массой, извлечение заготовки с пуансоном из формы, сушку и обжиг изделий, в качестве пустотообразователя применяют пуансон из пенополистирола с кажущейся плотностью 0,021-0,040 г/см 3, при этом сушку осуществляют при температуре 100-150°C с последующим удалением пуансона перед обжигом. Благодаря предложенному материалу для пуансона и режиму сушки значительно упрощается технология изготовления изделий за счет исключения операции выжигания термопластичной связки пуансона или полного выжигания пуансона в процессе высокотемпературного обжига. При этом практически исключается газовыделение, сопутствующее выжиганию термопластичной связки. Пуансоны из пенополистирола свободно удаляются из сырца изделий после сушки при 100-150°С, т.к. уменьшаются в размере в 2-30 раз. Кажущаяся плотность пенополистироловых пуансонов в 42-87 раз ниже, чем пуансонов у прототипа, а стоимость 1 м 3 в 2-35 раз ниже (см, табл. 1), что приводит к уменьшению себестоимости готовых изделий. Предлагаемый способ реализуют следующим образом. Пенополистироловый пуансон с кажущейся плотностью 0,021-0,40 г/см 3 устанавливают в форму (гипсовую, деревянную или металлическую), заполняют форму огнеупорной массой, после приобретения необходимой прочности освобождают сырец с пуансоном из формы и устанавливают в сушку, где достигают максимальной температуры 100-150°С. Затем охлаждают полуфабрикат и удаляют пуансон, объем которого в процессе сушки полуфабриката уменьшился в 2-30 раз. Освобожденный от пуансона полуфабрикат подают на высокотемпературный обжиг. Примеры, Были изготовлены пуансоны со средним диаметром 55 мм и высотой 60 мм состава прототипа из глинозема на термопластичной связке и пуансон из пенополистирола с различной кажущейся плотностью. Данные пуансоны вставляли в металлическую форму, собирали форму с фиксированием пуансона и закрепляли форму на вибростоле. Приготовляли муллитокорундовую огнеупорную массу влажностью около 6% следующего состава, мас.%: Массу подавали в зазор между металлической обечайкой и закрепленным в форме пуансоном. При вибрировании формы масса текла и заполняла пространство между обечайкой и пуансоном. После выдерживания массы в течение 30-60 мин форму разбирали, вынимали сырец изделия из формы вместе с пуансоном. Изготовленные образцы с пуансоном устанавливали в сушильный шкаф и производили термообработку при 100-150°С в течение 2 часов. При использовании пуансона прототипа (из глинозема на термопластичной связке) в процессе сушки сырец огнеупора пропитывался расплавом термопластичной связки, пуансон после сушки вынуть из образца невозможно и только после утильного обжига после выгорания термопластичной связки и удаления глинозема, т.е. полного удаления пуансона, возможно было осуществить высокотемпературный обжиг изделия. Пенополистироловые пуансоны с кажущейся плотностью 0,047 и 0,057 г/см 3 при данной термической обработке разрушили огнеупорные образцы (растрескались по образующей). При использовании рекомендуемых пенополистироловых пуансонов при их кажущейся плотности от 0,017 до 0,040 г/см 3 при температурах 100- 150°C происходила усадка - их объем уменьшался в 2-30 раз и они легко вынимались из сырца огнеупорных изделий. При таком значительном изменении объема масса пуансонов практически не изменяется (масса уменьшилась на 0,2-1,4%), что свидетельствует об отсутствии термодеструкции. Высушенные образцы без пенополистироловых пуансонов подавались на высокотемпературный обжиг, Влияние температуры на объемные изменения пуансонов с различной кажущейся плотностью приведены в таблице 2. Пуансоны устанавливали в сушильный шкаф при температуре 70°С и после 2-часовой выдержки поднимали температур у до 150°С с интервалом 10°С и выдержкой 2 часа при каждой температуре. Наиболее значительную усадку при температуре 100-150°С имеют пуансоны с исходной кажущейся плотностью пенополистирола 0,017-0,040 г/см 3. При плотности 0,047 и 0,057 г/см 3 наблюдается значительный рост пуансонов. Данный способ с использованием пенополистироловых пуансонов с кажущейся плотностью от 0,017 до 0,052 г/см 3 проверен при изготовлении особосложных промышленных изделий - тройника реформера и крупногабаритных диффузоров, Пенополистироловые пуансоны фиксировали в специально изготовленных формах, формы крепили к вибростолу и огнеупорную массу выше указанного состава заливали при вибрировании в форму. Затем форму с сырцом изделия подавали в сушильную камеру, где выдерживали при температуре 70°С в течение 5-10 часов. После приобретения сырцом изделия прочности, форму разбирали и удаляли, температуру в сушке поднимали до 100-150°С и сырец выдерживали в зависимости от его размера от 4 до 24 часов. При использовании пуансонов с плотностью 0,047 и 0,052 г/см 3 сырец тройника рассыпался, а в каналах диффузора наблюдались трещины, что связано с объемными изменениями пуансона в процессе термообработки. При использовании в диффузоре пуансонов состава прототипа из глинозема на термопластичной связке, после термообработки их удалить не удалось - сырец изделия был подан на обжиг, где и произошло выгорание термопластичной связки и высыпание глинозема. При применении пуансонов с исходной кажущейся плотностью от 0,021 до 0,040 г/см 3, сырец изделий никаких дефектов не имел. Пуансоны легко удалялись из изделий. При использовании пенополистироловых пуансонов с кажущейся плотностью 0,017 г/см 3 внутренняя поверхность каналов тройника и диффузоров была несколько деформированной, что связано с низкой прочностью пенополистирола и его деформацией при заливке тяжелой огнеупорной массой (3,1 г/см 3), а также имела неудовлетворительную внутреннюю поверхность что связано с некачественной поверхностью пуансона из-за разрывов отдельных ячеек гранул пенополистирола и недостаточно плотным их спеканием между собой из-за их максимального вспенивания, Выполненные эксперименты и промышленные испытания показали, что при применении пуансонов состава прототипа невозможно осуществить операцию удаления пуансона из сырца изделия перед обжигом. Изготовление огнеупорных изделий с внутренней полостью с использованием в качестве пустотообразоватепей пенополистироловых пуансонов с кажущейся плотностью 0,021-0,040 г/см 3 с последующей термообработкой при температуре 100-150°С и удалением пуансона перед обжигом позволяет: - значительно упростить технологию и исключить дополнительный обжиг по выгоранию термопластичной связки. Выгорание связки приводит к значительным газовыделениям и загрязнению атмосферы. Например, при обжиге 1 пуансона тройника реформера, изготовленного из глинозема на термопластичной связке массой 6370 г следует удалить 950 г связки; - использовать значительно более легкие пенополистироловые пуансоны, которые в 42-87 раз легче, чем пуансоны состава прототипа. При использовании рекомендуемых пуансонов не требуется прилагать больших физических усилий и осторожного обращения для предотвращения их деформации. Например, рекомендуемый пуансон из пенополистирола для тройника реформера весит 75 г, а пуансон из глинозема на термопластичной связке 6370 г, - снизить стоимость пуансонов на 50-87%; - снизить расход материалов на изготовление пуансонов на 97,7-98,9%; - снизить производственные расходы за счет отказа от дополнительного обжига на 95%.