Сырьевая смесь для изготовления огнеупорных изделий

Изобретение относится к области производства огнеупоров и может быть использовано для изготовления керамических узлов высокотемпературных агрегатов, огнеприпасов, тиглей, коробов, охранных стаканов, литейных форм, работающих при температурах до 1750°С. Сырьевая смесь для изготовления огнеупорных изделий содержит следующие компоненты, мас.%: корундовый водный шликер на основе электрокорунда фракции менее 0,05 мм 35-40, зернистый заполнитель, включающий фракции электрокорунда 0,5-0,8 мм 8-10, плавленого муллита 0,4-2,5 мм 36-41 и фракцию электрокорунда 0,125-0,15 мм 11-14. Шликер имеет вязкость 20-30°Е, остаток на сите 005 – 0,1-1,0% мас. и рН 10,2-11,2. Достигается технический результат – снижение расслоения сырьевой смеси в процессе формования крупногабаритных огнеупорных изделий (более 100 мм по высоте) за счет увеличения седиментационной устойчивости, повышение равноплотности, эксплуатационной надежности огнеупоров, а также сокращение брака при их производстве. 4 пр.

 

Изобретение относится к области производства огнеупоров и может быть использовано для изготовления керамических узлов высокотемпературных агрегатов, огнеприпасов, тиглей, коробов, охранных стаканов, литейных форм, работающих при температурах до 1750°С.

Известна сырьевая смесь для изготовления огнеупорных изделий (авт. св. СССР №1723070, МПК С 04 В 33/22, 1992 г.), включающая, % мас.:

электрокорунд фрации менее 0,05 мм	15-20
высокоглиноземистый шамот
с содержанием Al2О3 68% мас.
или плавленый муллит фракции 0,4-1,0 мм	35-50
этилсиликат	0,7-1,0
высокоглиноземистый шамот
с содержанием Al2О3 68% мас.
или плавленый муллит фракции менее 0,05 мм	остальное

Изделия из такой смеси получают следующим способом: сначала готовят шликер из плавленого муллита или высокоглиноземистого шамота и электрокорунда в шаровых мельницах методом мокрого помола, затем шликер смешивают с заполнителем из шамота или плавленого муллита, смоченного этилсиликатом. Смесь выливают в активные формы и оставляют до окончания формообразования. После окончания формообразования изделия сушат и обжигают при температурах 1550 – 1580°С.

Недостатком изобретения является относительно низкая огнеупорность материала, изготовленного из указанной смеси - не более 1600°С из-за высокого содержания в ней шамота или плавленого муллита (около 80%), которые содержат значительное количество стеклообразующих примесей, вызывающих деформацию изделий при температурах выше 1500°С.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является сырьевая смесь для изготовления огнеупорных изделий (патент РФ № 2267469, МПК. С 04 В 33/22 от 10.01.2006), включающая, % мас.:

электрокорунд фракции менее 0,05 мм	45-50
электрокорунд фракции 0,5-0,8 мм	20-25
плавленый муллит фракции 0,4-1,0 мм	15-22
плавленый муллит фракции 1,0-2,5 мм	5-8
этилсиликат	1-2
графит	2-5

Для приготовления сырьевой смеси сначала получают фракцию электрокорунда менее 0,05 мм путем мокрого помола электрокорунда (№ 50, 63 или 80) до получения шликера с вязкостью 4-9°Е, pH 8-10 и остатком на сите 005 - 10%, а затем смешивают его с зернистым заполнителем из электрокорунда, муллита разных фракций и графита, смоченным этилсиликатом. Изделия из указанной смеси формуют в активных (гипсовых) формах, затем сушат и обжигают при температурах 1450–1500°С.

Недостатком изобретения является разноплотность сырца по высоте заготовки, сформованной из указанной смеси, что обусловлено относительно низкой вязкостью шликера, приводящей к расслоению формовочной массы и оседанию частиц зернистого наполнителя на дно формы.

Расслоению массы в процессе формообразования способствует также присутствие в ней этилсиликата, который препятствует смачиванию зерен наполнителя, их связыванию межзеренной прослойкой шликера и образованию частицами твердой фазы пространственной структуры, обеспечивающей седиментационную устойчивость смеси.

Еще одним фактором, приводящим к разноплотности заготовки, является присутствие в смеси графита, который, будучи покрытым этилсиликатом, всплывает на поверхность и приводит к снижению плотности в верхней части формовки.

Кроме того, в сырьевой смеси отсутствует промежуточная фракция между фракциями шликера (менее 0,05 мм) и фракциями наполнителя (более 0,4 мм), что не обеспечивает высокую плотность упаковки твердой фазы и седиментационную устойчивость формовочной смеси и также усугубляет ее расслоение в процессе формования изделия.

Практически, по указанным причинам из смеси прототипа невозможно получить равноплотные формовки высотой более 100 мм. С увеличением габаритов изделий их разноплотность только возрастает. При обжиге таких изделий в них возникают напряжения, которые обусловлены различной усадкой областей заготовки, отличающихся по плотности материала, что приводит к образованию трещин и разрывов в процессе спекания или разрушению огнеупора при повторных нагревах в процессе эксплуатации. Следствием этого является высокий уровень брака при изготовлении изделий, а также их низкий ресурс работоспособности.

Задачей настоящего изобретения является снижение расслоения сырьевой смеси в процессе формования крупногабаритных огнеупорных изделий (более 100 мм по высоте) за счет увеличения седиментационной устойчивости, повышение равноплотности, эксплуатационной надежности огнеупоров, а также сокращение брака при их производстве.

Технический результат достигается тем, что предложена сырьевая смесь для изготовления огнеупорных изделий, состоящая из корундового водного шликера на основе электрокорунда фракции менее 0,05 мм и зернистого заполнителя, включающего фракции электрокорунда 0,5-0,8 мм и плавленого муллита 0,4-2,5 мм, отличающаяся тем, что заполнитель дополнительно содержит фракцию электрокорунда 0,125-0,15 мм, шликер имеет вязкость 20-30°Е, остаток на сите 005 – 0,1-1,0% мас. и рН 10,2-11,2, при этом соотношение твердых компонентов в смеси составляет, % мас.:

электрокорунд фракции менее 0,05 мм	35-40
электрокорунд фракции 0,125-0,15	11-14
электрокорунд фракции 0,5-0,8 мм	8-10
плавленый муллит фракции 0,4-2,5 мм	36-41

Фракцию электрокорунда менее 0,05 мм получают путем мокрого помола электрокорунда в шаровой мельнице до получения шликера со следующими параметрами: вязкость 20-30°Е, остаток на сите 005 – 0,1-1,0 мас.% и рН 10,2-11,2. По сравнению с прототипом, указанный шликер имеет более высокую вязкость (20-30°Е против 4-9°Е у прототипа), что обусловлено большей тониной помола шликера (остаток на сите 005 менее 1,0% мас., у прототипа – 10% мас.). При вязкости шликера менее 20°Е происходит оседание зерен заполнителя на дно формы, а при вязкости более 30°Е – смесь малоподвижна, что делает затруднительным формование тонкостенных крупногабаритных изделий, например, тиглей.

Повышенная вязкость шликера в заявляемом изобретении объясняется также более высоким рН-фактором (10,2-11,2 против 8,0-10,0 у прототипа), благодаря которому снижается степень коагуляции микронных и субмикронных частиц шликера и повышается устойчивость его пространственной структуры.

Кроме того, по сравнению с прототипом в смеси снижена массовая доля шликера в среднем на 10% мас., что дополнительно обеспечивает седиментационную стабильность формовочной смеси и способствует снижению расслоения смеси на компоненты. При введении в смесь шликера более 40% мас. (в пересчете на твердый компонент) наблюдается расслоение формовочной смеси и выпадение зернистого наполнителя на дно формы; при содержании шликера менее 35 мас.% - смесь малоподвижна, что приводит к высокому уровню брака при формовании крупногабаритных изделий.

Также с целью повышения седиментационной устойчивости, в смесь введена промежуточная фракция корунда 0,125-0,15 мм, которая дополняет фракционный состав зернистого наполнителя смеси, обеспечивая более плотную упаковку твердой фазы формовочной массы. При содержании фракции 0,125-0,15 мм в смеси менее 11,0% мас. наблюдаются расслоение массы с оседанием крупнозернистого наполнителя и значительная миграция шликера к стенкам активной (гипсовой) формы. При содержании фракции 0,125-0,15 мм в смеси более 14,0% мас. снижается подвижность смеси, что приводит к непроливам при формовании крупногабаритных огнеупоров.

Подобранный таким образом состав сырьевой смеси обеспечивает возможность получения бездефектных крупногабаритных огнеупоров с однородной макроструктурой по всему объему изделий, минимальными объемными изменениями в материале вплоть до температуры 1750°С, а также высокими и стабильными ресурсными характеристиками.

Технология изготовления изделий из предлагаемой сырьевой смеси состоит из следующих операций. Корундовый шликер с плотностью 2,7-2,9 г/см³, рН 10,2-11,2, остатком на сите 005 – 0,1-1,0%, и вязкостью – 20-30°Е готовят мокрым помолом электрокорунда фракции 0,5-0,6 мм в шаровых мельницах в течение 10-12 часов. Затем его смешивают с зернистым заполнителем, состоящим из электрокорунда и муллита разных фракций, после чего смесь выливают в гипсовую форму при воздействии вибрационной нагрузки. Смесь выдерживают в форме до твердения, потом заготовку извлекают из формы и сушат в сушильном шкафу при температуре 80-120°С; по окончании сушки, изделия обжигают при температурах 1450-1500°С.

Из предлагаемой сырьевой смеси можно изготавливать различные крупногабаритные огнеупоры массой до 100 кг для промышленной эксплуатации при температурах до 1750°С.

Пример 1 (прототип). Сырьевую смесь готовили путем мокрого помола электрокорунда до получения шликера вязкостью 7°Е, pH 9 и остатком на сите 005-10%. Шликер в количестве 47% мас. смешивали с зернистым наполнителем, предварительно смоченным этилсиликатом, в количестве 1,5% мас. следующего состава, % мас.:

электрокорунд фракции 0,5-0,8 мм	24
плавленый муллит фракции 0,4-1,0 мм	18
плавленый муллит фракции 1,0-2,5 мм	6,5
графит	3

Из смеси формовали плавильные тигли высотой 220 мм, для чего смесь выливали в активные (гипсовые) формы соответствующего размера и выдерживали в них до окончания формообразования. Затем изделия извлекали из форм, сушили и обжигали при температуре 1490°С. Отмечено, что в процессе формования имело место оседание частиц зернистого заполнителя на дно формы. Контроль готовых изделий показал, что разноплотность изделий по высоте составляла 15-18%, у 50% изделий имелись дефекты в виде протяженных трещин и цека.

Пример 2. Сырьевую смесь готовили путем мокрого помола электрокорунда до получения шликера вязкостью 20°Е и pH 10,2, остаток на сите 005 – 1,0%. Шликер в количестве 38% мас. (в пересчете на твердый компонент) смешивали с зернистым наполнителем следующего состава, % мас.:

электрокорунд фракции 0,125-0,15 мм	14
электрокорунд фракции 0,5-0,8 мм	10
плавленый муллит фракции 0,4-2,5 мм	38

Из смеси формовали плавильные тигли высотой 220 мм, для чего смесь выливали в активные (гипсовые) формы при вибрационном воздействии на форму и выдерживали в них до окончания формообразования. Затем изделия извлекали из форм, сушили и обжигали при температуре 1490°С. Контроль готовых изделий показал, что разноплотность изделий по высоте составляла менее 3%, дефекты в виде протяженных трещин отсутствуют. Отбраковка изделий по наличию небольшого цека составила около 7%.

Пример 3. Сырьевую смесь готовили путем мокрого помола электрокорунда до получения шликера вязкостью 30°Е и pH 11,2, остаток на сите 005-0,1%. Шликер в количестве 40% мас. (в пересчете на твердый компонент) смешивали с зернистым наполнителем следующего состава, % мас.:

электрокорунд фракции 0,125-0,15 мм	14
электрокорунд фракции 0,5-0,8 мм	10
плавленый муллит фракции 0,4-1,6 мм	36

Из смеси формовали плавильные тигли высотой 300 мм, для чего смесь выливали в активные (гипсовые) формы при вибрационном воздействии на форму и выдерживали в них до окончания формообразования. Затем изделия извлекали из форм, сушили и обжигали при температуре 1490°С. Контроль готовых изделий показал, что разноплотность изделий по высоте составляла менее 2%, дефекты в виде протяженных трещин отсутствовали. Отбраковка изделий по наличию небольшого цека составила около 5%.

Пример 4 Сырьевую смесь готовили путем мокрого помола электрокорунда до получения шликера вязкостью 25°Е и pH 10,6, остаток на сите 005-0,6%. Шликер в количестве 38% мас. (в пересчете на твердый компонент) смешивали с зернистым наполнителем следующего состава, % мас.:

электрокорунд фракции 0,125-0,15 мм	11
электрокорунд фракции 0,5-0,8 мм	10
плавленый муллит фракции 0,4-1,6 мм	41

Из смеси формовали плавильные тигли высотой 300 мм, для чего смесь выливали в активные (гипсовые) формы при вибрационном воздействии на форму и выдерживали в них до окончания формообразования. Затем изделия извлекали из форм, сушили и обжигали при температуре 1490°С. Контроль готовых изделий показал, что разноплотность изделий по высоте составляла менее 2%, дефекты в виде протяженных трещин отсутствовали. Отбраковка изделий по наличию небольшого цека составила около 7%.

Анализ приведенных выше примеров показал, что применение предложенного состава сырьевой смеси позволяет существенно сократить уровень брака при изготовлении и повысить эксплуатационную надежность огнеупоров за счет повышения седиментационной устойчивости формовочной массы.

Сырьевая смесь для изготовления огнеупорных изделий, состоящая из корундового водного шликера на основе электрокорунда фракции менее 0,05 мм и зернистого заполнителя, включающего фракции электрокорунда 0,5-0,8 мм и плавленого муллита 0,4-2,5 мм, отличающаяся тем, что зернистый заполнитель дополнительно содержит фракцию электрокорунда 0,125-0,15 мм, шликер имеет вязкость 20-30°Е, остаток на сите 005 – 0,1-1,0% мас. и рН 10,2-11,2, при этом соотношение твердых компонентов в смеси составляет, % мас.:

электрокорунд фракции менее 0,05 мм	35-40
электрокорунд фракции 0,125-0,15 мм	11-14
электрокорунд фракции 0,5-0,8 мм	8-10
плавленый муллит фракции 0,4-2,5 мм	36-41