Магнезіально-вуглецевий вогнетрив

Винахід стосується вогнетривкої промисловості, зокрема виробництва магнезіально-вуглецевих вогнетривів для футеровки сталеплавильних, сталерозливних та інших металургійних агрегатів. Найбільш близьким за своїм складом до запропонованого магнезіально-вуглецевого вогнетриву є вогнетрив такого складу (мас.%) [1]: графіт, переважно кристалічний 5-25 тонкорозмелена суміш не менш як 60% намертво випаленого, оптимально з вмістом не менш як 95% МgО магнезиту з алюмінієво-магнієвим сплавом 7,5-12,5 фенольне зв'язуюче 4-6 намертво випалений і/або плавлений магнезит фракції 5-0 мм з вмістом МgО не менше як 90%, оптимально не менше як 95%, решта . Після змішування компонентів у вказаному співвідношенні з приготованої маси формуються вироби, які потім затверджуються під час термообробки при 125-250°С. Уведення до суміші відомого магнезито-вуглецевого вогнетриву алюмінієво-магнієвого сплаву у вигляді тонкорозмеленої суміші з магнезитом підвищує його стійкість до окислення і розтріскування при термічних ударах, знижує температурний коефіцієнт лінійного розширення і, як наслідок цього, підвищує стійкість готових виробів в службі. Однак показники вогнетривів, що досягаються при цьому, не в повній мірі відповідають сучасним вимогам служби футеровок металургійних агрегатів. Використання у виробництві тонкорозмеленої суміші алюмінієво-магнієвого сплаву, з не менш ніж 60 мас.% намертво випаленого магнезиту, забезпечує достатню вибухобезпеку технології, починаючи від переділу розмелювання. У той самий час питання забезпечення належної вибухобезпеки процесу під час прийому, зберігання та транспортування алюмінієво-магнієвого сплаву до моменту здійснення його розмелювання з магнезитом викликають ускладнення і вимагають застосування дорогого обладнання у вибухобезпечному виконанні. Задачею, яку необхідно було вирішити, є підвищення зносостійкості вогнетриву за рахунок зниження швидкості окислення його вуглецевої складової, а також підвищення безпеки процесу виготовлення вогнетриву. Для досягнення вказаних технічних результатів запропонований магнезіально-вуглецевий вогнетрив, який включає вогнетривку основу - випалений магнезит, плавлений магнезит або їх суміші, графіт, тонкодисперсний антиокислювач і фенольне зв'язуюче - містить як антиокислювач алюмінієво-магнієвий сплав евтектичного складу (51 мас.%АІ+49мас.%Мg), пасивований кремнійорганічним покриттям, за такого співвідношення компонентів (мас.%): тонкодисперсний алюмінієвомагнієвий сплав евтектичного складу, пасивований кремнійорганічним покриттям 2-4 кристалічний графіт 7-20 органічне зв'язуюче понад 100% 5-7 вогнетривка основа - випалений магнезит і/або плавлений магнезит решта. У зв'язку з тим, що раніше не проводилися дослідження по вивченню впливу суміші алюмінієво-магнієвого сплаву, що її вводять до суміші магнезіально-вуглецевих вогнетривів, на їх властивості, було випробувано згадані сплави, що містять 10,30, 4% магнію (остання суміш є евтектичною). Сплави, що містять більше ніж 49% Мg, характеризуються дуже високою вибухонебезпечністю і тому не розглядалися як антиокислювальна добавка. В результаті проведених експериментів було встановлено, що тонкодисперсний алюмінієвий сплав евтектичного складу, який характеризується субмікронними розмірамии кристалів Аl та Мg і внаслідок цього має надзвичайно розвинену питому поверхню, уведений до складу запропонованого вогнетриву у необхідній і достатній кількості, знижує швидкість втрачання останнім вуглецю (див. таблицю 2, порівняти суміш 1 або 2 з сумішшю 5). Даний ефект досягається за рахунок швидкого зміцнення внутрішньої структури вогнетриву, що відбувається у службі при високих температурах, шляхом утворення карбідів, а після цього - шпінели, яке супроводжується виникненням поблизу робочої поверхні вогнетриву шару, ущільненого МgО та МgО • Аl2Оз і внаслідок цього ускладнює доступ усередину вогнетриву окислювальних реагентів (кисню та шлаку) з робочого простору агрегату. Вибухонебезпечність евтектичного складу алюмінієво-магнієвого сплаву усувається завдяки наявності на його частках пасивуючого кремнійорганічного покриття, яке забезпечує вибухобезпечність усього технологічного процесу виготовлення вогнетриву, включаючи переділи, що передують переділу розмелювання. Крім цього, використання тонкодисперсного пасивованого алюмінієво-магнієвого сплаву дозволяє створити на поверхні вогнетриву склоподібну силікатну плівку - продукт взаємодії, що утворюється за рахунок термічної деструкції покриття активного кремнезему з домішками вогнетривкої основи. Таке покриття додатково ускладнює дифузію окислювачів усередину вогнетриву. Також було встановлено, що використання тонкодисперсного пасивованого алюмінієво-магнієвого сплаву дозволяє досягти максимальної рівномірності його розподілу в структурі вогнетриву і тим самим поліпшити термостійкість останнього. Таким чином, сукупність перерахованих вище чинників забезпечує покращення основних технічних характеристик вогнетриву, таких як стійкість до окислення, впливу шлаку і термічних ударів, що визначають його стійкість під час футеровання металургійних агрегатів. Приклади Запропонований винахід реалізується у використанні як вогнетривкої основи випаленого магнезиту з вмістом МgО не менше як 95% і/або плавленого магнезиту з вмістом МgО не менше як 95 %; графіту кристалічного (ГОСТ 4596-75); як антиокислювач - тонкодисперсного алюмінієво-магнієвого сплаву евтектичного складу (ГОСТ 5393-76), в тому числі пасивованого покриттям з кремнійорганічної рідини (поліетилсилоксанової (ГОСТ 13004-71) або поліфенілгідросиланової (ТУ 6-02-807-78); як органічного зв'язуючого - зв'язуючого фенольного порошкоподібного (ТУ 6-0575-1768-35-94) у поєднанні з рідкими етиленгліколем (ГОСТ 19710-83) або фенолоформальдегідною смолою (ГОСТ 4959-78).) Приготування дослідних зразків запропонованого вогнетриву і прототипу здійснюють у такий спосіб. Маси готують у лабораторному скребковому змішувачі. У змішувач завантажують зернисті фракції наповнювачів і змішують їх з рідким зв'язуючим. Потім вводять у змішувач порошок антиокислювача та кристалічний графіт. Перемішують їх із зернистими наповнювачами. Після цього додають тонкодисперсну складову шихти, зв'язуюче фенольне порошкоподібне, і шихту перемішують до гомогенного стану. З приготованих мас формують зразки необхідної форми для випробувань. Відпресовані зразки термообробляють у повітряному середовищі при 200°С для затвердіння зв'язуючого. Потім частину зразків піддають випаленню в коксовій засипці при 1000°С з метою переведення їх у коксований стан. Межу міцності для вигину коксованих зразків визначають при 1400°С в повітряному середовищі. Окиснюваність оцінюють за глибиною зневуглецьованої зони під час нагрівання зразків у окисному (повітряному) середовищі при 1300°С з витримкою 4 години. Стійкість до термоударів оцінюють за величиною втрати механічної міцності під час стиснення зразків після 5-разового термоциклювання їх в інтервалі 1600-1000°С (в нейтральному середовищі). Шлакороз'їдання оцінюють за втратою маси зразків після обертання їх у розплаві металургійного шлаку з основністю 3 при 1600°С. Як видно з даних таблиці 2, зразки з сумішами по запропонованому винаходу перевершують прототип за такими параметрами, як показники основних технічних властивостей окиснюваності, стійкості до термоударів та шлакороз'їдання. Вихід за межі заявленого вмісту антиокислювача призводить до погіршення властивостей зразків. Зразки по винаходу відрізняються підвищеною стійкістю до роз'їдання основним шлаком, за рахунок підвищеної стійкості до окислення вони краще витримують термічні удари. Вказане зумовлює підвищену зносостійкість запропонованого вогнетриву у порівнянні з прототипом у футеруванні металургійних агрегатів. Таблиця 1 Склади та номери дослідних зразків. Компоненти дослідних шихт Склади дослідних зразків % Випалений магнезит (МgО 95%) фракція 5-3 мм фракція 3-1 мм фракція 1-0 мм фракція дрібніше 0,08 мм Сумарний вміст Графіт кристалічний Пасивований алюмінієво-магнієвий сплав, фракція дрібніше 0,08 мм, який містить: 10% Мg 30% Мg 49% Мg(евтектичний) 4 5 6 7 20 20 20 20 20 З0 30 30 30 30 12 12 14 13 20 20 82 82 8 Прототип 10 11 12 13 14 15 20 20 30 30 30 12 11 12 12 12 12 20 20 20 20 20 20 20 10,5 84 83 82 81 82 20 32 32 72,5 *12, 5 *12, 5 20 20 20 20 20 20 20 30 30 30 30 30 30 30 12 20 7 12 12 Тонкорозмелена суміш випаленого магнезиту (МgО 95%) з алюмінієвомагнієвим сплавом у співвідношенні 75:25% 3 20 Сумарний вміст 2 20 Плавлений магнезит (МgО 95%) фракція 5-3 мм фракція 3-1 мм фракція 1-0 мм фракція дрібніше 0,08 мм 1 9 20 20 20 10,5 82 90 77 62 50 50 72,5 15 15 15 15 15 15 15 7 20 15 15 15 15 15 15 3 3 Зв'язуюче органічне (понад 100%) фенольне порошкоподібне етиленгліколь рідка фенольноформальдегідна смола 1 2 3 4 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4,5 4 5 3 4 4 3 4 4 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2 1,5 1,5 1,5 1,5 3,5 4 Примітка: розрахунковий вміст алюмінієво-магнієвого сплаву у сумішах за прототипом - 3,1% Таблиця 2 Основні технічні властивості дослідних зразків і прототипу Найменування властивостей зразків Після термообробки при 200°С: Показники властивостей зразків зі складом N 1 2 відкрита пористість, % 4,9 4,8 межа міцності при стискуванні, Н/мм2 54 58 Після коксуючого випалювання у відновному середовищі при 1000°С: межа міцності для вигину при 1400°С у окиснювальному середовищі, Н/мм2 2,5 2,8 5,9 окиснюваність - глибина зневуглецьованої зони після нагрівання у повітрі при 1300°С,мм стійкість до термоударів - втрата механічної міцності при стискуванні після 5 термоциклів 1600-1000°С, % до первинної міцності шлакороз'їдання - втрата маси зразків після обертання у розплаві шлаку мг • хв./ см2 3 4 5 6 7 5 5 50 51 4,9 5 56 54 3 3,2 3,5 5,8 5,2 4,5 8 7 6 16 15,5 14,5 Прототип 8 9 10 11 12 13 14 15 6,3 6 6,8 4,9 5,4 5,6 5,7 6,2 5 48 61 35 60 64 49 65 49 56 3,5 2,6 2,4 2,3 2,6 2,7 2,6 2,7 2,4 2,8 4 3,9 6 6,5 5.8 5,7 5,5 5,6 5,6 7 6 5 4 4 7 8 6 4 5 5 4 10 8 14 13 13 15 17 14 13 14 14,5 14 18 16 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03