Вогнетривкий матеріал для армування корундових світловодів

Вогнетривкий матеріал для армування корундових світловодів, що включає вогнетривкий за повнювач та ортофосфорну кислоту, який відрізняється тим, що в якості вогнетривкого заповнювача він містить кіаніт при наступному співвідношенні компонентів, мас %: кіаніт 98,8-99,2 . ортофосфорная кислота 0,8-1,2 з наступним гранулометричним складом, мас.%: кіаніт 20 мкм 80 кіаніт 5 мкм 5 кіаніт 1 мкм 15 Винахід відноситься до термометрії і може бути використаний для армування корундових світловодів при виготовленні світловодних пристроїв для вимірів температури металевих розплавів до 1400°С, а більш конкретно температури рідкого чавуна, розплавів міді та інших кольорових металів у печах з кислою і нейтральною, на основі АІ2Оз і ЭЮг, футеровкою. Відомий вогнетривкий матеріал для армування світловодів з корунда на основі окису алюмінію (патент США № 3745834, МКВ5 G01L5/08). Недоліком зазначеного матеріалу є те, що корундовий світловод та матеріал для армування сплавляються. З цієї причини при експлуатації світловодного пристрою нерідко відбувається руйнація світловода. Крім того, спечений матеріл з окису алюмінію має низьку термостійкість, унаслідок чого в процесі роботи світловодного пристрою з'являються тріщини у вогнетривкій масі, і відбувається її поступова руйнація. Це приводить до руйнації світловодного пристрою і • прориву розплаву з металургійного агрегату. Відомий також вогнетривкий матеріал для армування, що містить двоокис цирконію (патент Австрії № 280650, МКІ5 G01 ДО 1/16). Однак зазначений матеріал має ті ж недоліки, що і матеріал з окису алюмінію, обумовлені низькою термостійкістю \ сплавленням армовочного матеріалу та світловода, котре збільшується значною різницею їхнього температурного розширення. Крім того, тут виключається можливість спікання матеріалу в процесі спікання футеровки або в процесі плавки. Це значно ускладнює технологію виготовлення світловодного пристрою і погіршує гнучкість його конструкції. У процесі експлуатації матеріал із двооксиду цирконію дає усадку і нещільно прилягає до бічної поверхні корундового світловода. У зазор, що утворився, проникає розплав і руйнує світловод. Викладені вище обставини знижують точність і безпеку світловодних вимірів температури розплавів. Найбільше близьким технічним рішенням до винаходу, що заявляється, є вогнетривкий матеріал для армування світловодних пристроїв, що містить окис алюмінію, двоокис кремнію і агент, що спікає - ортофосфорну кислоту Н3РО4, склад вогнетривкого матеріалу для армування наступ5 ний. мас.%: (патент США № 4426457, МКВ С04В35/10) окис алюмінію 51-56 двоокис кремнія 42-47 ортофосфорна кислота 0,8-1,1 Недоліком зазначеного матеріалу для армування є те, що в процесі його спікання відбувається усадка і утворюється зазор між світловодом та армовкою, а в самій армовці з'являються раковини. Це приводить до підтікання рідкого металу до бічної поверхні світловода і його руйнації. Зазначені недоліки знижують точність і безпеку світловодної термометрії розплавів. У основу даного винаходу покладене завдання створити вогнетривкий матеріал для армування такого складу, при використанні якого компенсувалася б усадка армировочного матеріалу, виключалось проникнення металу у світловодний пристрій і, отже, його руйнація, підвищувалась точність і безпека світловодної термометрії розплавів у металургійних агрегатах. 00 СО о> 34918 Поставлене завдання вирішене тим, що вогнетривкий матеріал для армування корундових світловодів, який включає вогнетривкий заповнювач та ортофосфорну кислоту, відрізняється тим, що в якості вогнетривкого заповнювача він містить кіаніт при наступному співвідношенні компонентів, мас.%кіаніт 98,8-99,2 ортофосфорна кислота 0,8-1,2 з наступним гранулометричним складом, мас.%: кіаніт 20 мкм 80 кіаніт . 5 мкм 5 кіаніт 1 мкм 15 Запропонований матеріал для армування корундових світловодів виготовляють у такий спосіб Порошок кіаніта піддають травленню з наступним промиванням водою, потім нагрівають до температури 800° С, охолоджують до кімнатної температури і перемішують із додаванням агента, що спікає - артофосфорної кислоти до одержання однорідної маси. Нагрівання порошку здійснюють зі швидкістю від 7 до 10° С/хв Це необхідно для випалювання з порошку домішок і видалення вологи. При зазначеній швидкості нагрівання виключаються викиди, і забезпечується прийнятна продуктивність процесу. У якості агента, що спікає, у запропонованому вогнетривкому армировочному матеріалі, як і в прототипі, застосовують ортофосфорна кислота в кількості 0,8-1,2%, тому що збільшення кількості (більше 1,2%) приводить до зниження вогнетривалості армировочного матеріалу, а зменшення кількості Н3РО4 (менше 0,8%) погіршує попереднє спікання і міцність матеріалу. Розміри часток армовочного матеріалу в значній мірі визначають щільність, міцність і температуру спікання. Задовільні характеристики армовочного матеріалу з обліком робочої температури утворюються, якщо компоненти вогнетривкого армировочного матеріалу мають наступний гранулометричний склад, мас.%: кіаніт 20 мкм 80 кіаніт 5 мкм 5 кіаніт 1 мкм 15 Запропонований армировочний матеріал забезпечує контроль температур до 1400° С. * При виготовленні світловодного пристрою матеріал вводиться у зазор між внутрішньою . поверхнею трубки і корундовим світловодом та ущільнюється. Для ущільнення використовується найбільше прийнятний і доступний спосіб ударного напівсухого пресування, після якого утворюється шар із визначеною вихідною пористістю. Після ущільнення і попереднього спікання світловодний пристрій встановлюється у футеровку печі, де ос* таточно спікається в процесі пуску печі в експлуатацію. Спікання супроводжується усадкою армировочного матеріалу за рахунок його вихідної пористості. Звідси стає зрозумілим той факт, що чим менше вихідна пористість, тим менше усадка. Вихідна пористість, в основному, визначається гранулометричним складом матеріалу. Максимальна щільність досягається при зазначеному вище кількісному співвідношенні фракцій. Світловодний пристрій остаточно спікається разом із футеровкою При остаточному спіканні після 800° С відбуваються об'ємні зміни кіаніта, а після 1300° С починається інтенсивна кристалізація первинного муплита з загальним позитивним об'ємним ефектом до 18%, що компенсує усадку, яка утвориться при спіканні армировочного матеріалу 3(А!2Оз SiO2) -» ЗАІ2О3 2SiO 2 + SiO2. Таким чином, запропонованим гранулометричним складом армировочного матеріалу зменшується вихідна пористість, що при спіканні компенсується зазначеним об'ємним ефектом, забезпечуваним запропонованим хімічним складом. Для експериментальної' перевірки були підготовлені 5 сумішей інгредієнтів відповідно до зазначеного способу і на їхній основі виготовлені світловодні пристрої. Склад сумішей наведен в таблиці, що додається. Матеріали запропонованих складів (приклади 1, 2, 3) при спіканні та у процесі подальшої роботи не сплавлялися із світловодним стрижнем, щільно прилягали до нього і не розтріскувалися при теплових ударах. При цьому проникнення металу у світловодний пристрій і руйнація армировочного матеріалу на робочому торці не спостерігалися (див. приклад 1), або спостерігалася незначна руйнація армировочного матеріалу на робочому торці (приклад 2, 3), завдяки чому світловодні пристрої • забезпечували виміри температури протягом усього ресурсу футеровки печі У таких же умовах був випробуваний світловодний пристрій, армований вогнетривким матеріалом відомого складу, що містить АІ2Оз, SiO2, H3PO4 (прототип). У процесі роботи світловодного пристрою матеріал відомого складу сплавився зі світловодом, розтріснувся при теплових ударах, зруйнувався (глибина руйнацій 10 мм), нещільно прилягав до світловоду та внутрішньої поверхні вогнетривкої трубки, за рахунок чого • розплав проникнув до бічної поверхні світловода на глибину 20 мм. Під впливом перерахованих чинників світловод зруйнувався до закінчення ресурсу футеровки. При зменшенні вмісту кіаніту до 94% глибина руйнацій армовочного матеріалу на робочому торці збільшилася до 10 мм (приклад 4). При вмісті кіаніту 100% глибина руйнації армовочного матеріалу на робочому торці світловодного пристрою складала 8 мм (приклад 5). На підставі викладеного можна зробити висновок, що кращі результати показали суміші, наведені в прикладах 1,2,3. Запропонований вогнетривкий армовочний матеріал виключає руйнацію світловодного пристрою за рахунок компенсації усадки матеріалу при спіканні і тим самим забезпечує підвищення точності і безпеки світловодних вимірів температуру розплавів до 1400° С. I 34918 Склад сумішей Назва Інгредієнтів, їхній кількісний вміст. мас. • Приклад з прототипом Окис алюмінія Двоокис кремнія Ортофосфорна кислота Приклад 1 Кіаніт Ортофосфорна кислота Приклад 2 Кіаніт Ортофосфорна кислота Приклад 3 Кіаніт Ортофосфорна кислота Приклад 4 Кіаніт Ортофосфорна кислота Приклад £ Кіаніт Ортофосфорна кислота 51-56 42-47 0,8-1,1 Найменування основних експлуатаційних властивостей Глибина Глибина руйнації проникнення металу армировочного матеріалу на /мм/ робочому торці /мм/ Об'ємна усадка, % 20 10 «25 99 1,0 нема нема £4 99,2 0,8 нема 2