Огнеупорная масса

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,.Союз Советскик

Социалистических

Республик

<н966080 (61) Дополнительное к авт. свид-ву1 (22) Заявлено 01.0481 (21) 3269770/29-33

Р1 М К з

С 04 В 35/48 сприсоединениемзаявки ¹

Государственный комитет

СССР но. делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 666. 68 (088.8) Опубликовано 151082. Бюллетень ¹ 38

Дата опУбликования описания 15.1082 (72) Авторы изобретения

A.A.Äàáèêà, Д.С.Рутман, Ю.С.Торопов, Г.A. и Ю.С.Плинер (71) 3 а яв итель (54) ОГНЕУПОРНАЯ КАССА

Изобретение относится к огнеупорной проьыаленности и может быть использовано для,изготовления высокопористых огнеупорных изделий на основе двуокиси циркония, используемых в качестве тепло- и электроизоляции в тепловых агрегатах, работающих при температуре.до 2000оС.

Известна огнеупорная масса для получения пористых изделий на основе двуокиси циркония стабилизированной

6 мас.Ъ окиси кальция (1).

Недостатками этой массы являются повышенная усадка на стадии сушки (до. 50% линейных), черезвычайно низкая прочность сырца и нестабильность пеномассы, что не позволяет изготовлять этим сйособом пористые огнеупорные иэделия с.пористостью выше 75% и геометрическими размерами более 100х х1000х50 мм, причем и в этом случае брак иэделий из-за трещин достигает

80%.

Кроме того, в этой массе недостаточно высокЬе электросопротивление получаемой керамики, приводящее к электрическому пробою футеровки в электропечах. Это связано с тем, что используемая для этого способа стабилизированная двуокись циркония имеет содержание стабилизирующих добавок, соответствующее максимуму электропроводности материала.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является масса для получения высокопористого огнеупорного материала на основе молотой не- стабилиэированной двуокиси циркония с размером частиц до 60 мм в количестве 80-85% и гипса 15-20% (23.

Недостатками известной массы являются высокая дополнительная усадка при температурах службы 1700

15 .1800оС, недостаточно высокие электросопротивление и механическая прочность.

Большая дополнительная усадка и недостаточно. высокая механическая

20 прочность изделий, получае,х на основе этой массы, связаны с тем, что формирование структуры изделий и образование стабилизированной двуокиси циркония лимитируется диффузией оки25 си циркония и сопровождается образованием цирконата кальция — промежуточного продукта реакции. В технологии циркониевой керамики известно, что для получения высококачественной

30 керамики из стабилизированной двуоки966080 с размером частиц менее 5 мкм 85-90

Гипс 10-15

Применение в качестве суспензии вуокиси циркония суспенэии порошка олностью стабилизированной двуокиси иркония с размером частиц менее 5 мкм оэволяет получать после обжига спеенную и прочную структуру пленок округ сферических пор, тем самым низить дополнительную усадку изделий ри высоких температурах за счет пекания пленочного каркаса и повысить механическую прочность иэделий.

Интересным и неожиданным является характеР связывания гипса с двуокисью иркония в случае использования в качестве суспензии двуокиси циркония суспензии пброшка двуокиси циркония, стабилизированной 15 мас.% окиси иттрия, размером частиц менее 2 мкм, полученного совместным осаждением компонентов: при содержании гипса до 15 мас.% процесс образования твердого раствора происходит без промежуточной фазы — цирконата кальция, поэтому изделия имеют высокую механическую прочность и не дают дополнительную усадку до 1850-1900ОС.

Введение гипса в пеномассу существенно снижает усадку иэделий на стадии сушки, повышает прочность сырца и позволяет получать пенокерамику значительных размеров. Установлено, что минимальным количеством гипса, позволяющим получать изделия с пористостью до 90% и размерами 250х115х65 мм, является 6-8 мас.% по отношению к двуокиси циркония;

При содержании гипса свыше 15 мас.% снижается механическая прочность изделий и резко возрастает дополнитель-. ная усадка при высоких температурах.

Оптимальной с точки зрения повышения электросопротивления является добавка гипса свыые 10 мас.%.

Пример 1. Из порошка двуокиси циркония, стабилизированной

4 мас.% окиси кальция и 2 мас.% окиси магния с размером частиц до 5 мкм, готовят суспензию с плотностью 1,9 г/см и рН = 2,5.

Полученную суспенэию смешивают в лопастном смесителе в течение 1 мин с заранее приготовленной пеной на основе 5%-ного водного раствора клееканифольной эмульсии при соотношении суспензия:пена 114,5. Приготовленную пеномассу смешивают с гипсом в лопастном смесителе со скоростью 60

70 об/мин в .течение 1-1,5 мин при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Двуокись циркония 90

Гипс 10

Смесь разливают в разъемные форьы размерами 350х200х150 мм, сушат со скоростью 20 C/ч до 250 С и об1

25 си циркония необходимо либо производить предварительный синтез твердых растворов, либо вводить стабилизирующие добавки в таких количествах, чтобы процесс образования твердых раст- д воров завершался до начала спекания 5 п керамики. Для окиси кальция это ко- ц личество не превышает обычно 3 — п

5 мас.%, чего недостаточно для обра- ч зования полностью стабилизированной в двуокиси циркония. По известному 0 с способу вводят 15-20 мас.% полувод- п ного гипса, что соответствует 6,4- с

8,9 мас.% окиси кальция в двуокиси циркония.

Большое содержание. окиси кальция 15 ц и большой размер частиц двуокиси циркония (60 мкм) приводит к тому, что даже после обжига при 1750 С пористые огнеупорные изделия представлены двухфазным материалом — ста- 20 билизированной двуокисью циркония и цирконатом кальция, причем структура пленок материала вокруг сферических пор является микропористой, что приводит к значительной усадке изделий при высоких температурах и их низкой механической прочности.

Недостаточно высокое электросопротивление пористых огнеупорных изделий на основе двуокиси циркония, З0 получаемых известным способом, является .следствием того, что количество окиси кальция, вводимой в материал, близко к наиболее электропроводным составам. Увеличение содержания вводимого гипса свыше 20 мас.% способствует увеличению Электросопротивления изделий, но одновременно резко снижается механическая прочность и возрастает .дополнительная усадка при высоких температурах, кроме того, в материалах остается незначительное количество свободной окиси кальция, вызывающее разрушение изделий за счет гидратации Са0.

Таким образом, известный материал имеет значительную усадку при 17001800 С, не высокие механическую прочность и электросопротивление, что, в конечном счете, приводит к низкой 50 надежности работы пенокерамики в качестве футеровки высокотемпературных электропечей.

Целью изобретения является снижение Усадки иэделий при 1700-1800 С, повышение электросопротивления и механической прочности.

Поставленная цель достигается тем, что огнеупорная масса, включающая двуокись циркония и гипс, содержит двуокись циркония стабилизированную 60 с размером частиц менее 5 мкм при следующем соотношении компонентов, вес.%|

Стабилизированная двуокись циркония 65

966080

219

217 двуокись циркония 85

Гипс 15

Полученные блоки имеют следующие свойства:

Общая пористость, % 90,0

Предел прочности при сжатии при 20 С, Н/см 200

Электросопротивление при 1000аС, Ом см 2900:

Дополнительная усадка при 18500C % (4 ч выдержки) 0,8

Пример 4. Суспензию порошка двуокиси циркония, стабилизирован ой 15 мас.% окиси иттрия с размежигают со окоростыа 100 С/ч до 1600 С с нзотермической выдержкой в течение 8 ч. Готовые пористые блоки имеют следующие свойства:

Общая пористость,% 90

Предел прочности при сжатии при 200С, Н/см2

Электросопротиэление при 10ОФС,. Ом см 1570

Дополнительная усадка при 18500С В (4 ч выдержки) 0,4

Пример 2. Суспензию порошка двуокиси циркония, стабилизированной 4 мас.В СаО и 2 мас.% HnO плотностью 1, 85 г/см и рН, равным

2, смешивают с заранее приготовленной пеной в соотношении 1г5. Приготовленную пеномассу смешивают с гипсом при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Двуокись циркония 87

Гипс 13

Готовые пористые блоки имеют. следующие свойства:

Общая пористость,% 90,0

Предел прочности при сжатии при 20 С

Н/cM2

Электросопротивление при 10000С, Ом-см 2070

Дополнительная усадка при 1850 C, % (4 ч выдержки} 0,5

Пример 3. Суопензию порошка двуокиси циркония, стабилизированной 4 мас.В СаО и 2 мас.В ИпО плотностью 1,85 г/смз, рН, равным 2, смешивают с пеной в соотношении 1:5.

Приготовленную пеномассу смешивают с гипсом при следукшем соотношении компонентов,:. вес.В:

1530

1470

245

0,35 ром частиц до 5 мкм, плотностью 1,9 г/см> и рН, равным 2,8, смешивают с пеной в соотношении 1:4,5.

Приготовленную пеномассу смешивают с гипсом при следующем соотношении компонентов, вес.В:

Двуокись циркония 90

Гипс 10

Полученные блоки имеют следующие свойства:

I0 Общая пористость,В 88,5

Предел прочности при сжатии при 20 С, Н/см 256

Электросопротивление при 1000 С, Ом см

15 Дополнительная уаадка при 1850 C, (4 ч выдержки) 0,3

Пример 5. Суспензию порошка двуокиси циркония, стабилиэиро20 ванной 15 мас.В окиси иттрия с раэмером частиц до 2 мкм, плотностью 1, 9 г/см3 и рН, равным 2,5, смешивают с пеной в соотношении 1:4,5, а затем вводят гипс при следующем

25 соотношении компонентов, вес.%

Двуокись циркония 9.0 Гипс 10 Полученные блоки имеют следующие свойстваг

З0 Общая пористость,В 89

Предел прочности при сжатии при 200С, Н/см . 319

Электросопротивление при 1000 С, Ом.см

35 Дополни т ль ная ус ад» ка при 18500С,В (4 ч выдержки) о,г

Пример 6. Суспензию порошка двуокиси циркония, стабилизированной

15 мас.В окиси иттрия с размером

"частиц до 2 мкм, плотностью 1,9 г/см5 и рН, равным 2, смешивают с пеной в соответствии 1:4,5, а затем вводят гипс при следующем соотношении компонентов, вес.В:

45 двуокись циркония 85

Гипс 15 Полученные блоки имеет следующие свойства:

Общая пористость,В 90

50 Предел прочности при сжатии при 200С, Н/см

Электросопротивление при 1000 С, Ом см 2600

55 Дополнительная усадка при 1850 С, % (4 ч выдержки) 9бб080

ОЪ

Й 0

Ф

g Ц а ц н

5 Ф

О) Д мн

Э

IO

1

1 Ц х и

М их

ЭР р м и и Ф

9ХЭ и хх

1 1

В и

1 1

I.

1 ,Х I ф

1 1

В s

1 I

О S

I о о о о р СЧ

СЧ "Ф о .о фс р Ф в

° ф4 о о о о

В I

СЧ Ф о о ! с 1 а оа-! (Ч о о

lA C4 0 0 гЧ о о о

ОО а Ф гЧ

О, Ю ф

ОЪ а

C0 .! сс

М

О а Оо в а-4

Ю Ф в в an в г4 ОО ч3 ; Ю (Ч hl е.! о о

<Ч аН о м с о со в со а с с

С0 !се

ОО CO м чф с с о в в о с l1 о о в 91 ч.4 0 с ф ф

CO ОО в с

С0

ОО.

СЧ сф

CO М сР сР ОО с с с с с аоа м1 (Ч C× r4 СЧ r4 (Ч с с а а-4 м э с с м

lO с3 Ф Ю с с э о м м

Ю ф с, с

В lO т-3 м о ч с юк а в

СЧ Н сЧ м с с

ЧР т-! м м х х

9 с

Р,9

e v цхи

ОХИ

0 4 Х о п! о сч Ч

Ю ly)

% % х хам

SI ИХ х х х бР

Р,хо

cow и

М»р, х

0 ХХ и цх

an. o

ОО 00

О о а гч в о о

%-1

О ОО

01. ф а о

CO СО о

l в

Е

Ф Х

Ф Е х

Фю

g U0

И

ЭФИ х х Й

ФЮ Ф я<ч Х!а бР и

1 х х!

Ц A Е

0 и р, х.3 х х

9 fd ж Е

0Х

» х

ОЪ X

Цо

Х

К 5

Ф х:! х

Ц х о х н и

IOguX дио

» an н IL т-4 g ххх!л дахр

0 ЭХО м х

g 5 ы-"с

Е 90

0 хо и хо

0 Фо р 4of

Х

ЭНХЕ

Ц.о О,О

A рж и дахр, с

gw4uz

0 о и р ахо.

И LНсЧМ к э х

И Е

1 Э хнхх л Яцйй

e vr o» о»ххи

А х

Ф х ра

Н Э с

m ИНО1Е

0 0255

Ф

I Х Х Ц

I ХРл ихх ч

I Ф Э

I РФФИ а,хиц

1

1

1 с-!

1 Ф

1 Д I

I 4 в х

1 Ф

1, Х

1 х х х х ао

А

g dP хих

Ф хЕФ и И

М <Ч х х

ОХИ и х Ф

Р3 A

0 Иа Х р, х-+а х х н!

О 0 Х Н х»х х х 5о х ю х и

Х О Р Х

0 х 50

° ф Ih а.4 е3 чФ с с с с с

В ф CO В ОЪ

С0 ОО СО CO ОO!

Ч 1

CO т-! тЧ

C) о о о

° о.

IA М lO

С0 а в н м сч

Ю Ф CO с с с

ch а Ф

ОО 00 CO

/ а а о

CV ч-1 СЧ

an а о

ОО ОО

I А

o v

А х хи

CcI 0 х

1 !О ц х

ID Х

I0 Хх

I 9O ихх х и

Э О! Х хах

966080

Составитель В. Соколова

ТехредЛ.Пекарь Корректор O.Áèëàê;

Редактор A.Õèì÷óê

Заказ 7771/36 Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Из таблицы видно, что предлагаеиае составы позволяют получить пенометодом пористые огнеупорные изделия на основе двуокиси циркония, имеющие оптимальное сочетание таких свойств, как повышенная устойчивость к дополнительной усадке при высоких температурах, высокая механическая прочность и электросопротивление, значительно превышающих свойства керамики, и: .-отовленной по составу прототипа.

Огнеупорные изделия, изготовленные из предлагаемой смеси, апробиро ваны в Восточном институте огнеупо;.. ров в качестве футеровки высокотЕм-. пературных электропечей с нагревателями из стабилизированной двуокиси циркония, цредназначенных для вытяжки оптического кварцевого волокна. формула изобретения . Огнеупорная масса для футеровки тепловых агрегатов, включающая двуокись циркония и гипс, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью снижения усадки при 1700-1800 С, повышения электросопротивления в ме- ханической прочности, она содержит стабилизированную двуокись цирконня . с размером частиц менее 5 мкм при следукщем соотношении компонентов, вес.Ъ!

Стабилизированная

10 двуокись циркония с размером частиц менее .5 мкм 85-90

Гипс 10-15

15 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Высокоогнеупорные материалы

Сб.. статей под ред, Д.Н.Полубояринова и Д.С.Рутмана. M., "Металлургия", 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

9 149703, кл. С 04 B 35/48, 1962.