Шихта для виготовлення вогнетривких виробів

Реферат: Винахід належить до промисловості вогнетривких матеріалів. Задача полягає в створенні щільних, міцних виробів з високою шлакостійкістю та температурою деформації під навантаженням. Шихта містить крупнозернистий електрокорунд з максимальним розміром зерен 3 мм фракцій 3-0,5 мм та менше 0,5 мм при їх співвідношенні від 0,8:0,2 до 1:0,4; крупнозернисту алюмомагнезіальну шпінель з масовою часткою Аl2О3 в межах 80-90 % з максимальним розміром зерен 2 мм фракцій 2-0,5 мм та менше 0,5 мм при їх співвідношенні від 0,9:0,2 до 1:0,3; суміші з розміром часток менш ніж 10 мкм не менше 90 об. % глинозему з масовою часткою Аl2О3 не менше 99 % і алюмомагнезіальної шпінелі з масовою часткою Аl2О3 в межах 80-90 % при їх співвідношенні 1:0,25; 1,0-1,5; диспергатор: модифікований поліелектролітом дисперсний глинозем з розміром часток менш ніж 2 мкм не менше 50 об.% або на основі поліетиленгліколю. UA 101037 C2 (12) UA 101037 C2 UA 101037 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до промисловості вогнетривких матеріалів і може бути використаний у виробництві високоглиноземистих вогнетривів, наприклад, продувних пробок, які застосовуються для продувки розплавленої сталі в ковшах; тиглів для плавки жароміцних сплавів. Для забезпечення надійної служби в процесі експлуатації вищезазначені вогнетриви повинні характеризуватися високими показниками властивостей: щільністю, міцністю при стисненні, шлакостійкістю і температурою деформації під навантаженням. Відомий склад шихти для виготовлення вогнетривів, який включає, мас. %: 30-62 корундовмісного компонента, 30-65 алюмомагнезіальної шпінелі і 3-5 тимчасової зв'язки (А.С. № 1054330, МПК С04В 35/10, 1981 р.). Недоліком цього складу шихти є те, що вогнетривкі вироби, які виготовлені з нього, характеризуються недостатньо високими значеннями щільності, межі міцності при стисненні і шлакостійкістю. Найбільш близькою до винаходу по технічній суті і результату, що досягається, є шихта для виготовлення вогнетривів, яка включає, мас. %: 35-40 корунду, 15-30 плавленої алюмомагнезіальної шпінелі, 25-35 глинозему, 0,03-0,09 тимчасової зв'язки (понад 100 %). У даному технічному рішенні хоча і створюється можливість виготовлення вогнетривів, які характеризуються високою температурою деформації під навантаженням (>1760 °С), проте значення її щільності (відкрита пористість - 22,6 %), міцності при стисненні (52 МПа) і стійкості 2 до впливу розплавленого шлаку (шлакостійкість, яка визначена по площі насичення - 166 мм ) недостатньо високі. В основу винаходу поставлена задача створення шихти для виготовлення вогнетривких виробів, в якому використання в якості корунду - крупнозернистого електрокорунду з максимальним розміром зерен 3 мм фракцій 3-0,5 мм та менше 0,5 мм при їх співвідношенні від 0,8:0,2 до 1:0,4, як алюмомагнезіальної шпінелі - крупнозернистої алюмомагнезіальної шпінелі з масовою часткою Аl2О3 в межах 80-90 % і максимальним розміром зерен 2 мм фракцій 2-0,5 мм та менше 0,5 мм при їх співвідношенні від 0,9:0,2 до 1:0,3, як глиноземовмісного компонента суміші з розміром часток менш, ніж 10 мкм не менше 90 % (об.) глинозему з масовою часткою Аl2О3 не менше 99 % і алюмомагнезіальної шпінелі з масовою часткою Аl2О3 в межах 80-90 % при їх співвідношенні 1:0,25, як тимчасової зв'язки - диспергатора: модифікованого поліелектролітом дисперсного глинозему з розміром часток менш, ніж 2 мкм не менше 50 % (об.) або на основі поліетиленгліколю при заявленому співвідношенні компонентів шихти забезпечує підвищення щільності, міцності при стисненні, шлакостійкості при збереженні високої температури деформації під навантаженням, що, в свою чергу, забезпечить підвищення терміну експлуатації вогнетривких виробів. Поставлена задача вирішується тим, що: Шихта для виготовлення вогнетривких виробів, яка включає корунд, плавлену алюмомагнезіальну шпінель, глиноземовмісний компонент і тимчасову зв'язку, яка відрізняється тим, що як корунд вона містить крупнозернистий електрокорунд з максимальним розміром зерен 3 мм фракцій 3-0,5 мм та менше 0,5 мм при їх співвідношенні від 0,8:0,2 до 1:0,4, як алюмомагнезіальну шпінель вона містить крупнозернисту алюмомагнезіальну шпінель з масовою часткою Аl2О3 в межах 80-90 % і максимальним розміром зерен 2 мм фракцій 2-0,5 мм та менше 0,5 мм при їх співвідношенні від 0,9:0,2 до 1:0,3, як глиноземовмісний компонент вона містить суміш з розміром часток менш ніж 10 мкм не менше 90 % (об.) глинозему з масовою часткою Аl2О3 не менше 99 % і алюмомагнезіальної шпінелі з масовою часткою Аl2О3 в межах 80-90 % при їх співвідношенні 1:0,25, як тимчасову зв'язку шихта містить диспергатор модифікований поліелектролітом дисперсний глинозем з розміром часток менш ніж 2 мкм не менше 50 % (об.) або на основі поліетиленгліколю при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: крупнозернистий електрокорунд з максимальним розміром зерен 3 мм фракцій 30,5 мм та менше 0,5 мм при їх співвідношенні від 0,8:0,2 до 1:0,4 35,0-45,0 крупнозерниста алюмомагнезіальна шпінель з масовою часткою Аl2О3 в межах 80-90 % з максимальним розміром зерен 2 мм фракцій 20,5 мм та менше 0,5 мм при їх співвідношенні від 0,9:0,2 до 23,0-27,0 1 UA 101037 C2 5 10 15 20 25 30 35 1:0,3 суміш з розміром часток менш, ніж 10 мкм не менше 90 %(об.) глинозему з масовою часткою Аl2О3 не менше 99 % і алюмомагнезіальної шпінелі з масовою часткою Аl2О3 в межах 80-90 % при їх співвідношенні 1:0,25 31,0-36,50 диспергатор - модифікований поліелектролітом дисперсний глинозем з розміром часток менш ніж 2 мкм не менше 50 % (об.) або на основі поліетиленгліколю 1,0-1,5 Особливістю запропонованої шихти для виготовлення вогнетривких виробів є те, що використання як корунду - крупнозернистого електрокорунду з максимальним розміром зерен 3 мм фракцій 3-0,5 мм та менше 0,5 мм при їх співвідношенні від 0,8:0,2 до 1:0,4, як алюмомагнезіальної шпінелі - крупнозернистої алюмомагнезіальної шпінелі з масовою часткою Аl2О3 в межах 80-90 % і максимальним розміром зерен 2 мм фракцій 2-0,5 мм та менше 0,5 мм при їх співвідношенні від 0,9:0,2 до 1:0,3, як глиноземовмісного компонента - суміші з розміром часток менш ніж 10 мкм не менше 90 % (об.) глинозему з масовою часткою Аl 2О3 не менше 99 % і алюмомагнезіальної шпінелі з масовою часткою Аl2О3 в межах 80-90 % при їх співвідношенні 1:0,25, як тимчасової зв'язки - диспергатора: модифікованого поліелектролітом дисперсного глинозему з розміром часток менш ніж 2 мкм не менше 50 % (об.) або на основі поліетиленгліколю при заявленому співвідношенні компонентів шихти забезпечує збільшення щільності, міцності при стисненні, шлакостійкості при забезпеченні високої температури деформації під навантаженням, а отже корозійної стійкості вогнетривів до впливу розплавлених шлаку, сталі або металевого сплаву. Це ущільнення та зміцнення структури вогнетриву обумовлено досягненням оптимального упакування часток, особливо дрібних, підвищенням до спікання і формування міцних зв'язків тонкодисперсної зв'язки з крупнозернистим заповнювачем. При цьому у зразків вогнетривів формується дрібнокристалічна структура (максимальний розмір пор - ~100 мкм, переважаючий - ~20-70 мкм), а пори, які зосереджені в основному в тонкодисперсній зв'язці, рівномірно розташовуються в ній. Крім того, як відомо (згідно з даними технічної літератури: Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. Стрелов К.К. - М.: Металлургия, 1985. - С. 480), відмінною особливістю шпінелі, в т. ч. MgAl2O4, є тенденція до утворення твердих розчинів заміщення, де великий відсоток одного або обох компонентів шпінелі можуть бути замінені іншими компонентами без модифікації кристалічної структури або суттєвої напруги в кристалічній решітці. Введення шпінелі (Т пл=2135 °С) до складу шихти і в суміші з глиноземом забезпечує підвищення корозійної стійкості вогнетриву за рахунок того, що при температурі плавлення сталі або металевого сплаву твердий розчин глинозему в шпінелі становиться термодинамічно нестабільним, глинозем виділяється з шпінелі та вступає в реакцію з СаО зі шлаку з утворенням межзернової фази гексаалюмінату кальцію, який є високовогнетривкою фазою (згідно з даними технічної літератури: Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. Стрелов К.К. - М.: Металлургия, 1985. - С. 480) (Тпл.=1875 °С). Ця реакція супроводжується збільшенням об'єму, що викликає зниження пористості та зменшує можливість проникнення шлаку. В лабораторії ВАТ "УкрНДІВ імені А.С. Бережного" були виготовлені натурні зразки вогнетривких виробів за запропонованим винаходом і прототипом за традиційною технологією, яка прийнята у вогнетривкій промисловості при виготовленні зернистих вогнетривких виробів. Запропонований винахід ілюструється прикладами, які наведені в таблиці. 2 UA 101037 C2 Таблиця Склад шихти для виготовлення вогнетривів та їх властивості Найменування компонентів, показники властивостей Склад шихти, %: 1. Корунд 2. Крупнозернистий електрокорунд з максимальним розміром зерен 3 мм фракцій 30,5 мм та менше 0,5 мм при їх співвідношенні від 0,8:0,2 до 1,0,4 3. Плавлена алюмомагнезіальна шпінель 4. Крупнозерниста алюмомагнезіальна шпінель з масовою часткою Аl2О3 в межах 80-90 % з максимальним розміром зерен 2 мм фракцій 20,5 мм та менше 0,5 мм при їх співвідношенні від 0,9:0,2 до 1:0,3 5. Глинозем 6. Глиноземовмісний компонент: суміш з розміромчасток менш ніж 10 мкм не менше 90 % (об.) глинозему з масовою часткою Аl2О3 не менше 99 % і алюмомагнезіальної шпінелі з масовою часткою Аl2О3 в межах 80-90 % при їх співвідношенні 1:0,25 7. Тимчасова зв'язка (понад 100 %) 8. Тимчасова зв'язка: диспергатор - модифікований поліелектролітом дисперсний глинозем з розміром часток менш ніж 2 мкм не менше 50 % (об.) - диспергатор на основі поліетиленгліколю Показники властивостей: 1. Відкрита пористість, % 2. Міцність при стисненні зразків вогнетриву, МПа 3. Шлакостійкість, площа 2 насичення, мм 4. Температура початку деформації під навантаженням 0,2 МПа, °С 5 10 №1 прототип Приклади №2 №3 №4 №5 №6 оптипропопропооптипозамальний нований нований мальний межний №7 позамежний 45,0 40,0 35,0 45,0 40,0 33,0 47,0 30,0 25,0 27,0 23,0 25,0 28,0 22,0 25,0 33,75 36,50 31,00 33,75 37,30 30,20 0,03 1,25 1,50 1,00 1,70 0,80 1,25 22,3 16,1 16,4 17,7 16,3 18,3 18,0 52 170 162 149 160 120 125 166 125 127 130 128 136 134 >1760 >1760 >1760 >1760 >1760 >1760 >1760 Аналіз даних, які наведені в таблиці, свідчить про те, що зразки вогнетриву, які виготовлені із шихти запропонованого складу, в порівнянні з прототипом, характеризуються більшими міцністю при стисненні в ~2,9-3 рази (149-170 МПа проти 52 МПа - у прототипу) та в ~1,3-1,5 2 2 рази шлакостійкістю (площа насичення 125-130 мм проти 166 мм - у прототипу), меншою на 4,5-6,2 % відкритою пористістю (16,1-17,7 % проти 22,3-22,6 % - у прототипу) при збереженні високого значення температури деформації під навантаженням 0,2 МПа більшої ніж 1760 °С. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Шихта для виготовлення вогнетривких виробів, яка містить корунд, плавлену алюмомагнезіальну шпінель, глиноземовмісний компонент і тимчасову зв'язку, яка 3 UA 101037 C2 5 10 відрізняється тим, що як корунд вона містить крупнозернистий електрокорунд з максимальним розміром зерен 3 мм фракцій 3-0,5 мм та менше 0,5 мм при їх співвідношенні від 0,8:0,2 до 1:0,4, як плавлену алюмомагнезіальну шпінель вона містить крупнозернисту алюмомагнезіальну шпінель з масовою часткою Аl2О3 в межах 80-90 % і максимальним розміром зерен 2 мм фракцій 2-0,5 мм та менше 0,5 мм при їх співвідношенні від 0,9:0,2 до 1:0,3, як глиноземовмісний компонент вона містить суміш з розміром часток менше ніж 10 мкм не менше 90 об. % глинозему з масовою часткою Аl2О3 не менше 99 % і алюмомагнезіальної шпінелі з масовою часткою Аl2О3 в межах 80-90 % при їх співвідношенні 1:0,25, як тимчасову зв'язку шихта містить диспергатор - модифікований поліелектролітом дисперсний глинозем з розміром часток менш ніж 2 мкм не менше 50 об. % або на основі поліетиленгліколю при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: крупнозернистий 35,0-45,0 електрокорунд крупнозерниста 23,0-27,0 алюмомагнезіальна шпінель глиноземовмісний компонент 31,0-36,50 тимчасова зв'язка 1,0-1,5. Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 4