Огнеупор


 


Владельцы патента RU 2448927:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) (RU)

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. Готовый муллитокремнеземистый огнеупор содержит следующие эвтектические фазы, мас.%: муллит 3Al2O3·2SiO2 85-95, кристобалит 1-15 и хромит FeO·Cr2O3 1-6. Огнеупор получают плавкой в дуговой печи сырьевых материалов: технического глинозема, кварцита и хромита при температуре 2100°С. Наличие хромита повышает огнеупорность, а присутствие кристобалита повышает излучательную способность муллита при высоких температурах. Технический результат - повышение огнеупорности и излучательной способности огнеупоров, что позволит снизить длительность прогрева печей, топок и котлов при пуске их в эксплуатацию и тем самым уменьшить расход топлива при производстве тепловой энергии. 3 табл.

 

Изобретение относится к области производства огнеупоров с высокой излучательпой способностью и предельной температурой длительного использования и может найти применение в металлургической теплотехнике, высокотемпературных установках и камерах сгорания.

Известен огнеупор корунд КЛ-1,3, который содержит по фазовому составу 74% корунда и 26% муллита (см. книгу Стрелов К.К. и др. Технология огнеупоров. - М.: Металлургия. - 1988 г., с.307, 313, 266). По химическому составу КЛ-1,3 состоит из 95% Al2O3 (остальное - SiO2). Фаза муллит - это эвтектика, условная формула которой 2Al2O3·SiO2 при предельном содержании Al2O3 78%. Фаза корунд представляет собой вещество с кристаллической решеткой α-Al2O3. Недостатки известного огнеупора:

1. Низкая излучательная способность, которая составляет 0,34 при температуре 1527°С.

2. Высокая стоимость огнеупора из-за дороговизны технического глинозема, используемого в качестве добавки при получении огнеупора.

Известен огнеупор шамот 40-30 по ГОСТ 390-83 (ГОСТ 390-83. Шамотные изделия. - М.: Изд-во стандартов, 1983, с.8), содержащий 40 массовых % Al2O3 (остальное - SiO2) и состоящий из 50% муллита и 50% кристобалита. Кристобалит - это эвтектическая фаза, которая содержит 5,5% Al2O3 и 94,5% SiO2.

Недостатки известного огнеупора:

1. Низкая излучательная способность, составляющая 0,43 при температуре 1527°С.

2. Относительно невысокая огнеупорность, составляющая 1740°С. Наиболее близким к заявляемому изобретению является огнеупор, содержащий, мас.%: 30…70 муллита, 20…69 кремнеземистого материала и 1…10 Cr2O3 (см. патент JP 56-48458, С04В 35/10, опубл. 16.11.1981 г.).

Недостатки известного огнеупора:

1. Невысокая излучательная способность, которая при оптимальном содержании 70% (мас.) муллита составляет 0,57 при температуре 1527°С.

2. Невысокая огнеупорность, составляющая при оптимальном содержании 70% (мас.) муллита, 1800°С.

Задачей изобретения является разработка состава готового муллитокремнеземистого огнеупора с высокой огнеупорностью и высокой излучательной способностью.

Технический результат достигается тем, что в огнеупор, содержащий эвтектические фазы муллит 3Al2O3·2SiO2 и кристобалит, согласно изобретению, дополнительно введена фаза хромит FeO·Cr2O3 при следующем содержании фаз, мас.%:

муллит 85…95
крнстобалит 1…15
хромит FeO·Cr2O3 1…6

Исходная рецептура заявляемого огнеупора содержит следующие компоненты (см. табл.1):

Таблица 1
Рецептура заявляемого огнеупора по исходному минералогическому сырью
Компоненты и параметры Значение
Технический глинозем (Al2O3=99,8%, размер частиц менее 0,07 мм), массовых % 66
Кварцит Первоуральского месторождения (SiO2=99,8%, размер частиц менее 0,09 мм), массовых % 30
Кимперсайский хромит (месторождение Южного Урала, содержание основного вещества по условной формуле* FeO·Cr2O3=66,19%, подробный состав см. в табл.2, размер частиц менее 0,5 мм), массовых % 4
* - условная формула (см. кн. Стрелов К.К. и др. Технология огнеупоров. - М.: Металлургия. - 1988 г., с.392).
Таблица 2.
Состав Кимперсайского хромита (месторождение - Южный Урал):
Компоненты и параметры Значение
Cr2O3, массовых % 51,77
MgO, массовых % 14,75
FeO+Fe2O3 в пересчете на Fe2O3, массовых % 14,49
Al2O3, массовых % 10,15
SiO2, массовых % 6,73
Природные минералогические примеси, % 2,11

Способ получения заявляемого огнеупора

Плавка в электродуговой печи ДС-0,5 при окислительном режиме на открытой дуге при температуре 2100°С. Длительность плавки 1 час. По окончанию плавки жидкий расплав шихты выливается в форму, в которой он остывает. Технический глинозем Al2O3 плавится при температуре 2050°С, кварцит SiO2 плавится при температуре 1770°С. В известном огнеупоре (см. патент JP 56-48458) чистый оксид хрома Cr2O3 плавится при температуре 1990°С. В заявляемом огнеупоре хромит FeO·Cr2O3 плавится при температуре 2180°С и в расплаве технического глинозема с кварцитом при температуре 2100°С присутствует в виде кристаллов, что повышает огнеупорность заявляемого огнеупора. Так как в исходной шихте содержится смесь технического глинозема Al2O3 в количестве 66% и кварцита SiO2 в количестве 30% (см. табл.1), то при охлаждении расплава технического глинозема с кварцитом при температуре 1910°С затвердевает эвтектика муллит 3Al2O3·2SiO2, то есть выпадают кристаллы муллита в жидком кварците SiO2.

Гарантированный показатель огнеупорности заявляемой рецептуры готового огнеупора равен 1910°С, так как кристаллы хромита FeO·Cr2O3, содержащиеся в шихте, плавятся при 2180°С. При дальнейшем охлаждении смеси кристаллов муллита 3Al2O3·2SiO2 и жидкого кварцита SiO2 при температуре 1585°С затвердевает эвтектическая фаза кристобалит.

В заявляемом готовом огнеупоре после электроплавки исходной рецептуры (см. табл.1) содержание муллита составило 95% и кристобалита 5% и определено по диаграмме состояния Al2O3-SiO2 по правилу рычага. Содержание чистого Al2O3 в исходной рецептуре равно (0,998×66%) 65,868%, содержание чистого SiO2 равно (0,998×30) 29,94%.

Суммарное содержание в исходной рецептуре чистого Al2O3 и чистого SiO2 составляет (65,868%+29,94) 95,808% и коэффициент приведения исходной рецептуры к 100%-ному содержанию Al2O3+SiO2 по диаграмме состояния равен 0,95808. Отсюда приведенное к диаграмме состояния содержание Al2O3 в исходной рецептуре составит (65,868%/0,95808) 68,75 %. Приведенное содержание чистого Al2O3 в исходной рецептуре необходимо лишь для определения количества муллита и кристобалита в готовом огнеупоре. Содержание чистого хромита FeO·Cr2O3 в готовом огнеупоре составляет (4%×0,6612) 65%.

Результаты экспериментов по измерению излучательной способности ε при температуре 1600°С и огнеупорности tпл (°C) для различных составов по содержанию (мас.%) чистых фаз муллита 3Al2O3·2SiO2, кристобалита и хромита FeO·Cr2O3 в готовых огнеупорах рецептур приведены в табл.3. В табл.3 муллит 3Al2O3·2SiO2 и кристобалит представляют собой фазы, в состав которых входят химические вещества Al2O3, SiO2 и которые с химическим веществом хромитом FeO·Cr2O3 и исходными примесями дают 100%.

Таблица 3
Излучательная способность ε и огнеупорность tпл (°C) рецептур в зависимости от содержания фаз
Содержание фаз, % по массе ε tпл, °C
3Al2O3·2SiO2=95%%, кристобалит = 5%, FeO·Cr2O3=2,65%; 0,62 1910
3Al2O3·2SiO2=85%%, кристобалит = 15%, FeO·Cr2O3=2,65%; 0,60 1885
3Al2O3·2SiO2=99%%, кристобалит = 1%, FeO·Cr2O3=5,3%; 0,61 1900
3Al2O3·2SiO2=92,5%%, кристобалит = 7,5%, FeO·Cr2O3=1% 0,59 1895

Технический результат - повышение огнеупорности ц излучательнои способности огнеупора - достигается тем, что в готовом огпеупоре содержится фаза хромит FeO·Cr2O3 с температурой плавления 2180°С, а также большое содержание фазы муллит 3Al2O3·2SiO2. Присутствие кристобалита повышает излучательную способность муллита при высоких температурах.

Огнеупор, содержащий эвтектические фазы муллит 3Al2O3·2SiO2 и кристобалит, отличающийся тем, что в него дополнительно введена фаза хромит FeO·Cr2O3 при следующем содержании фаз, мас.%:

Муллит 85-95
Кристобалит 1-15
Хромит FeO·Cr2O3 1-6


 

Похожие патенты:

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.
Изобретение относится к производству огнеупорных материалов, полученных методом плавления, для изготовления огнеупорных масс и изделий. .

Изобретение относится к высокоглиноземистым огнеупорным массам и изделиям с температурой службы до 1600-1650°С и выше. .
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 производству огнеупорных изделий, а именно к составам для изготовления элементов футеровок, используемых в конструкции вагонеток туннельных печей для обжига керамических изделий, а также огнеупорных изделий, применяемых, в частности, при литье лопаток из жаропрочных сплавов для газотурбинных двигателей, а именно: тиглей, коробов, охранных стаканов, литейных форм и стержней сложной конфигурации, с температурой обжига 1550-1600°С.
Изобретение относится к упрочненным керамическим изделиям с высокой пористостью, пригодным для изготовления фильтров. .
Изобретение относится к области теплозащитных материалов. .

Изобретение относится к технологии получения огнеупорных керамических материалов, в частности кирпича для кладки различных тепловых агрегатов. .
Изобретение относится к области химической технологии, технологии силикатных и тугоплавких неметаллических материалов. .
Изобретение относится к способам получения муллита и может быть использовано для производства муллита игольчатых форм из топазового концентрата. .

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных изделий для воздухонагревателей, воздухопроводов горячего дутья доменных печей и прочих тепловых агрегатов.
Изобретение относится к области технологии силикатов и материаловедения. .
Изобретение относится к области химической технологии и материаловедения. .

Изобретение относится к установкам высокотемпературной обработки топазового концентрата для получения муллита и может быть использовано в промышленности при производстве керамических, огнеупорных и строительных материалов, а также в химической промышленности.

Изобретение относится к области химической технологии и материаловедения и может быть использовано для получения керамических материалов на основе муллита
Наверх