Состав для изготовления легковесного огнеупора


 


Владельцы патента RU 2564330:

Общество с ограниченной ответственностью "Группа "Магнезит" (RU)

Изобретение относится к области производства огнеупоров. Технический результат изобретения заключается в повышении закрытой пористости и устойчивости к циклическому высокотемпературному воздействию огнеупора при температуре эксплуатации до 1700°С и более. Состав для изготовления легковесного огнеупора содержит полые корундовые сферы, связующее и дисперсную алюмосиликатную смесь, согласно изобретению дисперсная алюмосиликатная смесь содержит глиноземистый компонент, кремнийсодержащий компонент, материал силлиманитовой группы, причем соотношение Al2O3/SiO2 в указанной алюмосиликатной смеси составляет (5-8):(4-1), при следующем соотношении компонентов, мас.%: полые корундовые сферы размером 0,1-8 мм - 57-85, дисперсная алюмосиликатная смесь - 10-38, кремнийорганическое связующее - 5-15. Дисперсная алюмосиликатная смесь включает, мас.%: глиноземистый компонент 50-85, кремнийсодержащий компонент 10-40, материал силлиманитовой группы 7-20. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области производства огнеупоров и может быть использовано для изготовления огнеупорных изделий, а также монолитных огнеупоров, предназначенных для футеровки рабочего или теплоизоляционного слоя высокотемпературных агрегатов, работающих при температурах до 1700° С и более в цветной и черной металлургии, в производстве строительных материалов и других отраслях промышленности.

Известен состав для изготовления огнеупора, содержащий: 14-57% электрокорунда или спеченного корунда, 18-62% пустотелых корундовых сфер с диаметром менее 5 мм и 21-42% суспензии на основе Al2O3 (SU1282443, 1993г., С04В 35/10).

Недостатком данного изобретения является то, что заполнитель в обозначенном составе представлен электрокорундом, спеченным корундом или пустотелыми корундовыми сферами, расположенными в матрице из суспензии на основе Al2O3 с плотностью 1,8-2,0 г/м3. Таким образом, используются заполнители и матрица идентичного фазового состава с равной массовой долей Al2O3, характеризующиеся схожими теплофизическими показателями, в том числе, температурным коэффициентом линейного расширения порядка 8,4 10-6 К-1. При высокотемпературном обжиге огнеупоров отсутствие различий ТКЛР применяемых материалов не обеспечит образования термостойкой микротрещиноватой структуры огнеупора, которая обычно формируется за счет разницы термического расширения материалов отличающегося фазового состава. Другим недостатком данного изобретения является то, что суспензия вводится в широком количественном диапазоне (21-42%). Это при обозначенной плотности (1,8-2,0 г/см3) предполагает наличие высокого содержания влаги в формуемом изделии, что впоследствии приведет к значительным различиям в усадке огнеупора после обжига и нестабильности его геометрических размеров.

Известен состав для изготовления изоляционного огнеупора, включающий пустотелые корундовые сферы в количестве 32-50% и алюмооксидную связку из тонко дисперсной смеси (с размером частиц менее 5 мкм): а-Аl2О3 - 12-24%, γ-Аl2О3 - 6-14%, Аl(ОН)3 - 2-6%, зернистый корунд 3-32%, соляную кислоту в количестве 0,8-1%, воду 11,2-14%. (SU1128537, С04В 35/10, 1983 г.).

Недостатком данного состава является невысокое заявленное содержание пустотелых корундовых сфер (не более 50%). В комбинации с наличием в составе до 32% плотного зернистого корунда (с высокими показателями теплопроводности - 5,53 Вт/м·К) это приведет к повышению теплопроводности огнеупора ввиду недостаточного объема в структуре закрытых пор, сформированных в процессе обжига.

Другим недостатком данного состава является то, что высокодисперсная (менее 5 мкм) алюмооксидная связка, представленная смесью, содержащей активный к воздействию соляной кислоты γ-Аl2О3, который взаимодействует с образованием оксихлоридов алюминия (ряда Аln(ОН)(3n-m)Сlm) уже в процессе приготовления связки. Это снижает ее активность в дальнейшем при массоприготовлении, тем самым уменьшая прочностные показатели сырца и текучесть массы и ее формовочные свойства.

Известна шихта для изготовления огнеупоров, содержащая полые корундовые сферы фракции 0,5-2,0 мм в количестве 30-55%, обожженный кианит фракции не более 3 мм -10-12%, ортофосфорную кислоту - 8-10%, корунд спеченный, модифицированный оксидом кальция, фракции не более 0,5 мм - 5-30%, глину фракции не более 0,5 мм - 14-16%, кальциево-щелочной лигносульфонат технический 4-6% (SU1719352, С04В 28/34, 1989 г.).

Недостатками данного состава являются невысокое заявленное содержание пустотелых корундовых сфер (не более 55%), что в комбинации с наличием модифицированного корунда до 30%, содержащего до 8% СаО и обожженного кианита приведет в процессе обжига к реакции:

CaO Al2О3+3Al2О3 2SiО2→СаО Аl2О3 2SiО2+3Al2 О3

CaO Al2О3+2SiО2→СаО А12О3 2SiО2

и образованию легкоплавких соединений типа CaO**Al2O3**SiO2 (с Тплавл - 1550°С). Присутствие в составе легкоплавких соединений в комплексе с наличием в кальциево-натриевых лигносульфонатах высокого содержания щелочей дополнительно способствует образованию в процессе обжига изделий легкоплавких натриевых алюмосиликатов, что в комплексе приводит к значительному снижению высокотемпературных деформационных показателей огнеупора. Это ограничивает температурный диапазон применения огнеупоров заявленным пределом - до 1500°С.

Технический результат, достигаемый в изобретении, заключается в создании легковесного огнеупора с высокой долей закрытых пор, низкой газопроницаемостью и теплопроводностью, устойчивостью к циклическому высокотемпературному воздействию и обладающего способностью эксплуатироваться при температуре до 1700°С и более.

Указанный технический результат достигается тем, что состав для изготовления легковесного огнеупора содержит полые корундовые сферы, связующее и дисперсную алюмосиликатную смесь, согласно изобретению дисперсная алюмосиликатная смесь содержит глиноземистый компонент, кремнийсодержащий компонент, материал силлиманитовой группы, причем соотношение Al2O3/SiO2 в указанной алюмосиликатной смеси составляет (5-8):(4-1),

при следующем соотношении компонентов, масс.%:

полые корундовые сферы размером 0,1-8 мм - 57-85,

дисперсная алюмосиликатная смесь - 10-38,

кремнийорганическое связующее - 5-15.

Дисперсная алюмосиликатная смесь включает, масс.%: глиноземистый компонент 50-85, кремнийсодержащий компонент 10-40, материал силлиманитовой группы 7-20.

Дополнительно, состав может содержать армирующее волокно в количестве 0,5-5%.

Дополнительно, состав может включать в себя цирконийсодержащий компонент в количестве 1-7%.

В контексте заявляемого изобретения полые корундовые сферы являются основным огнеупорным материалом, получаемым с помощью обычных существующих способов сфероидизации частиц из расплава. Например, одним из распространенных способов является метод раздува синтезированного корундового расплава сжатым воздухом или паром. Полые корундовые сферы могут содержать массовую долю А12O3 более 95%, остальное муллит, максимальное содержание щелочных оксидов - не более -0,5%.

Диаметр полых корундовых сфер в шихте составляет от 0,1 мм до 8 мм. Сферы диаметром менее 0,1 мм имеют меньший объем внутреннего полого пространства, что приводит к снижению общей пористости огнеупора и увеличению плотности изделий, что увеличивает его теплопроводность. Сферы диаметром более 8 мм при расположении в объеме изделия имеют меньшее количество контактов друг с другом и с матрицей, что приведет к снижению механической прочности сырца изделия и уменьшению прямых связей в обожженном огнеупоре.

Заявленные пределы содержания полых корундовых сфер (57-85%) получены экспериментальным путем и являются оптимальными, обеспечивая формирование структуры огнеупора, обладающей наилучшими теплоизоляционными свойствами и оптимальной газопроницаемостью, что обеспечивается за счет высокой доли закрытых пор в структуре. При содержании полых корундовых сфер в шихте менее 57% уменьшается закрытая пористость огнеупора, образованная внутренней полостью сфер.

Отличительной особенностью изобретения является состав дисперсной алюмосиликатной смеси, содержащей глиноземистый компонент (например, реактивный глинозем, кальцинированный глинозем, гидрат глинозема), кремнийсодержащий компонент (микрокремнезем, белая сажа) и материалы силлиманитовой группы (андалузит, силлиманит, кианит), при необходимости прошедшие предварительную

высокотемпературную обработку. При этом, соотношение Al2O3/SiO2 в указанной алюмосиликатной смеси составляет (5-8):(4-1). Качественный и количественный состав указанной алюмосиликатной смеси получен в процессе проведения экспериментальных работ. Взаимодействуя, глиноземистый и кремнийсодержащий компоненты образуют алюмосиликатную матрицу, представленную муллитом 2Al2O3·SiO2 и его твердыми растворами, образующимися при температуре более 1400°С. Катализатором процесса муллитизации при более низких температурах обжига (от 1200°С) выступают материалы силлиманитовой группы, увеличивая плотность матрицы в процессе обжига с уменьшением доли открытых пор. Дисперсная алюмосиликатная смесь представляет собой смесь с размером частиц менее 90 мкм, при этом, доля частиц более 90 мкм не превышает 1%.

В процессе обжига огнеупора, между корундовыми сферами располагается образованная алюмосиликатная связка переменного состава в виде стекловидных пленок с включением многочисленных кристаллов муллита 2Al2O3 SiO2 и его твердого раствора с избытком Аl2O3 (прагита), за счет чего и формируется высокопрочная, устойчивая при высокой температуре матрица. Введение указанной алюмосиликатной смеси в заявленных пределах (10-38%) способствует образованию необходимого количества прямых связей между частицами (сферами) заполнителя за счет заполнения достаточного объема пространства между ними, обеспечивая малую долю открытых пор и, как следствие, снижение газопроницаемости.

В качестве связующего используется кремнийорганическое связующее (в количестве 5-15%), например, на основе полиорганосилоксана или этилсиликата. Кремнийорганическое связующее представляет собой продукт частичного гидролиза и конденсации полиэтоксисилоксана с целевыми добавками в изопропиловом спирте, использование которого облегчает в определенной степени распределение массы по форме в процессе формования и придает сырцу необходимую механическую прочность. При температуре более 300°С происходит испарение органической составляющей и появление наноразмерной (с размерами частиц менее 100 нм) реактивной окиси кремния, равномерно распределенной по всему объему изделия. При взаимодействии наноразмерной реактивной окиси кремния с глиноземистым компонентом дисперсной составляющей образуются алюмосиликатные связи между сферами заполнителя при более низких температурах обжига - от 600°С, исключающих температурную деформацию огнеупора в обжиге.

Для увеличения прочностных показателей огнеупора, в т.ч высокотемпературных, дополнительно в шихту можно вводить армирующее волокно в количестве 0,5-5%, которое в процессе термообработки (обжига изделий) закристаллизовывается в виде игл и волокон монокристаллов муллита с диаметром от нескольких нанометров до сотен микрометров, что обуславливает значительное упрочнение огнеупора. В качестве армирующего волокна предлагается использовать, например, карбидкремниевое волокно или муллитокремнеземистое волокно.

Для повышения коррозионной устойчивости огнеупора дополнительно в шихту может быть введен цирконийсодержащий компонент в количестве от 1 до 7%, в качестве которого могут выступать муллитоциркон, бадделеит или циркон. Образование при его наличии в составе в обжиге пленок диоксида циркония (инертного материала), размещающихся в алюмосиликатной матрице, позволит увеличить высокотемпературные показатели огнеупора и его коррозионную устойчивость к воздействию агрессивных компонентов, как основного, так и кислого составов.

Далее показан конкретный пример осуществления изобретения, не исключающий другие варианты (примеры) в объеме формулы заявляемого изобретения. Составы шихт для изготовления огнеупоров приведены в таблице 1.

Исходные компоненты, в количествах, соответствующих составу шихты (таблица 1), перемешивали в смесителе планетарного действия. После этого полученную массу выгружали в специальные формы, предварительно обработанные антиадгезионным составом, и подвергали виброформованию не менее 2-х минут. Изделия выдерживали в естественных условиях не менее 12 часов (в зависимости от габаритов изделия); после «распалубки» изделия подвергали сушке при температуре 100-350°С. Высушенные изделия обжигали в высокотемпературной печи при температуре более 1600°С. Полученные огнеупоры предназначены для эксплуатации, как в рабочем слое высокотемпературных агрегатов, так и в качестве высокотемпературной теплоизоляции.

Заявляемый состав позволяет изготовить легковесный огнеупор из полых корундовых сфер, сцементированных алюмосиликатной матрицей на основе муллита, с улучшенной поровой структурой, обеспечивающей низкую газопроницаемость и теплопроводность, устойчивых к циклическому высокотемпературному воздействию и обладающего способностью эксплуатироваться при температуре до 1700°С и более.

Таким образом, достигается заявленный в изобретении технический результат.

1. Состав для изготовления легковесного огнеупора, содержащий полые корундовые сферы, связующее и дисперсную алюмосиликатную смесь, отличающийся тем, что дисперсная алюмосиликатная смесь включает глиноземистый компонент, кремнийсодержащий компонент, материал силлиманитовой группы, причем соотношение Al2O3/SiO2 в указанной алюмосиликатной смеси составляет (5-8):(4-1),
при следующем соотношении компонентов, мас.%:
полые корундовые сферы размером 0,1-8 мм - 57-85,
дисперсная алюмосиликатная смесь - 10-38,
кремнийорганическое связующее - 5-15.

2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что дисперсная алюмосиликатная смесь включает, мас.%: глиноземистый компонент 50-85, кремнийсодержащий компонент 10-40, материал силлиманитовой группы 7-20.

3. Состав по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит армирующее волокно в количестве 0,5-5%.

4. Состав по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит цирконийсодержащий компонент в количестве 1-7%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии изготовления огнеупорных изделий для металлургической промышленности, более конкретно к системе производства огнеупорных изделий для литьевых установок, и может найти применение при изготовлении углеродсодержащих стопорных пробок, стаканов-дозаторов, стопоров-моноблоков, труб для защиты струи металла при непрерывной разливке стали и др.

Изобретение относится к огнеупорному изделию, применяемому при формовании стеклоизделия из стекломассы на основе системы Al-Si-Mg. Огнеупорное изделие содержит Al2O3 в количестве, составляющем по меньшей мере 90 вес.%, и легирующую добавку, содержащую оксид редкоземельного элемента, Ta, Nb, Hf или любую их комбинацию.

Изобретение относится к области медицины, а именно к ортопедической стоматологии, и предназначено для изготовления безметалловых зубных протезов. В качестве материала, содержащего оксид алюминия, используют порошок сфероидизированного белого электрокорунда марки 25А фракции 20-40 мкм.

Изобретение относится к плавленым керамическим абразивным частицам на основе оксида алюминия и оксида циркония и может быть использовано для изготовления шлифовальных инструментов.

Изобретение относится к смеси плавленых зерен оксидов алюминия и циркония и может быть использовано при изготовлении абразивных инструментов. Заявленная смесь имеет следующий химический состав, выраженный в мас.%: ZrO2+HfO2: 35-45,5; Аl2О3: 43,7-65%; SiO2<0,8%; другие оксиды <10%.

Настоящее изобретение относится к огнеупорному составу, включающему в себя от 70% по массе до 98% по массе сыпучего огнеупорного материала и от 2% по массе до 30% по массе связующей фазы, включающей активный наполнитель и связующий агент, причем упомянутая связующая фаза по существу включает в себя исключительно реактивный андалузит, имеющий средний размер частиц d50 между 0,2 мкм и 2,0 мкм и узкое распределение частиц по размеру, имеющее ширину по размерам частиц в диапазоне меньше чем 2,5 мкм, в качестве активного наполнителя.
Изобретение относится к огнеупорной промышленности. Оно может быть использовано для выполнения защитных обмазок, а также монолитных футеровок высокотемпературных тепловых агрегатов.
Настоящее изобретение относится к плавленым огнеупорным продуктам на основе оксида алюминия - оксида кремния - оксида циркония и может быть использовано в стеклоплавильных печах в контакте с расплавленным стеклом.
Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано для изготовления футерованных керамикой тиглей для алюмотермической выплавки лигатур редких тугоплавких металлов.
Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано для изготовления футерованных керамикой тиглей для выплавки лигатур, содержащих ванадий и/или молибден.

Изобретение относится к огнеупорному изделию. Технический результат изобретения заключается в повышении стойкости огнеупора к коррозии. Огнеупорное изделие содержит по меньшей мере 90 масс. % Al2O3; менее 3 масс. % SiO2 и первую легирующую добавку, содержащую оксид Та, Nb или их любое сочетание. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области производства оптических материалов. Технический результат изобретения заключается в повышении оптической прозрачности в УФ и ИК-областях спектра, механической прочности. Способ получения оптической нанокерамики на основе оксида алюминия включает приготовление коллоидного раствора из высокодисперсного порошкового γ-Al2O3 путем его диспергирования с использованием ультразвука, закисления лимонной кислотой и использования формамида в качестве загустителя, включая дополнительную обработку ультразвуком. Приготовленный золь помещают в емкость, выдерживают до образования полупродукта - гелевой заготовки, которую подвергают термообработке. Полученный полупродукт - гелевую заготовку - измельчают, повторно подвергают гелированию при различных значениях pH, последующей термообработке до образования ксерогеля, который дополнительно термообрабатывают и спекают при температуре 1800-1900°C. 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области химической технологии керамических высокопористых ячеистых материалов. Технический результат изобретения заключается в повышении удельной поверхности активного слоя. Полиуретановую матрицу ячеистой структуры пропитывают керамическим шликером, состоящим из инертного наполнителя - электроплавленного корунда, дисперсного порошка оксида алюминия или высокоглиноземистого фарфора и раствора поливинилового спирта. Проводят сушку, обжиг и наносят водную суспензию, содержащую 40-50 мас.% твердой фазы следующего состава: цеолит NaX - 70-80 мас.%, каолин - 30-20 мас.%. После нанесения каждого слоя активной композиции проводят сушку материала при температуре 80÷90°С в течение 2÷8 ч, а после нанесения последнего слоя - термообработку при температуре 550÷650°С в течение не менее 3 ч.

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 технологии производства спеченной заготовки из α-оксида алюминия в качестве исходного сырья для дальнейшего получения из нее монокристаллов сапфира. Способ включает следующие стадии: смешивание 100 вес.ч. α-оксида алюминия с 1-20 вес.ч. предшественника α-оксида алюминия для получения смеси, формование прессовки из полученной смеси и обжиг прессовки для получения спеченной заготовки из α-оксида алюминия, при этом α-оксид алюминия имеет площадь удельной поверхности, равную 1-20 м2/г, содержание влаги - менее 0,5%, чистоту - 99,99% вес. или более и содержание каждого из Si, Na, Ca, Fe, Cu и Mg, равное 10 ч./млн или менее, предшественник α-оксида алюминия имеет площадь удельной поверхности, равную 50 м2/г или более, содержание влаги - 0,5% или более, чистоту - 99,99% вес. или более и содержание каждого из Si, Na, Ca, Fe, Cu и Mg, равное 10 ч./млн или менее, при давлении прессования 20-400 МПа, обжиг ведут при температуре 1200-1700°C в течение времени 0,5-24 часа и скорости повышения температуры 30-500°C/ч. Изобретение позволяет получать заготовки с относительной плотностью 60% или более, закрытой пористостью - 10% или менее, чистотой - 99,99% вес. или более, содержанием каждого из Si, Na, Ca, Fe, Cu и Mg 10 ч./млн или менее, объем - 1 см3 или более. Заготовки с такими характеристиками имеют высокую механическую прочность и обеспечивают легкое получение высококачественного монокристалла сапфира с меньшей степенью окрашивания и растрескивания и с высокой объемной производительностью. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл., 3 пр.

Изобретение касается плавленого литого огнеупорного материала на основе оксида алюминия, диоксида циркония и диоксида кремния (АЦК) и может быть использовано в плавильных резервуарах в контакте с расплавленным стеклом, а также в верхней части и на своде резервуаров. Плавленый литой огнеупорный материал содержит 60-70 мас.% Al2O3, 13-19 мас.% ZrO2, 15,5-18 мас.% SiO2 и 2,0-2,6 мас.% Na2O. В состав стеклофазы входит SiO2, а также Al2O3 и Na2O, при этом молярное соотношение между Al2O3 и Na2O находится в диапазоне от 0,8 до 1,6. Технический результат изобретения - повышение устойчивости огнеупорного материала к просачиванию. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к составам материалов для атомной энергетики, в частности к однофазному керамическому оксидному жертвенному материалу, включающему Fe2O3, Al2O3, SrO. Материал включает в себя указанные простые оксиды в виде однофазного соединения - твердого раствора на основе гексаферрита стронция и гексаалюмината стронция SrFe12-xAlxO19 при 4.7≤х≤11, состоящего из гексаферрита стронция и гексаалюмината стронция, масс. %: гексаферрит стронция - 70-12, гексаалюминат стронция - 30-88. Изобретение позволяет повысить надежность локализации расплава активной зоны аварийного ядерного реактора в УЛР. 1 ил., 2 табл.
Наверх