Шихта для виготовлення вогнетривких виробів

Шихта для виготовлення вогнетривких виробів, що включає карбід кремнію, кремній кристалічний і зв'язку, яка відрізняється тим, що вона додатково включає тонкомелену суміш феросиліцію і карбідокремнієвмісних ВІДХОДІВ графітацм електродного виробництва в співвідношенні від 1 2 до 2 1, а як зв'язку - термооброблену патоку ЩІЛЬНІСТЮ 1,32-1,34 г/см3 при наступному співвідношенні компонентів, мас % карбід кремнію 68-76 кремній кристалічний 18-26 тонкомелена суміш феросиліцію і карбідокремнієвмісних ВІДХОДІВ графітацм електродно го виробництва в співвідношенні від 1 2 до 2 1 1,8-2,2 термооброблена патока ЩІЛЬНІСТЮ 1,32-1,34 г/смґ 3,8-4,2 О Винахід відноситься до виробництва вогнетривів і може бути використаний для виготовлення вогнетривких виробів для футеровки теплових агрегатів кольорової металургії і доменних печей Відома шихта для виготовлення вогнетривких виробів із карбіду кремнію, кремнезему і кремнію (ас №280297, Мкл СО4В 35/58, 1969р) Однак, така шихта не дозволяє одержати карбідкремнієві вироби з високими шлако- і лугостійкістю із-за підвищеного вмісту залишкового кремнезему Найбільш близьким за технічною суттю і досягнутим результатом до винаходу є шихта для виготовлення вогнетривких виробів, яка складається з карбіду кремнію, кремнію кристалічного і зв'язки (Карась Г Е , Иванова М Я , Фрайфельд М С и др "Производство карбидкремниевых огнеупоров на нитридной связке" Огнеупоры, 1975, №3, с,8) Однак одержані на основі такої шихти великогабаритні вироби на нітридкремнієвій зв'язці з товщиною більше 45мм мають чорну серцевину, обумовлену неповнотою проходження реакції синтезу нітриду кремнію (S13N4) з вихідної кремнію (Si) І азоту (N2), а також підвищеним вмістом КІЛЬКОСТІ ВИХІДНОГО залишкового кремнію, із-за зменшення дифузії азоту в центральні шари по мірі утворення I3N4 в зовнішньому шарі Неповнота реакції синтезу S13N4 і залишковий кремній в КІЛЬКОСТІ 0,8% (вони тим більші, чим більш щільний сирець) і обумовлюють зниження МІЦНОСТІ виробів до ІЗОМПа і нижче, шлакостійкості до 0,4г/см2 год і лугостійкості до 4% поглинутих лугів, а також термостійкості до Ютеплозмін В основу винаходу поставлене завдання створення шихти для виготовлення вогнетривких виробів, в якій введення додатково в шихту тонкомеленої суміші феросиліцію і карбідкремнійвмістких ВІДХОДІВ графітацм електродного виробництва і патоки сприяють більш повному синтезові S13N4 з мінімальним залишковим кремнієм в центральній частині виробів і забезпечує підвищення МІЦНОСТІ, термостійкості, шлако- і лугостійкості великогабаритних виробів, в наслідок чого підвищується строк служби футеровок Поставлене завдання вирішується тим, що в шихту, яка містить карбід кремнію, кремній кристалічний і зв'язку.зпдно з винаходом додатково вводять тонкомелену суміш феросиліцію (FeSi) 1 карбідкремнійвмістких ВІДХОДІВ графітацм електродного виробництва в співвідношенні від 1 2 до 2 1, а в якості зв'язки використовують термообро ю 1 о ю 50775 блену патоку ЩІЛЬНІСТЮ 1,32-1,34Г/СМ при наступному співвідношенні компонентів мас % карбід кремнію 68-76 кремній кристалічний 18-26 суміш феросиліцію і карбідкремнійвмістких ВІДХОДІВ графітацм електродного виробництва в співвідношенні від 1 2 до 2 1 1,8-2,2 термооброблена патока 3 ЩІЛЬНІСТЮ 1,32-1,34г/см 3,8-4,2 Суттєво новим в винаході є добавка тонкомеленої суміші феросиліцію і карбідкремнійвмістких ВІДХОДІВ електродного виробництва Наявність мікрочасток елементного заліза (Fe), розподіленого на атомному рівні серед часток кремнію і вуглецю сприяє швидкому утворенню нітридів і карбідів кремнію на всю глибину виробів Наявність феросиліцію і вуглецю в вигляді карбідвремнійвмістких ВІДХОДІВ графітацм електродного виробництва, не зважаючи на високу ЩІЛЬНІСТЬ спресованого сирцю, забезпечує тимчасову газопроникливість виробу в процесі обпалу, а значить і дифузію азоту на всьому протязі реакційного спікання (вище 1200°С), так як паралельно з процесом синтезу S1N4 із Si І N2 із збільшенням об'єму на 40% йде процес утворення J3- карбіду кремнію (р - SiC) із зменшенням об'єму і деяким розкриттям пор За рахунок цього азот реагує з кремнієм по всій товщині виробів рівномірно навіть при високій ВИХІДНІЙ ЩІЛЬНОСТІ сирцю Такі вироби вміщують значно менше залишкового (непрореагованого) кремнію, можуть бути обпаленими за більш короткий час і мають високі термостійкість, шлако-1 лугостійкість Одночасно утворенню такої тимчасової газопроникливої структури сприяє також наявність в відходах графітацм електродного виробництва до 12% тонкодисперсного карбіду кремнію (в вигляді зародків кристалів волокон), який є "затравкою" для ініціювання реакції утворення і росту кристалів Р - карбіду кремнію (р - SiC) Крім того, в відходах гравітації є сліди (до 2-4%) аморфного кремнезему S1O2, які також сприяють проникненню азоту в центральні шари за рахунок реакції S1O2 з вуглецем і утворенням газоподібного SiO і розкриттям пор і послі-дуючим синтезом при 1450°С в центрі виробів оксинітриду кремнію, закриваючого пори Таким чином, р - SiC що утворюється в виробі, є одночасно арміруючим компонентом, так як його волокна окутуються новоутвореними нітридом і частково оксинптридом кремнію Із літератури відомо використання в якості зв'язки сульфітно-дріжджового концентрату (бражки), нині названих лігносульфонатами технічними Однак вони містятьі в собі більше 1% лугів і лугоземельних оксидів (Na2O, CaO), які вже в початковий період обпалу (1000-1300°С) утворюють склофазу із S1O2 переважно присутнього на поверхи часток SiC при обпалі Скловидні плівки, що утворюються при нагріванні і обпалі на поверхні виробів і пор, також обмежують дифузію азоту в центр виробів, збільшують залишковий кремній і серцевину в виробах Використання термообробленої патоки (ВІДХОДІВ цукрового виробництва) при виготовленні карбідкремніевих виробів в літературних витоках невідомо Термооброблена патока в якості зв'язки забезпечує більш високу ЩІЛЬНІСТЬ ГОТОВИХ виробів, так як на відміну від лігносульфонату зона містить мало лугів і при сушінні не вилучається, а плавиться, утворюючи спочатку плівку, а потім коксовий залишок навколо зерен кремнію і тому є витоком утворення кристалів [ -5іС, роль якого 3 вже описана вище Винахід ілюструється прикладами, що наведені, в таблиці В лабораторії ВАТ "УкрНДІВ імені А С Бережного" були виготовлені вироби на основі шихти винаходу і прототипу наступним чином Карбід кремнію заданих фракцій і кремній кристалічний змішували в перемішувачі з тонкомеленою сумішшю феросиліцію і ВІДХОДІВ графітацм і термообробленою до ЩІЛЬНОСТІ 1,34г/см патокою, пресували вироби, сушили при 120-140°С, обпалювали їх в муфельній печі в середовищі азоту при 1450°С Як видно з таблиці, вироби,що виготовлені із пропонованої шихти порівняно з прототипом, мають, в 1,5 разів більшу МІЦНІСТЬ, В 2 рази більшу шлакостійкість і лугостійкість, в 3 рази менший вміст залишкового кремнію і близьку до 0 газопроникливість 50775 Таблиця Склад шихт і властивості вогнетривких виробів Показники Прото тип 1 Приклади за винаходом Склад, % Карбід кремнію Кремній кристалічний Тонкомелена суміш феросиліцію і 74 20 68 26 Позаграничні 72 22 76 18 66 28 78 16 2,0 карбідкремнійвмістких ВІДХОДІВ граві тації електродного виробництва в співвідношенні від 1 2 до 2 1 Зв'язка - лігносульфонат технічний (сульфітно-дріжджовий концентрат) - термооброблена патока ЩІЛЬНІСТЮ 1,32-1,34г/см3 Властивості 1 Вміст залишкового кремнію, % 2 Термостійкість, теплозмін (1300°С - вода) (12) 6 (1 1) 2,2 (2 1) 1,6 (13) 2,4 (3 1) 1,8 4,2 4,0 3,8 4,4 (1,32г/см3 (1,33г/см3) (1,34г/см3) (1,30г/см3 3,6 (1,35)г/см3, 0,8 0,3 0,2 0,2 0,8 0,6 10 14 14 15 12 10 130 194 196 206 140 110 4 0,4 0,2 2,2 0,1 2,0 ОД 0,06 16,7 2,1 0,2 0,06 16,9 3,2 0,3 4,0 0,4 0,2 19,5 3 Границя МІЦНОСТІ при стисненні, МПа 4 Лугостійкість (КІЛЬКІСТЬ поглинутих лугів при 900°С), % 5 Шлакостійкість, г/см2г 6 Газопроникливість, НПм 7 Відкрита пористість, % 16,5 0,05 16,5 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 ОД 17,5