Масса для изготовления основных огнеупорных изделий
Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может применяться для изготовления изделий, работающих в условиях длительной разливки жидких металлов, в частности, для изготовления плит шиберных затворов. Технический результат - снижение пористости и повышение прочности при сохранении термостойкости. Масса для изготовления основных огнеупорных изделий на основе периклаза чистотой не менее 95% MgO, состоящая из зернистого периклаза, тонкодисперсной составляющей и временного связующего, содержит зернистый периклаз фракции 0-3 мм, а тонкодисперсная составляющая содержит периклаз фракции менее 0,088 мм и диоксид циркония и/или циркон фракции менее 0,088 мм, и/или глинозем - Al2O3 фракции менее 0,010 мм, и борную кислоту фракции менее 0,088 мм при соотношении компонентов, мас.%: периклаз фракции менее 0,088 мм 79,0-98,7, диоксид циркония и/или циркон фракции менее 0,088 мм, и/или Al2O3 фракции менее 0,010 мм 1-20, борная кислота фракции менее 0,088 мм 0,3-1, при этом соотношение компонентов массы составляет, мас.%: зернистый периклаз фракции 0-3 мм основа, тонкодисперсная составляющая 15-35, временное связующее (сверх 100%) 3-7. 2 табл.
Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может применяться для изготовления изделий, работающих в условиях длительной разливки жидких металлов, в частности для изготовления плит шиберных затворов.
Огнеупоры для шиберных затворов должны обладать следующими свойствами: высокой механической прочностью, низкой пористостью при достаточной термостойкости, высокой температурой деформации под нагрузкой, низким содержанием легкоплавких материалов.
Известен способ изготовления магнезиального огнеупорного изделия из 97-30% магнезита 95% чистоты и 3-70% циркона с необязательной добавкой Al2О3 (заявка Японии №3232764, С 04 В 35/04, 1994).
Недостатком этого магнезиального изделия является недостаточная термостойкость. Известно, что термостойкая структура огнеупора формируется за счет введения добавок материалов, способствующих образованию микротрещиноватой структуры (в данном случае это добавки циркона и Al2О3), а также за счет использования материалов различных зернистых фракций. Второй способ повышения термостойкости в данном изобретении не реализуется.
Следует также отметить, что введение в состав массы значительного количества циркона ZrO2·SiO2 (свыше 20%) повышает содержание двуокиси кремния SiO2 в составе огнеупора и это может привести к образованию в процессе службы легкоплавких материалов, что также снижает эксплуатационные свойства огнеупора.
Наиболее близкой к изобретению по вещественному и зерновому составу является огнеупорная масса на основе спеченной или плавленой магнезии с содержанием MgO не менее 96% с добавкой 1,0-2,5 мас.% ZrO2 с чистотой не менее 95% и размером зерен менее 0,040 мм в виде бадделеита или стабилизированного ZrO2 (заявка ФРГ №4337916, С 04 В 35/64, 1995). Масса имеет следующий зерновой состав: фракции 5-1 мм - 30-45%, фракции 1-0,09 мм - 15-30%, фракции <0,09 мм (тонкодисперсная составляющая) - 30-40%.
Недостатком этого изобретения является низкая плотность и, вследствие этого, высокая пористость. Кроме того, технология производства такого огнеупора предусматривает проведение обжига изделий при температуре 1700-1800°С, что значительно осложняет ее реализацию.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение пористости и повышение прочности при сохранении термостойкости.
Поставленная задача решается за счет того, что тонкодисперсная составляющая массы на основе зернистого периклазового наполнителя содержит, мас.%:
| Периклаз фракции менее 0,088 мм | 79,0-98,7% |
| Диоксид циркония и/или циркон | |
| фракции менее 0,088 мм | |
| и/или Al2O3 фракции менее 0, 010 мм | 1-20% |
| Борную кислоту фракции менее 0,088 мм | 0,3-1% |
при соотношении компонентов массы, мас.%:
| периклаз фракции 3-0 мм | основа |
| тонко дисперсная составляющая | 15-35% |
| временное связующее (сверх 100%) | 3-7 |
Известно, что введение добавки диоксида циркония ZrO2 способствует повышению термостойкости за счет образования микротрещиноватой структуры, формирование которой обусловлено полиморфными превращениями кристаллов диоксида циркония из кубической модификации в моноклинную и обратно. Полиморфные превращения ZrO2 сопровождаются изменением объема при перепадах температур от 0 до 1600°С и образованием микротрещин. Добавка циркона в магнезиальные массы способствует повышению термостойкости за счет новообразований форстерита, при этом снижается пористость и повышается прочность огнеупора. Введение добавки глинозема повышает термостойкость магнезиального огнеупора в результате образования алюмомагнезальной шпинели и так как этот процесс сопровождается увеличением объема, то пористость снижается. Добавка борной кислоты улучшает спекание огнеупора и тем самым также способствует снижению пористости огнеупора и повышению прочности.
Таким образом, совместное или раздельное введение этих добавок в состав тонкодисперсной составляющей позволяет снизить пористость и повысить прочность и при этом сохранить, а в некоторых случаях и повысить термостойкость. Заявляемая огнеупорная масса при заявляемом соотношении компонентов позволяет получить огнеупорное изделие с необходимым набором свойств.
Из литературы неизвестно использование тонкодисперсной составляющей предлагаемого состава в сочетании с зернистым наполнителем в заданных соотношениях.
Для изготовления образцов использовали порошок периклазовый плавленый марки ППБС-95,5 по ТУ 14-8-234-77 с изменениями №1-3 фракций 3-0,5 мм, 2-05 мм, 0,5-0 мм и менее 0,088 мм, периклаз спеченный китайский с содержанием MgO - 96,5% фракций 3-0,5 мм, 2-05 мм, 0,5-0 мм и менее 0,088 мм, бадделеитовый концентрат ТУ 1762-003-001 86759-2000 марки ПБ-1, цирконовый концентрат ТУ У 14-10-015-98 марки КЦП, реактивный глинозем STS - 30 (Alcoa), борную кислоту по ГОСТ 9565-75, лигносульфонат технический по ТУ 13-0281036-029-94, поливиниловый спирт. Все компоненты промышленного производства.
Массы готовили в смесительных бегунах. Сначала загружали периклаз фракций 3-0,5 или 2-0,5 и 0,5-0 мм и перемешивали 1-2 минуты. Затем увлажняли раствором ЛСТ (плотностью 1,22-1,24 г/см3) или раствором поливинилового спирта (плотностью 1,20-1,22 г/см3) и перемешивали 3-5 минут. Затем добавляли компоненты тонкодисперсной составляющей и перемешивали еще 5-7 минут. Общий цикл смешения 15-20 минут.
Составы приготовленных огнеупорных масс представлены в таблице 1, а свойства образцов, изготовленных из этих масс, - в таблице 2.
Прессование изделий производили на гидравлическом прессе при давлении 180 МПа. Далее изделия сушили при 100-120°С, а затем обжигали при температуре 1650°С. Из полученных изделий выпиливали образцы и проводили определение свойств.
Определение открытой пористости и кажущейся плотности проводили по ГОСТ 2409-95. Определение предела прочности при сжатии по ГОСТ 4071.1-94. Определение термостойкости проводили по ГОСТ 7875-85 при температуре 1000°С с последующим воздушным охлаждением за 10 теплосмен. В связи с тем, что за 10 теплосмен посечки и трещины на образцах не появились, термостойкость оценивали по остаточной прочности (потери прочности) при сжатии после проведения этого испытания.
Согласно описанию к патенту-прототипу термостойкость образцов оценивали по изменению модуля упругости до и после испытания на термостойкость. В связи с отсутствием описания этого метода определения изготовленные образцы прототипа были испытаны на прочность при сжатии после 10 теплосмен 1000°С - воздух.
Из таблицы 2 видно, что предлагаемая масса имеет более низкую пористость и более высокую прочность при сохранении высокой термостойкости.
Применение предлагаемой массы для изготовления огнеупоров, в частности плит для шиберных затворов, позволит увеличить их стойкость и повысить срок службы, что позволит обеспечить безаварийность работы устройств для разливки жидкого металла.
| Таблица 2 | ||||||
| Состав, № | Пористость открытая,% | Кажущаяся плотность, г/см3 | Предел прочности при сжатии, Н/мм2 | Термостойкость (10 теплосмен) 1000°С-воздух | ||
| Внешний вид | Предел прочности при сжатии после 10 теплосмен, Н/мм2 | Снижение прочности,%. | ||||
| 1 | 12,2 | 3,14 | 130 | Трещин и посечек нет | 110 | 15 |
| 2 | 11,5 | 3,15 | 158 | Трещин и посечек нет | 163 | - |
| 3 | 14,5 | 3,05 | 95 | Трещин и посечек нет | 78 | 18 |
| 4 | 12,6 | 3,10 | 110 | Трещин и посечек нет | 102 | 7 |
| 5 | 11,7 | 3,15 | 139 | Трещин и посечек нет | 142 | - |
| 6 | 10,7 | 3,16 | 128 | Трещин и посечек нет | 131 | - |
| аналог | 7,1 | 3,31 | 96 | Образование посечек после 3 теплосмены | 30 | 69 |
| прототип | 16,4 | 2,94 | 85 | Трещин и посечек нет | 68 | 20 |
Масса для изготовления основных огнеупорных изделий на основе периклаза чистотой не менее 95% MgO, состоящая из зернистого периклаза, тонкодисперсной составляющей и временного связующего, отличающаяся тем, что она содержит зернистый периклаз фракции 0-3 мм, а тонкодисперсная составляющая содержит периклаз фракции менее 0,088 мм и диоксид циркония, и/или циркон фракции менее 0,088 мм, и/или глинозем- Al2O3 фракции менее 0,010 мм и борную кислоту фракции менее 0,088 мм при соотношении компонентов, мас.%:
| Периклаз фракции менее 0,088 мм | 79,0-98,7 |
| Диоксид циркония и/или циркон | |
| фракции менее 0,088 мм, | |
| и /или Al2O3 фракции менее 0,010 мм | 1-20 |
| Борная кислота фракции менее 0,088 мм | 0,3-1 |
при этом соотношение компонентов массы составляет, мас.%:
| Зернистый периклаз фракции 0-3 мм | Основа |
| Тонкодисперсная составляющая | 15-35 |
| Временное связующее (сверх 100%) | 3-7 |
