шихта для изготовления огнеупорных изделий

Формула изобретения

1. Шихта для изготовления огнеупорных изделий, преимущественно футеровки муфельных печей, включающая электрокорунд, каолин, огнеупорную глину, глинозем, оксид редкоземельного металла из группы La₂O₃, Nd₂O₃ и Gd₂O₃ и алюмосодержащее соединение, отличающаяся тем, что дополнительно содержит муллит плавленый и диоксид циркония, частично стабилизированный оксидом иттрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Электрокорунд - 20,0 - 48,9

Муллит плавленый - 10 - 25

Глинозем - 20 - 30

Глина или каолин - 15 - 25

Диоксид циркония, частично стабилизированный оксидом иттрия - 3 - 10

Оксид редкоземельного металла из группы La₂O₃, Nd₂O₃ и Gd₂O₃ - 3 - 7

Алюмосодержащее соединение - 0,1 - 5,0

2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве алюмосодержащего соединения используют оксихлорид алюминия.

3. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве алюмосодержащего соединения используют хлористый алюминий.

4. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве алюмосодержащего соединения используют углекислый алюминий.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, может быть использовано при изготовлении футеровки нагревательных печей различного типа, в частности муфельных для стоматологии, а также плавильных тиглей и фасонных огнеупорных изделий.

Известна шихта для изготовления огнеупоров, используемых в высокотемпературных агрегатах, в состав которой входит корунд, плавленый муллит, смесь совместного помола корунда, глинозема и глины и ортофосфорную кислоту [1] .

Несмотря на то, что изделия из данного шихтового состава отличаются относительно низкими значениями открытой пористости и газопроницаемости и устойчивы к воздействию железосодержащей пыли, они ограничены к использованию в условиях термоциклирования в переменных газовых средах. В результате восстановления кремнезема муллита до монооксида кремния SiO в восстановительный период и окисления SiO до SiO₂ в окислительный огнеупоры разрушаются при температурах до 1500^oC. Оксид углерода, а также углеводороды восстановительной среды, одновременно являются источником сажистого углерода, накапливающегося в порах и вызывающего внутренние напряжения в материале. Катализатором выделения сажистого углерода служит, прежде всего, металлическое железо, вносимое в исходную шихту с природными сырьевыми, в первую очередь глинистыми, материалами.

Процессы восстановления сопровождаются объемными изменениями и увеличением пористости, вследствие чего огнеупор разрыхляется и теряет прочность.

Кроме того, разрушению огнеупора способствует реакция взаимодействия паров щелочей с муллитом с образованием калиофилита, нефелина и других соединений, также протекающая с увеличением объема и потерей прочности изделий.

Известно применение оксида циркония в шихте, содержащей электрокорунд, глинозем, диоксид циркония, окись магния и диоксид титана [2].

Однако изделия, изготовленные из указанной шихты, обладают высокой пористостью, а предел прочности при сжатии значительно снижается при увеличении количества теплосмен.

Наиболее близким изобретением является шихта для изготовления огнеупорных изделий на основе карбида кремния, электрокорунда, глинозема, огнеупорной глины, каолина, оксихлорида алюминия и оксида редкоземельного металла [3].

Однако в процессе термоциклирования в изменяемой газовой среде наблюдается диссоциация карбида кремния, что сопровождается изменением объема и, как следствие, разрушением изделий.

Задачей изобретения является увеличение срока эксплуатации огнеупорных изделий путем повышения их стойкости в условиях воздействия химически агрессивных и окислительно-восстановительных сред при резком подъеме и снижении температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в шихту, включающую электрокорунд, глинозем, огнеупорную глину или каолин, алюмосодержащее соединение и оксид редкоземельного металла из группы La₂O₃, Nd₂O₃ и Cd₂O₃, дополнительно вводят диоксид циркония, частично стабилизированный оксидом иттрия, и муллит плавленый при следующем соотношении компонентов, мас.%;

Электрокорунд - 20-48,9

Муллит плавленый - 10-25

Глинозем - 20-30

Глина или каолин - 15-25

Диоксид циркония, частично стабилизированный оксидом иттрия - 3-10

Оксид редкоземельного металла из группы La₂O₃, Nd₂O₃ и Cd₂O₃ - 3-7

Алюмосодержащее соединение - 0,1-5

В качестве соединения, содержащего алюминий, может использоваться хлористый алюминий, углекислый алюминий или оксихлорид алюминия.

Образование микротрещиноватой структуры за счет введения диоксида циркония, частично стабилизированного оксидом иттрия, и дополнительное армирование материала муллитом игольчатой формы способствует повышению термостойкости изделий. Особенности технологии приготовления шихтового состава обеспечивают образование на поверхности зерен крупнокристаллических материалов защитных пленок, в состав которых входят редкоземельные элементы, препятствующие отрицательному влиянию переменных газовых сред на качество огнеупора и стабилизируя его термомеханические характеристики, структуру, фазовый и химический состав.

Алюмосодержащие соединения позволяют снизить содержание металлического железа, и, таким образом, максимально уменьшить образование сажистого углерода.

Пример.

При изготовлении огнеупора шихту, содержащую 18 мас.% муллита, 10 мас.% электрокорунда фракции 0,4-0,8 мм, 5 мас.% электрокорунда фракции 0,06-0,12 мм, 9 мас.% диоксида циркония, стабилизированного 15,5 мас.% оксида иттрия, 15 мас. % глинозема, 14 мас.% глины, подвергали помолу в шаровой мельнице с корундовыми шарами в течение 6 ч.

Параллельно методом мокрого помола в шаровой мельнице готовили смесь из 5 мас.% электрокорунда фракции 0,06-0,12 мм, 7,5 мас.% глинозема, 7,5 мас.% глины, а также из 3 мас.% хлористого алюминия и 6 мас.% оксида лантана в течение 24 часов. Остаток на сите с 10 тыс. отверстий на 1 см² составлял не более 2%.

После совместного перемешивания в лопастном смесителе отдельно подготовленных смесей материалов и обработки в вакуум-мялке изготавливали методом пластического формования на гидравлическом прессе заготовки изделий.

Сушку осуществляли в сушильном шкафу при температуре 70^oC до остаточной влажности 1,5%.

Обжиг проводили в окислительной среде в течение 48 часов. Температура обжига - 1400-1420^oC.

Результаты исследований представлены в таблице (см. в конце описания).

Используемые в шихте оксиды неодима и гадолиния обладают свойствами, тождественными оксиду лантана, и проявляют их тем же самым образом как при изготовлении, так и в процессе эксплуатации огнеупоров.

Аналогичный эффект наблюдается при замене оксихлорида алюминия на хлористый или углекислый алюминий.

Несмотря на то, что увеличение содержания муллита и диоксида циркония в материале сверх граничных значений приводит к некоторому повышению химической стойкости огнеупоров в агрессивных средах, увеличение пористости значительно снижает их термомеханические характеристики.

Снижение содержания муллита и диоксида циркония повышает прочность огнеупора в заданных условиях службы, но резко снижает стойкость к воздействию агрессивных сред.

Из шихты описанного состава была изготовлена футеровка муфельной печи, в которой проводили синтез и спекание керамических и металлокерамических масс и изделий на их основе, используемых в стоматологии, а также плавки металлов с различными флюсами в открытых тиглях.

Проведенные процессы, в частности обжиг металлокерамики (переменная окислительно-восстановительная среда), выжиг парафиновой связки (восстановительная среда), плавка металлов (агрессивная среда) в условиях частых и резких колебаний температур в пределах от 20 до 1650^oC в рабочем пространстве муфельной печи показали, что футеровка выдерживает 3500 часов эксплуатации до появления первой трещины, в то время как огнеупор по прототипу - не более 2500 часов, после чего нарушается его целостность и он разрушается.

Источники изобретения

1. Патент РФ N 1823868, кл. C 04 B 35/10, 1993.

2. Авторское свидетельство N 779353, кл. C 04 B 35/10, 1980.

3. Патент РФ N 2096386, кл. C 04 B 35/567, 1996.