Способ приготовления огнеупорных блоков для агрегатов титано-магниевого производства

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам изготовления огнеупорных блоков для агрегатов производства магния и титана. Техническим результатом изобретения является повышение срока службы, снижение затрат на изготовление, замену и ремонт агрегатов. Способ включает получение огнеупорного материала, заливку в форму, изготовление огнеупорного блока, его сушку, изотермическую выдержку и охлаждение. Изотермическую выдержку блоков ведут в расплаве хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, а охлаждение - на воздухе. Расплав хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов имеет температуру 700-1000°С. Изотермическую выдержку и охлаждение блоков проводят 3-5 раз. Изотермическую выдержку и охлаждение ведут в течение 5-10 минут. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам изготовления огнеупорных блоков и футеровки агрегатов для производства магния и титана.

Известен способ монтажа футеровки магниевых электролизеров (а.с. ссср 161498, опубл. Бюл. №7, 19.03.64 г.) путем подготовки огнеупорного блока вне электролизера, причем блок, включающий анодное перекрытие, диафрагмы, торцевые стенки и половинки катодных камней, выполняют съемным.

Недостатком данного способа является то, что срок службы футеровки из огнеупорных блоков, изготовленных из бетона, в процессе эксплуатации при высоких температурах и агрессивных средах очень низкий. Это приводит к большим затратам на изготовление и замену пришедших в негодность блоков.

Известен способ изготовления футеровки магниевых электролизеров (а.с. ссср №451794, опубл. Бюл. №44 1974 г.), включающий приготовление футеровки из огнеупорных блоков, соединенных друг с другом постепенно твердеющими огнеупорными массами, например бетоном, причем отдельные блоки выполняют из кирпича и снабжают соприкасающиеся друг с другом поверхности блоков пазами-замками, которые заполняют твердыми массами.

Недостатком данного способа является то, что срок службы огнеупорных блоков, изготовленных из кирпича и бетона, в процессе эксплуатации при высоких температурах и агрессивных средах, содержащих хлор и хлорид водорода, очень низкий. Это приводит к большим затратам на изготовление и замену пришедших в негодность блоков.

Известен способ (Производство и служба высокоглиноземистых керамобетонов. - Е.М.Гришпун, Ю.Е.Пивинский, Е.В.Рожков и др. - Ж. Огнеупоры и техническая керамика, №3, 2000 г., стр.37-41), включающий приготовление огнеупорного материала, загрузку его в форму с изготовлением огнеупорного блока для футеровки из высокоглиноземистых материалов на основе высококонцентрированных керамических вяжущих суспензий (ВКВС, керамобетон). В качестве связующего используют боксит с добавкой высокодисперсного кварцевого стекла. Боксит дробят, измельчают, рассеивают и подвергают магнитной сепарации, в мельницу добавляют высокодисперсное кварцевое стекло, получают коллоидную суспензию, которую заливают в форму с получением огнеупорного блока, изделие сушат при температуре 110°С и подвергают термообработке при температуре до 1500°С и изотермической выдержке 5 часов. Возможно предварительное замораживание блока с цель придания ему прочностных свойств.

Недостатком данного способа является то, что дополнительная стадия термической обработки огнеупорного блока приводит к большим энергетическим и материальным затратам за счет применения высокотемпературной термической печи и вспомогательного оборудования для нее.

Известен способ изготовления и монтажа футеровки подины электролизера (Патент РФ №2202003, опубл. 10.04.2003 г., бюл.10), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий приготовление огнеупорного материала из высокоглиноземистых материалов на основе высококонцентрированных керамических вяжущих суспензий (ВКВС, керамобетон), заливку его в форму, изготовление огнеупорного блока, их сушку, изотермическую выдержку и охлаждение. Изотермическую выдержку блоков осуществляют при температуре не ниже 225°С в течение 72 часов. Блоки изготавливают многослойными путем подготовки оболочки из высокопрочного огнеупорного материала. В качестве высокопрочного огнеупорного материала используют материал с открытой пористостью не выше 16%, например, фторфлогопитовое литье или высокоглиноземистый бетон, а в качестве теплоизоляционного материала используют материал с коэффициентом теплопроводности не более 0,04 Вт/мК, например фторфлогопитовое или базальтовое волокно.

Недостатком данного способа является трудоемкость изготовления многослойных блоков. Кроме того, блоки из огнеупорных материалов, такие как анодное перекрытие, диафрагмы, торцевые стенки и половинки катодных камней, камни для леток рудно-термических печей для выплавки титановых шлаков, камни для горелочных устройств, перегородки хлораторов и др., которые находятся в агрессивной газовой среде хлора и хлорида водорода, для повышения срока их службы необходимо изготавливать из особенно прочных материалов и подвергать дополнительной защитной обработке.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и изготовление огнеупорных блоков и футеровки для агрегатов титаномагниевого производства с улучшенными прочностными характеристиками, что позволяет значительно повысить срок их службы и снизить затраты на изготовление, замену и ремонт агрегатов титаномагниевого производства.

Технический результат достигается тем, что предложен способ приготовления огнеупорных блоков для агрегатов титаномагниевого производства, включающий получение огнеупорного материала, заливку в форму, изготовление огнеупорного блока, его сушку, изотермическую выдержку и охлаждение, новым является то, что изотермическую выдержку блоков ведут в расплаве хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, а охлаждение - на воздух.

Кроме того, расплав хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов имеет температуру 700-1000°С.

Кроме того, изотермическую выдержку и охлаждение блоков проводят 3-5 раз.

Кроме того, изотермическую выдержку и охлаждение ведут в течение 5-10 минут.

Опускание огнеупорного блока в расплав хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов при температуре 700-1000°С в течение 5-10 минут позволяет пропитать блок расплавом и получить на поверхности блока защитную пленку, увеличивающую срок службы блока в несколько раз.

Закаливание блока путем опускания в расплав и подъема на воздух позволяет достичь длительных прочностных свойств блока и тем самым повысить срок службы огнеупорного блока, используемого в агрегатах титаномагниевого производства.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе изготовления огнеупорных блоков и футеровки для агрегатов титаномагниевого производства, изложенных в пунктах формулы изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “новизна”.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию “изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “изобретательский уровень”.

Пример осуществления способа.

Сырье, например огнеупорную крошку алюмосиликатного состава, измельчают мокрым способом в шаровой мельнице до средней крупности 0,3 мкм, получают суспензию с рН 9-10,5 и содержанием воды 15-16%. В суспензию добавляют пластификаторы щелочного состава в количестве до 0,5%. Суспензию делят на две части. Из одной части приготовленной суспензии готовят заполнитель путем дробления в шнековых дробилках, затем подвергают магнитной сепарации и рассеивают на фракции. Полученную суспензию смешивают с другой частью заполнителя и смесь заливают определенной конструкции формы при постоянной вибрации. После сушки при температуре 250°С получают керамобетонный блок. В зависимости от формы получают огнеупорные блоки для перегородок магниевых электролизеров, леточные камни для руднотермических печей для выплавки титановых шлаков, камни для горелочных устройств, используемые в хлораторах для обезвоживания карналлита и получения тетрахлорида титана и т.д.

Полученный блок нужной формы после сушки охлаждают и погружают в электропечь или в электролизер для получения магния, в которые предварительно заливают расплавленный электролит состава: 8-15 мас.% хлорида магния, 35-40 мас.% хлорида натрия, 20-30 мас.% хлорида калия, остальное - примеси. При температуре 700-1000°С, выдерживают 5-10 минут, поднимают огнеупорный блок краном на воздух, выдерживают на воздухе 5-10 минут и вновь погружают в расплав. Всего проводят 3-5 теплосмен воздух-расплав, получают блок с пределом прочности на сжатие более 80 МПа.

Таким образом, изобретение позволяет получить огнеупорные блоки и футеровку для агрегатов титаномагниевого производства с улучшенными прочностными характеристиками, что позволяет значительно повысить срок их службы и снизить затраты на изготовление, замену и ремонт агрегатов титаномагниевого производства.

1. Способ приготовления огнеупорных блоков для агрегатов титано-магниевого производства, включающий получение огнеупорного материала, заливку его в форму, изготовление огнеупорного блока, его сушку, изотермическую выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что изотермическую выдержку блоков ведут в расплаве хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, а охлаждение - на воздухе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплав хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов имеет температуру 700-1000 °С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что изотермическую выдержку и охлаждение блоков проводят 3-5 раз.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что изотермическую выдержку и охлаждение ведут в течение 5-10 мин.