Способ изготовления набивных огнеупорных изделий

 

Изобретение относится к производству огнеупоров и может быть использовано при изготовлении защитной облицовки для реакционной камеры аппарата, предназначенного для извлечения алюминия из металлического сырья отгонкой через летучие субгалогениды алюммчия или иных целей . Использование: материал увлажняют водой в пропорции 100:(8-10), затем вводят раствор ортофосфорной кислоты плотностью 1,38 г/см в соотношении Т:Ж 100:(16-21). Приготовленную таким образом массу материала набивают в объемные формы, сушат на воздухе и подвергают термообработке , упрочняющей набивной материал . Готовый набивной материал выдерживает нагрев до 2000-2100°С без деформации , обладает прочностью на сжатие в пределах 180-245 кг/см и химически стоек к среде реакции MgF2 + 2AI 2AIF + Мд, проводимой при температуре 1580-1700°С 73

(5н С 04 В 35/58

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным Знакам

" Мь 1,"; h

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ Î

IÎ

СО о

Г> (21) 5004793/33 (22) 09.10.91 (46) 07.09.93. Бюл. ¹ 33 — 36 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности (72) Размыслов В.И. (73) Акционерное общество открытого типа

"Всероссийский алюминиево-магниевый институт"

f56) Справочник. Огнеупорные иэделия, материалы и сырье. Под редакцией Карклита

А.К. M.: Металлургия, 1977. с. 12 — 13, 162—

165.

Авторское свидетельство СССР

N 1121251, кл. С 04 В 35/38, 1979. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАБИВНЫХ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к производству огнеупоров и может быть использовано при

Изобретение относится к производству огнеупорных изделий и может быть использовано при изготовлении защитной облицовки реакционных камер в термических аппаратах для извлечения алюминия из сплавов и другого металлического сырья отгонкой через летучие субгалогениды алюминия, Известно использование ортофосфорной кислоты в качестве связки. Эта кислота используется при изготовлении набивных иэделий из кварцеглинистой, муллитокорундовой и корундовой масс с введением ее в пересчете на оксид фосфора (PQO5) в количестве от 1 до 3,5 мас.$.

Техническим решением наиболее близким к данному, является способ получения

„„RU„„ 2000286 С

2 изготовлении защитной облицовки для реакционной камеры аппарата, предназначенного для извлечения алюминия иэ металлического сырья отгонкой через летучие субгалогениды алю ч чия или иных целей. Использование: материал увлажняют водой в пропорции 100:(8 — 10), затем вводят раствор ортофосфорной кислоты плотностью 1,38 г/см в соотношении Т:Ж = з

=100:(16 — 21), Приготовленную таким образом массу материала набивают в объемные формы, сушат на воздухе и подвергают термообработке, упрочняющей набивной материал. Готовый набивной материал выдерживает нагрев до 2000-2100" С без деформации, обладает прочностью на сжатие в пределах 180 — 245 кг/см и химически сто2 ек к среде реакции MgFz + 2AI = 2AIF + iVIg, проводимой при температуре 1580-1700"С. огнеупорных иэделий, включающий смешивание нитрида алюминия с фосфатным связующим в требуемом соотношении. прессование заготовок и полимеризацию при 80-100 С в течение 3-х часов 2 .

Однако смешивание сухого с ортофосфорной кислотой вызывает их бурное взаимодействие и быстрое неравномерное твердение.

Целью изобретения является повышение прочности и химической стойкости.

Это достигается тем, что в способе изготовления набивных огнеупорных изделий из нитрида алюминия, включающего приготовление смеси нитрида алюминия с ортофосфорной кислотой, набивку смеси в объемные формы, сушку набивок на воэду2000286

55 э: рл ообработку, нитрид алюминия

cl p. р е t4 р, ø t4 â à þ ò с водой в отношении

> .. К 100.(8 10) и вводят водный раствор

>l.т:1>,:4 Форной кислоты плотностью 1,38, 2, л;-. »> ношении Т;Ж = 100:(16-21), Б п1 иееденном выше рецепте твердое

: е>;<ест»о - Т берется в весовых единицах ;г:., т), жидкость — Ж вЂ” в соответствующих

3 3

>0>„ел,нь>x единицах (см, дм, мз), > ушность изобретения разъясняется в

»ижеприведеннь>х описаниях подробностей способа.

Вследствие увлажнения происходит как б>4 приглушение интенсивности реакции вэяимодеиствия материала со связкой. Внесе»ие большего количества воды для увпаж сния материала, чем указано в рецепте (8 10 Oб.ед.) приводит к снижению прочности гермообработанных набивок и даже к р.".стрсскиванию поверхности иэделий;

,.: >.:èt.å количество — затрудняет переме>;;ьэ>,1е связки. Взаимодействие между

:.д.:лю -гиниевой массой и ортофосфор:,::.;отой обуславливается наличием в

:, v ë>: некоторого количества AI20g; п1> к.", г=.кте i" 120э и НзРО4 образуется алюл> 1>э-.фат»ое соединеHèå.

Гл" >нбсть водного раствора кислоты—

1;8 бь>ла выбрана опытным путем. При такой плотности обеспечивается удобство рабо,ы. Г неразбавленной кислотой трудно оперировать иэ-эа малых необходимых количес>в ее для ввода и равномерною смешивания с материалом. Большее разбавление кислоты также отрицательно влияет на качество набивки, делает ее после термообработки более рыхлой, пористой, слабой.

В пересчете на твердый оксид {P20s) содержание связки в пределах 21 — 16 об.ед. водного раствора ортофосфатной кислоты плотности 1,38 составит в безводной смеси

>латериала 8,08 — 10,35 мас. .

Нарушение количественного содержания связки(16 — ?1 об.ед) в сторону повышения ее в маэериале приводит при термообработке набивки к увеличению обьема массы— вылезанию из формы или образованию шапки (в зависимости от количества избытка связки); уменьшение связки ниже указанного интервала — снижению прочности набивного изделия (например при вводе кислотного раствора в количестве 16,0 см з прочность образца на сжатие поспе прокалки при 1000"C составила 282 кг/см, а при вводе 12,0 с>л — 89 кг!м ).

Проч>к с1ь огнеупорной продукции характеризуется >1редело л стойкости на сжатие, колеблющимся в пределах от 100 — 200 кг/см для радовой продукции, до 500-700

40 кг/см -- для изделий отверственного наэна2 чения.

Опытным путем нами было установлено для полученных прессованием (беэ связки) при удельном давлении 1250 кг/см и термообработанных при 900 и 1100" С образцов удельное давление раздавпивания соответственно 140 и 260 кгlсм, Образцы набивок, полученные при использовании связующего раствора в пределах 16 — 21 об.ед, (смэ), показывали прочность после термообработки при 1000 С соответственно 280-340 кг/см, после термооб2оаботки при 1900 — 1980"С—

180 — 245 кгlсм, Достигнутые показатели прочности для набивных образцов из нитрида алюминия не уступают стандартам рядовой огнеупорной продукции и могут считаться удовлетворительными. По огнеупорности керамические иэделия делят на: огнеупорные (1580 — 1780 С), высокоогнеупорные (1770 — 2000"С) и высшей огнеупорности (свыше 2000"С). Нитрид алюминиевые набивки выдерживали термообработку в пределах 1800-2100" С без деформаций, поэтому >логут быть оценены как высокоогнеупорные.

Термообработка образцов набивки до

1000" С проводилась без защит»ой атмосферы, выше — в вакууме или под защитой аргона, так как при высоких температурах нитрид алюминия окисляетса е воздушной атмосфере, При термообработке при 105 С или немного выше удалялась практически вся вода -- свободная и связанная, при высокотемпературных прокладках (18002100" С) происходило удаление внесенного со связкой оксида фосфора. что подтверждается анализом термообработанных образцов. В них содержание фосфора составляло порядка 0,02 /. Визуально газовыделение (Фосфорного соединения) наблюдалось в виде дымка.

Таким образом, высокоте лпературная термообработка избавляет образцы набивок от внесенного ранее связующего вещества, необходимого на первых порах для обеспечения прочности образцов. Можно предполагать, что при высоких температурах роль упрочнителя играет начинающееся спекание самого нитрида алюминия. Удаление связки имеет как положительное значение, потому что основной материал при отсутствии примеси становится более огнеупорным (да и химически стойким), так и отрицательное — повышается пористость набивной массы.

Объемный вес сырых набивок находится в пределах 2,2-2,3 г!сл1, прокаленных э при 1900-2000ОС вЂ” 1,74 — 1,79 г!см .

2000286

15

40

Для получения образцов, необходимых для дальнейших испытаний, их приготавливали набивкой в графитовые цилиндрические стаканчики. Сырые набивки в стаканах до 2 — 3 суток сушили на воздухе и сутки — две выдерживали в сушильном шкафу при 105 С, затем вместе со стаканом прокаливали в течение 1 ч при 1000 С. освобождали от грвфитовой. оболочки и проводили завершающую высокотемпературную (1800 — 2100 С) прокалку, Основное применение создаваемой нитридалюминиевой набивки предназначалось для изготовления защитной облицовки реакционных камер печей, служащих для отгонки алюминия через субфторид алюминия (AIF) иэ металлического алюминиевого сырья. Наряду с изготовлением набивной облицовки на стороне, формовка ее и термообработка могла производиться и в самой печи. Для формообразующих оболочек набивки может быть использована керамика, графит, металл. После низкотемпературной стадии термообряботки они удаляются, так как уже после сушки при 105 С набивки приобретают достаточную прочность (240290 кг/см ). Дальнейшая термообработка набивной облицовки должна производиться по графику постепенного подъема температуры под вакуумом или защитной атмосферой аргона. Могут появиться другие варианты использования набивных изделий иэ нитрида алюминия, где удовлетворительным окажется иной, более низкотемпературный уровень термообработки.

Термообработанные (при 1900 С и выше) набивные образцы испытывались в реакционной среде (MgF2 + 2А! = 2AIF + Mg) процесса отгонки алюминия через субфторид, где MgF2 u At находятся в жидком состоянии через субфторид, где MgF2 u Al находятся в жидком состОЯнии, AIF u Mg парообраэной форме, Для осуществления этой реакции необходимы температуры в пределах 15801700 С, процесс ведется под защитной атмосферой аргона. Образцы выдерживались в реакционном расплаве при 1580—

1640 С s течение 3 ч и выдержэли испытание — недеформировались, не потрескались, но прибавили в весе порядка 76 эа счет насыщения пор набивной массы солью — фтористым магнием. Для сравнения одновременно испытанные образцы заводского изготовления (прессование) прибавили в весе в среднем на 26%. Повышенная пористость набивок объясняется улетом при прокалке связующего вещества и воды.

Возможно уход фосфора иэ набивки благоприятствовало сохранению химической стойкости образцов. Присутствие фтористого магния в порах набивки неитпяльно и отношению к химическои стойкос1И нитри да алюминия. Прочность обрязцоя на сжятие после испытания в реакчионной сред составила порядка 280 кг/см .

Пример 1, Берут 100 г порошкя нитрида алюминия, 21 см (мл) водного рэствора НзРО4 плотности 1,38 г/см и 10 см (мл) воды, Порошок нитридя алюминия смешивают с 10 см воды, затем в увлажненную массу материала вводят равномерно ряспределено 21 см" раствора кислоты. Образующийся состав набивается ручной трамбовкой в цилиндрические графитовые стаканчики (с внутренним диаметром и высотой до 25 мм, толщиной стенок 2,5 мм).

Объемный вес сырой набитой массы составляет 2,287 г/см . Набитые формы 3 сут выз держивяют нэ воздухе и 2 сут в сушильном шкафу при 105 С.

После сушки образцы подвергают прокалке при 1000"С с ьь дсржкои при этой температуре 1 ч. После этого образцы набивки освободили от графитовой Оболочки и подвергли в ысокотемперятурному обжигу при 1900 — 1980 С с выдержкой 1 час под вакуумом, Объемный вес после обжига

1,74 г/см, прочность образца — 245 кг/см . з 2

Содержание фосфора в обрязце составило

0,019 ", Набивку подвергали испытанию ня химическую стойкость. Обрязцы выдерживали испытание, сохранили форму, но насытились фтористым магнием, объемный вес стал равным 3,06 r/см . Прочность образца з составила 280 кг/см .

Пример 2. Компоненты нябивного состава: 100 г порошка нитрида алюминия, 16 см водного раствора оотофос орной з кислоты плотности 1,38 г/см и 8 см воды.

Исходный порошок нитрида алюминия равномерно увлажняли 8 см воды, зятем в маз з териал вводили 16 см водного раствора кислоты. Образующийся увлажненный состав со связкой набивали трамбовкой вручную в графитовые стаканчики (с внутренними диаметрами и высотой по 25 мм).

Набивки в течение 3 сут выдерживали на воздухе. Зятем 2 сут сушили в сушильном шкафу при 105 С (продолжительность сушки зависит от веса загрузки образцов). Последующая прокладка образцов набивок при 1000 С и 1-часовой выдержке привели к следующим показателям: объемный вес—

1,93 г/см, прочность 282 кг/см . Прокэленз 2 ные при 1000 С образцы после освобождения от графитовых стаканчиков подвергали высокотемпературному обжигу в вакууме при температуре 1900-2000" С в течение 1 ч.

После такого обжига, объемный вес стял равным 1,794 г/см, прочность ня ряздявли2

2000286

Составитель Н.Соболева

Техред М.Моргентал Корректор М Куль

Редактор Л.Народная

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3063

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. Ул Гагарина, 101 вание — 179 кг/см, содержание фосфора в образце составило — 0.02 ф.

Термообработанный материал подвергли испытанию на химическую стойкость, объемный вес стал 3,11 г/см . Испытанный в реакционной среде набивной материал показал прочность 274 кг/см, 2

Формула изобретения

Способ изготовления набивных огнеупорных изделий, включающий приготовление смеси нитрида алюминия с фосфатным связующим, формование, сушку на воздухе, термообработку, отличающийся тем, что в качестве фосфатного связующего ис5 пользуют водный раствор ортофосфорной кислоты плотностью 1,38 г/см, причем сначала нитрид алюминия перемешивают с водой в соотношении 100:(8 — 10), после чего вводят указанный раствор ортофосфорной

10 кислоты в соотношении Т:Ж = 100:(16-21).