Огнеупорная набивная масса футеровки

Изобретение относится к области производства огнеупоров и может быть использовано в металлургической и других отраслях промышленности для изготовления набивных футеровок различных высокотемпературных агрегатов, преимущественно металлургических электроплавильных печей. Технический результат изобретения состоит в повышении стойкости набивной футеровки металлургических электроплавильных печей к расплавам металлов и сплавов при температурах службы 1650-1800°С, использовании дешевых, экологически чистых материалов, в повышении удобоукладываемости огнеупорной набивной массы за счет увеличения ее пластичности, а также в расширении области применения. Предложенная огнеупорная набивная масса содержит песок сухой, глину молотую, жидкое стекло М=2,8 и 30% раствор едкого натра γ=1,32 г/см³, а также огнеупорную добавку ПТУ сырья в следующем соотношении компонентов, мас.%: глина молотая 2-3, едкий натр γ=1,32 г/см³ 0,9-1,5, жидкое стекло М=2,8 5,5-7, ПТУ сырья 0,8 от жидкого стекла, песок сухой - остальное. ПТУ сырья является продуктом термодеструкции углеродосодержащего сырья с частицами размером 9-600 нм. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области производства огнеупоров и может быть использовано в металлургической и других отраслях промышленности для изготовления набивных футеровок различных высокотемпературных агрегатов.

Известна огнеупорная набивная масса, содержащая смесь зернистого корунда фр. 1-3 мм и фр. 0,5-1,0 мм, взятых в соотношении (4,5:1)-(5,5:1), смесь тонкодисперсных корунда в количестве 91-95 мас.% и огнеупорной глины в количестве 5-9 мас.% с содержанием в смеси частиц размером менее 50 мкм не менее 50% и размером более 63 мкм не более 20% и ортофосфорную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: смесь зернистого корунда 51-61, смесь тонкодисперсных корунда и огнеупорной глины 32-43, ортофосфорная кислота 5,5-7,5. В качестве смеси тонкодисперсных корунда и огнеупорной глины используют их механическую смесь или смесь совместного помола. Масса обеспечивает снижение открытой пористости, повышение прочности и огнеупорных свойств футеровок, получаемых на ее основе, а также повышение ее удобоукладываемости за счет увеличения пластичности (патент РФ №2256631, МПК: С04В 35/66, оп. 2005.07.20).

Известная огнеупорная масса обладает высокой шлакоустойчивостью и после термообработки при 1500°С характеризуется открытой пористостью 16,0-16,9% и пределом прочности при сжатии 83,5-91,2 МПа.

Однако, несмотря на сравнительно высокий уровень физико-керамических показателей, применение данной массы ограничивается из-за недостаточной прочности после сушки. В качестве связующего она содержит ортофосфорную кислоту, что делает ее вредной с точки зрения экологии.

Известна также огнеупорная набивная масса для пескометной набивки, которая используется для выполнения набивных футеровок сталеразливочных ковшей и содержит 5,95-8,50 мас.% ортофосфорной кислоты, 7-12 мас.% смеси огнеупорных глин высокой и низкой пластичности, взятых в соотношении (1,0:1,5)-(1,5:1,0), 0,05-0,50 мас.% алкилсиликоната и высокоглиноземистый компонент в качестве остального (АС СССР №1447792, С04В 28/34, 1988 - прототип). Огнеупорную массу готовят в смесительном агрегате, загружая сначала зернистый высокоглиноземистый компонент, являющийся заполнителем, далее водный раствор ортофосфорной кислоты с плотностью 1,3-1,4 г/см и затем вместе с алкилсиликонатом тонкомолотую составляющую, содержащую смесь тонкодисперсных огнеупорных глин высокой и низкой пластичности и тонкодисперсный высокоглиноземистый компонент.

Несмотря на сравнительно высокое процентное содержание в данной огнеупорной массе не просто огнеупорной глины, а смеси огнеупорных глин высокой и низкой пластичности, она характеризуется недостаточно высокой пластичностью, что при набивке не делает ее достаточно удобоукладываемой. При этом высокое процентное содержание огнеупорной глины приводит к тому, что футеровки на ее основе обладают достаточно высокой открытой пористостью, составляющей после сушки и обжига соответственно 18-20% и 22-24%, сравнительно невысоким пределом прочности при сжатии после обжига, составляющим не более 71-80 Н/мм², и недостаточно высокой температурой деформации под нагрузкой, характеризуемой температурой четырехпроцентного сжатия не более 1600°С. В качестве связующего она также содержит ортофосфорную кислоту, что делает ее вредной с точки зрения экологии.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении стойкости набивной футеровки металлургических электроплавильных печей к расплавам металлов и сплавов при температурах службы 1650-1800°С, использовании дешевых, экологически чистых материалов, в повышении удобоукладываемости огнеупорной набивной массы за счет увеличения ее пластичности, а также в расширении области применения.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении плотности, прочности и металлоустойчивости футеровки, ремонтопригодности футеровки этой массой, а также в повышении безопасности эксплуатации печей.

Для решения поставленной задачи предложена огнеупорная набивная масса для футеровки преимущественно металлургических электроплавильных печей на основе огнеупорного наполнителя и отвердителя, которая содержит в качестве наполнителя - песок сухой, глину молотую, в качестве отвердителя жидкое стекло М=2,8, и 30% раствор едкого натра γ=1,32 г/см³, а также огнеупорную добавку в виде продукта термодеструкции углеводородного сырья (далее - ПТУ сырья) в следующем соотношении компонентов, мас.%:

глина молотая	2-3
едкий натр γ=1,32 г/см3	0,9-1,5
жидкое стекло М=2,8	5,5-7
ПТУ сырья	0,8 от жидкого стекла
песок сухой	остальное

ПТУ сырья является продуктом термодеструкции углеродосодержащего сырья марки П232 с частицами размером 9-600 нм.

В качестве наполнителя допускается брать маршалит в количестве 10% от песка. Маршалит (ГОСТ 9077-82), представляющий собой кварц молотый пылевидный, способствует более плотной набивке, уменьшению пор и лучшей спекаемости.

Технический результат достигается за счет количественного и качественного состава смеси. Жидкое стекло, по сравнению с другими связующими материалами, обладает наибольшей адгезией к кварцу, превышающей прочность самих зерен, а ПТУ сырья, имеющий высокодисперсную структуру с сильно развитой поверхностью с открытыми химическими связями, равномерно распределяется по поверхности зерен, формируя плотную, термостойкую адгезивную оболочку, значительно повышает огнеупорность самого кварца.

Такая огнеупорная смесь, обладая свойством удобоукладываемости за счет повышения ее пластичности, позволяет многократно делать ремонт футеровки металлургической электроплавильной печи в короткие сроки путем подмазки выработанных зон футеровки, как правило, в верхней части печи, с обеспечением высокой стойкости монолитной футеровки. Возможность такого ремонта значительно удешевляет эксплуатацию металлургических электроплавильных печей.

Исходное сырье для данной огнеупорной смеси доступно, дешево, экологически чисто.

Возможность осуществления изобретения подтверждается следующим примерами.

Пример 1.

Был изготовлен состав огнеупорной смеси, включающий глину огнеупорную молотую марки П-1, П-2, ТУ 14-8-216-76, в количестве 2,2%, 30% раствор едкого натра γ=1,32 г/см³, ГОСТ 2263-79, марки ТД в количестве 1,2%, стекло натриевое жидкое для литейного производства М=2,8, ГОСТ 13078-81, в количестве 6,54% и ПТУ сырья марки П232 с частицами размером от 9 до 600 нм в количестве 0,8% от жидкого стекла, что составляет 0,05232 % от общей массы состава, остальное - сухой формовочный кварцевый песок состава 2К₂О₂02 по ГОСТ 2138-91.

Технологический процесс приготовления смеси заключается в следующем.

Исходные материалы загружали в смеситель в следующей последовательности. Сначала загружали песок сухой и глину молотую и перемешивали их в течение 4 мин. Затем добавляли 30% раствор едкого натра γ=1,32 г/см³ и перемешивали еще 2 мин. Предварительно ПТУ сырья тщательно перемешивали с жидким стеклом до получения равномерной смеси без осадка. После чего полученную композицию добавляли в смесь и все вместе перемешивали еще 8 мин.

Для определения физико-механических свойств огнеупорной набивной массы были изготовлены образцы в форме столбиков и восьмерок. Испытания предела прочности при сжатии проводились по ГОСТ 4071.1-94. Испытания показали, что прочность на сжатие δ_сыр. составила 0,10-0,18 кг/см², а прочность на сжатие δ_сух. составила более 20 кг/см².

Влажность смеси для футеровки составила 3÷4%.

Таким образом, для изготовления огнеупорной набивной массы используются дешевые, экологически чистые материалы. Она обеспечивает повышенную стойкость набивной футеровки к расплавам металлов и сплавов при температурах службы 1650-1800°С. Огнеупорная набивная масса обладает свойством повышенной удобоукладываемости за счет увеличения ее пластичности, что играет существенную роль в процессе регулярных ремонтов печи.

1. Огнеупорная набивная масса для футеровки преимущественно металлургических электроплавильных печей, содержащая огнеупорный наполнитель и отвердитель, отличающаяся тем, что она содержит песок сухой, молотую огнеупорную глину, 30% раствор едкого натра γ=1,32 г/см³ и огнеупорную добавку ПТУ сырья при следующем соотношении компонентов, мас.%:

глина молотая	2-3
едкий натр γ=1,32 г/см3	0,9-1,5
жидкое стекло М=2,8	5,5-7
ПТУ сырья	0,8 от жидкого стекла
песок сухой	остальное

2. Огнеупорная набивная масса по п.1, отличающаяся тем, что ПТУ сырья является продуктом термодеструкции углеродосодержащего сырья с частицами размером 9-600 нм.