Сырьевая смесь для получения огнеупорного материала

 

Изобретение относится к керамическому материаловедению, в частности к получению огнеупорного материала для изготовления конструкционных элементов тепловых агрегатов. Технический результат - повышение прочности и температуры эксплуатации огнеупорного материала. Сырьевая смесь для получения огнеупорного материала, включающая дистенсиллиманит, порошкообразное фосфатное связующее и воду, в качестве указанного фосфатного связующего содержит алюмоборфосфатное и дополнительно волластонит при следующем соотношении компонентов, мас.%: порошкообразное алюмоборфосфатное связующее 2-8, вода 5-15, волластонит 5-25, дистенсиллиманит - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к керамическому материаловедению, в частности к получению огнеупорного материала для изготовления конструкционных элементов тепловых агрегатов плавки алюминия и его сплавов.

Интенсификация технологических процессов в тепловых агрегатах диктует необходимость создания огнеупорных конструкционных элементов из смесей, позволяющих в результате технологических процессов конструировать структуру материала готовых изделий целевого назначения с нормируемыми физико-механическими, химическими свойствами и термостойкостью.

В мировой практике решение комплекса эксплуатационных характеристик, в некоторых случаях противоречивых в одном изделии, реализуется путем создания композиционных материалов.

Предыстория формирования композиционных структур закладывается в формовочных смесях, в которых используются как искусственно созданные компоненты, так и естественного происхождения..

В каждом конкретном случае требуется оптимальная дозировка компонентов, подбор сырьевых структурообразующих рецептур, а использование компонентов естественного происхождения определяет альтернативный выбор конкурентоспособной продукции в условиях рыночной экономики (см., например: 1. В.И.Эйрих, С.В.Березовский и др. О применении волластонита в производстве композиционных строительных материалов и изделий на их основе. - Строительные материалы, N 1, 2002, с. 14-17; 2. В.П.Шевченко. Использование волластонита в керамической промышленности. - Огнеупоры и техническая керамика. N 4, 2000, с. 31-32).

Известна сырьевая смесь, состоящая из алюмосиликатного наполнителя дистенсиллиманита 17,5, 40 мас.% фасфатного связующего в виде ортофосфорной кислоты, 0,5-5,0 мас.% колошниковой пыли. Массу тщательно перемешивают до гомогенного состояния.

Недостатком известной смеси является короткое время живучести и малое содержание связующего компонента, что не позволяет изготавливать крупногабаритные сложной формы изделия, например, методом литья (а.с. СССР, № 653232, опубл. 25.03.1979).

Наиболее близким аналогом является сырьевая смесь для получения огнеупорного материала, содержащая инредиенты, мас.%:

Гипс 10-20

Порошкообразное алюмохромфосфатное связующее 0,6-6,0

Вода 37-40

Дистенсиллиманит Остальное

(А.с. СССР № 923710, опубл. 30.04.1982).

Недостатком этой смеси является низкая прочность после обжига, по существу, при температурах эксплуатации изделий при выплавки алюминия и его сплавов, что приводит к деградации эксплуатационных характеристик конструкционных элементов, низкому качеству поверхности и попаданию засоров в расплавленный металл.

Целью изобретения является разработка смеси для изготовления огнеупорных конструкционных элементов, обеспечивающих достижение цели изобретения - повышение прочности и температуры эксплуатации огнеупорного материала. Поставленная цель достигается тем, что сырьевая смесь для получения огнеупорного материала, включающая дистенсиллиманит, порошкообразное фосфатное связующее и воду, в качестве указанного фосфатного связующего содержит алюмоборфосфатное и дополнительно волластонит при следующем соотношении компонентов, мас.%: порошкообразное алюмоборфосфатное связующее 2-8; вода 5-15; волластонит 5-25; дистенсиллиманит - остальное.

Сущность заявленного технического решения заключается в следующем:

- исходной предпосылкой введения волластонита являлась возможность ориентации его игольчатых кристаллов в направлении сдвиговых деформаций при формовании пластифицированной сырьевой смеси для улучшения ее таких реологических свойств, как снижение предельного напряжения сдвига и эффективной вязкости;

- введение фосфатного связующего с борсодержащим компонентом обусловлено снижением предела текучести смеси и уменьшением ее пластической вязкости, так как снижается внутреннее трение между структурно-механическими элементами смеси, что приводит к минимальному содержанию воды для получения пластичной массы;

- вода введена в качестве временной технологической компоненты для придания пластичности сырьевой смеси и выполнения процесса формования;

- алюмосиликатный наполнитель в виде дистенсиллиманита введен в качестве основного стурктурообразующего компонента огнеупорного материала.

Доверительные интервалы содержания ингредиентов определены по статистическим результатам изменения прочности после термообработки.

Пример осуществления.

Последовательность операций изготовления сырьевой смеси сохранялась независимо от процентного содержания ингредиентов.

Расчетное количество волластонита, порошкообразного алюмоборфосфатного связующего и воды смешивали в течение 5-7 мин до получения гомогенной массы.

К полученной смеси добавляли расчетное количество дистенсиллиманита и тщательно перемешивали до гомогенного состояния. Из полученной формовочной массы изготавливали стандартные образцы и термообрабатывали в воздушной среде при температуре 750-1200°С. Составы смесей и их прочностные характеристики приведены в табл. 1 и 2.

В табл. 2 не приведены значения прочности для прототипа при термообработке на 1200°С, так как они теряли транспортную прочность. Значения прочности для заявляемого объекта приведены среднеарифметические из 10 замеров.

При сравнении известной и предлагаемой сырьевой смеси прочность огнеупорного материала возрастает в 1,5-1,9 раз при эксплуатации 750°С и на порядки при 1200°С.

Компоненты сырьевой смеси выпускаются в промышленных масштабах, а изготовление сырьевой смеси реализуется на практике с применением оборудования и процессов, применяемых в огнеупорной промышленности.

Формула изобретения

Сырьевая смесь для получения огнеупорного материала, включающая дистенсиллиманит, порошкообразное фосфатное связующее и воду, отличающаяся тем, что она в качестве указанного фосфатного связующего содержит алюмоборфосфатное и дополнительно волластонит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Порошкообразное алюмоборфосфатное связующее 2-8

Вода 5-15

Волластонит 5-25

Дистенсиллиманит Остальное