огнеупорный материал

Формула изобретения

Огнеупорный материал, включающий материал на основе цирконата кальция, оксид алюминия, кремнийсодержащую бескислородную добавку и графит, отличающийся тем, что в качестве материала на основе цирконата кальция содержит спек состава, мас. %: двуокись циркония 55 - 75, оксид кальция 20 - 45, оксид алюминия 1 - 5, а в качестве кремнийсодержащей бескислородной добавки - кремний или карбид кремния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний или карбид кремния - 2 - 10

Графит - 10 - 28

Указанный спек на основе цирконата кальция - Остальноеа

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству огнеупоров и может быть использовано в качестве материала для производства огнеупорных металлопроводов либо их частей для разливки стали.

Известен огнеупорный материал, включающий двуокись циркония - основу, оксиды кальция, алюминия, кремния, магния, титана в количестве 3-20% и графит 5-40% (пат. США N 4691844, B 22 D 41/08, 1987).

Однако, этот огнеупорный материал не позволяет надежно обеспечить замедление процесса затягивания канала металлопровода глиноземсодержащими включениями в процессе разливки стали при повышении количества алюминия в качестве раскислителя.

Известен также огнеупорный материал, включающий цирконат кальция 40-89% с содержанием CaO 8-35%, силикат кальция 1-25%, а также графит в количестве 10-35% (пат. США N5086957, B 22 D 41/08, 1990).

Недостатком этого огнеупорного материала является склонность изделий, изготовленных из него к растрескиванию в процессе циклических термонагружений из-за известных модификационных переходов присущих силикатам кальция, сопровождаемых объемными изменениями.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является огнеупорный материал, включающий цирконат кальция с содержанием CaO 16-35%, получаемый в виде спека из двуокиси циркония и карбоната кальция, один или несколько оксидов III и IV группы таблицы Д.И.Менделеева в количестве 0,5-5%, а также графит 5-50% и кремний кристаллический в количестве 1% и менее (заявка Японии N 2-23494 C 04 B 35/48, 1991).

Однако и этот материал не решает в достаточной мере проблему борьбы с затягиванием канала металлопровода, так как через некоторое время с начала разливки процесс взаимодействия этого материала и глиноземистых включений, поступающих в зону взаимодействия, замедляется. Имеет место выделение CaO из цирконата кальция под воздействием упомянутых выше оксидов в межзеренное пространство во всем слое огнеупорного материала одновременно с последующим непрерывным взаимодействием с Al₂O₃, поступающим из разливаемого металла, и интенсивным удалением из огнеупора, из его контактной зоны, оксида кальция в виде алюминатов кальция.

Задачей являлось создание такого материала, в котором процесс выделения CaO из огнеупорного материала в зоне контакта с глиноземистыми включениями происходит постепенно по мере износа контактного слоя, а не по объему материала.

Этот результат достигается тем, что огнеупорный материал содержит спек на основе цирконата кальция, включающий двуокись циркония 55-75%, оксид кальция 20-45% и оксид алюминия 1-5% в качестве основы, кремнийсодержащую бескислородную добавку 2-10%, а также графит 10-28%.

Механизм процесса представляется следующим образом:

этап 1 - во время разливки металла (температура 1490-1600^oC) протекает ряд процессов внутри огнеупорного материала и на контакте его поверхности с кислородом, растворенным в стали и поступающим в эту зону извне, а именно:

Si + C --SiC;

C + [O ] --CO;

Si(SiC) + [O ]--SiO+(CO)

этап 2 - в зоне контакта протекает процесс выделения реакционноспособного оксида кальция

ZrOCaO+SiO+[O^2-]--CaO+ZrO₂SiO₂,

этап 3 - выделившийся оксид кальция вступает в реакцию с Al₂O₃, поступающим из стали, с образованием легкоплавких алюминатов кальция, которые в свою очередь смываются потоком протекающего металла со стенок металлопровода

CaO+2Al₂O₃--CaO2Al₂O₃;

CaO+6Al₂O₃--CaO6Al₂O₃;

Следует отметить, что протеканию процесса по этапу 2 во всем объеме заявляемого огнеупорного материала препятствует отсутствие SiO (без SiO процесс выделения оксида кальция из цирконата кальция при контакте с Al₂O₃ имеет место, но с очень малой скоростью и, как результат, процесс затягивания канала металлопровода развивается интенсивно). Проникновению же SiO внутрь материала препятствует противодавление, создаваемое в порах монооксидом углерода-CO, который образуется существенно раньше, чем протекает реакция образования монооксида кремния SiO. По мере удаления из реакционной зоны алюминатов кальция и окисления графита и кремнийсодержащей бескислородной добавки, что синхронизировано количественными соотношениями компонентов, постепенно протекает процесс образования алюминатов кальция и предотвращения затягивания канала металлопровода.

Огнеупорный материал готовится в два приема: приготавливается спек путем смешивания компонентов с последующим обжигом сбрикетированной смеси, дробленный и частично молотый спек смешивается с молотой же кремнийсодержащей бескислородной добавкой и графитом; полученный таким образом огнеупорный материал засыпается в пресс-форму, формуется изделие и затем обжигается в восстановительной атмосфере.

В качестве исходных материалов использовали: бадделеитовый концентрат, мел белгородский (карбонат кальция), глинозем марки ГК, кремний кристаллический марки Кр1, карбид кремния зеленый N 6, графит марки ГТ-2, кварцит.

Смеси совместного помола готовили в вибромельнице до остатка на сите N 063 не более 3%, обжиг брикета проводили при 1500-1710^oC, брикет дробили до фракции 0-2 мм, а 30% спека (брикета) подвергали помолу до остатка на сите N 063 не более 3%; затем зернистый и тонкомолотый спек смешивали в смесителе с графитом и тонкомолотой кремнийсодержащей бескислородной добавкой. Массу в процессе смешения увлажняли сульфитно-дрожжевой бражкой. Полученную массу засыпали в пресс-форму вокруг металлического сердечника, оформляющего при прессовании канал металлопровода, а между этим материалом и полиуретановой оболочкой засыпали корундографитовую массу на основе плавленого корунда и графита; пресс-форму помещали в пресс гидростатического прессования и после приложения давления 90 МРа извлекали изделие и затем его обжигали в коксовой засыпке при 1380^oC. Составы апробированного огнеупорного материала приведены в табл. 1, состав спека в табл. 2 соответственно.

Сравнительная оценка пригодности огнеупорного материала для использования в качестве средства, замедляющего процесс затягивания канала металлопровода глиноземистыми включениями, выполнена на основании замеров диаметра канала металлопровода после использования при разливке стали. Приведенный коэффициент затягивания K_з показывает уменьшение эффективного диаметра канала металлопровода за минуту разливки, результаты приведены в табл. 3. Разливали на МНЛЗ сталь, раскисленную алюминием, скорость разливки 0,75-0,90 м/мин.

По условиям эксплуатации МНЛЗ при уменьшении диаметра канала металлопровода до 55 мм последний удаляется либо подвергается очистке от глиноземистых включений с использованием кислородной горелки, процесс разливки прекращается полностью либо на определенный промежуток времени с потерей производства и ухудшением качества металла.

Из табл. 3 видно, что применение заявляемого огнеупорного материала обеспечивает возможность эксплуатации металлопровода без проблем с затягиванием канала в течение существенно большего промежутка времени, чем при использовании огнеупорного материала согласно прототипа. При использовании нового огнеупорного материла ни разу не прекращали разливку стали в связи с критическим уменьшением эффективного диаметра канала металлопровода вследствие его затягивания.