Шихта для изготовления огнеупорных изделий
Владельцы патента RU 2310627:
Филонов Михаил Рудольфович (RU)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт стали и сплавов" (технологический университет) (RU)
Зайцев Михаил Викторович (RU)
Цветкова Екатерина Михайловна (RU)
Левашов Евгений Александрович (RU)
Изобретение относится к огнеупорной промышленности, может быть использовано при изготовлении футеровки нагревательных печей различного типа, в частности муфельных для стоматологии, а также плавильных тиглей и фасонных огнеупорных изделий. В изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении химической устойчивости к реакционно-активным расплавам, термостойкости и огнеупорности в вакууме и защитных средах. Шихта для огнеупорных изделий содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: нитрид бора 25-55, электрокорунд 15-40, муллит плавленый 10-15, глинозем 10-25, огнеупорная глина и каолин 5-15, оксид редкоземельного металла из группы La2О3, Nd2O3 и Gd2O3 0,5-5, алюмосодержащее соединение 0,1-5. В качестве алюмосодержащего соединения используют гидроксид алюминия, хлористый алюминий или углекислый алюминий. 3 з.п. ф-лы. 1 табл.
Изобретение относится к огнеупорной промышленности, может быть использовано при изготовлении футеровки нагревательных печей различного типа, в частности муфельных для стоматологии, а также плавильных тиглей и фасонных огнеупорных изделий.
Известна шихта для изготовления огнеупорных изделий на основе карбида кремния, электрокорунда, глинозема, огнеупорной глины, каолина, оксихлорида алюминия и оксида редкоземельного металла (RU 2096386, опублик. 20.11.1997 г.).
Однако в процессе термоциклирования в изменяемой газовой среде наблюдается диссоциация карбида кремния, что сопровождается изменением объема и, как следствие, разрушением изделий.
Известно применение оксида циркония в шихте, содержащей электрокорунд, глинозем, диоксид циркония, окись магния и диоксид титана (SU 779353, опублик. 1980 г.).
Однако изделия, изготовленные из указанной шихты, обладают высокой пористостью, а предел прочности при сжатии значительно снижается при увеличении количества теплосмен.
Наиболее близким к изобретению является шихта для изготовления огнеупорных изделий на основе электрокорунда, глинозема, огнеупорной глины или каолина, алюмосодержащего соединения, оксида редкоземельного металла из группы La2О3, Nd2O3 и Gd2О3, диоксида циркония, частично стабилизированного оксидом иттрия, и муллита плавленого (RU 2132312, опублик. 27.06.1999 г.).
К недостатку известной шихты относится низкая химическая устойчивость к реакционно-активным расплавам (шлаковые расплавы, сплавы на основе титана и циркония).
В изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении химической устойчивости к реакционно-активным расплавам, термостойкости и огнеупорности в вакууме и защитных средах.
Указанный технический результат достигается следующим образом.
Шихта для огнеупорных изделий содержит нитрид бора, электрокорунд, муллит плавленый, глинозем, огнеупорную глину и каолин, оксид редкоземельного металла из группы La2О3, Nd2О3 и Gd2О3 и алюмосодержащее соединение при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Нитрид бора | 25-55 |
| Электрокорунд | 15-40 |
| Муллит плавленый | 10-15 |
| Глинозем | 10-25 |
| Огнеупорная глина и каолин | 5-15 |
| Оксид редкоземельного металла | |
| из группы La2O3, Nd2O3 и Gd2О3 | 0,5-5 |
| Алюмосодержащее соединение | 0,1-5,0 |
В качестве соединения, содержащего алюминий, может использоваться хлористый алюминий или углекислый алюминий или гидроксид алюминия.
В составе шихты нитрид бора, электрокорунд и муллит плавленый являются структурообразующими веществами, определяющими служебные физико-химические свойства готового изделия, такие как химическая устойчивость к различным видам реакционно-активных расплавов, термостойкость, огнеупорность, механическая прочность. При этом нитрид бора обладает высокой термостойкостью и химической прочностью по отношению к реакционно-активным расплавам.
При выходе содержания указанных веществ за нижние границы диапазонов происходит уменьшение химической устойчивости к различным видам реакционно-активных расплавов, а также термостойкости готового изделия.
При выходе содержания указанных веществ за верхние границы диапазонов происходит изменение химической устойчивости к различным видам реакционно-активных расплавов и снижение механической прочности.
Наличие этих добавок в составе шихты для огнеупорных изделий.
Содержание глинозема и огнеупорной глины и каолина, являющихся связующими добавками в составе шихты, ниже указанного диапазона снижает прочностные характеристики готового изделия, а выше - ухудшает термостойкость, огнеупорность и химическую стойкость к различным видам реакционно-активных расплавов.
Оксид редкоземельного металла из группы La2О3, Nd2О3 и Gd2О3 и алюмосодержащее соединение играют роль модифицирующих добавок в составе шихты, направленно изменяющих ее физико-химические свойства.
Содержание этих добавок в составе шихты ниже указанного диапазона приводит к увеличению времени и температуры спекания, а также снижает реакционную способность шихты.
Содержание модифицирующих добавок в составе шихты выше указанного диапазона также приводит к увеличению времени и температуры спекания и изменению химических свойств получаемого из шихты изделия. Кроме того, повышение содержания этих добавок приводит к существенному удорожанию изделий.
При изготовлении огнеупорных изделий методом водного шликерного литья (или пластического формования) шихтовую смесь, содержащую электрокорунд, муллит плавленый, глинозем, огнеупорную глину и каолин, подвергают помолу в шаровой мельнице сухим способом в течение нескольких часов.
Затем исходную шихту увлажняют до влажности 25-40% в лопастном смесителе. После этого проводят дошихтовку и влажное смешение полученного шликера с нитридом бора, оксидом редкоземельного металла из группы La2О3, Nd2О3 и Gd2О3 и алюмосодержащим соединением. Шликер оставляют на вызревание в течение 24 часов. Затем изготавливают изделия различными способами, после чего проводят естественную сушку в течение одних суток и обжигают полученные изделия в защитной среде (азот или аргон или вакуум) при остаточном давлении до 0,01 атм.
Кроме того, способом получения изделий данного шихтового состава может являться известная технология горячего литья на парафиновых связях.
Изобретение поясняется таблицей, в которой приведены результаты исследований, показывающие зависимость состава шихты и свойств готового изделия данного шихтового состава.
Из шихты описанного состава были изготовлены огнеупорные тигли для выплавки и разливки стоматологических сплавов. Изготовленные тигли выдерживали до 35 плавок никелевых сплавов и до 27 плавок кобальтовых сплавов, в то время как тигли из известной шихты выдерживали 25 и 15 плавок соответственно.
| Таблица. | |||
| Состав шихты и получаемые свойства изделия | Составы, мас.% | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Нитрид бора | 45 | 34 | 60 |
| Электрокорунд | 25 | 17 | 7 |
| Муллит плавленый | 10 | 15 | 20 |
| Глинозем | 10 | 10 | 5 |
| Огнеупорная глина и каолин | 7 | 20 | 7 |
| Оксид редкоземельного металла из группы La2O3, Nd2O3 и Gd2О3 | 0,5 | 3 | 0,2 |
| Алюмосодержащее соединение | 2,5 | 1 | 0,8 |
| Огнеупорность, °С | 1705 | 1700 | 1500 |
| Пористость открытая, % | 13,0 | 11,8 | 10,0 |
| Предел прочности при сжатии, кг/см2 | 2100 | 1800 | 1400 |
| Термостойкость | 25 | 32 | 14 |
| Краевые углы смачивания к доменному шлаковому расплаву при 1500°С | 95 | 110 | 100 |
1. Шихта для огнеупорных изделий, содержащая нитрид бора, электрокорунд, муллит плавленый, глинозем, огнеупорную глину и каолин, оксид редкоземельного металла из группы La2O3, Nd2O3 и Gd2O3 и алюмосодержащее соединение при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Нитрид бора | 25-55 |
| Электрокорунд | 15-40 |
| Муллит плавленый | 10-15 |
| Глинозем | 10-25 |
| Огнеупорная глина и каолин | 5-15 |
| Оксид редкоземельного металла | |
| из группы La2О3, Nd2O3 и Gd2O3 | 0,5-5 |
| Алюмосодержащее соединение | 0,1-5,0 |
2. Шихта по п.1, содержащая в качестве алюмосодержащего соединения гидроксид алюминия.
3. Шихта по п.1, содержащая в качестве алюмосодержащего соединения хлористый алюминий.
4. Шихта по п.1, содержащая в качестве алюмосодержащего соединения углекислый алюминий.
