Плавленый огнеупорный материал

Изобретение относится к высокоглиноземистым огнеупорным массам и изделиям с температурой службы до 1600-1650°С и выше. Технический результат изобретения заключается в повышении устойчивости огнеупорного материала к высокоагрессивным восстановительным средам, расплавам высокоактивных легких металлов. Плавленый огнеупорный материал содержит следующие компоненты, мас.%: Na2O - 0,8-3,0; СаО - 6,0-12,0; Сr2О3 - 6,0-12,0; MgO - 1,0-3,0; SiO2 - 0,2-0,4; Аl2О3 - остальное. 2 табл.

 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для производства широкого ассортимента высокоглиноземистых огнеупорных масс и изделий с температурой службы до 1600-1650°С и выше.

Известен плавленый огнеупорный материал на основе оксида алюминия, содержащий, мас.%: SiO2 16,0-24,0; Na2O 1,3-2,0; Сr2O3 12,0-30,0; Аl2O3 - остальное [1].

Огнеупор указанного состава имеет повышенную термостойкость и достаточную коррозионную стойкость к сульфатно-карбонатным солевым расплавам. При этом предлагаемый огнеупорный материал обладает высокой огнеупорностью (более 1800°С), что обусловлено преобладанием в его составе оксидов хрома и алюминия с температурой плавления соответственно 2330 и 2050°С. Недостатком известного огнеупора является низкая устойчивость к расплавленным металлам с высоким химическим сродством к кислороду, в частности к алюминию, кремнию, магнию и др. Низкая металлоустойчивость данного огнеупорного материала к высокоагрессивным расплавам обусловлена высоким содержанием в его составе оксидов хрома и кремния. Избыточное содержание последнего приводит также к резкому снижению показателей термопрочности огнеупора.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является плавленый высокоглиноземистый огнеупорный материал, содержащий, мас.%:

Аl2O3 64-85
Сr2O3 13-35
Na2O 0,1-0,5
СаО 0,8-2,5 [2].

Известный огнеупорный материал имеет повышенную коррозионную стойкость в расплавах многощелочных силикатных стекол. Использование указанного состава огнеупорного материала позволяет организовать производство огнеупоров для оптической промышленности, увеличить продолжительность компании стекловаренных печей за счет большей коррозионной стойкости огнеупоров при высоком качестве стеклопродукции.

Недостатком этого плавленого материала является низкая устойчивость к высокотемпературным восстановительным газовым средам и металлическим расплавам с высоким сродством к кислороду, что обусловлено спецификой его химико-минерального состава и микроструктуры. Высокое содержание оксида хрома в известном огнеупорном материале приводит к карботермическому и металлотермическому восстановлению хрома при службе огнеупора в металлургических агрегатах по следующим химическим реакциям:

;

,

что в конечном итоге приводит к быстрому износу футеровок металлургических агрегатов.

В настоящей заявке поставлена задача - разработать состав плавленого огнеупорного материала различного назначения с высоким комплексом физико-химических свойств: устойчивости к высокоагрессивным восстановительным средам, расплавам высокоактивных легких металлов, шлаков, флюсов и солей при сохранении высокой огнеупорности, температуры размягчения под нагрузкой и износоустойчивости.

Поставленная задача решается тем, что плавленый огнеупорный материал, включающий оксиды алюминия, хрома, натрия и кальция, дополнительно содержит оксиды магния и кремния, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Na2O 0,8-3,0; СаО 6,0-12,0; Сr2O3 6,0-12,0; MgO 1,0-3,0; SiO2 0,2-0,4; Аl2O3 - остальное.

Сущность изобретения состоит в том, что за счет введения MgO, SiO2 и изменение количественного содержания компонентов в интервале заданного состава, в процессе получения плавленого материала регулируют его минеральный (фазовый) состав, а при охлаждении плавленого материала конкретного минерального состава формируют оптимальную макро- и микроструктуру, которая в конечном итоге является главным фактором, определяющим комплекс необходимых качественных характеристик, в том числе физико-химических и эксплуатационных свойств готового изделия.

Композиция заявленного плавленого огнеупорного материала установлена по результатам анализа экспериментальных данных при изучении фазового состава, структуры и свойств различных вариантов количественного содержания компонентов.

Дополнительное введение в состав заявляемого материала оксидов MgO и SiO2 интенсифицирует формирование термопрочной исходной плавленой структуры и спекание порошкового и зернистого материала при изготовлении из него огнеупорных изделий. Снижение содержания оксида хрома до 6-12 мас.% с одновременным увеличением количества СаО до 6-12 мас.% резко повышает устойчивость материала к высокоагрессивным восстановительным средам и высокоактивным легким металлам (Al, Si, Mg, Ti и др.), что обусловлено образованием термодинамически прочных, тугоплавких соединений и твердых растворов в системе CaO-Cr2O3-Al2O3-MgO-SiO2: СаО·6(Al,Cr)2О3 (бонит), MgO·Аl2O3 (шпинель), Na2O·12(Al,Cr)2О3·(Al,Cr)2О3 (рубин) и др.

При содержании MgO менее 1,0 мас.% выход шпинели составляет менее 3,6 мас.%, что недостаточно для формирования термостойкой, устойчивой к карботермическому и металлотермическому восстановлению микроструктуры плавленого материала. При содержании MgO и Сr2О3 больше заявляемых пределов образуется повышенное количество хромшпинелида MgCr2O4, что приводит к резкому снижению устойчивости к восстановительным средам, высокоактивным металлам и термостойкости.

Функциональная роль SiO2 совместно с MgO заключается в образовании магнезиально-силикатного стекла, увеличивающего механическую прочность материала. Оптимальное количество SiO2 0,2-0,4 мас.%. При меньших содержаниях

SiO2 не формируется прочный монолитный материал. В случае превышения SiO2 0,4% существенно снижаются показатели термомеханических свойств, в частности температура начала размягчения под нагрузкой. Кроме того, более высокое содержание SiO2 отрицательно влияет на показатели химической стойкости материала к восстановительным средам.

Оксиды Na2O и СаО находятся в плавленом материале преимущественно в виде тугоплавких высокоглиноземистых алюминатов Na2O·11 Аl2O3 и СаО·6 Аl2O3, содержащих в виде твердого раствора Сr2O3. Функциональная роль их в свойствах огнеупора заключается в обеспечении достаточной термостойкости и устойчивости к высокотемпературному восстановлению. При содержании этих оксидов менее заявляемых пределов существенно снижается термостойкость и возрастает реакционная способность материала к легким металлам и углеродсодержащим реагентам (С, СО). При превышении заявляемых пределов содержаний Nа2О и СаО уменьшается шлакоустойчивость огнеупорного материала. При содержании оксида хрома более 12 мас.% снижается устойчивость к восстановительным средам. Если содержание этого оксида менее 6 мас.%, не обеспечивается достаточная термическая стойкость огнеупора.

Для получения плавленого огнеупорного материала использовали смеси оксидов: MgO, SiO2, Na2O, СаО, Сr2О3 и Аl2O3 технической чистоты, а также природное минеральное сырье, синтетические и техногенные материалы идентичного вещественного состава. Химический состав исходных шихт рассчитывали с учетом селективных потерь сырьевых материалов за счет пылеуноса, дегидратации, декарбонизации и частичного испарения в процессе плавки.

Для осуществления плавки применяли электродуговую печь РК3-3, шихты плавили при удельном расходе электроэнергии 1720 кВт·ч на 1 т, сливали расплав в изложницу и охлаждали.

Примеры составов шихты для получения заявляемого плавленого материала и материала-прототипа приведены в таблице 1. Полученный в примерах 1-5 плавленый огнеупорный материал имеет полиминеральный состав, представленный хромсодержащими бонитом СаО·6(Al,Cr)2O3, алюминатом натрия Na2O·11(Al,Cr)2O3, рубином (Al,Cr)2O3, шнипелью Mg(Al,Cr)2O4 и стеклофазой СаО·Аl2O3·nSiO2. Материал-прототип принципиально отличается от заявляемого отсутствием шпинели и стеклофазы, низким содержанием бонита, высокой концентрацией в нем и рубине Сr2O3.

Физико-химические свойства определяли на образцах, выпиленных из слитков плавленого материала, после сушки при 110°С в течение 4 ч. Огнеупорность определяли по ГОСТ 4069-69, температуру начала деформации под нагрузкой - по ГОСТ 4070-2000, предел прочности при сжатии - по ГОСТ 4071.1-94. Для определения термостойкости образцы подвергали термоциклированию по режиму: нагрев до 1300°С - резкое охлаждение на воздухе.

Устойчивость к расплавам легким металлов выполняли тигельным методом. С этой целью в образцах высверливали цилиндрическое углубление диаметром 24 и глубиной 32 мм, которое заполняли алюминием марки АПВ. Тигли с алюминием нагревали до температуры 850°С. После термообработки при этой температуре в течение 24 ч образцы охлаждали вместе с печью, разрезали и подвергали петрографическому и рентгенофазовому анализам.

Для оценки устойчивости к газовой восстановительной среде образцы обжигали в коксовой засыпке при температуре 1200°С в течение 4 ч. После охлаждения в образцах определяли содержание восстановленного металлического хрома аналогичными методами.

Физико-химические свойства плавленого огнеупорного материала приведены в таблице 2. Из данных таблицы 2 видно, что заявленный плавленый огнеупорный материал имеет значительно более высокие показатели устойчивости к металлотермическому и карботермическому восстановлению. При этом огнеупорность и термопрочные свойства заявляемого материала сохраняются на достаточно высоком уровне.

Данные свойства дают возможность использовать заявляемый плавленый огнеупорный материал в качестве эффективного синтетического минерального сырья для производства широкого ассортимента высокоглиноземистых огнеупоров с температурой службы до 1600-1650°С, в том числе в агрессивных газовых средах и металлических расплавах.

Для организации промышленного производства плавленого огнеупорного материала не требуется специально металлургического оборудования и дефицитных сырьевых материалов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. А.с. SU 1512956 A1, С04В 35/10.

2. А.с. SU 893962, С04В 35/10, С04В 35/62.

Таблица 1
Химический состав плавленого огнеупорного материала
№ состава Содержание компонентов, мас.%
MgO SiO2 Na2O СаО Сr2O3 Аl2O3
1 0,5 0,1 0,5 5,6 5,5 87,8
2 1,0 0,4 0,8 6,0 6,0 85,8
3 2,0 0,3 1,8 10,5 10,7 74,7
4 3,0 0,2 3,0 12,0 12,0 69,8
5 3,5 0,5 3,5 12,5 13,0 67,0
6*) - - 0,5 2,5 15,0 82,0
*)- прототип [2].

Плавленый огнеупорный материал, включающий оксиды натрия, кальция, хрома и алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксиды магния и кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%: Na2O 0,8-3,0; СаО 6,0-12,0; Сr2О3 6,0-12,0; MgO 1,0-3,0; SiO2 0,2-0,4; Аl2О3 - остальное.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к производству огнеупоров, конкретно - к получению гранулированного форстеритового материала на основе дунита и может использоваться в промышленности огнеупорных материалов и в металлургии.

Изобретение относится к производству абразивных зерен, например для шлифования низкого давления нержавеющей стали или шлифования высокоуглеродистой стали. .

Изобретение относится к плавленому литому огнеупорному материалу для применения, при котором указанный материал находится в контакте с расплавом стекла, в частности, для применения в крайних зонах стекловаренной печи при температурах ниже 1150°С.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к способам плавки в электродуговых печах бруситового сырья с добавкой углеродистого материала для получения электротехнического периклаза, используемого в основном в качестве электротехнической изоляции при производстве трубчатых электронагревателей (ТЭНов).

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к способам плавки в электродуговых печах магнийсодержащего сырья с добавкой углеродистого материала.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к печам для плавки оксидных материалов, которые используются для производства высококачественных огнеупоров.
Изобретение относится к производству огнеупорных материалов, полученных методом плавления, для изготовления огнеупорных масс и изделий

Изобретение относится к огнеупорным изделиям на основе диоксида циркония, которые могут быть использованы в ванных стекловаренных печах и в сталелитейной отрасли в качестве стаканов при непрерывной разливке стали, в качестве шиберных плит и в качестве изнашивающихся деталей в зонах, подверженных воздействию особо высокой нагрузки
Огнеупор // 2448927
Изобретение относится к области производства огнеупоров с высокой излучательной способностью и предельной температурой длительного использования и может найти применение в металлургической теплотехнике, высокотемпературных установках и камерах сгорания

Настоящее изобретение относится к плавлено-литому огнеупору, который может быть использован в качестве элемента конструкции насадок регенераторов стеклоплавильных печей, например, для плавления натрий-кальциевого стекла, работающих в восстановительных условиях. Заявленный огнеупор имеет следующий средний химический состав по массе (в масс.% в пересчете на оксиды): 25%<MgO<30%; 70%<Al2O3<75%; другие вещества: <1% и общую пористость более 10%, которая полностью представлена порами трубчатой формы. Огнеупор содержит более 97% кристаллов шпинели в виде колончатых кристаллов, имеющих преимущественную ориентацию по направлению, по существу перпендикулярному фронту отверждения. Указанный огнеупор получают расплавлением исходной шихты до получения расплава с последующим отливом и отверждением расплава посредством охлаждения. Технический результат изобретения - повышение устойчивости огнеупора к коррозии щелочными конденсатами и к изменениям температуры. 2 н. и 29 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления хромсодержащих огнеупорных материалов для футеровки стекловаренных печей при утилизации радиоактивных отходов. Плавленолитой хромсодержащий огнеупорный материал содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: Cr2O3 18,0-33,7; Al2O3 24,2-28,0; ZrO2 27,0-34,9; SiO2 13,1-15,0; MgO 0,3-0,5; В2О3 0,2-0,4; по меньшей мере один щелочной оксид из группы: Na2O, К2О и Li2O 0,7-1,3; Fe2O3 0,3-0,7; TiO2 0,2-0,5; CaO 0,3-0,7. Использование изобретения обеспечивает улучшение технологичности изготовления огнеупорных изделий: жидкотекучесть расплава и хорошее заполнение литейной формы, а также повышение коррозионной стойкости огнеупоров в расплавах боросиликатного стекла в печах утилизации радиоактивных отходов. 2 табл.

Изобретение относится к производству огнеупорного материала на основе оксикарбида алюминия. Технический результат изобретения - увеличение выхода Al4O4C с одновременным уменьшением содержания Al4C3 и достижение высокой производительности способа. Способ включает приготовление смеси, состоящей в основном из углеродсодержащего исходного материала, имеющего средний диаметр частиц 0,5 мм или менее, и содержащего оксид алюминия исходного материала, имеющего средний диаметр частиц 350 мкм или менее, в которой молярное отношение углеродсодержащего исходного материала к содержащему оксид алюминия исходному материалу (C/Al2O3) находится в интервале от 0,8 до 2,0; гомогенное перемешивание смеси, чтобы обеспечить изменчивость содержания компонента C в пределах ±10%; и плавление полученной смеси в дуговой печи при температуре 1850°C или выше. Полученный материал содержит более 95 мас.% суммы С и Al2O3, из которых 45 мас.% или более составляет фаза Al4O4C, менее 10 мас.% другая фаза и остаток - Al2O3. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 табл., 18 пр.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности. Технический результат изобретения заключается в снижении открытой пористости и повышении шлакоустойчивости. Плавленый огнеупорный материал содержит хромистый корунд, хромистый бонит, хромсодержащую шпинель, хромистый β-глинозем и металлический хром при следующем соотношении компонентов, мас.%: хромистый корунд (Al, Cr)2O3 - 48,0-82,0; хромистый бонит CaO·6(Al, Cr)2О3 - 5,0-20,0; хромосодержащая шпинель Mg(Al, Cr)2O4 - 2,0-4,0; хромистый β-глинозем (Na, K)2O·11(Al, Cr)2О3 - 10,0-26,0; хром металлический (Cr) - 1,0-2,0. 2 табл.

Изобретение относится к области производства хромсодержащих огнеупорных материалов, предназначенных для футеровки стекловаренных печей при варке бесщелочных алюмоборосиликатных стекол. Предлагается состав плавленолитого огнеупорного материала, компоненты которого взяты в следующем соотношении, мас.%: Cr2O3 67,4-90,7, Al2O3 2,6-7,0, MgO 1-2,5, SiO2 3-14, Fe2O3+FeO 0,3-3,5, ZrO2 1,6-2,4, B2O3 0,2-1,0, TiO2 0,2-0,9, по меньшей мере один щелочной оксид из группы: Na2O, K2O, Li2O 0,4-1,3. Достигаемый технический результат заключается в увеличении выхода отливок огнеупорного материала без дефектов (трещин, сколов углов) и повышении их коррозионной стойкости к действию расплавов бесщелочных алюмоборосиликатных стекол. 2 табл.
Наверх