Способ изготовления огнеупорных изделий

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«i>975679 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1806.81 (21) 3306184/29-33 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано231182. Бюллетень ¹ 43

Дата опубликования описания 231L82 (311М. Кп.з С 04 В 35/18

С 04 В 33/28

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (331УДК 666.763. .5(088.8) Ю.Е. Пивинский, Л.П. Иванова и A.A. Дабижа . (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

20

30

Изобретение относится к технологии изготовления огнеупорных изделий, например крупногабаритных тиглей, капселей, жаровых труб и др., методом холодного литья из тонкодисперсных водных шликеров с добавкой грубозернистого наполнителя и может найти применение в огнеупорной, керамической, металлургической и других отраслях промышленности.

Необходимость изготовления крупногабаритных изделий из грубоэернистых водных масс диктуется повышением требований к их термостойкости.

В частности, необходимы тигли, которые длительное время работали бы беэ разрушения в контакте с расплавами металлов при 1600-1650 С, испытывая длительные знакопеременные термические нагружения.

Известен способ изготовления огнеупорных иэделий методом термопластичного литья под давлением с вибрационньм воздействием с частотой 8000 Гц и амплитудой колебаний

3 мкм (11 .

Однако такой способ обеспечивает получение изделий только иэ тонкодисперсных суспензий.

Известен способ изготовления огнеупорных изделий, когда наполнитель в виде зерен 5-20 мм вводят предварительно в форму, а затем проливают его суспенэией, полученной мокрым помолом при вибрации и обладающей вяжущими свойствами (жесткий каркас), либо наполнитель непосредственно вводят в вяжущую суспенэию, готовят таким образом смесь, которой потом заполняют форму (плавающий каркас) I 21 .

Однако по керамобетонной технологии могут быть изготовлены лишь иэделия на основе кремнеземсодержащих материалов (плавленный кварц, муллит), где роль вяжущего играет ортокремневая кислота, образующая в процессе мокрого помсла. Что же касается суспензий с вяжущими свойствами на основе окиси алюминия, то до настоящего времени такие суспензии не были получены. Поэтому изготовить изделия на основе окиси алюминия по керамобетонной технологии не представляется возможным.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ изготовления огнеупорных изделий иэ кремнеземистых, алюмосили975679 катных, магнеэиальных и цирконовых зернистых масс на зтилсиликатной связке. Технологический процесс характеризуется следующими особенностями, В мешалку заливают дистиллированную воду, подкисленную концентрированной соляной кислотой с плотностью 1,19 г/см из расчета 0,50,8 мл HCT на 100 мл воды, затем при перемешивании добавляют этилсиликат °

Температура раствора повышается до

50-700С. Гидролиэ считается завершенным после снижения температуры и просветления раствора. 1«ассу готовят таким образом: порошок фракции 3,00,5 мм иэ цирконового брикета смачивают ГКЖ-.11. Цирконовый концентрат фракции мельче 0,05 мм смешивают . с гидролизованным раствором этилсиликата, затем вводят смесь порошка. цирконового брикета с ГКЖ-11 и массу вновь перемешивают, вакуумируют и после заполнения формы виброуплотняют 8-10 мин. Изделия сушат в формах при 150-200 С или выдерживают

1,5 ч при 200 С на воздухе„затем извлекают из форм и обжигают при

1680 С. Состав массы: 20% фракции

0,5-0,3 мм из цирконового брикета, 30% такого же порошка фракции мельче 0,5 мм, 38% цирконового концентрата фракции мельче 0,06 мм, 12% связующего раствора и 0,2% сверх

100% ГКЖ-11.

При изготовлении изделий известным способом с применением этилсиликатной связки в состав изделий с этилсиликатом вводят большое количество активной S10>, которая на стадии спекания изделий взаимодействует с основным составом изделия с образованием легкоплавких эвтектик, понижающих рабочую температуру керамических изделий. Вот почему известный способ распространен в основном только для SiO<-содержащих материалов (циркон, муллит, карбид кремния, плавленный кварц) . По данному способу из массы, состоящей из 45% спеченного муллита с размером зерна 0,63-2,0 мм и 55% тонкодисперсной корундовой составляющей с удельной поверхностью 4000 см /г, 10% гидролизованного раствора этилсиликата с добавкой 0,5Ъ ГКЖ формуют тигли методом вибролитья в металлические формы с последующей стадией спекания при 1580 С в течение 4 ч.

Основные свойства материала, полученного известным способом: термостойкость 40 теплосмен (1000 С вЂ” вода) до полного разрушения, открытая пористость 23%, ресурс тиглей 80 эаливок 1 3).

Недостатками известного способа являются высокая пористость получаемых иэделий, сравнительно высокая усадка и бодьшая трудоемкость технологического процесса.

Целью изобретения является уменьшение пористости и усадки при одновременном упрощении технологичес5 кого процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления огнеупорных изделий, включающему приготовление шликера путем введе)Q ния в водный раствор соляной кислоты тонкодисперсного корундового материала и грубодисперсного наполнителя, вибролитье в форму, сушку и обжиг, используют раствор соляной кислоты с РН 0,1-1,5, в который последовательно вводят углекислый стронций до плотности 1,05-1 3 г/см, за-, тем при подогреве раствора до 40550 С вЂ” тонкодисперсный корундовый материал и наполнитель, а вибролитье осуществляют в форму, подогретую до 55-65 С при влажности шликера

6-1ОВ.

По предлагаемому способу процесс твердения обусловлен реакцией взаимодействия НСГ с окисью алюминия и углекислым стронцием с образованием оксихлоридов. Экспериментальные исследования по изучению влияния температуры формы, температуры массы в момент введения тонкодисперсной составляющей в связку, плотность связки, содержание углекислого стронция в ней, РН, влияние ее на плотность и усадку изделий показывают, 35 что при использовании холодной формы подвижность массы недостаточна, чтобы полностью воспроизвести форму, Нагретая форма позволяет повысить подвижность формовочной смеси при

4Р формовании и уменьшить время твердения изделия в форме после прекращения вибрации. Использование более подвижной формовочной смеси дает возможность снижения исходной влаж45 ности, повышение упаковки твеРдой составляющей с сохранением качественной поверхности изделия и, как следствие, снижение усадок. о

При температуре формы ниже 55 С подвижность массы еще недостаточна, чтобы обеспечить максимальную упаковку в сырце. При температуре формы вьпае 65 С наблюдаются испарение соляной кислоты, потери текучести массы и увеличение усадки. При введении тонкодисперсной составляющей в связО к у при температуре меньше 4 О С реакция взаимодействия НС8 с $гСОЗ и АЗ 0 З замедляется, продолжает идти в процессе формования с газовыделе60 нием, что приводит к увеличению пористости и усадки. При подогреве

Смеси более 55 С наблюдается испарение НС8 что сопровожДается замедлением процесса схватывания, про65 теканием процесса газовыделения в

975679

30

40

50

55 момент затвердения массы в форме, что также приводит к увеличению пористости и усадки, Если содержание связки превышает

10%, то плотность полуфабриката уменьшается, что сопровождается унеличением усадок при обжиге, При содержании связки менее 6% вязкость формовочной массы настолько велика, что невозможно заполнение формы.

Если плотность связки менее 1,05 г/см,10 то оксихлоридов стронция становится недостаточно, в результате прочность сырца уменьшается, сформованные иэделия разрушаются при извлечении из формы При плотности связки более

1,3 г/см реакция взаимодействия

SrCO HCE смещается в сторону образования хлоридон стронция, не проявляющих вяжущих свойств, поэтому прочность сырца также снижается и полуфабрикат разрушается при извлечении из формы, 1

При рН связки более 1, 5 реакция взаимодействия Sr CO> и А О ь с НС0 замедляется, потому что непременным условием ее протекания является увеличенная концентрация ионов водорода. При рН связки менее 0,1 реакция взаимодействия НС8 с SrCO3 и

Af О идет с образованием хлоридов, не проявляющих вяжущих свойстн,что отрицательно сказывается на механической прочности сырца.

Во всех указанных пределах технологических режимов и операций предлагаемый способ обеспечивает достижение поставленной цели.

Пример 1. Готовят смесь из

89% глинозема, 4% углекислого стронция, 2% двуокиси титана, 3% кварцевого песка и 2% борной кислоты, увлажняют ее водным раствором декстрина, гранулируют, обжигают при

1350ОС измельчают сухим способом

1 2. до удельной поверхности 4000 см /г.

Отдельно готовят связку, состоящую из смеси 500 мл соляной кислоты и 500 мл воды при соотношении

1:1 по объему и 300 г углекислого стронция до конечной плотности раствора 1,25 г/см и рН 0,5. Углекислый стронций реагирует с соляной кислотой с образованием оксихлоридов, играющих роль вяжущего. Затем связку разбавляют нодой при соотношении связка: вода 1:3 до рН 1,2, отмеряют

600 мл и в нее порциями при постоянном перемешивании и подогреве до

40 С вводят тонкодисперсный корундо- вый материал с удельной поверхностью

4000 см /г в количестве 4,4 кг до остаточной влажности 15-20%. Перемешивают до тех пор, пока не прекратится газовыделение, затем в полученную смесь вводят спеченный муллит с размером зерна 0,63-2,5 мм в количестве 3,6 кг до остаточной влажности 9%.

Приготовленной таким образом смесью заполняют форму тигля, предварительно подогретую до 55 С при одновременном воздействии вибрационных колебаний с частотой 80 Гц и амплитудой 0,2 мм. Время воэдейстния вибрации от момента начала заполнения формы до полного ее заполнения

4-5 мин. После заполнения нагретой формы формовочной смесью.ее в нагретом состоянии оставляют для твердения н течение 25 мин, после чего форму разбирают и полуфабрикат подвергают сушке. Сушку проводят в сушильном шкафу, нагретом до 120 С в течение 3 ч, что необходимо для приобретения дополнительнбй прочности и удаления влаги. После сушки тигли подвергают спеканию при

1580 С в окислительной атмосфере в течение 4 ч.

Пример 2. Связку готовят иэ смеси 500 мл НСР, 500 мл воды, 200 r SrCO5 до конечной плотности раствора 1,05 г/смз и рН 0,1. Затем связку разбавляют водой до рН 1,0, . отмеряют 600 мл и в нее порциями при перемешивании и подогреве до

50 С вводят тонкодисперсный спек, состоящий иэ смеси АР, О, SrCOy, TiO, В О и обожженный при 1400 t„ с удельйой поверхностью 3000 см /г в количестве. 4,4 кг и перемешивают до полного прекращения выделения пузырьков. В полученную смесь при постоянном пЕремешивании вводят

3,6 кг спеченного муллита с размером зерна 0,63-2,5 мм до остаточной влажности 10%. Полученной смесью заполняют металлическую форму тигля, подогретую до 65 С.прн одновременном воздействии вибрационных колебаний с частотой 110 Гц и амплитудой

0,3 мм. После заполнения формы вибрацию прекращают, твердение массы в форме проходит в течение 30 мин.

Затем форма разбирается, а полуфабрикат подвергают сушке в сушильном шкафу при 150 С н течение 1 ч, а зао тем спеканию при 1580 С в течение

4 ч в окислительной атмосфере.

Пример 3. Измельчают глинозем до удельной поверхности 6000 см,1г, готовят грубоэернистый наполнитель в виде спеченного муллита с размером зерна 0,63-5,0 мм и электрокорунда с размером зерна 0,1-0,8 мм. Отдельно готовят связку, для чего в емкости смешивают 500 мл воды, 500 мл НСР, затем при перемешивании вводят 400 г углекислого стронция до конечной плотности раствора 1,3 г/см и рН

О, 1. Полученную свяэку разбавляют водой до рН 1,5, отмеряют 700 мл связки и в нее при перемешивании и нагреве до 55 С сначала вводят тон975679

Способ формования

Свойства полученных материалов

Тигли

Капсели

Пористость, Усадка, Ъ Ъ

Плотностьy г/смэ

3,053,1

8-10

3,2 16

Предлаг аемый

Метод вибролитья на этилсиликате

2,8

23-24

Ф

Изготовленные по предлагаемому способу изделия обладают большей плотностью, меньшей пористостью и усадкой. Таким образом можно изготавливать любые габаритные изоляторы, огнеупорные капсели, жаропрочные трубы и другие изделия.

Промышленная апробация тиглей показывает, что они не уступают по ресурсу тиглям, изготовленным из термопластичных суспензий. Химический состав металла не изменяется при ресурсе 200-240 заливок. При этом технология изготовления огнеупорных изделий намного упрощается по сравнению с ранее известной.

Полностью отпадает необходимость в использовании вредного и токсичного вещества — пиперидина. Связка может храниться неограниченное время; брак формования становится обратимьм, Понижаются требования к точности дозировки и условиям хранения сырьевых компонентов. Уменьшение усадок в обжиге приводит к уменьшению брака изделий по деформации в обжиге, по этой причине предлагаемый способ более экономичен. Себестоимость изделий также снижается за счет исключения иэ калькуляции затрат на этилсиликат, уменьшения коэффициента запуска, сокращения длительности режимов сушки и времени твердения в формах, уменьшения потерь производства.

ВНИИПИ

Заказ 8922/37 комолотый гЛинозем в количестве

2,4 кг, Затем вводят 3 кг спеченного муллита с размером зерна 0,63-5,0 мм и 3 кг электрокоруида с размером зерна 0,1-0,8 мм до остаточной влажности 6%, После тщательного перемешивания приготовленной смесью заполняют металлическую форму капселя, подогретую до 50 С при вибрационном воздействии с частотой 2800 колебаний в минуту и амплитудой 0,5 мм.

После заполнения формы вибрацию прекращают. Затем по истечении

20 мин после полного затвердевания

Филиал ППП "Патент", г массы сформованный капсель вынимают из формы, подсушивают в сушиль. ном шкафу при 130 С в течение 2 ч, а затем спекают в окислительной атмосфере при 1580 С в течение 10 ч.

Для установления преимуществ предлагаемого способа проводят срав- нительные исследования методом вибролитья в металлические формы на

10 этилсиликате по предлагаемому и известному способам. Сравнительные результаты исследований представлены в таблице.

Плот- Порис- Усадка, ность, тость, Ъ г/см В

6 3,1 24 5

Формула изобретения

Способ изготовления огнеупорных иэделий, включающий приготовление шликера путем введения в водный раствор соляной кислоты тонкодисперс.

39 ного корундового материала и грубодисперсного наполнителя, вибролитье в форму, сушку и обжиг, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения пористости и усадки при

40 одновременном упрощении технологического процесса, используют раствор соляной кислоты с рН 0,1-1,5, в который последовательно вводят углекислый стрОнций до плотности 1,051,3 г/см, а затем при подогреве раствора до 40-55 С вЂ” тонкодисперсный корундовый материал и наполнитель, а вибролитье осуществляют в форму, подогретую до 55-65 С при

50 влажности шликера 6-10В.

Источники информации, принятые BQ внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 473603, кл, В 28 В 1/24, 1973.

2, Пивинский IO.E. Основы технологии керамбетона,- Огнеупоры, Металлургия, 1978, Р 2, с. 34-42.

3. Немец И.И., Семченко Г.Д., Мозговой A.Н. Исследования по созданию огнеупорных композиций с ис@ пользованием эфиров ортокремниевой кислоты.- Огнеупоры, Металлургия, 1976, М 5, с. 44-49 (прототип), Тираж 641 Подписное

Ужгород, ул. Проектная, 4