Кладочный раствор для футеровки высокотемпературных агрегатов

 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано в качестве кладочного раствора при футеровке тепловых агрегатов, работающих в интервале температур 900-2200^oC. В основу изобретения положена задача разработать раствор для футеровки высокотемпературных агрегатов повышенной огнеупорности и высокой прочности. Сущность изобретения: кладочный раствор для футеровки высокотемпературных агрегатов, включающий алюминий, хромитовый концентрат и сульфат магния, дополнительно содержит технический глинозем и оксид магния при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминий 11-16, хромитовый концентрат 6-16, сульфат магния 12-18, технический глинозем 10-20, оксид магния 41-50. 1 табл.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано в качестве кладочного раствора при футеровке тепловых агрегатов, работающих в интервале температур 900-2200^oC.

Известен огнеупорный материал в из экзотермической смеси, содержащей в качестве восстановителя смесь порошка алюминия и кремния, а в качестве огнеупорного наполнителя один или несколько оксидов из ряда SiO₂, ZrO₂, Al₂О₃, MgO, муллит, циркон. Смесь распыляют на поверхность футеровки в токе кислорода. Термообработка массы происходит при горении металлов в струе кислорода, при этом оксиды плавятся и тонким слоем напыляются на поверхность футеровки, образуя защитный слой (1).

Огнеупорный материал, полученный этим способом, не годится в качестве соединительного шва при кладке огнеупорных кирпичей за счет того, что образуется очень тонкий огнеупорный слой, который в условиях высоких температур и агрессивных сред разрушается, что соответственно ведет к сокращению срока службы футеровки.

Известен раствор для кладки огнеупорных изделий, содержащий хромитовую руду, порошок алюминия, сульфат магния, оксид железа и воду (2).

Недостатком известного раствора для кладки огнеупорных изделий является использование хромитовой руды в большом процентном соотношении (39,9-46,8 мас.), что при повышенных температурах дает ряд экологически вредных соединений. Кроме этого данный кладочный раствор обладает пониженной огнеупорностью (1800^oC) и меньшей прочностью на сдвиг (45 МПа), невысокой термостойкостью 2 теплосмены (огонь вода).

В основу изобретения положена задача разработать кладочный раствор для футеровки высокотемпературных агрегатов повышенной огнеупоности и высокой прочности.

Задача решается тем, что предлагаемый кладочный раствор для футеровки высокотемпературных агрегатов, включающий алюминий, хромитовый концентрат и сульфат магния, согласно изобретению дополнительно содержит технический глинозем и оксид магния при следующем соотношении компонентов, мас.

алюминий 11-16 хромитовый концентрат 6-16 сульфат магния 12-18 технический глинозем 10-20 оксид магния 41-50.

Предлагаемый кладочный раствор имеет следующие характеристики: огнеупорность 2100-2200^oC прочность на сдвиг 45,6-48,3 МПа термостойкость 5-6 теплосмен (1300^oС вода).

Такие характеристики достигаются тем, что получение соединительного шва из предлагаемого кладочного раствора проходит в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).

В ходе СВС-процесса развиваются высокие температуры 1700-2100^oC, которые обеспечивают взаимодействие компонентов активной фазы между собой. При этом сульфат магния окисляет хромитовый концентрат до оксидов, которые, вступая в реакцию с металлическим алюминием, восстанавливаются до металлического состояния (интерметаллиды типа Al-Fe-Cr); оксиды магния вступают в реакцию c Al₂O₃ в составе технического глинозема и металлическим алюминием, образуя тугоплавкую эвтектику MgAl₂O₄. Используемый в предлагаемом кладочном растворе технический глинозем содержит в достаточном количестве примесные компоненты V₂O₅, MnO, ZnO, которые в данном процессе являются катализаторами образования тугоплавкой эвтектики MgAl₂O₄.

Следует также отметить, что получаемые фазы интерметаллидов и их оксидов не являются обособленными, а взаимно внедрены по всей огнеупорной массе, в результате чего получают высокопрочный кладочный шов, который также характеризуется высокой огнеупорностью.

Используемые хромитовый концентрат и технический глинозем имеют следующий состав: хромитовый концентрат, мас. Сr₂O₃ 48-50, SiO₂ - 4-12, MgO 13-18, Al₂O₃ 6-8, Fe₂O₃ 11-26, технический глинозем, мас. Al₂O₃ 90-98, V₂О₅ MnO ZnO от 0,01 до 1.

Все отклонения от предложенного соотношения компонентов приводят к ухудшению показателей кладочного раствора. Так, при содержании алюминия менее 11 мас. снижается возможность прохождения СВС-синтеза из-за малого количества восстановителя, а содержание алюминия выше 16 мас. приводит к получению наплывов на накладочном шве.

Содержание хромитового концентрата менее 6 мас. нежелательно ввиду того, что не будет образовываться высокотемпературный шов, также возможно растрескивание кладочного шва. При содержании хромитового концентрата выше 16 мас. происходит разубоживания шихты и снижается энергоемкость восстановителя (алюминия).

При содержании сульфата магния (связующего) менее 12 мас. снижается прочность связки между компонентами, шов растрескивается, при содержании связующего (MgSO₄) выше 18 мас. происходит нежелательное окисление алюминия, т.к. избыток сульфата магния в данном случае играет роль окислителя, который снижает общую энергетику предлагаемого материала. Помимо этого избыточное содержание сульфата магния приводит к разубоживанию шихты по составным компонентам.

При содержании оксида магния менее 41 мас. не происходит образования тугоплавкой эвтектики MgAl₂O₄, за счет чего снижается прочность получаемого шва. При увеличении содержания оксида магния выше 50 мас. создается возможность получения легкоплавкой эвтектики с температурой плавления 1115^oС. Получаемый в результате этого материал не соответствует поставленной задаче.

При содержании технического глинозема ниже 10 мас. содержание примесных компонентов катализаторов недостаточно, что приводит к невозможности создания тугоплавкой эвтектики MgAl₂O₄. Увеличение содержания глинозема выше 20 мас. приводит к образованию легкоплавкой эвтектики за счет повышения содержания Al₂O₃, содержащегося в техническом глиноземе. В обоих случаях это приводит к снижению всех качественных характеристик получаемого соединительного шва.

Пример 1. Приготовление кладочного раствора осуществляется путем затворения водой смеси из 11 г алюминия, 16 г хромитового концентрата, 20 г технического глинозема, 41 г оксида магния, 12 г сульфата магния до консистенции густой сметаны с последующим нанесением на огнеупорное изделие толщиной 3-5 мм. Затем начинают разогрев печи; при достижении температуры печи 1000-1200^oC происходит самовозгорание кладочного раствора. После сгорания полученный соединительный шов имеет следующие характеристики: огнеупорность 2100^oC прочность на сдвиг 45,6 МПа
термостойкость 5 теплосмен (огонь вода).

Образцами для нанесения покрытия служат стандартные шамотные и хромомагнезитовые изделия. Прочность шва оценивали по существующей методике на сдвиг.

Примеры 2-3 выполняются аналогично примеру 1, используя различные количественные соотношения компонентов. Исходные составы и характеристики кладочного раствора приведены в таблице.

Использование нового кладочного раствора в высомолекулярных агрегатах позволяет увеличить стойкость футеровки в 1,5-2,5 раза за счет увеличения огнеупорности и прочности соединительного шва.

Примеры 1-2 на запредельные значения выполняются аналогично примеру 1 на основные значения.

Формула изобретения

Кладочный раствор для футеровки высокотемпературных агрегатов, включающий алюминий, хромитовый концентрат, сульфат магния, отличающийся тем, что раствор дополнительно содержит технический глинозем и оксид магния при следующем соотношении компонентов, мас.

Алюминий 11 16
Хромитовый концентрат 6 16
Сульфат магния 12 18
Технический глинозем 10 20
Оксид магния 41 50

РИСУНКИ

Рисунок 1