плавленый шпинельсодержащий материал

Классы МПК:C04B35/443 магнийалюминатная шпинель
C04B35/657 для производства огнеупоров
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Закрытое акционерное общество "Композит-Урал"
Приоритеты:
подача заявки:
1996-09-19
публикация патента:

Использование: для изготовления огнеупоров для футеровки тепловых агрегатов. Сущность изобретения: материал на основе магнезиальной шпинеля и периклаза включает, мас.%: Al2O3 50,0-70,0; MgO 24,5-49,5; SiO2 0,1-1,5; СаО 0,2-2,0; Fe2O3 0,2-2,0. Материал получен плавкой на слив при скорости разливки и кристаллизации расплава, обеспечивающей степень спекания 0,05-0,85 и необратимый объемный рост 9,5-7,0% после нагрева при 1250-1750oС. 1 табл.
Рисунок 1

Формула изобретения

Плавленый шпинельсодержащий материал на основе магнезиальной шпинели и периклаза, содержащий MgO, Al2O3, SiO2, CaO и Fe2O3, отличающийся тем, что он получен плавкой на слив при скорости разливки и кристаллизации расплава, обеспечивающей степень спекания 0,05 0,85 и необратимый объемный рост, равный 0,5 7,0% после его нагрева в температурном интервале 1250 1750oС, при следующем соотношении компонентов, мас.

Al2O3 50,0 70,0

MgO 24,5 49,5

SiO2 0,1 1,5

CaO 0,2 2,0

Fe2O3 0,2 2,0п

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству огнеупорных материалов и может быть использовано для изготовления высококачественных шпинельсодержащих огнеупоров для футеровки тепловых агрегатов.

Известен плавлено-литой материал, основными фазами которого являются периклаз, хромит и магнезиальная шпинель, содержащий преимущественно, мас. MgO 53-59; Cr2O3 16-24; FeO или Fe2O3 9-13; Al2O3 6-15; SiO2 1-3; CaO 0,2- 1,5; TiO2 0-2 и F2 O-1 (Патент США N 4657878, кл. С 04 В 35/04, 1987).

Недостатком известного технического решения являются большие энергетические затраты на получение плавлено-литого продукта. Изделия, изготовленные с применением данного материала, имеют недостаточную износоустойчивость в тяжелых условиях службы из-за образующейся проницаемой структуры огнеупоров.

Наиболее близким по составу к предлагаемому техническому решению является плавленый огнеупорный материал, основными кристаллическими фазами которого являются периклаз и магнезиальная шпинель, содержащий, мас. MgO 45-78; Cr2O3 0-30; Al2O3 0-35; FeO+Fe2O3 0-17; MgO+Cr2O3+Al2O3 + FeO+Fe2O3 < 82; SiO2 1-8; CaO+BaO+SrO 0-2; TiO2 O-10 и F2 0-3. (Япония, заявка N 61-32276 В, кл. С 04 В 35/62, 1986).

Недостатком известного технического решения являются высокие энергетические затраты, составляющие порядка 2300 кВт/ч на получение 1 т плавленого продукта. Кроме того, изделия, изготовленные с применением данного материала, имеют недостаточную износостойкость в жестких условиях службы. Это обусловлено формированием проницаемой структуры огнеупора вследствие малой активности к спеканию небольшого линейного расширения указанного плавленого материала.

Целью изобретения является снижение энергозатрат при производстве плавленого шпинельсодержащего материала, а также повышение износостойкости шпинельсодержащих огнеупоров, изготовленных с его применением.

Это достигается тем, что плавленый шпинельсодержащий материал на основе магнезиальной шпинели и периклаза. содержащий MgO, Al2O3, SiO2, CaO и Fe2O3, получают плавкой на слив или на выпуск при скорости разливки и кристаллизации расплава, обеспечивающей степень спекания 0,05-0,85 и необратимый объемный рост равный 0,5-7% после его нагрева в температурном интервале 1250-1700oС, при следующем соотношении компонентов, мас. Al2O3 50,0-70,0; MgO 24,5-49,5; SiO2 0,1-1,5; CaO 0,2-2,0; Fe2O3 0,2-2,0.

Сущность изобретения сводится к следующему.

Алюмомагниевый шпинельсодержащий материал получают при определенных режимах плавки смеси технического глинозема с MgO-содержащим компонентом на "слив" в изложницы. При этом удельный расход электроэнергии составляет 1800- 1900 кВт/ч. Закристаллизовавшийся продукт имеет повышенную степень к спеканию за счет высокой дефектности его кристаллической решетки, которая, в свою очередь, обусловлена образованием структуры твердых растворов. Необратимый объемный рост материала обеспечивается заполнением кислородных вакансий и распадом структуры твердых растворов при его термообработке.

При изготовлении шпинельсодержащих огнеупоров с применением данного материала образуется высокоплотная и прочная структура изделий за счет повышенной спекаемости и необратимого объемного роста плавленого алюмомагниевого продукта. Расширяясь, материал дополнительно занимает пустоты внутри структурного каркаса изделий. Таким образом, создание указанной структуры приводит к повышению износостойкости огнеупоров в жестких условиях службы тепловых агрегатов.

При запредельных нижних значениях компонентов плавленого шпинельсодержащего материала (менее, мас. Al2O3 50; MgO 24,5; SiO2 0,1; CaO 0,2 и Fe2O3 0,2 ) снижается его спекаемость из-за низкого импрегнирования силикатных примесей. Интенсификация спекания, кроме прочего, обусловлена и частичным присутствием жидкой фазы.

При запредельных верхних значениях ингредиентов шпинельсодержащего материала (более, мас% Al2O3 70; MgO 49,5; SiO2 1,5; CaO 2,0 и Fe2O3 2,O) снижается его высокотемпературная прочность вследствие избыточного содержания легкоплавных фаз (монтичеллита и мертвинита).

Степень спекания (коэффициент спекания) плавленого шпинельсодержащего материала определяют следующим образом.

Плавленый продукт измельчают, рассеивают на узкие классы и прессуют лабораторные образцы при удельном давлении 200 Н/мм2. Прессовки обжигают при температуре 1600-1650oС.

Степень спекания выражается относительным сокращением объема пор в обжиге и рассчитывается по формуле:

К (Пo П )/П

где П общая пористость образца до обжига,

П общая пористость образца после обжига,

Общая пористость рассчитывается по формуле:

П = (1-плавленый шпинельсодержащий материал, патент № 2076850k/плавленый шпинельсодержащий материал, патент № 2076850)плавленый шпинельсодержащий материал, патент № 2076850100

где плавленый шпинельсодержащий материал, патент № 2076850к кажущаяся плотность образца, г/см3;

плавленый шпинельсодержащий материал, патент № 2076850 истинная плотность образца, г/см3.

Необратимый объемный рост плавленого шпинельсодержащего материала определяют по ГОСТу 5402-81 или соответствующей аттестованной методике.

При использовании плавленого шпинельсодержащего материала со степенью спекания < 0,05 огнеупор характеризуется высокой прочностью, но при этом снижается температура начала размягчения под нагрузкой.

При применении плавленого шпинельсодержащего материала со степенью спекания < 0,85 происходит разрыхление структуры огнеупора с увеличением объема. Изделия характеризуются низкой механической прочностью и, как следствие, повышенной скоростью высокотемпературного старения при термоциклировании.

При использовании плавленого шпинельсодержащего материала с необратимым объемным ростом < 0,5% после его нагрева не создается максимально плотная структура огнеупора.

При применении плавленого шпинельсодержащего материала с необратимым объемным ростом > 7% после его нагрева происходит нарушение структурного каркаса огнеупора.

Пример 1. Получен шпинельсодержащий материал путем плавления смеси технического глинозема с химически обогащенным оксидом магния при заданных режимах плавки, скорости разливки и кристаллизации расплава следующего химического состава, мас. Al2O3 50,0; MgO 49,5; SiO2 0,1; CaO 0,2; Fe2O3 0,2.

Степень спекания материала составляла 0,05, необратимый объемный рост 0,5% Кажущаяся плотность 3,48 г/см3. Средний размер кристаллов шпинели находился в пределах 40-300 мкм. Удельный расход электроэнергии составил 1900 кВт/ч.

С применением данного материала приготовлены шихты двух разновидностей шпинельсодержащих огнеупоров.

Данные приведены в таблице.

Из шихт изготовлены образцы периклазошпинельных (шихта 1) и шпинельнопериклазоуглеродистых (шихта II) изделий диаметром 40 и высотой 50 мм при удельном давлении прессования 150 Н/мм2.

После обжига образцов из шихты 1 при температуре 1650oС прочность на сжатие составила 78 Н/мм3, открытая пористость 13,0%

После термообработки образцов из шихты II при температуре 200oС прочность на сжатие при 1400oС составила 23,1 Н/мм2, открытая пористость 4,0%

Пример 2. Получен шпинельсодержащий материал путем плавления смеси технического глинозема с зернистым каустизированным магнезиальным продуктом при заданных режимах плавки, скорости разливки и кристаллизации расплава следующего химического состава, мас. Al2O3 60,0; MgO 37; SiO2 0,8; CaO 1,1; Fe2O3 1,1.

Степень спекания материала составляла 0,35, необратимый объемный рост 4,0% кажущаяся плотностью 3,45 г/см3. Средний размер кристаллов шпинели находился в пределах 35-350 мкм. Удельный расход электроэнергии составил 1850 кВт/ч.

Шихты и образцы изделий были изготовлены аналогично примеру 1.

Прочность на сжатие образцов периклазошпинельных изделий (шихта 1) составила 83,0 Н/мм2, открытая пористость 12,5%

Прочность на сжатие при 1400oС образцов шпинельнопериклазоуглеродистых изделий (шихта II) составила 19,8 Н/мм2, открытая пористость 4,3%

Пример 3. Получен шпинельсодержащий материал путем плавления смеси технического глинозема с каустическим магнезитом при заданных режимах плавки, скорости разливки и кристаллизации расплава следующего химического состава, мас. Al2O3 70,0; MgO 24,5; SiO2 1,5; CaO 2,0; Fe2O3 2,0.

Степень спекания материала составила 0,85, необратимый объемный рост 7,0% кажущаяся плотность 3,38 г/см3. Средний размер кристаллов шпинели находился в пределах 45-370 мкм. Удельный расход электроэнергии составил 1800 кВт/ч.

Шихты и образцы изделий были изготовлены аналогично примеру 1.

Прочность на сжатие образцов периклазошпинельных изделий (шихта 1) составила 76,5 Н/мм2, открытая пористость 13,4%

Прочность на сжатие при 1400oС образцов шпинельнопериклазоуглеродистых изделий (шихта II) составила 20,0 Н/мм2, открытая пористость 4,8%

Пример 4 (прототип). Получен шпинельсодержащий материал путем плавления смеси технического глинозема и химически чистого оксида магния по режиму "hum and scum" следующего химического состава, мас. MgO 73,5; Al2O3 14,5; FeO+Fe2O3 8,2; SiO2 1,5; CaO 0,5; TiO2 1,3; F2 0,5.

Степень спекания материала составляла 0,01, необратимый рост 0,0% кажущаяся плотность 3,50 г/см3. Средний размер кристаллов шпинели находился в пределах 50-400 мкм.

Удельный расход электроэнергии составил 2300 кВт/ч.

Шихты и образцы изделий были изготовлены аналогично примеру 1.

Прочность на сжатие образцов периклазошпинельных изделий (шихта 1) составила 55 Н/мм2, открытая пористость 16,2%

Прочность на сжатие при 1400oС образцов шпинельнопериклазоуглеродистых изделий (шихта II) составила 11,5 Н/мм2, открытая пористость 5,8%

Из приведенных примеров следует, что при получении предлагаемого плавленого шпинельсодержащего материала расходуется электроэнергии на 19,5% меньше по сравнению с прототипом.

Кроме этого, шпинельсодержащие изделия, изготовленные с применением заявляемого материала, имеют более высокие показатели прочности на сжатие и открытой пористости по сравнению с огнеупорами, изготовленными с прототипом. Следовательно, изделия с предлагаемым материалом будут иметь более высокую износостойкость в службе.

Класс C04B35/443 магнийалюминатная шпинель

шихта для оптической керамики на основе шпинели mgal2o4, способ ее получения и способ получения оптической нанокерамики на основе шпинели mgal2o4 -  патент 2525096 (10.08.2014)
способ получения поликристаллического оптического материала на основе оксидов -  патент 2522489 (20.07.2014)
шихта керамического материала для высокотемпературного применения в окислительных средах -  патент 2498963 (20.11.2013)
огнеупор для элемента насадки регенератора стеклоплавильной печи -  патент 2494996 (10.10.2013)
способ получения керамики на основе алюмомагнезиальной шпинели -  патент 2486160 (27.06.2013)
плавленый материал на основе магнезиальной шпинели и способ его получения -  патент 2417201 (27.04.2011)
способ получения огнеупорного материала -  патент 2379261 (20.01.2010)
состав для получения огнеупорного материала -  патент 2379260 (20.01.2010)
комплексный оксид прокаленной шпинели и способ его получения -  патент 2293716 (20.02.2007)
шпинельный огнеупор -  патент 2260573 (20.09.2005)

Класс C04B35/657 для производства огнеупоров

Наверх