Композиция для огнеупорного покрытия
Изобретение относится к технике производства огнеупорных материалов, которые могут быть использованы как защитные покрытия от коррозионных сред при технологических нагревах и в процессе изготовления деталей и полуфабрикатов. Технический результат изобретения - повышение качества покрытия. Композиция содержит электрокорунд, оксидал, каолин, алюмомагниевый фосфат, сополимер акриловой кислоты "Рузин 12", воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: электрокорунд 35,2-52,0, оксидал 4,0-6,0, каолин 0,8-1,2, "Рузин 12" 2,0-3,0, алюмомагниевый фосфат 18-27, вода 20-30.
Изобретение относится к технике производства огнеупорных материалов, которые могут быть использованы как защитные покрытия от коррозионных сред при технологических нагревах и в процессе изготовления деталей и полуфабрикатов.
В высокотемпературных технологических процессах керамической, стекольной, металлургической промышленности для защиты рабочей поверхности огнеупоров, преимущественно шамотного класса, применяют защитные покрытия от агрессивного воздействия газов, расплавов и шлаков.
Композиции для огнеупорных покрытий содержат керамическую компоненту, одно или два связующих на основе органических и неорганических соединений, модифицирующие добавки, повышающие устойчивость покрытия от воздействия конкретных агрессивных сред. Наиболее широко применимы композиции с использованием цирконосодержащих компонентов (SU 539012, 27.12.76; SU 791704, 30.12.80; SU 1291583, 23.02.87; SU 1308595, 07.05.87; SU 1020404, 30.05.83; SU 1031954, 30.07.83; SU 1043134, 23.09.83; SU 1604795, 07.11.90).
Недостатком известных составов является низкая температура использования в пределах 1350-1450°С.
Известны огнеупорные смеси, содержащие в качестве наполнителя алюмосиликатную керамику или ее компоненты, графит, кремний содержащий компонент, фосфатное связующее, воду (SU 1105486, 1984; SU 889643, 1981; SU 893952, 1981; SU 804603, 1980; SU 791690, 1980; SU 1090676, 1984; RU 2028280, 1995; RU 2136633, 1999).
Недостатком таких композиций является малая адгезионная способность покрытия, быстрая потеря термопрочности и образования открытой пористости при выгорании углерода (графита), что снижает эксплуатационный ресурс покрытия.
Известны композиции для защиты огнеупора от воздействия агрессивных газов и расплавов металлов в температурном интервале 1500-1700°С, содержащие алюмосиликатные компоненты, неорганическое и органическое связующее, добавки и воду (SU 444761, 1972; SU 493449, 1972; SU 607818, 1976; SU 608784, 1976; SU 655688, 1979, SU 1079634, 1984; SU 1339111, 1987; SU 1604795, 1990; SU 1655949, 1992; RU 2049761, 1995; RU 2190584, 2002; RU 2239616, 2004; RU 2213714, 2003).
Недостатками известных решений являются неравномерность толщины покрытий вследствие высокой вязкости или тиксотропности композиций, низкая адгезионная связь, высокое содержание стеклофазы, что ограничивает защитные свойства в нестационарных тепловых режимах, значительная пористость и, как следствие, проникновение корродирующего агента в поры огнеупора и его разрушение.
Наиболее близкой к предлагаемой композиции является сырьевая смесь для получения защитного покрытия, включающая кальцийалюмфосфатное связующее, алюминиевую пудру, сульфитный щелок, 41-52%-ный воднодисперсионный полимер при следующем соотношении компонентов, мас.%
| Кальцийалюмохромфосфатное связующее | 25-40 |
| Алюминиевая пудра | 7-15 |
| Сульфийный щелок | 0,1-2,0 |
| 41-52%-ный вводно-дисперсный | |
| полимер | 10-38 |
| Вода | остальное |
(SU 1046226, 07.10.83, Бюл. №37)
Недостаток известного решения заключается в использовании взрывоопасной мелкодисперсной алюминиевой пудры, требующей предварительной защиты и высокого содержания связующего. Кроме того, защитное покрытие, полученное из этой смеси, не может быть использовано выше температуры плавления частично окисленного алюминия, из которого состоит алюминиевая пудра.
Цель изобретения - повышение качества огнеупорного покрытия.
Поставленная цель достигается тем, что композиция для изготовления огнеупорного покрытия, включающая алюмооксидную керамическую компоненту, комплекс из фосфатного и органического связующего, воду, в качестве алюмооксидной керамической компоненты содержит смесь из электрокорунда, оксидала и каолина, связующий комплекс содержит алюмомагниевый фосфат и сополимер акриловой кислоты "Рузин 12" при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Электрокорунд | 35,2-52,8 |
| Оксидал | 4,0-6,0 |
| Каолин | 0,8-1,2 |
| Рузин 12 | 2-3 |
| Алюмомагниевый фосфат | 18-27 |
| Вода | 20-30 |
Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем:
- введение электрокорунда, в качестве основы керамической компоненты, обосновано его стабильной структурой, твердостью против истирания, а его амфотерность обеспечивает устойчивость против воздействия кислотных и щелочных сред;
- введение оксидала и каолина позволяет устранить возможные дефекты в упаковке электрокорундовых частиц при высоких температурах и придать прочность в качестве высокотемпературной керамической связки;
- использование сополимера акриловой кислоты под торговой маркой "Рузин 12" в композиции увеличивает эксплуатационные свойства покрытия в сырце за счет повышения адгезии и эластичности композиции, что повышает сопротивляемость покрытия при транспортировке против скалывающих и ударных нагрузок, при удалении избытка воды при сушке повышается трещиностойкость, а доверительные интервалы содержания "Рузин 12" обусловлены тем, что ниже 2 мас.% возможно осыпание покрытия с поверхности огнеупора, а выше 3 мас.% увеличивается технологическое время удаления влаги;
- присутствие в композиции алюмомагниевого фосфата позволяет получить покрытие с повышенной термостойкостью и прочностью сцепления при температурах эксплуатации выше 1500°С, формирующееся при комнатных температурах, ввести ион магния, как модифицированную добавку, устойчивую к расплавам стекол и металлов, а концентрационные пределы алюмомагниевого фосфата ограничены технологическим временем живучести и дегидрадации онными процессами при высоких температурах;
- концентрационные пределы содержания воды определены с позиций нанесения покрытия известными методами эжекционного распыления или шликерной пропитки, так как при 20 мас.% воды вязкость композиции позволяет нанести необходимый слой покрытия только намазкой, а при 30 мас.% воды сложно удержать на поверхности огнеупора покрытие расчетной толщины, что приводит к циклическому нанесению последующих слоев после предварительной сушки нанесенного слоя.
Примеры осуществления предлагаемого технического решения с использованием исходных материалов:
Электрокорунд ТУ 3988-075-0022450-99
Оксидал ТУ - 8.39157-26003 (пыль электрофильтров Ачинского глиноземного комбината, очищенная от железа и щелочных компонентов и прокаленная до α - Al2O3)
Каолин ТУ - 57-29-070-00284530-96
"Рузин 12" ТУ 2241-005-57845504-2003
Алюмомагниевый фосфат ТУ 2149-068-10964029-2000
Вода - техническая
Сырьевую смесь готовят следующим образом:
Пример 1. Готовили водно-дисперсионный комплекс связующего, содержащего 6 г 50% концентрации акриловой эмульсии "Рузин" 12" и 54 г 50% концентрации раствора алюмомагниевого фосфата. Компоненты для гомогенизации перемешивали в течение 5 мин.
В смеситель загружают сухие компоненты из расчета на 100 г композиции: 35,2 г электрокорунда, 4,0 г оксидала и 0,8 г каолина. Сухие компоненты перемешивают в течение 10-15 мин. Полученную смесь порционно вводили в водно-дисперсионный комплекс связующего при постоянном смешивании в течении 20 мин. Готовую композицию распылением наносили на карбидкремниевые подложки и высушивали при температуре 100-120°С в течение 2-3 часов.
Пример 2. Готовили в мешалке водно-дисперсионный комплекс связующего из расчета 5 г 50% концентрации акриловой эмульсии "Рузин 12" и 45 г 50% концентрации раствора алюмомагниевого фосфата. Компоненты перемешивали в течение 5 мин.
Сухие компоненты загружали в смеситель из расчета: 44 г электрокорунда, 5 г оксидала и 1 г каолина. Смешивание проводили в сухом виде в течение 12 мин. Полученную сухую смесь порционно вводили в водно-дисперсионный комплекс связующего при постоянном перемешивании, общее время смешивания составляло 18 мин. Готовую композицию распылением наносили на рабочую поверхность шамотного огнеупора для футеровки стекловаренных печей и высушивали в течение 2 часов.
Пример 3. Готовили в мешалке водно-дисперсионный комплекс связующего из расчета 4 г 50% концентрации акриловой эмульсии "Рузин 12" и 36 г 50% концентрации раствора алюмомагниевого фосфата. Компоненты перемешивали в течение 5 мин.
Сухие компоненты загружали в смеситель из расчета 52,8 г электрокорунда, 6 г оксидала, 1,2 г коалина. Смешивание проводили в сухом виде в течение 10 мин. Полученную сухую смесь порционно вводили в водно-дисперсионный комплекс связующего при постоянном перемешивании в течение 25 мин. Готовую композицию наносили на внутреннюю поверхность шамотного металлопровода для разливки стали путем пролива шликера через внутреннюю полость металлопровода и высушивали в течение 1 часа.
Полученные варианты изделий с предложенным покрытием были предварительно испытаны в разных условиях. Карбидокремниевые пластины с покрытием толщиной 2-3 мм были использованы в качестве подложек при спекании корундомуллитовых изделий при температуре 1650°С. Оборачиваемость пластин увеличилась в 25-30 раз при сохранении адгезионной прочности покрытия. После 25-кратного оборота пластин прочность на сдвиг по значениям была равна прочности карбидокремниевого материала, так как разрушение проходило по объему пластины.
Идентичный характер разрушения установлен при использовании шамотных изделий с покрытием при варке стекла "Е", для выработки базальтового стекловолокна и при разливке стали.
При разливке 150 т стали не происходило зарастание металлопровода, и он мог быть использован в следующих технологических циклах. Положительные результаты были получены при использовании композиции в корундовых тиглях при индукционной плавке никелевых сплавов, где было исключено засорение сплава материалом тигля. В лабораторных условиях экспериментально подтверждена возможность использования предложенной композиции в заделке трещин, сколов и технологических швов при кладке футеровок тепловых агрегатов.
Таким образом, была подтверждена техническая полезность и реализованы поставленные цели заявляемого объекта.
Композиция для огнеупорного покрытия, включающая алюмооксидную керамическую компоненту, комплекс из фосфатного и органического связующего, воду, отличающаяся тем, что алюмооксидная керамическая компонента состоит из смеси электрокорунда, оксидала и каолина, связующий комплекс содержит алюмомагниевый фосфат и сополимер акриловый кислоты "Рузин 12" при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Электрокорунд | 35,2-52,0 |
| Оксидал | 4,0-6,0 |
| Каолин | 0,8-1,2 |
| "Рузин 12" | 2,0-3,0 |
| Алюмомагниевый фосфат | 18-27 |
| Вода | 20-30 |
