Способ изготовления керамических бакоровых огнеупоров

 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к способам изготовления бакоровых огнеупоров. Технический результат изобретения - повышение термо- и коррозионностойкости огнеупоров, использование бакорового лома стекловаренных печей. Лом стекловаренных печей очищают от стекломассы, дробят. Измельченный лом рассеивают по фракциям, составляют шихту, содержащую бакоровый лом: 55% фракции 1-3 мм, 23% фракции < 0,2 мм, порошок глинозема 14% фракции < 0,2 мм, 6,5% ортофосфорной кислоты, 0,9-2,7% воды. Шихту гомогенизируют, заполняют пресс-форму, формуют методом виброуплотнения. Отформованные изделия устанавливают в камерную сушилку и сушат при температуре 70°С. Сухой полуфабрикат перемещают в обжиговую печь, проводят спекание с изотермической выдержкой в течение 3 часов при температуре 1200-1620°С и охлаждают до комнатной температуры. 1 табл.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления керамических бакоровых огнеупоров, применяемых для футеровки стекловаренных печей.

Известные способы изготовления бадделеитокорундовых огнеупоров ("Бакор") различных марок основаны на приготовлении шихты из тонкодисперсных порошков Al2O3, ZrO2, SiO2, Na2O; последующего процесса плавления в электродуговых печах, разлива расплава в формы с последующим отжигом и тепловой обработкой изделий, а окончательные геометрические размеры получают с помощью механической обработки (О.Н.Попов, П.Т.Рыбалкин, В.А.Соколов, С.Д.Иванов. Производство и применение плавленнолитых огнеупоров. Москва. Металлургия, 1985 г., 254 с.).

Недостатком известных способов является то, что технология плавленых огнеупоров, массой 70-800 кг не позволяет получить однородного по химическому составу материала, так как при температурах плавления 2000-2500oC происходит неконтролируемая диссоциация и возгонка окислов с сильным испарением кремния и алюминия.

Известен также способ получения огнеупорного материала, включающий подготовление шихты, состоящей из измельченного лома бакоровых огнеупоров фракции -5-0 мм. Гранулированной шпинелидной добавки, содержащей 79,1% Cr2O3; 20,5% MgO. Шихту плавят в электродуговой печи. Плавку ведут в окислительных условиях (на открытой дуге при поднятых над расплавом электродах). Расплав заливают в графитовые литейные формы, после чего полученные отливки отжигают в естественных условиях в термоящиках с диатомитовой засыпкой в течение 3-4 суток. (А.С. СССР N 1740354, приоритет 19 апреля 1990 г., опубликован 15.06.92 г., Бюль. N 22, кл. C 04 B 35/62).

Достоинством способа является повышение коррозионной стойкости огнеупора в расплаве бесщелочного боросиликатного стекла и частичное использование лома бакоровых огнеупоров.

Недостатком известного способа является присутствие углерода в материале, которое приводит к повышенному выделению пороков в стекломассу и свойственной плавленым огнеупорам химической и фазовой неоднородности в объеме изделий.

Кроме того, плавленные изделия имеют неоднородную плотность по сечению, связанную с неравномерной кристаллизацией в процессе затвердевания при последовательном формировании поликристаллической структуры отливки.

Указанные недостатки в процессе службы огнеупора приводят к возникновению напряжений, развитию трещин и, в основном, определяют деградацию эксплуатационных характеристик.

Наиболее близким к заявляемому способу по решаемой технической задаче - прототипом - является способ получения спеченных огнеупоров в системе Al2O3 - ZrO2 - SiO2, Al2O3 - ZrO2 - Cr2O3 - SiO2.

В качестве основного сырья для синтеза спеченных огнеупоров в указанных системах использованы отходы плавленолитых бадделеитокорундовых огнеупоров после их дробления и магнитной сепарации. Изделия получали последующим формованием методом полусухого прессования и термообработкой при температурах 1200-1620oC (ВНИИ научной информации и экономики промышленности строительных материалов. Экспресс-обзор, серия 9, выпуск 6, Москва, 1998 г., с. 7).

Достоинством прототипа является получение керамическим способом спеченных огнеупоров, которые не содержат свободного углерода, и при сопоставимой коррозионной стойкости с плавленолитыми огнеупорами обладают более высокой термостойкостью.

Недостатком известного способа является получение изделий с неравномерным распределением пор, наличием крупных каверн в структуре материала, что снижает коррозионную стойкость при работе изделий в условиях воздействия агрессивных сред.

Задачей авторов является разработка технологического процесса изготовления керамических бакоровых огнеупоров различной номенклатуры, обеспечивающего достижение цели изобретения - повышение термо- и коррозионностойкости, и использование бакорового лома стекловаренных печей.

Поставленная цель достигается, в отличие от известного способа тем, что лом стекловаренных печей очищают от стекломассы, измельчают, рассеивают по фракциям, составляют шихту, содержащую 55% фракции 1-3 мм, 23% фракции <0,2 мм; порошок глинозема 14% фракции <0,2 мм, 6,5% ортофосфорной кислоты, 0,9-2,7% воды; шихту гомогенизируют, заполняют пресс-форму, формуют методом виброуплотнения, отформованные изделия устанавливают в камерную сушилку, производят сушку при температуре 70oC, сухой полуфабрикат перемещают в обжиговую печь, проводят спекание с изотермической выдержкой в течение 3 часов и охлаждают до комнатной температуры.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем: - Очистка лома стекловаренных печей от стекломассы исключает попадание в шихту нерегламентированных примесей, особенно SiO2.

- Измельчение лома преследует цель гомогенизации по составу материала и получение заданных фракций бакорового порошка.

- Рассев по фракциям позволяет выделить для использования необходимые порошки.

- Количество фракций бакора и глинозема выбрано экспериментально с позиций максимально плотной упаковки в процессе получения полуфабриката.

- Ортофосфорную кислоту вводят как связующее для придания полуфабрикату прочности, необходимой для сохранения формы, исключения дефектов при перемещении полуфабриката на последующих технологических операциях.

- Добавка воды необходима для придания пластичности глинозему в процессе формования.

Содержание воды в пределах 0,9-2,7% обусловлена тем, что ниже 0,9% пластичность низкая и получается перепрессовка, а увеличение влаги выше 2,7% значительно удлиняет процесс сушки.

- Процесс гомогенизации необходим для равномерного распределения компонентов в объеме шихты.

- Заполнение пресс-формы регламентирует действия исполнителя по отбору необходимого количества шихты и равномерного распределения в объеме формы.

- Операция формования методом виброуплотнения позволяет получить изделия сложной формы с равномерной плотностью по объему при больших соотношениях продольных и поперечных геометрических размеров, что недопустимо при использовании, например статического метода полусухого прессования.

- Операция сушки необходима для удаления влаги из полуфабриката, чтобы исключить на операции высокотемпературного обжига дефекты в виде вздутий, трещин, каверн. Регламентированное значение температуры в 70oC определяет равномерный прогрев полуфабрикатов при мягком режиме удаления влаги. Ниже 70oC удлиняется процесс сушки, выше 70oC упругость паров воды приводит к вздутиями и расслоениям.

- Операция перемещения полуфабриката в обжиговую печь регламентирует действия исполнителя, обеспечивающих исключение дефектов на изделие и схему садки при спекании.

- Спекание при температуре 1200-1600oC позволяет получить бакор разных марок с заданными физико-химическими характеристиками, а изотермическая выдержка в течение 3-х часов является оптимальной для получения максимальной плотности и исключает диссоциацию и унос оксидных компонентов.

- Охлаждение до комнатной температуры, на практике вместе с печью, исключает остаточное напряжения, приводящие к дефектам в огнеупоре.

Пример осуществления способа.

1. Для изготовления виброформованных бадделеитокорундовых огнеупоров использовали: 1.1. Бой бакора (БК-33 или БК-41) после службы в стекловаренных печах.

1.2. Глинозем марки Г-00.

1.3. Связка 75%-ная ортофосфорная кислота.

1.4. Вода водопроводная.

2. Очищенный от стекломассы и стекловаренного боя бакор дробили на щековой дробилке (КИД-50) до крупности 0-3 мм. После измельчения и отсева порошок бакора подвергали обработке в электромагнитном сепараторе марки ЭСВ-В-36/50 для отмагничивания железа.

3. Для приготовления мелкой фракции < 0,2 мм полученную бакоровую крошку < 3 мм подвергали помолу на вибромельнице СВМ 45/100. Одновременная загрузка составляла 150 кг. Время помола ~1 час.

4. Для помола глинозема использовали ту же мельницу, с той же загрузкой, при времени измельчения 30-45 мин.

5. Дозировку компонентов шихты проводили с использованием весов и вымеренных специальных емкостей.

5.1. Из отсеянных фракций бакора и глинозема составляли смесь, в которую вводили ортофосфорную кислоту и воду. Состав сырьевой смеси для формования, %: Бакор фракции 1-3 мм - 55 Бакор фракции <0,2 мм - 23 Порошок глинозема фракции <0,2 мм - 14 Кислота ортофосфорная - 6,5 Вода - 1,5 Готовую смесь помещали в смеситель СМ-250 и перемешивали в течение 20 мин. Готовую смесь сразу использовали для формования или помещали в полиэтиленовые мешки, чтобы не допустить ее высыхания.

6. Готовую массу засыпали в форму высотой 30-40 см и тщательно протрамбовывали по контуру и в середине пневмоинструментом. В дальнейшем массу подсыпали равномерным тонким слоем по всей формующей поверхности. При трамбовании не допускали прохода штока по утрамбованной поверхности без подсыпки массы. После прессования проводили контроль по объемному весу заготовок. При среднестатическом значении объемного веса заготовок, равным 3 г/см3, разброс значений не превышал 0,2 г/см3.

7. Полученные сырые заготовки помещали в камерную сушилку. Подъем температуры вели до 70oC в течение 4 часов и делали изотермическую выдержку в течение 24 часов. Контроль влажности изделий показал остаточное содержание воды ~ 0,2%, что в дальнейшей операции спекания позволило получать бездефектные изделия.

8. Обжиг изделий проводили при температуре 1300oC при выдержке 3 часа. Охлаждение вели вместе с печью до температуры 30-40oC.

9. Обожженные изделия сортировали поштучно, группировали в партию 50 шт. , при весе бруса 275 кг, и подвергали физико-химическому контролю. Показатели приведены в таблице.

Данные таблицы показывают, что предлагаемый способ позволяет получать изделия с повышенным значением термостойкости и коррозионностойкости в агрессивных средах, а отзывы потребителей подтверждают высокое качество получаемого огнеупора, которое определяет конкурентноспособность выпускаемых огнеупоров импортным и отечественным аналогам.

Практическое осуществление заявляемого способа показывает, что предлагаемое техническое решение позволяет эффективно реализовать бой использованных бакоровых огнеупоров в экологически, по сравнению с методом плавки, благоприятных условиях, так как в процессе изготовления нет отходящих газов, засоряющих окружающую среду.

Заявляемый способ осуществляется на стандартном технологическом оборудовании с обеспечением мер безопасности для обслуживаемого персонала и окружающей среды, легко контролируется, а себестоимость продукции по экономическим оценкам примерно в 2 раза ниже, чем бакоровый литой огнеупор.

Авторы выражают просьбу присвоить выпускаемому огнеупору абривиатуру БКТ, что означает - бадделеитокорундовый трамбованный.

Формула изобретения

Способ изготовления керамических бакоровых огнеупоров, включающий подготовку шихты, состоящей из измельченного бакорового лома, магнитную сепарацию, введение добавок, формирование и термообработку при 1200 - 1600oC, отличающийся тем, что очищают от стекломассы лом стекловаренных печей, измельченный лом рассеивают по фракциям, составляют шихту, содержащую 55% фракции 1 - 3 мм, 23% фракции < 0,2 мм, порошок глинозема 14% фракции < 0,2 мм, 6,5% ортофосфорной кислоты, 0,9 - 2,7% воды, шихту гомогенизируют, заполняют прессформу, формуют методом виброуплотнения, отформованные изделия устанавливают в камерную сушилку, производят сушку при температуре 70oC, сухой полуфабрикат перемещают в обжиговую печь, проводят спекание с изотермической выдержкой в течение 3-х часов и охлаждают до комнатной температуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению керамических материалов на основе стабилизированного диоксида циркония

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к области производства углеродсодержащих огнеупоров для футеровки различных металлургических агрегатов, например конвертеров, электросталеплавильных печей, сталеразливочных ковшей

Изобретение относится к материалам для производства огнеупорных металлопроводов, либо их частей для разливки стали
Изобретение относится к технологии огнеупоров, которые могут использоваться в черной и цветной металлургии, в стекловаренной, химической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к производству огнеупорных материалов и может быть использовано в цветной металлургии для изготовления изделий, контактирующих с расплавом алюминия и сплавов на его основе

Изобретение относится к огнеупорной промьшшенности и может быть использовано для изготовления огнеупорного материала, применяемого для футеровки стекловаренных печей

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления огнеупорных изделий и набивных футеровок

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления хромалюмоциркониевых огнеупоров, применяемых для футеровки стекловаренных печей

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности, к изготовлению огнеупоров для футеровки высокотемпературных агрегатов, таких как плавильные печи, ковши и тигли для выплавки, обработки и транспортировки различных металлов

Изобретение относится к области керамической технологии получения высокоогнеупорного термостойкого материала из диоксида циркония, который может быть использован для изготовления футеровки ловушек ядерных реакторов, высокотемпературных печей, тиглей для плавки металлов и выращивания монокристаллов, огнеприпаса для обжига высокоогнеупорных изделий, специальных изделий для систем высокого давления, элементов футеровки систем, работающих при температурах до 2500°С

Изобретение относится к огнеупорным формованным изделиям, используемым в виде кирпичей или изделий нестандартных размеров для оснащения металлургических плавильных сосудов

Изобретение относится к спеченным изделиям, изготовленным из циркона и диоксида циркония, для использования в стекловаренной печи, в частности в изделиях, применяемых в качестве опорных блоков для электродов, или в электролизере в контакте с расплавом криолита

Изобретение относится к огнеупорному керамическому материалу и может быть использовано в качестве футеровки индукционной печи для исследования поведения расплава ядерного топлива
Изобретение относится к способу получения огнеупорного керамического материала на основе оксида гафния и может быть использовано в контакте с расплавленным материалом активной зоны ядерного реактора

Изобретение относится к производству огнеупорной смеси частиц на основе диоксида циркония, предназначенной для производства спеченных продуктов, используемых в установках металлургической промышленности, стекловаренных печах, нефтехимических реакторах и цементных печах. Смесь частиц, состоящая из более 92 мас.% частиц диоксида циркония, включает (по массе): (а1) более 60% частиц диоксида циркония, размер которых превышает 50 мкм, где по меньшей пере 90 мас.% указанных агрегированных частиц диоксида циркония содержат менее 50 мас.% диоксида циркония в моноклинной фазе; (а2) более 15% частиц диоксида циркония, имеющих размер менее 50 мкм, (б) 1-2% частиц диоксида кремния, имеющих размер менее 50 мкм; (в) 0,3-5% частиц, включающих один, два или три оксида, выбранных из группы: CaO, MgO, и Y2O3, где по меньшей мере 55 мас.% указанных частиц дополнительных оксидов обладают размером менее 50 мкм; (г) менее 1% частиц состоящих из «иных оксидов». В указанной смеси частиц содержится более 5% агрегированных частиц диоксида циркония, размером более 1 мм, и от 8 до 20% частиц матрицы из диоксида циркония размером менее 15 мкм включают более 95 мас.% диоксида циркония в моноклинной фазе. Технический результат изобретения - высокая механическая прочность продуктов из заявленной смеси частиц при высоких температурах и циклических температурных нагрузках. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 пр., 2 табл., 1 ил.
Наверх