Керамическая масса на основе волластонита

Изобретение относится к керамической промышленности, а именно к изготовлению футеровки агрегатов и литейной оснастки на основе волластонита для металлургии алюминиевых сплавов. Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости изделий. Керамическая масса включает волластонит, щавелевую кислоту и воду, при следующем соотношении компонентов в мас.%: волластонит - 38-42; щавелевая кислота - 2-5; вода - остальное. Волластонит включает монофракцию 70-100 мкм или 100-200 мкм или 200-300 мкм. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к керамической промышленности, а именно к изготовлению футеровки агрегатов и литейной оснастки на основе волластонита для металлургии алюминиевых сплавов.

Известна масса на основе волластонита (Патент РФ 2132829, C04B 28/18, опубл. 10.07.99 г.), получаемого из 6-12% извести (CaO) и кварцевого песка в количестве 24-38% от веса сухих компонентов.

Недостатком данного технического решения является многостадийная технология получения, включающая автоклавную обработку, сушку и обжиг, а также содержание кварца, который кристаллизуется, что негативно сказывается на термостойкости изделий.

Известна керамическая масса (Патент РФ 2298537, C04B 33/28, опубл. 10.05.2007 г.), включающая 70-80% волластонита, 10-20% каолина и 5-10% глины.

Недостатком данного состава является использование при приготовлении формовочной массы компонентов (каолина и глины), содержащих оксид алюминия и, соответственно, снижающих химическую устойчивость готового изделия к алюминиевым сплавам.

Наиболее близким к заявляемому решению является состав для получения термосиликатного материала (Патент РФ 2258682, C04B 28/18, опубл. 20.08.2005 г.) на основе шихты, включающей 26-35 мас.% природного волластонита, 22-28 мас.% гашеной извести (Ca(OH)₂), диатомит масс. 26-35 мас.%, нефелиновый шлам 5-10 мас.%, полуводный гипс 3-10 мас.%. Полученные изделия имеют объемную плотность 750-1000 кг/м³, открытую пористость - 40-50%, предел прочности при сжатии 8-10 МПа и термостойкость более 800°C.

Недостатком данной керамической массы является многокомпонентность с присутствием примесей нефелинового шлама и полуводного гипса, ухудшающих качество получаемого материала.

Задачей изобретения является упрощения процесса получения керамической массы, заключающегося в уменьшении количества компонентов с сохранением высоких технико-эксплуатационных характеристик.

Достигается это тем, что керамическая масса на основе волластонита дополнительно содержит щавелевую кислоту и воду при следующем соотношении компонентов в мас.%:

- волластонит - 38-42;

- щавелевая кислота - 2-5;

- вода - остальное.

Волластонит включает монофракцию 70-100 мкм, или 100-200 мкм, или 200-300 мкм.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является использование щавелевой кислоты и монофракций волластонита, обеспечивающих хорошие теплоизоляционные и термостойкие свойства изделиям.

Отличительной особенностью предлагаемого состава является формирование пористой структуры за счет использования монофракций волластонита 70-100 мкм, или 100-200 мкм, или 200-300 мкм.

Увеличение размера фракции волластонита способствует повышению прочности получаемого материала.

При формовании роль связки в данном составе выполняет силикагель, образующийся в результате введения щавелевой кислоты, при этом часть волластонита растворяется. При обжиге изделия силикагель превращается в волластонитовую связку, приводя к регенерации той части волластонита, которая растворилась при формовании, что обеспечивает чистоту получаемого материала и повышает его алюмофобность.

Керамическую массу готовят по следующей технологии. При постоянном перемешивании до состояния пластичной массы в волластонит вводят воду, добавляют щавелевую кислоту (H₂C₂O₄·2H₂O) с целью создания кислой среды. В формовочной массе волластонит взаимодействует с щавелевой кислотой с образованием силикагеля (SiO₂·H₂O), выполняющего роль связки.

При увеличении содержания щавелевой кислоты >5 мас.% образуется избыточное количество геля, что приводит к уменьшению прочности изделия и невозможности его механической обработки.

При уменьшении содержания щавелевой кислоты <2 мас.% образующееся количество геля недостаточно для связывания частиц волластонита, что также приводит к снижению прочности изделия.

Полученная керамическая масса заливается в формы, после затвердевания, извлекается из формы и подвергается сушке при 100°C в течение 3 ч и обжигу при 1160°C в течение 6 ч.

При обжиге изделия в массе протекают реакции, способствующие образованию волластонита.

H₂SiO₃→SiO₂+H₂O↑

CaC₂O₄→СаСО₃+СО↑

2СО+O₂→2CO₂

CaCO₃→СаО+CO₂↑

СаО+SiO₂→CaSiO₃

Благодаря происходящей регенерации в изделии не содержится остаточного кремнезема, что позволяет исключить нежелательные явления, связанные с его кристаллизацией, негативно сказывающейся на термостойкости изделий.

Данные по составу и свойствам керамической массы представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Компоненты	Состав, мас.%
1	2	3	1-А	2-А	3-А	1-Б	2-Б	3-Б
Волластонит фракции 70-100 мкм	38	40	42	-	-	-	-	-	-
Волластонит фракции 100-200 мкм	-	-	-	38	40	42	-	-	-
Волластонит фракции 200-300 мкм	-	-	-	-	-	-	38	40	42
Щавелевая кислота	2	4	5	2	4	5	2	4	5
Вода	остальное

Таблица 2
№ образца	Свойства
Плотность, кг/м3	Прочность на сжатие, МПа	Термостойкость, °C
1	850	8,0	>800
2	750	7,5	>800
3	950	9,0	>800
1-А	955	9,0	>800
2-А	930	8,0	>800
3-А	940	8,5	>800
1-Б	1000	11,0	>800
2-Б	960	10,0	>800
3-Б	980	9,5	>800

1. Керамическая масса на основе волластонита, отличающаяся тем, что масса содержит дополнительно щавелевую кислоту и воду при следующем соотношении компонентов в мас.%:

волластонит	38-42
щавелевая кислота	2-5
вода	остальное

2. Керамическая масса на основе волластонита по п.1, отличающаяся тем, что волластонит включает монофракцию 70-100 мкм, или 100-200 мкм, или 200-300 мкм.