Шихта для виготовлення корундових вогнетривких виробів

Реферат: Винахід належить до промисловості вогнетривких матеріалів, а саме корундових вогнетривких виробів, які застосовуються для футерування високотемпературних агрегатів з температурою служби до 1850 °С. Шихта для виготовлення корундових вогнетривких виробів містить, мас. %: корунд фракцій 3-1, 1-0,5 і менше ніж 0,5 мм з масовою часткою Аl2О3 не менше ніж 99 при співвідношенні цих фракцій від 0,9:0,2:0,3 до 1,0:0,3:0,4 – 64,0-66,0, глинозем з вмістом -А2О3 не менше ніж 90 % і розміром часток менше 10 мкм не менше ніж 90 % - 28,5-29,0, диспергатор: модифікований поліелектролітом дисперсний глинозем або на основі поліетиленгліколю – 1,01,5, оксид хрому з масовою часткою Сr2О3 не менше ніж 99 % - 4,0-6,0. Винахід дозволяє підвищити вогнетривкість виробу, що підвищує температуру служби футерівки теплового агрегату та терміну його експлуатації. UA 98854 C2 (12) UA 98854 C2 UA 98854 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід належить до промисловості вогнетривких матеріалів і може бути використаний у виробництві корундових виробів, які застосовуються для футерування високотемпературних агрегатів з температурою служби до 1850 °C, наприклад, реакторів виробництва технічного вуглецю, в яких швидкість газових потоків досягає -400-450 м/сек. і щільність та міцність вогнетривів, які в кінцевому результаті визначають ерозійну зносостійкість останніх, а також термін служби футерівки в тепловому агрегаті, мають дуже важливе значення. Крім того, ці вогнетривкі вироби повинні характеризуватися високою "огнетривкістю, підвищення якої забезпечує підвищення температури експлуатації цих вогнетривів в футерівці теплових агрегатів. Вищезазначене дозволить інтенсифікувати технологічні процеси (зокрема процес одержання технічного вуглецю), тобто проводити ці процеси при більш високих температурах та підвищити ефективність споживання вуглеводневої сировини за рахунок більш повного її термічного розкладання та збільшити вихід кінцевого продукту - технічного вуглецю. Відомий склад шихти для виготовлення корундових вогнетривів, який включає: 45 мас. % зерен корунду фракції 3-0,5 мм або 2-0,5 мм, 10 мас. % зерен корунду фракції 0,5-0,06 мм та 45 мас. % тонкомеленої зв'язуючої складової фракції менше 0,06 мм. Як останню використовують тонкомелений корундовий шамот того ж складу, що зерниста складова шихти, або тонкомелений глинозем (І.С.Кайнарський, Е.В.Дегтярьова, І.Г.Орлова. Корундовые огнеупоры и керамика. Москва: Металургия. 1981, с. 64-65). Недоліком цього складу шихти є те, що вогнетривкі вироби, виготовлені з нього, характеризуються недостатньо високими значеннями щільності, міцності при стисненні і вогнетривкості. Найбільш близьким до даного винаходу по технічній сутності і результату, що досягається, є шихта для виготовлення корундових вогнетривких виробів, яка включає, мас. %: корунд фракції 3-1 мм 18-42, фракції 1-0,5 мм 9-29, менше 0,5 мм 7-23; тонкомелений -Аl2О3 фракції менше 0,06 мм з вмістом 75-80 % фракції менше 0,01 мм 29,95-41,75; тимчасове зв'язуюче - етил - або метилсиліконат натрію 0,05-0,5 (пат. України №12173, МПК С04В 35/10, 1992 p.). В даному технічному рішенні хоча і створюється можливість виготовлення достатньо щільних (з відкритою пористістю 18,0 %) та міцних (з межею міцності при стисненні 124 МПа) корундових виробів високої вогнетривкості (2000 °C), проте значення щільності, межі міцності при стисненні та вогнетривкості недостатньо високі. В основу винаходу поставлена задача створення шихти для виготовлення корундових вогнетривких виробів, в якому застосування корунду фракцій 3-1, 1-0,5, менше 0,5 мм з масовою часткою Аl2О3 не менше ніж 99 % при певному співвідношенні цих фракцій, тонкомеленого глинозему з вмістом -Аl2О3 не менше ніж 90 % і розміром часток менше 10 мкм, не менш ніж 90 %, диспергатора - модифікованого поліелектролітом дисперсного глинозему або на основі поліетиленгліколю, та додаткове введення оксиду хрому з масовою часткою Сr 2О3 не менше ніж 99 % при певному масовому співвідношенні всіх вищезазначених компонентів шихти забезпечує оптимальну упаковку часток, внаслідок чого досягається висока однорідність структури виготовленого вироба і збільшення його щільності та міцності при стисненні. Додаткове введення добавки більш тугоплавкого оксиду - оксиду хрому, який має температуру плавлення 2300 °C (згідно з даними технічної літератури: Диаграммы состояния силикатных систем. Торопов Н.А., Барзаковский В.П., Лапин В.В., Курцева Н.Н. Москва-Ленинград: изд-во "Наука", 1965, с 188-189), в менш тугоплавку систему оксиду алюмінію з температурою плавлення 2050 °C, забезпечує підвищення тугоплавкості системи оксидів Аl 2О3 - Сr2О3 в цілому, отже досягається підвищення вогнетривкості виробу, що в свою чергу забезпечить підвищення температури служби футерівки теплового агрегату та терміну його експлуатації. Поставлена задача вирішується тим, що: Шихта для виготовлення корундових вогнетривких виробів, що включає корунд фракцій 3-1, 1-0,5 і менше 0,5 мм, тонкомелений -Аl2О3 та тимчасову зв'язку, згідно винаходу корунд фракцій 3-1, 1-0,5, менше 0,5 мм використовують з масовою часткою Аl2О3 не менше ніж 99 % при співвідношенні цих фракцій від 0,9:0,2:0,3 до 1,0:0,3:0,4, як тонкомелений -Аl2О3 - глинозем з вмістом -Аl2О3 не менше ніж 90 % і розміром часток менше 10 мкм не менш ніж 90 %, як тимчасову зв'язку шихта містить диспергатор - модифікований поліелектролітом дисперсний глинозем або на основі поліетиленгліколю та додатково добавку оксиду хрому з масовою часткою Сr2О3 не менше ніж 99 % при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: корунд фракцій 3-1, 1-0,5, менше 0,5 мм з масовою часткою Аl2О3 не менше ніж 99 % при співвідношенні цих фракцій від 0,9:0,2:0,3 до 1,0:0,3:0,4 64,0-66,0 глинозем з вмістом -Аl2О3 не менше ніж 90 % і розміром часток менше 10 мкм не менш ніж 90 % 28,5-29,0 диспергатор - модифікований поліелектролітом дисперсний глинозем або на основі поліетиленгліколю 1,0-1,5 1 UA 98854 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 оксид хрому з масовою часткою Сr2О3 не менше ніж 99 % 4,0-6,0. Особливістю запропонованої шихти для виготовлення корундових вогнетривких виробів є те, що при використанні корунду фракцій 3-1, 1-0,5, менше 0,5 мм з масовою часткою Аl2О3 не менше ніж 99 % при певному співвідношенні цих фракцій, тонкомеленого глинозему з вмістом Аl2О3 не менше ніж 90 % і розміром часток менше 10 мкм не менше ніж 90 %, диспергатора модифікованого поліелектролітом дисперсного глинозему або на основі поліетиленгліколю і додатковому введенні оксиду хрому з масовою часткою Сr 2О3 не менше 99 % при певному масовому співвідношенні всіх вищезазначених компонентів в шихті забезпечується формування міцної та щільної дрібнокристалічної структури (максимальний розмір кристалів в зернах заповнювача - ~ 40 мкм, переважаючий – ~ 15-40 мкм; максимальний розмір кристалів в тонкодисперсній зв'язці – ~ 40 мкм, переважаючий – ~ 4-20 мкм) внаслідок досягнення оптимального упакування часток, підвищення активності до спікання, утворення у тонкодисперсній зв'язувальній частині вогнетриву твердого розчину оксиду хрому в корунді ( Аl2О3) і формування міцних зв'язків тонкодисперсної зв'язки з зернистим заповнювачем. При цьому у зразків вогнетривкого виробу формується дрібнокристалічна та дрібнопориста структура (максимальний розмір пор округлої та овальної форми складає ~ 40 мкм, переважаючий - ~ 4-15 мкм). Пори переважно закритого типу (які, як відомо (згідно з даними технічної літератури: Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. Стрелов К.К., Москва: Металлургия, 1985, с. 289) в меншому ступені знижують міцність, ніж відкриті тому, що в більшості випадків мають гострокінцеву форму), зосереджені, в основному, в тонкодисперсній зв'язці і досить рівномірно розташовані в ній. Формування дрібнокристалічної і дрібнопористої структури сприяє підвищенню щільності і міцності при стисненні, а також терміну служби вогнетривів. Утворення твердого розчину оксиду хрому в корунді ( -Аl2О3) забезпечує підвищення вогнетривкості виробів. У технічному рішенні, що заявляється, в порівнянні з найближчим аналогом підвищення щільності, міцності при стисненні та вогнетривкості досягається за рахунок вказаного масового співвідношення зернистої складової - корунду фракцій 3-1, 1-0,5, менше 0,5 мм з масовою часткою Аl2О3 не менше ніж 99 % при певному співвідношенні цих фракцій, тонкомеленої складової – глинозему з вмістом -Аl2О3 не менше ніж 90 % і розміром часток менше 10 мкм не менше ніж 90 %, диспергатора - модифікованого поліелектролітом дисперсного глинозему або на основі поліетиленгліколю, оксиду хрому з масовою часткою Сr2Оз не менше ніж 99 %. У вогнетривких корундових виробів, які виготовлені за прототипом, формується недостатньо щільна і міцна структура, про що свідчать трохи гірші значення відкритої пористості і міцності при стисненні. Крім того, значення вогнетривкості цих виробів також недостатньо висока. У лабораторії ВАТ "УкрНДІВ ім. А.С.Бережного" були виготовлені зразки корундових вогнетривких виробів за запропонованим технічним рішенням, що заявляється, з позамежними значеннями та прототипом за традиційною технологією, яка прийнята у вогнетривкій промисловості при виготовленні зернистих вогнетривких виробів. Запропонований винахід ілюструється прикладами, які приведені в таблиці. Аналіз даних, які приведені в таблиці, свідчить, про те, що корундові вогнетривкі вироби, які виготовлені із шихти запропонованого складу, в порівнянні з прототипом, характеризуються в ~ 1,3 рази більшим значенням уявної щільності, на 1,5-1,8 % (в абсолютних значеннях) меншою відкритою пористістю, в ~ 2,4 рази більшою межею міцності при стисненні та на 80 °C (в абсолютних значеннях) більшою вогнетривкістю. Заявлене технічне рішення намічене до впровадження у 2011 році на дослідному виробництві ВАТ "УкрнДІВ ім. А.С. Бережного". 2 UA 98854 C2 Таблиця Склад шихти корундових вогнетривких виробів та їх властивості Приклади Найменування компонентів, показники властивостей Склад шихти: 1. Корунд фракцій, мм: 3-1 мм 1-0,5 мм