способ изготовления керамических бакоровых огнеупоров

Формула изобретения

Способ изготовления керамических бакоровых огнеупоров, включающий подготовку шихты, состоящей из измельченного бакорового лома, магнитную сепарацию, введение добавок, формирование и термообработку при 1200 - 1600^oC, отличающийся тем, что очищают от стекломассы лом стекловаренных печей, измельченный лом рассеивают по фракциям, составляют шихту, содержащую 55% фракции 1 - 3 мм, 23% фракции < 0,2 мм, порошок глинозема 14% фракции < 0,2 мм, 6,5% ортофосфорной кислоты, 0,9 - 2,7% воды, шихту гомогенизируют, заполняют прессформу, формуют методом виброуплотнения, отформованные изделия устанавливают в камерную сушилку, производят сушку при температуре 70^oC, сухой полуфабрикат перемещают в обжиговую печь, проводят спекание с изотермической выдержкой в течение 3-х часов и охлаждают до комнатной температуры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для изготовления керамических бакоровых огнеупоров, применяемых для футеровки стекловаренных печей.

Известные способы изготовления бадделеитокорундовых огнеупоров ("Бакор") различных марок основаны на приготовлении шихты из тонкодисперсных порошков Al₂O₃, ZrO₂, SiO₂, Na₂O; последующего процесса плавления в электродуговых печах, разлива расплава в формы с последующим отжигом и тепловой обработкой изделий, а окончательные геометрические размеры получают с помощью механической обработки (О.Н.Попов, П.Т.Рыбалкин, В.А.Соколов, С.Д.Иванов. Производство и применение плавленнолитых огнеупоров. Москва. Металлургия, 1985 г., 254 с.).

Недостатком известных способов является то, что технология плавленых огнеупоров, массой 70-800 кг не позволяет получить однородного по химическому составу материала, так как при температурах плавления 2000-2500^oC происходит неконтролируемая диссоциация и возгонка окислов с сильным испарением кремния и алюминия.

Известен также способ получения огнеупорного материала, включающий подготовление шихты, состоящей из измельченного лома бакоровых огнеупоров фракции -5-0 мм. Гранулированной шпинелидной добавки, содержащей 79,1% Cr₂O₃; 20,5% MgO. Шихту плавят в электродуговой печи. Плавку ведут в окислительных условиях (на открытой дуге при поднятых над расплавом электродах). Расплав заливают в графитовые литейные формы, после чего полученные отливки отжигают в естественных условиях в термоящиках с диатомитовой засыпкой в течение 3-4 суток. (А.С. СССР N 1740354, приоритет 19 апреля 1990 г., опубликован 15.06.92 г., Бюль. N 22, кл. C 04 B 35/62).

Достоинством способа является повышение коррозионной стойкости огнеупора в расплаве бесщелочного боросиликатного стекла и частичное использование лома бакоровых огнеупоров.

Недостатком известного способа является присутствие углерода в материале, которое приводит к повышенному выделению пороков в стекломассу и свойственной плавленым огнеупорам химической и фазовой неоднородности в объеме изделий.

Кроме того, плавленные изделия имеют неоднородную плотность по сечению, связанную с неравномерной кристаллизацией в процессе затвердевания при последовательном формировании поликристаллической структуры отливки.

Указанные недостатки в процессе службы огнеупора приводят к возникновению напряжений, развитию трещин и, в основном, определяют деградацию эксплуатационных характеристик.

Наиболее близким к заявляемому способу по решаемой технической задаче - прототипом - является способ получения спеченных огнеупоров в системе Al₂O₃ - ZrO₂ - SiO₂, Al₂O₃ - ZrO₂ - Cr₂O₃ - SiO₂.

В качестве основного сырья для синтеза спеченных огнеупоров в указанных системах использованы отходы плавленолитых бадделеитокорундовых огнеупоров после их дробления и магнитной сепарации. Изделия получали последующим формованием методом полусухого прессования и термообработкой при температурах 1200-1620^oC (ВНИИ научной информации и экономики промышленности строительных материалов. Экспресс-обзор, серия 9, выпуск 6, Москва, 1998 г., с. 7).

Достоинством прототипа является получение керамическим способом спеченных огнеупоров, которые не содержат свободного углерода, и при сопоставимой коррозионной стойкости с плавленолитыми огнеупорами обладают более высокой термостойкостью.

Недостатком известного способа является получение изделий с неравномерным распределением пор, наличием крупных каверн в структуре материала, что снижает коррозионную стойкость при работе изделий в условиях воздействия агрессивных сред.

Задачей авторов является разработка технологического процесса изготовления керамических бакоровых огнеупоров различной номенклатуры, обеспечивающего достижение цели изобретения - повышение термо- и коррозионностойкости, и использование бакорового лома стекловаренных печей.

Поставленная цель достигается, в отличие от известного способа тем, что лом стекловаренных печей очищают от стекломассы, измельчают, рассеивают по фракциям, составляют шихту, содержащую 55% фракции 1-3 мм, 23% фракции <0,2 мм; порошок глинозема 14% фракции <0,2 мм, 6,5% ортофосфорной кислоты, 0,9-2,7% воды; шихту гомогенизируют, заполняют пресс-форму, формуют методом виброуплотнения, отформованные изделия устанавливают в камерную сушилку, производят сушку при температуре 70^oC, сухой полуфабрикат перемещают в обжиговую печь, проводят спекание с изотермической выдержкой в течение 3 часов и охлаждают до комнатной температуры.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем:

- Очистка лома стекловаренных печей от стекломассы исключает попадание в шихту нерегламентированных примесей, особенно SiO₂.

- Измельчение лома преследует цель гомогенизации по составу материала и получение заданных фракций бакорового порошка.

- Рассев по фракциям позволяет выделить для использования необходимые порошки.

- Количество фракций бакора и глинозема выбрано экспериментально с позиций максимально плотной упаковки в процессе получения полуфабриката.

- Ортофосфорную кислоту вводят как связующее для придания полуфабрикату прочности, необходимой для сохранения формы, исключения дефектов при перемещении полуфабриката на последующих технологических операциях.

- Добавка воды необходима для придания пластичности глинозему в процессе формования.

Содержание воды в пределах 0,9-2,7% обусловлена тем, что ниже 0,9% пластичность низкая и получается перепрессовка, а увеличение влаги выше 2,7% значительно удлиняет процесс сушки.

- Процесс гомогенизации необходим для равномерного распределения компонентов в объеме шихты.

- Заполнение пресс-формы регламентирует действия исполнителя по отбору необходимого количества шихты и равномерного распределения в объеме формы.

- Операция формования методом виброуплотнения позволяет получить изделия сложной формы с равномерной плотностью по объему при больших соотношениях продольных и поперечных геометрических размеров, что недопустимо при использовании, например статического метода полусухого прессования.

- Операция сушки необходима для удаления влаги из полуфабриката, чтобы исключить на операции высокотемпературного обжига дефекты в виде вздутий, трещин, каверн. Регламентированное значение температуры в 70^oC определяет равномерный прогрев полуфабрикатов при мягком режиме удаления влаги. Ниже 70^oC удлиняется процесс сушки, выше 70^oC упругость паров воды приводит к вздутиями и расслоениям.

- Операция перемещения полуфабриката в обжиговую печь регламентирует действия исполнителя, обеспечивающих исключение дефектов на изделие и схему садки при спекании.

- Спекание при температуре 1200-1600^oC позволяет получить бакор разных марок с заданными физико-химическими характеристиками, а изотермическая выдержка в течение 3-х часов является оптимальной для получения максимальной плотности и исключает диссоциацию и унос оксидных компонентов.

- Охлаждение до комнатной температуры, на практике вместе с печью, исключает остаточное напряжения, приводящие к дефектам в огнеупоре.

Пример осуществления способа.

1. Для изготовления виброформованных бадделеитокорундовых огнеупоров использовали:

1.1. Бой бакора (БК-33 или БК-41) после службы в стекловаренных печах.

1.2. Глинозем марки Г-00.

1.3. Связка 75%-ная ортофосфорная кислота.

1.4. Вода водопроводная.

2. Очищенный от стекломассы и стекловаренного боя бакор дробили на щековой дробилке (КИД-50) до крупности 0-3 мм. После измельчения и отсева порошок бакора подвергали обработке в электромагнитном сепараторе марки ЭСВ-В-36/50 для отмагничивания железа.

3. Для приготовления мелкой фракции < 0,2 мм полученную бакоровую крошку < 3 мм подвергали помолу на вибромельнице СВМ 45/100. Одновременная загрузка составляла 150 кг. Время помола ~1 час.

4. Для помола глинозема использовали ту же мельницу, с той же загрузкой, при времени измельчения 30-45 мин.

5. Дозировку компонентов шихты проводили с использованием весов и вымеренных специальных емкостей.

5.1. Из отсеянных фракций бакора и глинозема составляли смесь, в которую вводили ортофосфорную кислоту и воду. Состав сырьевой смеси для формования, %:

Бакор фракции 1-3 мм - 55

Бакор фракции <0,2 мм - 23

Порошок глинозема фракции <0,2 мм - 14

Кислота ортофосфорная - 6,5

Вода - 1,5

Готовую смесь помещали в смеситель СМ-250 и перемешивали в течение 20 мин. Готовую смесь сразу использовали для формования или помещали в полиэтиленовые мешки, чтобы не допустить ее высыхания.

6. Готовую массу засыпали в форму высотой 30-40 см и тщательно протрамбовывали по контуру и в середине пневмоинструментом. В дальнейшем массу подсыпали равномерным тонким слоем по всей формующей поверхности. При трамбовании не допускали прохода штока по утрамбованной поверхности без подсыпки массы. После прессования проводили контроль по объемному весу заготовок. При среднестатическом значении объемного веса заготовок, равным 3 г/см³, разброс значений не превышал 0,2 г/см³.

7. Полученные сырые заготовки помещали в камерную сушилку. Подъем температуры вели до 70^oC в течение 4 часов и делали изотермическую выдержку в течение 24 часов. Контроль влажности изделий показал остаточное содержание воды ~ 0,2%, что в дальнейшей операции спекания позволило получать бездефектные изделия.

8. Обжиг изделий проводили при температуре 1300^oC при выдержке 3 часа. Охлаждение вели вместе с печью до температуры 30-40^oC.

9. Обожженные изделия сортировали поштучно, группировали в партию 50 шт. , при весе бруса 275 кг, и подвергали физико-химическому контролю. Показатели приведены в таблице.

Данные таблицы показывают, что предлагаемый способ позволяет получать изделия с повышенным значением термостойкости и коррозионностойкости в агрессивных средах, а отзывы потребителей подтверждают высокое качество получаемого огнеупора, которое определяет конкурентноспособность выпускаемых огнеупоров импортным и отечественным аналогам.

Практическое осуществление заявляемого способа показывает, что предлагаемое техническое решение позволяет эффективно реализовать бой использованных бакоровых огнеупоров в экологически, по сравнению с методом плавки, благоприятных условиях, так как в процессе изготовления нет отходящих газов, засоряющих окружающую среду.

Заявляемый способ осуществляется на стандартном технологическом оборудовании с обеспечением мер безопасности для обслуживаемого персонала и окружающей среды, легко контролируется, а себестоимость продукции по экономическим оценкам примерно в 2 раза ниже, чем бакоровый литой огнеупор.

Авторы выражают просьбу присвоить выпускаемому огнеупору абривиатуру БКТ, что означает - бадделеитокорундовый трамбованный.