Шихта для виготовлення корундових вогнетривких виробів на сіалоновій зв’язці

Реферат: Винахід належить до вогнетривкої промисловості і може бути використаний для виготовлення корундових вогнетривких виробів на сіалоновій зв'язці для футерування теплових агрегатів металургійної промисловості на контакті з розплавами металу при температурах до 1600 °C. Запропонований винахід забезпечує зниження вмісту залишкового кремнію у виробах за рахунок більш повного прохождения реакції синтезу сіалону, підвищення щільності, міцності, термостійкості і металостійкості виробів. Шихта для виготовлення корундових вогнетривких виробів на сіалоновій зв'язці містить, мас. %: корунд фракції 3-0 мм з вмістом А12О3, не меншим від 99 % 76,5-82,3 глинозем з розміром часток, меншим від 4 мкм, не менше ніж 50 % 3-5 кремній дрібнодисперсний 14-18 феросиліцій з вмістом кремнію, не меншим від 75 % 0,5-0,7. UA 109475 C2 (12) UA 109475 C2 UA 109475 C2 5 10 15 20 25 30 Запропонований винахід належить до вогнетривкої промисловості і може бути використаний для виготовлення корундових вогнетривких виробів на сіалоновій зв'язці для футерування теплових агрегатів металургійної промисловості на контакті з розплавами металу при температурах до 1600 °C. Відома шихта для виготовлення вогнетривких виробів, яка містить корунд, карбід кремнію, кремній кристалічний, збагачений каолін та а- глинозем [P.M. Федорук, В.В. Примаченко, Л.К. Савіна, О.В. Полтарак. Патент України № 89240 від 11.01.2010 p.]. Однак, вироби, виготовлені з такої шихти, мають недостатню стійкість до окиснення та через наявність карбіду кремнію і високого залишкового кремнію можуть використовуватися при температурі до 1500 °C. Найбільш близькою до винаходу, що заявляється, за технічною суттю і досягнутому результату є шихта для виготовлення вогнетривких виробів, яка містить мас. %: корунд фракції 3-0 мм з вмістом Аl2О3, не меншим від 99 % - 80,0; кремній дрібнодисперсний - 16,0 і глинозем 4,0 [Примаченко В.В. Влияние температуры обжига и количества тонкомолотой составляющей массы на свойства корундового огнеупора на сиалонсодержащей связке / В.В. Примаченко, Л.К. Савина, Л.А. Бабкина [и др.] // Сб. научн. трудов ОАО«УкрНИИО имени А.С. Бережного".- X.: Каравелла, 2009.- № 109.-С. 10-15]. Однак, отримані на основі такої шихти вогнетривкі вироби характеризуються підвищеним вмістом залишкового (що не прореагував) кремнію, утворенням муліту через недостатню дифузію газоподібного азоту до реакційних компонентів шихти у міру утворення нітриду кремнію і сіалону, що приводить до зниження міцності, підвищення відкритої пористості, зниження стійкості до дії розплаву металу. В основу винаходу поставлено задачу створення шихти для виготовлення корундових вогнетривких виробів на сіалоновій зв'язці, в якій наявність глинозему з розміром часток, меншим від 4 мкм, не менше ніж 50 % та додаткове введення феросиліцію з вмістом кремнію, не меншим від 75 % забезпечує, за рахунок більш повного прохождения реакції синтезу сіалону, зниження вмісту залишкового кремнію і відкритої пористості, підвищення уявної щільності та міцності виробів, а також підвищення термостійкості і стійкості до дії розплаву металу. Поставлена задача вирішується тим, що: Шихта для виготовлення корундових вогнетривких виробів на сіалоновій зв'язці, яка вміщує корунд фракції 3-0 мм з вмістом Аl2О3, не меншим від 99 %, глинозем та кремній дрібнодисперсний, відрізняється тим, що вона містить глинозем з розміром часток, меншим від 4 мкм, не менше ніж 50 %, та додатково містить феросиліцій з вмістом кремнію, не меншим від 75 %, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: 35 корунд фракції 3-0 мм з вмістом Аl2О3, не меншим від 99 % глинозем з розміром часток, меншим від 4 мкм, не менше ніж 50 % кремній дрібнодисперсний феросиліцій з вмістом кремнію, не меншим від 75 % 40 45 50 55 76,5-82,3 3,0-5,0 14,0-18,0 0,5-0,7. Особливістю винаходу, що заявляється, є те, що глинозем з розміром часток, меншим від 4 мкм, не менше ніж 50 % та додатково введений у шихту для виготовлення вогнетривких виробів, які випалюються в середовищі газоподібного азоту, феросиліцій з вмістом кремнію не меншим від 75 % сприяє більш повному прохождению реакції синтезу сіалону. При цьому знижується вміст залишкового кремнію у готових виробах. Присутність у шихті дисперсних часток елементарного заліза, які розподілено на атомному рівні серед часток кремнію, сприяє утворенню легкоплавких залізовмісних фаз з температурою плавлення нижче 1100 °C, які, насичуючись азотом, проникають по порах у середину виробу та забезпечують більш тісний контакт азоту з частками реакційного кремнію. Утворення рідкої фази забезпечує дифузію азоту по усьому об'єму виробу, утворенню нітриду кремнію при більш низьких температурах, більш повне проходження реакції утворення β'-сіалону, відсутність залишкового кремнію і утворення щільної керамічної зв'язки у корундовому вогнетриві, представленою β'- сіалоном (Si6-zAlzN8-zOz) з числом z=2 і невеликою кількістю β- Si3N4 (1-2 %) і Si2N2O (3-5 %). Крім цього, присутність рідких фаз інтенсифікує видалення окисних плівок, активує випаровування кремнію і його монооксиду, що призводить до утворення зародків і кристалів αSi3N4 та не дає можливості проходженню реакції утворення муліту у процесі випалу виробів, що знижує міцність та підвищує пористість виробів. При спіканні зерен корунду у середовищі газоподібного азоту в присутності тільки кремнію дрібнодисперсного і глинозему, згідно з прототипом, синтез '- сіалону приводить до часткового 1 UA 109475 C2 5 перекриття пор у вогнетриві внаслідок реакції утворення Si3N4 із Si та N2, яка йде зі збільшенням об'єму до 40 %, і зниження дифузії азоту у вогнетриві, а також утворення муліту із SiO2, який утворився на поверхні зерен Si (внаслідок його часткового окиснення) і Аl2О3 (поверхня зерен корунду), що обумовлює жорстке розсування зерен Аl2О3 кристалами муліту, розпушення структури виробу, зниження його міцності і щільності, підвищення пористості. В лабораторії і на дослідному виробництві ПАТ "УКРНДІВ ІМЕНІ А.С. БЕРЕЖНОГО" були виготовлені корундові вироби згідно з винаходом і прототипом наступним чином. Склад шихт і властивості корундових вогнетривких виробів на сіалоновій зв'язці, виготовлених методом напівсухого пресування Найменування Приклади компонентів, №1 №2 №3 №4 №5 №6 показники прототип оптимальний пропонований пропонований позамежний позамежний властивостей Найменування компонентів: Корунд фракції 3-0 мм з вмістом Ад2О3 80,0 79,4 76,5 82,3 85,7 72,0 не меншим від 99 % Кремній 16,0 16,0 18,0 14,0 12,0 20,0 дрібнодисперсний Глинозем 4,0 Глинозем з розміром часток, меншим від 4 4,0 5,0 3,0 2,0 7,0 мкм, не менше ніж 50 % Феросиліцій з вмістом кремнію не 0,6 0,5 0,7 0,3 1,0 меншим від 75 % Показники властивостей виробів після обпалу в середовищі газоподібного азоту при температурі 1560 °C: Масова частка 0,3 нет нет нет 0,2 0,5 залишкового Si, % Відкрита пористість, 17,0 16,4 16,6 16,7 17,5 18,5 % Уявна щільність, 2,79 2,82 2,81 2,79 2,84 2,73 3 г/см Границя міцності при 105 145 140 133 95 115 стисненні, МПа Металостійкість*, 0,015 0,005 0,008 0,010 0,030 0,02 2 г/см ч Термостійкість (1300 °C-вода), 16 19 20 20 12 19 теплозмін *) при1550 °C 10 15 Корунд фракції 3-0 мм, кремній дрібнодисперсний і глинозем в заданих кількостях змішували з феросиліцієм з вмістом кремнію, не меншим від 75 % та тимчасовою зв'язкою до заданої вологості. Вироби формували методом напівсухого пресування, сушили при температурі 110 °C і обпалювали у муфельній печі в середовищі газоподібного азоту при температурі 1560 °C. Запропонований винахід пояснюється прикладами, що приведені в таблиці. Як видно з таблиці, вироби, виготовлені згідно з винаходом, порівняно з прототипом, мають 3 більшу на 38 % міцність, більшу на 0,03 г/см уявну щільність, меншу на 0,6 % пористість, більшу термостійкість і металостійкість, а також не мають залишкового кремнію. 2 UA 109475 C2 Промислове виробництво корундових виробів на сіалоновій зв'язці буде здійснено на дослідному виробництві ПАТ "УКРНДІВ імені А.С. БЕРЕЖНОГО" у 2014 році. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 Шихта для виготовлення корундових вогнетривких виробів на сіалоновій зв'язці, яка містить корунд фракції 3-0 мм з вмістом Аl2О3, не меншим від 99 %, глинозем та кремній дрібнодисперсний, яка відрізняється тим, що вона містить глинозем з розміром часток, меншим від 4 мкм, не менше ніж 50 %, та додатково містить феросиліцій з вмістом кремнію, не меншим від 75 % при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: корунд фракції 3-0 мм з вмістом Аl2О3, не меншим від 99 % глинозем з розміром часток, меншим від 4 мкм не менше ніж 50 % кремній дрібнодисперсний феросиліцій з вмістом кремнію, не меншим від 75 % 76,5-82,3 3,0-5,0 14,0-18,0 0,5-0,7. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3