Графито-оксидный огнеупор


 


Владельцы патента RU 2555167:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству углеродсодержащих огнеупоров, используемых в производстве литейных тиглей и огнеупорных покрытий для литья. Графито-оксидный огнеупор, включающий углеродсодержащий компонент, периклаз и связующее, в качестве углеродсодержащего компонента содержит графит искусственный и графит кристаллический, а в качестве связующего полифосфатную связку с огнеупорностью до 2000оС, при следующем соотношении компонентов, мас.%: графит искусственный 36-50, графит кристаллический 14-20, периклаз 20-30, связующее полифосфатное - остальное. Технический результат заключается в получении огнеупора повышенной термостойкости, окисляемости и промышленной безопасности. 2 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству углеродсодержащих огнеупоров, используемых в производстве литейных тиглей и огнеупорных покрытий для литья.

Графито-оксидные огнеупоры находят широкое применение в производстве литейных тиглей, в футеровке металлургических агрегатов внепечной обработки, при транспортировке металла. При этом графитовая составляющая обеспечивает стойкость к термическому удару за счет небольшого коэффициента термического расширения графитов, а оксидная составляющая определяет более высокую термостойкость огнеупоров по сравнению с графитовыми аналогами.

Известен углеродсодержащий огнеупор (патент РФ №2270179, С04В 35/103, 2006), изготовленный из массы, содержащей периклаз и/или корунд, углеродсодержащий компонент, антиоксидант и связующее, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

корунд фракции менее 0,063 мм 16-20
периклаз фракции 0,5-1,0 мм 4-12
графит 6-10
металлический алюминий 1-5
кристаллический кремний 2-5
этиленгликоль 1,5-1,8
связующее фенольное порошкообразное 2,7-3,3
корунд фр. 0,5-6 мм остальное

Данный состав позволяет получить огнеупор, обладающий такими эксплуатационными свойствами, как невысокое термическое расширение, достаточная механическая прочность и низкая окисляемость. Однако имеет сложный состав, а технология его изготовления требует высокотемпературный отжиг. Кроме того, в составе содержится такое вредное вещество, как фенол, что его не рекомендуется использовать по директивам ЕЭС. Все это затрудняет применение данного материала на производстве, ориентированном на мировой рынок.

Наиболее близким к изобретению по составу является огнеупор (SU 510456, С04В 35/20, 11.06.1976) содержащий, мас.%: магнезит фракций, мм: 1-0,2 - 40-50, 1-3 - 20-25, ≤0,06-15-25, чешуйчатый графит - 5-25, связка - 8-10.

Известный состав огнеупора принят в качестве прототипа.

Огнеупор на основе магнезитового состава обладает необходимой прочностью, термостойкостью и низкой окисляемостью.

К основным недостаткам данного материала можно отнести:

- во время отжига происходит образование микротрещин вследствие активного взаимодействия магнезита с алюмофосфатами связки, что отрицательно сказывается на стойкости изделий;

- повышенное содержание оксида магния в составе приводит к повышению коэффициента термического расширения, к неравномерности физико-химических свойств в объеме получаемых изделий, что отрицательно сказывается на механической прочности и термостойкости изделий из данного огнеупора.

Основной целью настоящего изобретения является разработка состава огнеупорного материала для производства литейных тиглей и огнеупорных покрытий, обладающего повышенной термостойкостью, низкой окисляемостью и промышленной безопасностью.

Технический результат достигается тем, что графито-оксидный огнеупор, включающий кристаллический графит, магнезиальный компонент и связующее, содержащее алюмофосфаты, согласно изобретению дополнительно содержит искусственный графит, в качестве магнезиального компонента периклаз, а в качестве связующего неорганическое полифосфатное связующее с огнеупорностью до 2000°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

графит искусственный 36-50
графит кристаллический 14-20
периклаз 20-30
неорганическое полифосфатное связующее с огнеупорностью до
2000°С 10-20

В качестве неорганического полифосфатного связующего использовались алюмофосфатные связующие следующего состава: (1)

Огнеупорность связующего после полимеризации достигает 2000 С°, что известно из литературных источников (Металлофосфатные связующие и смеси: Монография / Илларионов И.Е. и др. Чебоксары: Изд-во при Чувашском ун-те, 1995 - 524 с.) Именно это свойство связующего обеспечивает высокие показатели термостойкости для заявляемого графито-оксидного огнеупора.

Кроме того, неорганическое полифосфатное связующее обеспечивает высокую механическую прочность как свежесформованного, так и полимеризованного огнеупора за счет необратимого отвердения при самонагревании с образованием плотного связующего каркаса. Самоотвердение образцов происходит вследствие химического взаимодействия связующего с периклазом, т.к. полифосфаты алюминия в составе связующего входят во взаимодействие с оксидом магния и с примесями, содержащимися в периклазе. Протекающая экзотермическая реакция приводит к нагреву огнеупорной шихты, вызывая полимеризацию связующего. Это позволяет получить прочные образцы без их предварительного высокотемпературного отжига при температуре не более 400°С.

Неорганическое полифосфатное связующее интенсивно взаимодействует с химическими активными центрами на поверхности графитовых частиц, что значительно снижает термоокисляемость графита и положительно сказывается на термостойкости и долговечности огнеупорных изделий из данного материала.

Выбор граничных значений, указанных в формуле изобретения, обусловлен следующим.

Содержание неорганического полифосфатного связующего менее 10% недостаточно для увлажнения шихты вследствие ее активного взаимодействия с периклазом, а введение более 25% переувлажняет массу и вызывает трещины перепрессовки.

Периклаз в составе огнеупора обеспечивает необходимую плотность набивки вследствие своей более высокой плотности по сравнению с графитами, а также вступает в реакцию со связующим, тем самым служит для обеспечения самоотжига образцов. При этом при содержании его в составе менее 25% не достигается необходимая интенсивность экзотермической реакции, а при содержании более 34% вследствие высокого тепловыделения происходит активная полимеризация и комкование порошковой композиции, что затрудняет дальнейшую запрессовку и формообразование.

Кристаллический графит, содержащийся в составе, обеспечивают высокую теплопроводность композиции, низкую смачиваемость жидким металлом вследствие явной кристаллической структуры графита. Повышенная теплопроводность композиции снижает термические напряжения в объеме огнеупорной керамики на основе предложенного состава, что повышает срок службы изделия и обеспечивает стабильность физико-механических свойств в случае высокотемпературных перепадов.

Опытным путем установлено, что содержание кристаллических графитов менее 14% не обеспечивает высокой теплопроводности, а содержание в составе более 37% приводит к расслаиванию огнеупорной керамики вследствие как низкой смачиваемости связующим, так и за счет расслаивания кристаллических графитов, и как следствие понижения взаимного трения между частицами композиции.

Примеры составов для изготовления образцов графито-оксидного огнеупора и их свойства указаны в таблицах 1-2.

Для получения огнеупора заявляемого состава использовали следующие материалы: периклаз плавленый (с содержанием MgO 96,3%), графит искусственный (графитированный бой с содержание углерода до 90%, серы не более 0,5%) и кристаллический (марки ГЛ-2), алюмофосфатное связующее по приведенной ссылке (1).

Указанные компоненты дозировали в количествах, приведенных в формуле изобретения, смешивали, формовали изделия на гидравлическом прессе, при этом термообработка и полимеризация образцов происходили за счет тепла от химического взаимодействия полифосфатного связующего с периклазом. После полимеризации образцы подвергали закрепляющему отжигу при температуре 400°С.

Качество углеродсодержащего огнеупора оценивали следующим образом: по окисляемости и пределу прочности при сжатии, которые определяли после формования и самозатвердевания образцов в окислительной атмосфере при 1350°С в течение 1 часа. Окисляемость определяли как отношение количества углерода, оставшегося в образце на расстоянии 15 мм от его поверхности, к его исходному количеству в процентах. Предел прочности при сжатии определяли по ГОСТ 4071.1-94.

Таблица 1. Составы массы предлагаемого и известного графито-оксидного огнеупора

№ состава Содержание, мас.%:
графит искусственный графит крист. периклаз полифосф. связ. корунд Аl сажа пек + ФФС карбид бора мод. добавка
прототип 15 40 25 4 5 7 1 3
1 50 20 20 10 - - - - - -
2 43 17 25 15 - - - - - -
3 36 14 30 20 - - - - - -

Таблица 2. Свойства предлагаемого и известного графито-оксидного огнеупора

№ состава Предел прочности при сжатии после термообработки при 1350°С, Н/мм2 Окисляемость, %
прототип 10 57
1 12,5 71
2 15 68
3 14 75

Из таблицы видно, что предлагаемый огнеупор имеет высокую механическую прочность и термостойкость (окисляемость выше).

Графито-оксидный огнеупор, кроме перечисленных преимуществ, обладает более высокой теплопроводностью, низкой смачиваемостью жидким металлом, малым термическим расширением и сохраняет постоянство свойств в течение длительного контакта с металлом при повышенных температурах.

Сочетание в данном огнеупоре преимуществ магнезиальных углеродсодержащих и графитовых огнеупоров позволяет его успешно использовать для производства литейных тиглей и огнеупорных покрытий для цветного литья, что подтвердили результаты промышленных испытаний.

Графито-оксидный огнеупор, включающий кристаллический графит, магнезиальный компонент и связующее, отличающийся тем, что он дополнительно содержит искусственный графит, в качестве магнезиального компонента - периклаз, а в качестве связующего - неорганическое полифосфатное связующее с огнеупорностью до 2000°С при следующем соотношении компонентов, мас.%:

графит искусственный 36-50
графит кристаллический 14-20
периклаз 20-30
неорганическое полифосфатное связующее с огнеупорностью до 2000°С 10-20



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к алмазосодержащим композиционным материалам, используемым в различных областях электроники в качестве теплоотводов. Технический результат - повышение эффективности работы изделий в качестве теплоотводов при упрощении технологии их изготовления.

Изобретение относится к области получения поликристаллических материалов, которые могут быть использованы, преимущественно, для изготовления бурового и правящего инструмента.
Изобретение относится к способу получения формованного изделия из углеродного материала и может быть использовано в качестве графитовых электродов и соединительных элементов для электротермических процессов.

Изобретение относится к производству изделий из углеродсодержащих материалов и предназначено для защиты их от окисления в условиях окислительной среды при высоких температурах.
Изобретение относится к области получения поликристаллических материалов, а именно к композиционным материалам на основе алмаза, полученным путем спекания алмазных зерен и металлов с дисперсно-упрочняющими добавками и армирующей CVD алмазной компонентой в виде вставки, модифицированной в условиях высоких давления и температуры, и может быть использовано для изготовления бурового и правящего инструмента.

Изобретение относится к производству изделий с карбид кремния-, нитрид кремния-, углеродсодержащей основой и предназначено для защиты от окисления изделий, работающих в условиях окислительной среды при высоких температурах.

Изобретение может быть использовано при получении композиционных материалов. Исходные углеродные наноматериалы, например нанотрубки, нанонити или нановолокна, обрабатывают в смеси азотной и соляной кислоты при температуре 50-100°С не менее 20 мин, промывают водой и сушат.
Изобретение относится к производству изделий из композиционных материалов с карбидно-металлической матрицей. Технический результат - обеспечение возможности изготовления крупногабаритных изделий из композиционных материалов и упрощение способа их изготовления при обеспечении хорошего качества поверхности изделия и высокой степени металлирования.

Изобретение относится к композиционному материалу, содержащему частицы алмаза карбида бора и карбида кремния, и может быть использовано в качестве брони, инструментов для резки, сверления и механической обработки, а также в применениях, где происходит абразивный износ.
Изобретение относится к области конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, и может быть использовано в химико-металлургической промышленности для создания изделий и элементов конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред.
Изобретение относится к технологии огнеупорных материалов и может быть использовано в огнеупорной промышленности при изготовлении углеродсодержащих огнеупоров, используемых для футеровки высокотемпературных металлургических агрегатов.
Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано при производстве огнеупоров для ремонта футеровки металлургических агрегатов, в частности при горячем ремонте конвертера.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано при производстве огнеупоров, для ремонта футеровки металлургических агрегатов, в частности конвертеров и электросталеплавильных печей, например, методом налива или торкретирования.
Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано при производстве огнеупоров для ремонта футеровки металлургических агрегатов, в частности конвертеров.

Изобретение относится к составу углеродсодержащей массы для производства огнеупоров и может быть использовано для получения углеродсодержащих изделий. .

Изобретение относится к огнеупорным формованным изделиям, используемым в виде кирпичей или изделий нестандартных размеров для оснащения металлургических плавильных сосудов.
Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к составам высокотемпературной клеевой композиции, которая может быть использована для соединения огнеупорных изделий, в том числе углеродсодержащих, при выполнении кладки футеровки металлургических агрегатов.
Изобретение относится к технологии огнеупорных материалов, более конкретно к производству карбонированных огнеупоров, используемых в футеровках металлургических агрегатов.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к огнеупорным массам, предназначенным для ремонта футеровки металлургических агрегатов, например горячего ремонта конвертера.

Изобретение относится к огнеупорноой промышленности, а именно к получению масс, предназначенных для закрытия леток доменных печей. .

Настоящим изобретением обеспечивается огнеупорный продукт, содержащий огнеупорные частицы СаО и огнеупорные частицы MgO, который может быть использован при изготовлении литьевого сопла для непрерывного литья расплавленной стали. Данный огнеупорный продукт содержит, исходя из химического состава, измеренного после того, как он подвергся нагреванию в неокислительной атмосфере при 1000°С, основу СаО и MgO с массовым отношением СаО/MgO в диапазоне от 0,1 до 1,5, один или несколько оксидов металлов, подобранных из группы, состоящей из В2О3, TiO2, V2O5, P2O5 и SiO2, в общем количестве от 0,1 до 5,0 мас.%, и свободный углерод в количестве от 2 до 35 мас.%. На каждой СаО поверхности огнеупорных частиц имеется неорганическая пленка толщиной от 0,1 до 25 мкм, содержащая СаО и один или несколько указанных оксидов металлов. Настоящее изобретение направлено на предотвращение гидратации компонента СаО огнеупорного материала на стадии производства, во время хранения и на стадии литья в течение длительного времени, а также на снижение адгезии алюминия к огнеупору в процессе литья. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 табл., 7 пр., 21 ил.
Наверх