Шихта для виготовлення робочої частини безвипалювального бікерамічного вогнетривкого виробу

1. Шихта для виготовлення робочої частини безвипалювального бікерамічного вогнетривкого виробу, яка містить тонкозернисту складову й зернистий наповнювач, яка відрізняється тим, що вона додатково містить смолу-порошок, смолурозчин, уротропін, а фракція зернистого наповню C2 2 (19) 1 3 90620 4 щене зношування сталевипускного каналу при смола - розчин - 3-5 розливанні сталі внаслідок вигоряння смоляної уротропін - 0,4-0,6 зв'язки й розпушення структури вогнетриву. зернистий наповнювач фракцією 0,5Відома також шихта для вогнетриву, що міс4мм - інше, тить (мас.%) периклаз й/або алюмомагнезіальну при цьому тонкозерниста складова має настушпінель фракцією менш 3мм (40-79,8), периклаз пний компонентний склад, мас. %: й/або алюмомагнезіальну шпінель фракцією менш смола-порошок -1-3 0,063мм (15-35), антиоксидант у вигляді металів периклаз (у перерахуванні на MgO), титана й/або алюмінію й магнію (0,2-5,0), вуглецефракцією менш 0,063мм -7-15 вомісткий матеріал (5-20), органічне зв'язуюче (4алюміній металевий фракцією менш 8) понад 100% [RU № 2108311, С2, 1998]. Наяв0,5мм -20-30 ність антиоксиданту в шихті для вогнетриву трохи корунд й/або табулярний глинозем захищає його вуглець й органічну зв'язку від інтенфракцією менш 0,063 - інше. сивного вигоряння, але руйнування залишається При цьому, тонкозерниста складова додатково істотно високим. Відносно невеликий вміст метамістить добавки, які модифікують: ільменіт лів-антиоксидантів не може виконувати роль енер(FeO TiО2) або рутил (ТіО2) і/або магнезію палену гоносіїв при їхньому окислюванні для забезпечен(у перерахуванні на (MgO) у кількості 1,5-5 мас.%. ня достатньої температури спікання. Крім того, зернистий наповнювач містить коКрім того, існує шихта для шпінелемісткого ворунд й/або табулярний глинозем й/або шпінель гнетриву на вуглецевій зв'язці, що включає (мас. алюмомагнезіальну. %) алюмомагнезіальну шпінель (30-60), периклаз Відповідно пропонована сукупність ознак, що (20-45), графіт (7-20), алюмомагнієвий сплав (3-5), характеризують сутність винаходу, не випливає з органічне зв'язуюче (5-7) понад 100%. [RU № рівня техніки. Отже, винахід відповідає критерію 2130440, С2, 1998]. Спресовані зразки термообро"НОВИЗНА". бляють при 200°С, потім обпалюють у коксовому Енергозбереження досягається застосуванням засипанні при 1000°С. шихти для безвипалювальних виробів, температуНедоліком шихти є необхідність високотемпера термообробки яких становить 185-190°С заратурного випалу в коксовому засипанні виготовмість температури 1750-1830°С - для обпалених леного з неї вогнетриву, що приводить до підвианалогів. щення енерговитрат, і одержуваний вогнетрив має Підвищення стійкості готового вогнетривкого підвищену пористість, малу механічну міцність, що виробу (вогнетриву) відбувається в процесі служзнижує його стійкість до зношування металургійби внаслідок екзотермічного ефекту від окислюними розплавами в службі. вання (горіння) алюмінію металевого, уведеного Найбільш близькою до пропонованого техніччерез тонкозернисту складову в робочу частину ного рішення є вогнетривка маса (шихта) для вивиробу. При достатній кількості алюмінію металеготовлення безвипалювальних виробів, що вклювого, відповідно до формули винаходу, у мікрообчає (мас.%) глиноземомісткий компонент фракцією сягах тонкозернистої складової, що розташовуєтьбільше 0,1мм (45-65), суміш спільного помелу ся між зернами наповнювача, розвивається фракцією менш 0,088мм обпаленого й необпалетемпература понад 2000°С, інтенсивно протікають ного глиноземомісткого матеріалу (25-45), графіт процеси спікання й синтезу шпінелі. При цьому (5-13), алюміній металевий фракцією менш 0,2мм тонкозерниста складова, що мала у вихідному (2-4), фосфатне зв'язуюче (3-8). [RU № 2157352, вогнетриві смоляну зв'язку, перетвориться в обпаС2, 1999]. лену керамічну, забезпечуючи вогнетриву більш Недоліком відомого технічного рішення є його високу стійкість. Структура контактного шару роресурсовитратний характер. Крім того, застосубочої частини виробу ущільнюється й зміцнюється вання фосфатного зв'язуючого при наявності в внаслідок збільшення обсягу при окислюванні масі великої кількості графіту (5-13мас.%) привоалюмінію металевого до АІ2О3, а також при синтезі дить до утворення підвищеної пористості, зниженшпінелі MgO Al2O3 тонкозернистої складової. ня механічної міцності, що знижує стійкість вогнетІнтенсивне окислювання (горіння) алюмінію ривкого виробу в службі. Алюміній металевий, металевого починається при нагріванні вогнетриву який входить до складу маси, внаслідок його нев службі до температури понад 700°С від тепла великої кількості (2-4мас.%) не може виконувати металургійних розплавів. Таким чином, у пропонороль енергозберігаючого компонента. ваному винаході алюміній металевий виконує роль Задачею пропонованого винаходу є підвищененергетичного компонента, заміняючи традиційні ня стійкості роботи вогнетривкого виробу, шляхом джерела тепла (природний газ, електроенергію розробки такого складу шихти його робочої частитощо,), які застосовують при виробництві обпалени, що забезпечив би енергозберігаючу технологію них вогнетривів. Оптимальним розміром зерен виготовлення виробу. алюмінієвого порошку, що забезпечує його найПоставлена задача вирішується тим, що шихбільш повне горіння й необхідні температури ната для виготовлення робочої частини безвипалюгрівання тонкозернистої складової, є фракція вального бікерамічного вогнетривкого виробу, що менш 0,5мм. містить тонкозернисту складову й зернистий напоВміст у тонкозернистій складовій добавок, які внювач, згідно винаходу, має наступний компоненмодифікують: рутил (ТіО2) , ільменіт (FeO ТіО2), тний склад, мас. %: магнезія палена (MgO) інтенсифікує процес спітонкозерниста складова - 30-35 кання компонентів тонкозернистої складової, синсмола - порошок - 1-2 5 90620 6 тез алюмомагнезіальної шпінелі, що має високу менш 0,5мм і смолу-порошок, корунд й/або глиностійкість до корозії металургійними розплавами. зем табулярний фракцій менш 0,063мм завантаСутність винаходу, який заявляють, не виплижують у змішувач і перемішують до однорідного ває явним чином з відомого рівня техніки. Сукупгомогенного стану. В якості порошкової смоли виність ознак, які характеризують відомі рішення, не користовують фенольні смоли СФП-012К і "КАРзабезпечує досягнення нових властивостей, заБОРЕС" у співвідношенні 1:1. значених у завданні пропонованого винаходу, і Даний склад містить компоненти, що утворюлише наявність перерахованих відмітних ознак ють шпінель: периклаз (MgO) фракцією менш пропонованого винаходу дозволяє одержати но0,063мм, магнезію палену (MgO), корунд (Аl2О3) вий технічний результат. Отже, винахід, який заяфракцією менш 0,063мм; при окислюванні алюмівляють, відповідає критерію "винахідницький рінію металевого Аl2О3, що утвориться, має високу вень". хімічну активність до взаємодії з MgO і синтезу Виготовлення тонкозернистої складової для алюмомагнезіальної шпінелі (MgO· Аl2О3). шихти робочої частини безвипалювального бікеСклад тонкозернистої складової для робочої рамічного вогнетривкого виробу описано нижче з частини вогнетривких виробів і властивості зразків посиланням на прикладену таблицю 1. з тонкозернистої суміші представлені в таблиці 1. Тонкозернисту складову готовлять у такий спосіб. Для цього алюміній металевий фракцією Таблиця 1 Склад тонкозернистої складової для робочої частини вогнетривких виробів, властивості зразків з тонкозернистої складової Зміст компонентів, мас %, №№ прикладів 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Алюміній металевий: фракція менш 0,5мм 15 ) 20 20 20 20 25 25 30 30 35 ) Смола-порошок 1 1 2 3 2 2 4 3 2 2 Периклаз (у перерахуванні на MgO) 6 7 8 7 8 10 15 10 15 16 ) Магнезія палена (у перерахуванні на MgO) 3 4 3 2 5 2 6) Ільменіт - - - - 1,5 - 3 2 - Рутил - - - - - 2 - - 5 5 Корунд й/або глинозем табулярний 78 72 70 67 64,5 58 51 50 46 36 Товщина зміцненого шару, мм 3 9 10 8 11 12 11 12 13 9 Пористість відкрита зміцненого шару, % 17,4 6,1 5,9 6,4 5,8 5,0 6,0 4,9 4,9 6,0 Найменування компонентів, властивості зразків ) Прототип Суміш (фр.менш 0.088мм) муліт плавл. + глина вогнетривка (6-1), зв'язуюче-АХФЗ ) - 4,5% - вміст компонента, що випливає за межі формули винаходу; - алюмохромофосфатне зв'язуюче ) Пропонована тонкозерниста складова в шихті робочої частини виробів може бути використана для виготовлення вогнетривів для випуску й розливання сталі: гніздової цегли, льоточних блоків, стаканів-ковшових, дозаторів, колекторів, шиберних плит. Ефективність застосування пропонованої шихти перевірена на прикладі шиберних плит для розливання сталі, виробах, які випробовують максимальні навантаження в службі. Лабораторні зразки й шиберні плити із пропонованих шихт і за прототипом готувалися в лабораторних і виробничих умовах Кондратіївського вогнетривкого заводу. Для цього готовлять шихту для робочої частини вогнетривкого виробу. Компонентний склад маси, фракційний склад наповнювачів (корунд, табулярний глинозем, алюмомагнезіальна шпінель) наступний, мас.%: фракція 2-1 або 2-0,5 мм 40-50 фракція 1-0,5 або 0,5-0 мм 15-25 тонкозерниста складова 30-35 смола-порошок 1-2 смола-розчин 3-5 уротропін 0,5-1 Порошкові й рідкі смоли з отверджувачем (уротропін) є Зв'язуючими компонентами в робочої частини вихідного вогнетриву. У процесі служби смоли робочої частини вогнетриву частково вигорають, частково використовуються для утворення карбідів алюмінію, смоляна зв'язка заміщається керамічною внаслідок спікання й синтезу компонентів тонкозернистої складової. У міру зношування зміцненого й ущільненого шару процес алюмотермії просувається в глиб робочої частини виробу, забезпечуючи його стійкість. Для неробочої частини приймаємо шихту, яка складається із глиноземомістких компонентів (мулітокорунд, муліт, шамот або їхня суміш) фракційного складу, мас.%: фракція 3-1 або 3-0,5мм 30-40 фракція 1-0мм 30-45 фракція менш 0,063мм 25-35 Зв'язуючими компонентами є фенолформальдегідні смоли: порошкова 1,5-2мас.%, смола-розчин 3,5-4мас.%, уротропін 0,5-1мас.%. 7 90620 8 Нижче процес формування бікерамічних виропонад 700°С починається процес інтенсивного бів (плит) пояснюється описом з посиланням на окислювання (горіння) алюмінію металевого тонприкладені креслення, де зображені: козернистої складової з великим виділенням теп- на фіг.1 - загальний вид плити (вид зверху); ла, внаслідок чого в мікрообсягах тонкозернистої - на фіг.2 - розріз А-А згідно фіг.1; складової, що розташовується між зернами напов- на фіг.3 - початок формування бікерамічного нювача, розвивається температура понад 2000°С. виробу; Тонкозерниста складова ущільнюється, зміцню- на фіг.4 - закінчення формування бікерамічється й стає керамічною зв'язкою для зерен напоного виробу. внювача. Бікерамічні безвипалювальні шиберні плити Крім того, при використанні тонкозернистої одержували за звичайною технологією напівсухого складової, яка містить шпінелеутворюючі компопресування. Сирець бікерамічної плити формують ненти з оксидами Аl2О3, MgO (периклаз, магнезія наступним чином (див. фіг.3 й 4). Тонкозернисту палена) і добавки, що модифікують, - рутил ТіО2, складову готовлять окремо, робочу масу й нероільменіт FeO TiO2, магнезія палена (MgO) синтебочу масу відповідно до табл.1, 2. Маса в пресзується алюмомагнезіальна шпінель MgO Al2O3, форму засипається в такій послідовності (див. яка є високостійким зв'язувачем до хімічної корозії фіг.3): на штир 1 установлюється спеціальний цисталлю. У міру зношування зовнішнього шару сталіндр 2 із гвинтами, які центрують 3. Діаметр цилілевипускного каналу процес ущільнення й самозндра 2 на 40-60мм більше діаметра штиря 1. Циміцнення плити просувається в глиб виробу. ліндр 2 зверху закривається кришкою 4, Таким же чином працюють й інші вогнетривкі засипається маса із шихти для неробочої частини вироби для випуску й розливання сталі. 5 плити, вирівнюється з нахилом до штиря 1. Далі Ефект високої стійкості робочої частини вогнезнімається кришка 4 (див. фіг.4), засипається ротривких виробів із пропонованих шихт обумовлебоча маса 6 на поверхню неробочої маси 5 й у ний зміцненням й ущільненням практично до мопроміжок між штирем 1 і циліндром 2, яка утворює нолітного стану робочої поверхні виробу, захисний шар 7 сталевипускного каналу 8. Маса утворенням нових високовогнетревких і хімічно захисного шару 7 ущільнюється вручну, витягаєтьстійких з'єднань (шпінель). ся циліндр 2, маса вирівнюється й пресується. Шиберні плити із пропонованої шихти й протоПлита термооброблюється при 185°С для зміцтипу випробувані в промислових умовах при рознення й полімеризації смоляної зв'язки, шліфуєтьливанні сталі з ковшів ємністю 150т й 250т (таблися робоча поверхня 9 і сушиться. ця 2). З аналізу результатів випробування Аналогічним чином формуються інші вогнетшиберних плит випливає, що шиберні плити із риви для випуску й розливання сталі із захисним пропонованої шихти мають більше високі показнишаром сталевипускного каналу (ківшовий цегла, ки властивостей у вихідному стані й при розливансклянки: ківшовий, дозатор, колектор, льоточний ні сталі в порівнянні з виробом із шихти за протоблок тощо). типом: межа міцності при стиску підвищується в 3Шиберна плита працює в такий спосіб. При ві4 рази, в 1,5-2 рази знижується відкрита пористість дкритому шиберному затворі потік розплавленої робочої частини виробу, зношування стінки сталесталі з температурою 1580-1700°С проходить чевипускного каналу нижче в 4-5 разів. рез сталевипускний канал 8. Від температури сталі при прогріві стінки каналу й інших ділянок плити Таблиця 2 Склад шихти для робочої частини вогнетривких виробів Найменування компонентів Тонкодисперсна суміш Смола-порошок Смола-розчин Уротропін Корунд й/або табулярний глинозем й/або шпінель алюмомагнезіальна фр. 0,5-4мм Зміст компонентів, мас %, №№ прикладів 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 25 ) 25 ) 30 30 30 35 35 35 40 ) 40 ) 0,5 ) 1 1 2 3 ) 1,5 1 2 2 3 2) 3 3 4 5 3 4 5 6) 5 0,3 ) 0,4 0,5 0,4 0,6 0,4 0,4 0,5 0,7 ) 0,5 ПрототипСуміш (фр. менш 0,088мм): муліт плавл. + глина вогнетривка (6:1)-30; графіт - 8 алюміній ) 72,2 70,6 65,5 63,6 61,4 60,1 59,6 57,5 51,3 51,5 метал. - 2,5 АХФЗ 4,5 *} - вміст компонента, що випливає за межі формули винаходу; **} - алюмохромофосфатне зв'язуюче Таким чином, позитивні результати виробництва й застосування вогнетривів із пропонованої шихти є підставою вважати, що винахід, який заявляють, відповідає критерію "промислова застосованність". Обґрунтування меж вмісту компонентів пропонованої шихти випливає з аналізу таблиць 1, 2 й 3. При позамежних нижніх значеннях вмісту в тонкозернистій складовій алюмінію металевого менш 20мас.%, периклазу (у перерахуванні на MgO) - менш 7мас.%, смоли-порошку - менш 9 90620 10 1мас. %, добавок, які модифікують менш недостатнім стає ущільнення структури робочої 1,5мас.% виділяється недостатня кількість тепла частини вогнетривів, підвищується їхня відкрита від окислювання (горіння) алюмінію металевого, пористість, знижується міцність і стійкість виробів рівень температури недостатній для спікання у службі. компонентів матричної суміші, синтезу шпінелі, Таблиця 3 Властивості безвипалювальних бікерамічних вогнетривких виробів (шиберних плит) Номера складів шихти ), мас. % Прототип 3 4 5 6 7 8 1 2 9 ) 10 ) Межа міцності виробу при стисканні, Н/мм2 98,6 102,0 140,4 147,1 120,0 151,1 131,4 144,6 150,4 155,3 35,0 Пористість відкрита, %: 17,1 13,8 6,4 6,0 9,0 5,0 7,4 6,5 6,0 5,9 11,3 - робочої частини виробу 19,0 16,0 11,0 10,0 11,3 12,2 12,9 11,8 15,0 13,9 11,3 - виробу Зношування стінки сталевипускного каналу, 18,0 15,4 3,0 4,0 6,1 3,3 5,1 4,1 4,3 4,1 28 після розливання, мм: Найменування властивостей ) ) ) склад шихти для робочої частини виробів у відповідності з №№ прикладів таблиці 2; - вироби з шихти, склад якої виходить за межи, що вказані у формулі винаходу. ) При позамежних верхніх значеннях вмісту в тонкозернистій складовій зазначених компонентів: алюмінію металевого - більше 30мас.%, периклазу (у перерахуванні на MgO) - більше 15мас.%, добавок, що модифікують - більше 5мас.%, смоли-порошку - більше 3мас.% засвоєння зазначених компонентів стає неповним, що економічно нераціонально. Крім того, присутність залишкового периклазу разом з корундом й алюмомагнезіальною шпінеллю в робочій частині вогнетриву знижує його термостійкість внаслідок більших розходжень коефіцієнтів тер Комп’ютерна верстка В. Мацело мічного розширення периклазу в порівнянні з корундом й алюмомагнезіальною шпінеллю, що приводить до появи мікротріщин, зниженню стійкості виробів і строку їхньої служби. Пропонована шихта для виготовлення безвипалювальних бікерамічних вогнетривких виробів для випуску й розливання сталі в порівнянні із прототипом забезпечує: - економію сировини й енергоресурсів, які знижують собівартість виробів на 25-35%; - підвищення стійкості вогнетривких виробів за зношуванням стінки сталевипускного каналу при розливанні сталі в 4-5 разів. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601