масса для изготовления основных огнеупорных изделий

Формула изобретения

МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающая периклазовый порошок и плавленую алюмомагниевую шпинель, отличающаяся тем, что она содержит алюмомагниевую шпинель фракции 0 - 3 мм при содержании в ней фракции менее 0,1 мм не более 25%, полученную плавкой на слив при скорости разливки, обеспечивающей степень спекания 0,05 - 0,55, которую определяют по формуле:



где П_o - общая пористость образца до обжига, %;

П - общая пористость образца после обжига, %,

при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Периклазовый порошок - 70 - 95

Указанная алюмомагниевая шпинель - 5 - 30

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к массам для изготовления периклазошпинельных огнеупоров и масс и может быть использовано для футеровок плавильных агрегатов и вращающихся печей цементной промышленности.

Известна масса для изготовления основных огнеупорных изделий [1] включающая магнезитовый порошок и добавку плавленой алюмомагниевой шпинели при следующем соотношении,

Магнезитовый пресс- порошок 70-92

Алюмомагнезиальная шпинель фракции 0-5 мм 8-30 при содержании фракции ниже 0,5 мм не более 40% от веса шпинели.

Основным недостатком данной массы является невысокая прочность изделий из нее, невысокая стойкость футеровок в службе.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является огнеупорный состав [2] включающий 10-30 мас.ч. шпинели на основе Al₂O₃MgO, содержащей 40-70% Al₂O₃, 25-60% MgO и < 10% загрязнений и 90-70 мас.ч. материала на основе оксида магния, содержащего > 90% МgO. Состав содержит 10-25% Al₂O₃ и 90-75% МgO.

Изделия из этого угнеупорного состава имеют прочность после обжига 64,0 Н/мм², пористость открытую 17,3% Огнеупоры выдерживают в среднем 5 циклических термонагружений, но потеря прочности при этом составляет 89%

Цель изобретения улучшение физико-керамических свойств готовых изделий, в частности, увеличение прочности при сжатии, снижение открытой пористости, замедление высокотемпературного старения огнеупоров при термоциклировании.

Это достигается тем, что масса для изготовления основных огнеупорных изделий, включающая магнезитовый порошок с содержанием МgO > 90% алюмомагниевую шпинель, содержащую 50-70% Al₂O₃, 25-40% МgO и < 10% кислородсодержащих примесей, в качестве алюмомагниевой шпинели содержит плавленую алюмомагниевую шпинель фр. 3-0 мм со степенью активности 0,05-0,55 при содержании фракции < 0,1 мм не более 25% при следующем соотношении компонентов, мас.

Магнезитовый порошок 70-95

Плавленая алюмо-

магниевая шпинель

фр. 3-0 мм со степенью активности 0,05-0,55 5-30

Степень активности алюмомагниевой шпинели к спеканию выражается относительным сокращением объема пор в обжиге, рассчитывается по формуле: (см. Стрелов К.К. и др. Технология огнеупоров, М. Металлургия, 1978, с. 66)

К (П₀ П)/П₀,

где П₀ общая пористость образца до обжига,

П общая пористость образца после обжига, где П (1 р_к/р)100,

р_к кажущаяся плотность образца, г/см;

р истинная плотность образца, г/см, характеризует реакционную способность материала при высоких температурах.

Вероятно, что при скорости нагрева 50^оС/ч до температуры 1700^оС в слабоокислительной среде не происходит отжига дефектов кристаллической решетки алюмомагниевой шпинели, и они участвуют в спекании огнеупора. В процессе обжига при температурах 1580-1750^оС термодинамическая система, по всей вероятности, стабилизиpуется, во-первых, путем заполнения вакансий кристаллической решетки кислородом, во-вторых, за счет протекания твердофазовых реакций с образованием тугоплавких композиций типа форстерита, магнезиоферрита, сложных шпинелей и др. которые образуют высокопрочную связку с закрытыми порами между зернами периклаза и алюмомагниевой шпинели, позволяющую значительно замедлить процесс высокотемпературного старения при термоциклировании огнеупоров и одновременно сохранить их высокую термическую стойкость.

При использовании алюмомагниевой шпинели со степенью активности < 0,05 огнеупор характеризуется высокой прочностью при сжатии и малой скоростью высокотемпературного старения при термоциклировании, но при этом снижается температура начала деформации под нагрузкой (с 1680^оС до 1480^оС).

При использовании алюмомагниевой шпинели со степенью активности > 0,55 происходит разрыхление структуры огнеупора с увеличением объема. Изделия характеризуются низкой механической прочностью и, как следствие, большой скоростью высокотемпературного старения при термоциклировании.

Использование алюмомагниевой шпинели в виде фракции 3-0 мм при содержании фракции < 0,1 мм в ней не более 25% способствует формированию структуры с кольцевыми порами, затрудняющими образование и транспортирование силикатов в интервале температур 1500-1750^оС. При этом зона трансформационных переходов, вероятно, выражена недостаточно четко и при циклических температурных нагружениях испытывает меньшие напряжения, что не приводит к заметным изменениям структуры огнеупора с образованием трещин. Это делает возможной многократную регенерацию изделий для получения высокостойких огнеупорных футеровок.

При использовании алюмомагниевой шпинели с содержанием фракции < 0,1 мм более 25% в указанном интервале температур, образования структуры с кольцевыми порами вокруг зерен шпинели не происходит. Прочная керамическая связка на основе тугоплавких композиций распределяется более равномерно и при циклических термонагружениях не создается препятствий распространению зоны трансформационных переходов с образованием трещин. При достаточно высокой прочности при сжатии изделия характеризуются высокой скоростью высокотемпературного старения при термоциклировании.

Обязательным является соблюдение указанного соотношения компонентов шихты, т. к. даже при незначительном отклонении от него физико-керамические свойства огнеупора меняются: при введении алюмомагниевой шпинели < 5% изделия при достаточно высокой механической прочности характеризуются высокой скоростью высокотемпературного старения при термоциклировании, при введении алюмомагниевой шпинели > 30% наряду с высокими скоростью высокотемпературного старения при термоциклировании и термостойкостью изделия обладают низкой прочностью при сжатии.

Примеры изготовления массы состава, приведены в табл. 1. В табл. 2 приведен вещественный состав исходных материалов.

Для определения степени активности алюмомагниевую шпинель дробили, рассеивали на классы и прессовали образцы при удельном давлении 200 Н/мм², определяли кажущуюся плотность образцов до и после обжига при температуре 1600^оС.

Алюмомагниевую шпинель со степенью активности 0,05-0,55 получали в электродуговой печи плавкой на слив при фиксированных скоростях разливки расплава в изложницы и последующей его кристаллизации.

Приготовление масс осуществляли в смесительных бегунах. Изделия прессовали при давлении 130 Н/мм² и обжигали при температуре 1650^оС. У обожженных образцов определяли скорость высокотемпературного старения при термоциклировании. Для чего образцы при статической нагрузке на сжатие < 0,035 Н/мм² нагревали до 1600^оС, выдерживали при данной температуре 6-8 ч и охлаждали до комнатной температуры. После каждого цикла у образцов определяли их физико-керамические показатели. Свойства изделий приведены в табл. 3.

Из табл. 3 видно, что изделия, изготовленные из предлагаемой массы, обладают рядом преимуществ по сравнению с прототипом: характеризуются высокой прочностью при сжатии и более низкой скоростью высокотемпературного старения при термоциклировании.

Приготовление массы из известной шихты и испытание образцов осуществляли аналогично.

Из предлагаемой массы (шихта 3) изготовлена опытно-промышленная партия изделий с целью испытания их в службе. Промышленные испытания проводили в футеровке зоны обжига вращающейся печи по производству магнезитового клинкера. Износ огнеупоров после 4-х месяцев эксплуатации печи практически отсутствовал.