Огнеупорная набивная масса для футеровки индукционных печей

 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и предназначено для изготовления футеровок индукционных печей и миксеров для алюминиевых сплавов и чугуна. Огнеупорная набивная масса содержит, мас.%: плавленый материал на основе магнезиально-глиноземной шпинели и периклаза; корунд 5 - 15; борную кислоту 1 - 4 и сложный борсодержащий оксид с температурой плавления 800 - 1300^oC или глину огнеупорную фракции менее 0,5 мм 1 - 4. Футеровка по изобретению имеет следующие показатели: после термообработки (Т_o) при 800^oC предел прочности при сжатии (σ_сж.) 22,6 - 58,5 Н/мм², открытая пористость (П_откр.) 21,2 - 23,4%; после Т_o при 1150^oС σ_сж. 28,5 - 71,3 Н/мм², П_откр. 20,3-22,8%; после Т_o при 1500^oC σ_сж. 31,3 - 80,6 Н/мм², П_откр. 18,6 - 21,8%. 2 табл.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и предназначено для изготовления футеровок индукционных печей и миксеров, выплавляющих алюминиевые сплавы и чугун.

Известна шихта для изготовления тиглей индукционных плавильных печей, включающая, мас. электроплавленый периклаз фракции 1,0 0,5 мм 25 30; фракции 0,5 0,1 мм 10 17; фракции 0,1 0,088 мм 10 17; фракции менее 0,088 мм 20 25; борную кислоту 1,0 2,0; гранулы дегидратированной глины фракции 3 2 мм 10 20 (а. с. СССР N 1310371, М.Кл. С 04 В 35/04, 1985).

При использовании указанной шихты для футеровки индукционных печей по выплавке алюминиевых плавов и чугуна, имеющих температуру службы 800 - 1500^oC, спекание указанной массы начинается при температуре 200 - 450^oC за счет введения в массу борной кислоты. Дальнейшее увеличение температуры не способствует спеканию массы, так как для электроплавленого периклаза необходима более высокая температура спекания (более 1700^oC), а введение глины в виде гранул размером 2 3 мм не обеспечивает в интервале температур 800 1500^oC образование достаточно прочной структуры.

Известна огнеупорная набивная масса для футеровки индукционных печей, содержащая плавленые периклаз и корунд, а также легкоплавкую борсодержащую добавку в виде буры при следующем соотношении компонентов, мас. корунд - основа, плавленый периклаз 3 10, бура 0,5 0,7 (а. с. СССР N 528285, М.Кл. С 04 В 35/02, 1974).

Введение в набивную массу буры не способствует достаточному спеканию футеровки при температурах до 600^oС из-за малого количества добавки. При температурах 800 1500^oC корунд не дает удовлетворительного спекания набивной массы, что приводит к интенсивному износу футеровки в процессе службы. Спеканию набивной массы препятствует также образование в данном интервале температур незначительного количества магнезиально-глиноземистой шпинели ввиду присутствия в массе периклазовой и корундовой составляющих. Недостаточное спекание массы увеличивает пористость и снижает прочность футеровки.

Наиболее близкой к изобретению является огнеупорная масса, содержащая, мас. плавленую магнезиально-глиноземистую шпинель фракции 2 мм и менее 4 - 80, плавленый корунд фракции менее 0,1 мм 4 25, магнезит фракции 3 мм и менее 2 85, сульфитно-спиртовую барду 2,5 4,5 (а. с. СССР N 421668, М.Кл. С 04 В 35/04, 1974).

Известная масса обеспечивает получение огнеупоров с высокими физико-керамическими свойствами только при определенных условиях их изготовления: наличия удельного давления прессования не менее 130 МПа и обжига при температуре 1690^oC.

При изготовлении монолитных набивных футеровок, в частности индукционных печей для выплавки алюминиевых сплавов и чугуна, уплотнение футеровки осуществляется при давлении не более 30 Н/мм², а термообработка производится при 800 1500^oC. Известная масса в этих условиях имеет низкую прочность и высокую пористость из-за недостаточного уплотнения и отсутствия спекания, что делает ее непригодной для данного применения.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании огнеупорной набивной массы на основе плавленого шпинельного материала, обеспечивающей надежную эксплуатацию футеровки индукционных печей и миксеров, выплавляющих алюминиевые сплавы и чугун.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в снижении пористости и повышении прочности футеровки в интервале температур 800 1500^oC.

Для достижения указанного технического результата огнеупорная набивная масса для футеровки индукционных печей, включающая плавленый материал на основе магнезиально-глиноземистой шпинели и корунд, согласно изобретению, дополнительно содержит борную кислоту и сложный борсодержащий оксид с температурой плавления 800 1300^oC или глину огнеупорную фракции менее 0,5 мм, а плавленый материал дополнительно содержит периклаз, со следующим соотношением компонентов, мас.

указанный плавленый материал 77 93 корунд 5 15 борная кислота 1 4 указанное боратное соединение или глина 1 4 Используемый в изобретении плавленый материал получен в электродуговой печи и содержит до 95 мас. магнезиально-глиноземистой шпинели и свободный периклаз остальное.

В качестве сложного борсодержащего оксида с температурой плавления 800 - 1300^oС используются сложные борсодержащие оксиды кальция, магния, алюминия и т. д. например BaO·Al₂O₃·2B₂O₃, 2BaO·2B₂O₃, 2BaO·Al₂O₃ ·B₂O₃ температура плавления около 900^oC; СaO ·Al₂O₃·B₂O₃ температура плавления около 1000^oC; MgO·2MgO·B₂O₃, 3MgO·B₂O₃ температура плавления около 1300^oC. Патентуемая совокупность компонентов огнеупорной набивной массы создает оптимальные условия для спекания футеровки с образованием плотной и прочной структуры в интервале температур 800 1500^oC.

Содержащийся в плавленом материале совместно с магнезиально-глиноземистой шпинелью периклаз образует с корундом при температуре до 1500^oC незначительное количество шпинели, так как процесс шпинелеобразования интенсивно проходит при температурах свыше 1500^oС. Образование шпинели происходит с увеличением объема, что позволяет получить безусадочную массу. Наличие спекающих добавок в виде борной кислоты и сложного борсодержащего оксида с температурой плавления 800 1300^oC или огнеупорной глины фракции менее 0,5 мм не приводит к значительному разрыхлению, а следовательно, к увеличению пористости и снижению прочности при температурах службы 800 - 1500^oC.

Использование борной кислоты позволяет получить первичное спекание набивной массы при температурах 200 450^oС. При дальнейшем повышении температуры спекание набивной массы происходит за счет введения сложного борсодержащего оксида с температурой плавления 800 1300^oC или огнеупорной глины фракции менее 0,5 мм.

При уменьшении массовой доли плавленого шпинельно-периклазового материала менее 77% и увеличения массовой доли корунда более 15% происходит разрыхление набивной массы вследствие увеличения качества образующейся в процессе обжига магнезиально-глиноземистой шпинели. Увеличение массовой доли плавленого шпинельно-периклазового материала более 93% и уменьшение массовой доли корунда менее 5% не позволяет получить безусадочной массы из-за малого количества образовавшейся шпинели.

Уменьшение массовой доли борной кислоты менее 1% не способствует достаточному спеканию массы при температурах 200 450^oC. При увеличении массовой доли борной кислоты более 4% снижаются термомеханические свойства набивной массы.

При уменьшении массовой доли сложного борсодержащего оксида с температурой плавления 800 1300^oC или дисперсной огнеупорной глины менее 1% увеличивается пористость и снижается прочность набивной массы вследствие неудовлетворительного спекания при температурах службы. Увеличение массовой доли этих компонентов более 4% повышает спекаемость футеровки, что препятствует получению безусадочной массы.

Возможность осуществления изобретения подтверждается следующими примерами выполнения.

В качестве сырьевых материалов использовали: плавленый шпинельно-периклазовый материал, содержащий 80 мас. магнезиально-глиноземистой шпинели и 20 мас. периклаза, зернистостью 3 0 мм (примеры 1 9); плавленый шпинельно-периклазовый материал, содержащий 95 мас. магнезиально-глиноземистой шпинели и 5 мас. периклаза, зернистостью 3 0 мм (примеры 10 21); плавленую магнезиально-глиноземистую шпинель фракции 2 0 мм по ТУ 14-8-608-90 (примеры 22 24); корунд плавленый марки ПКПС по ТУ 14-8-381-81 (примеры 1 21) и фракции менее 0,1 мм (примеры 22 24);
магнезит фракции 2 0 мм по ГОСТ 10360 86 (примеры 22 24);
борную кислоту марки В по ГОСТ 18704-78;
сложные борсодержащие оксиды с температурой плавления 800 - 1300^oC составов BaO·Al₂O₃· 2B₂O₃, BaO·2B₂O₃, CaO· Al₂O₃·B₂O₃, MgO· B₂O₃,
2MgO·B₂O₃;
молотую огнеупорную глину по ТУ 14-8-336-80 фракции менее 0,5 мм и фракции 1,0 0,5 мм;
лигносульфонат технический (сульфитно-спиртовую барду) по ТУ 81-04-564-79.

Патентуемую огнеупорную массу изготавливают путем смешения плавленого шпинельно-периклазового материала, корунда, борной кислоты и сложного борсодержащего оксида с температурой плавления 800 1300^oC или огнеупорной глины. Продолжительность перемешивания в смесителе 15 30 мин.

При изготовлении футеровки индукционной печи огнеупорную массу уплотняют с помощью пневмомолотка или виброустановки. Спекание тигля происходит при температурах 800 1500^oC с выдержкой при максимальной температуре 1 4 часа.

Составы и свойства патентуемой и известной огнеупорных масс приведены в таблицах 1 и 2.

Как видно из таблицы 2, предлагаемая огнеупорная масса имеет более низкую пористость и значительно превосходит известную массу по прочности в интервале температур 800 1500^oC. Достигнутый уровень свойств массы по изобретению обеспечит повышение стойкости футеровки индукционных печей и миксеров, выплавляющих алюминиевые сплавы и чугун. ТТТ1 ТТТ2

Формула изобретения

Огнеупорная набивная масса для футеровки индукционных печей, включающая плавленый материал на основе магнезиально-глиноземистой шпинели и корунд, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит борную кислоту и сложный борсодержащий оксид с температурой плавления 800 1300^oС или глину огнеупорную фракции менее 0,5 мм, а плавленый материал дополнительно содержит периклаз со следующим соотношением компонентов, мас.

Указанный плавленый материал 77 93
Корунд 5 15
Борная кислота 1 4
Указанное боратное соединение или глина 1 4

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4