Шихта для изготовления огнеупорных изделий
Изобретение относится к производству огнеупоров и может быть использовано для изготовления крупногабаритных изделий металоразливочных конструкций различной конфигурации. Техническим результатом изобретения является повышение качества огнеупорного материала. Указанный технический результат достигается тем, что шихта для изготовления огнеупорных изделий содержит кальцинированный боксит, цирконовый концентрат, глинозем, оксид хрома, оксид титана и волластонит волокнистой структуры при содержании компонентов в шихте, мас.%: кальцинированный боксит - 60-80; цирконовый концентрат - 4-26; глинозем - 7-13; оксид хрома - 0,7-3,4; оксид титана - 0,6-1,7; волластонит - 0,6-3,0 и декстрин, свыше 100% - 5-10, причем кальцинированный боксит используется следующих фракций, мас.%: 0,5-2,5 мм - 70 и 0,004-0,01 мм - 30. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к производству огнеупоров и может быть использовано для изготовления крупногабаритных изделий металоразливочных конструкций различной конфигурации.
Для разливки стали в настоящее время применяются муллитокорундовые, корундовые, цирконовые, шамотные огнеупоры, условия службы которых зависят от температуры, марки разливаемой стали, продолжительности разливки, режима работы.
Повышение стойкости огнеупора в металлоразливочных конструкциях осуществляется созданием материалов гетерогенных структур, определяющих смачивание огнеупоров сталью и шлаком. Из известных классов огнеупорных материалов выделяются корундовые композиции с модифицирующими добавками в широких концентрационных интервалах (SU 296735, 02.03.1971; SU 336312, 21.04.1972; SU 346281, 28.07.1972; SU 389526, 27.09.1973; SU 628135, 1977; SU 607822, 1976; Fr №2120566, 1972; SU 1719365, 15.03.92; RU 20936383, 20.11.97; RU 2100315, 20.11.97; RU 2245864, 10.02.2005).
Описать процесс взаимодействия компонентов сталей и шлаков с гетерогенным огнеупорным материалом общей математической моделью не представляется возможным. Поэтому для совершенствования качества огнеупора экспериментально определяют модифицирующие добавки и их концентрацию применительно к требованиям физико-механических свойств и термостойкости в зависимости от целевого назначения.
Наиболее близким к изобретению по техническому решению - прототипом - является шихта для изготовления огнеупорных изделий, включающая шамот с содержанием Al2O3 не менее 68 мас.%, в качестве цирконсодержащего компонента - цирконовый концентрат и дополнительно электрокорунд и гидролизованный этилсиликат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Шамот с содержанием Al2O3 не менее 68 мас.% | 40-48 |
| Глинозем | 27-32 |
| Цирконовый концентрат | 5-8 |
| Электрокорунд | 12-16 |
| Гидролизованный этилсиликат | 6-7 |
при этом шихта содержит шамот следующих фракций, мас.%.
| 0,63-1,6 мм | 20-22 |
| 1,6-2,5 мм | 18-20 |
| 2,5-5,0 мм | 34-36 |
| 5,0-7,0 мм | 24-26 |
(SU 1047875, 15.10.1983)
Недостатками изделий, изготовленных из известной шихты, является высокий темп изменения прочности под воздействием нестационарных тепловых потоков, что снижает эксплуатационную надежность керамического материала в условиях высоких статических и динамических нагрузок разливки высоколегированных жаропрочных сплавов.
Цель изобретения - повышение качества огнеупорного материала.
Поставленная цель достигается тем, что шихта для изготовления огнеупорных изделий, включающая шамот, глинозем, цирконовый концентрат и технологическое связующее, в качестве шамота содержит кальцинированный боксит и дополнительно оксид хрома, оксид титана, волластонит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Кальцинированный боксит | 60-80 |
| Цирконовый концентрат | 4-26 |
| Глинозем | 7-13 |
| Оксид хрома | 0,7-3,4 |
| Оксид титана | 0,6-1,7 |
| Волластонит | 0,6-3,0 |
| Декстрин, свыше 100% | 5-10 |
Причем шихта содержит кальцинированный боксит следующих фракций, мас.%:
| 0,5-2,5 мм | 70 |
| 0,004-0,01 мм | 30 |
цирконовый концентрат, глинозем, оксид хрома, оксид титана введены в виде смеси совместного помола с удельной поверхностью 8000-10000 см2/г, а волластонит введен в виде природного минерала волокнистой структуры.
Введение в состав шихты кальцинированного боксита определенных фракций со стабилизированной структурой позволяет повысить сопротивляемость ползучести при высоких температурах, а незначительная пористость, в основном внутрикристаллическая, определяет устойчивость против пропитки материала изделия шлаками и сталью.
Содержание модифицирующих компонентов в шихте определено экспериментально и приводит к созданию многофазного состава (корунд, муллит, хромшпинелид, титанат кальция, кубическая окись циркония), обладающего высокой прочностью на сжатие, ударной прочностью, термостойкостью, устойчивостью к расплавам и шлакам, содержащим компоненты, входящие в состав синтезированного огнеупора. Введение модифицирующих добавок в виде смеси совместного помола с удельной поверхностью 8000-10000 см2/г позволяет равномерно распределить ингридиенты по гранулам крупнофракционного кальцинированного боксита, создать плотную мелкозернистую структуру, препятствующую коррозии огнеупора по границам крупнозернистых фракций.
Введение волластонита в виде природного минерала волокнистой структуры приводит к возможности его ориентации в направлении сдвиговых деформаций при формовании пластифицированной сырьевой смеси для улучшения таких ее реологических свойств, как снижение предельного напряжения сдвига, а также как источника кальция, приводящего к образованию кубического оксида циркония и термостойкой фазы титаната кальция.
Доверительные интервалы по содержанию декстрина позволяют использовать все методы формования, известные в огнеупорной промышленности.
Пример изготовления шихты.
При изготовлении шихты были использованы компоненты:
| Кальцинированный боксит | ТУ 8434-42-2001 |
| Цирконовый концентрат | ТУ 14-10-015-98 |
| Глинозем ГК | ГОСТ 30559-98 |
| Оксид хрома | ГОСТ 2912-89 |
| Оксид титана | ГОСТ 98008-84 |
| Волластонит | ТУ 5726-001-4555550-99 |
| Декстрин | ГОСТ 6034-84 |
| Вода водопроводная |
Схема изготовления шихты во всех доверительных интервалах по содержанию компонентов была идентична и состояла в следующем: смешивали крупнофракционный и высокодисперсный кальцинированный боксит всухую, расчетное количество цирконового концентрата, глинозема, оксида хрома, оксида титана получали путем совместного помола в вибромельнице до удельной поверхности 9000 см2/г и вводили в смесь кальцинированного боксита с последующим сухим перемешиванием на быстродействующем смесителе модели "Эрих". Подготавливают раствор декстрина в воде и распускают в нем волокна волластонита. Полученную смесь вводят в порошкообразные компоненты и проводят гомогенизацию в течении 3-5 мин. Подготовленную шихту с содержанием декстрина 7 мас.% использовали для изготовления металопроводов непрерывной разливки высоколегированных жаропрочных сталей. Формование металлопроводов в виде труб размером Dнар.=100 мм, dвн.=40 мм, h=330 мм проводили методом гидростатического прессования с последующим обжигом в воздушной среде при температуре 1600±50°С.
Примеры составов шихт и характеристики материалов изделий представлены соответственно в табл.1 и табл.2.
Изделия, изготовленные из предлагаемой шихты были испытаны в реальных условиях эксплуатации при непрерывной разливке 150 т стали в течение одного часа. Результаты испытаний показали, что изделия, полученные из предложенной шихты, надежнее прототипа, а также импортных аналогов, так как не происходит зарастание разливочного канала, прочностные характеристики позволяли вторично использовать металлопровод, что показывает конкурентоспособность предложенного технического решения.
Таким образом, была подтверждена техническая полезность и реализованы поставленные цели.
| Таблица 1. | ||||
| Компонент | Содержание компонентов, мас.%. | |||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Кальцинированный боксит | 60 | 70 | 80 | |
| Цирконовый концентрат | 26 | 15 | 4,0 | |
| Глинозем | 7 | 10 | 13 | |
| Оксид хрома | 3,4 | 2,0 | 0,7 | |
| Оксид титана | 1,7 | 1.2 | 0,6 | |
| Волластонит | 3,0 | 1,8 | 0,6 | |
| Декстрин, свыше 100% | 5 | 7,5 | 10 | |
| Таблица 2. | ||||
| Свойства | Образцы из предлагаемой шихты | Прототип | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Термостойкость при 1300°С - вода, кол-во теплосмен до разрушения | >100 | >100 | >100 | >60 |
| Предел прочности при сжатии, МПа | 130 | 135 | 145 | 105-140 |
| Пористость, % | 13 | 10 | 8 | 13-16 |
| Остаточная прочность после 25 т/смен, МПа | 127 | 132 | 140 | 87-100 |
| 60 т/смен, МПа | 80 | 75 | 60 | 35-45 |
| Ударная вязкость МПам1/2 | 5,5 | 5,1 | 4,9 | 4,2-4,6 по аналогу RU 2096383 |
| Шлакоразъедание при 1400°С, % от толщины стенки | 5,2 | 4,1 | 3,3 | 10,8 |
1. Шихта для изготовления огнеупорных изделий, включающая шамот, глинозем, цирконовый концентрат, технологическое связующее, отличающаяся тем, что в качестве шамота используется кальцинированный боксит и дополнительно оксид хрома, оксид титана, волластонит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Кальцинированный боксит | 60-80 |
| Цирконовый концентрат | 4-26 |
| Глинозем | 7-13 |
| Оксид хрома | 0,7-3,4 |
| Оксид титана | 0,6-1,7 |
| Волластонит | 0,6-3,0 |
| Декстрин, свыше 100% | 5-10 |
2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что содержит кальцинированный боксит следующих фракций, мас.%:
| 0,5-2,5 мм | 70 |
| 0,004-0,01 мм | 30 |
3. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что цирконовый концентрат, глинозем, оксид хрома и оксид титана введены в виде смеси совместного помола с удельной поверхностью 8000-10000 см2/г.
4. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что волластонит введен в виде природного минерала волокнистой структуры.
