масса для изготовления основных огнеупорных изделий

Формула изобретения

Масса для изготовления основных огнеупорных изделий на основе периклаза чистотой не менее 95% MgO, состоящая из зернистого периклаза, тонкодисперсной составляющей и временного связующего, отличающаяся тем, что она содержит зернистый периклаз фракции 0-3 мм, а тонкодисперсная составляющая содержит периклаз фракции менее 0,088 мм и диоксид циркония, и/или циркон фракции менее 0,088 мм, и/или глинозем- Al₂O₃ фракции менее 0,010 мм и борную кислоту фракции менее 0,088 мм при соотношении компонентов, мас.%:

Периклаз фракции менее 0,088 мм	79,0-98,7
Диоксид циркония и/или циркон
фракции менее 0,088 мм,
и /или Al2O 3 фракции менее 0,010 мм	1-20
Борная кислота фракции менее 0,088 мм	0,3-1

при этом соотношение компонентов массы составляет, мас.%:

Зернистый периклаз фракции 0-3 мм	Основа
Тонкодисперсная составляющая	15-35
Временное связующее (сверх 100%)	3-7

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может применяться для изготовления изделий, работающих в условиях длительной разливки жидких металлов, в частности для изготовления плит шиберных затворов.

Огнеупоры для шиберных затворов должны обладать следующими свойствами: высокой механической прочностью, низкой пористостью при достаточной термостойкости, высокой температурой деформации под нагрузкой, низким содержанием легкоплавких материалов.

Известен способ изготовления магнезиального огнеупорного изделия из 97-30% магнезита 95% чистоты и 3-70% циркона с необязательной добавкой Al₂О₃ (заявка Японии №3232764, С 04 В 35/04, 1994).

Недостатком этого магнезиального изделия является недостаточная термостойкость. Известно, что термостойкая структура огнеупора формируется за счет введения добавок материалов, способствующих образованию микротрещиноватой структуры (в данном случае это добавки циркона и Al₂О₃), а также за счет использования материалов различных зернистых фракций. Второй способ повышения термостойкости в данном изобретении не реализуется.

Следует также отметить, что введение в состав массы значительного количества циркона ZrO₂·SiO ₂ (свыше 20%) повышает содержание двуокиси кремния SiO₂ в составе огнеупора и это может привести к образованию в процессе службы легкоплавких материалов, что также снижает эксплуатационные свойства огнеупора.

Наиболее близкой к изобретению по вещественному и зерновому составу является огнеупорная масса на основе спеченной или плавленой магнезии с содержанием MgO не менее 96% с добавкой 1,0-2,5 мас.% ZrO₂ с чистотой не менее 95% и размером зерен менее 0,040 мм в виде бадделеита или стабилизированного ZrO₂ (заявка ФРГ №4337916, С 04 В 35/64, 1995). Масса имеет следующий зерновой состав: фракции 5-1 мм - 30-45%, фракции 1-0,09 мм - 15-30%, фракции <0,09 мм (тонкодисперсная составляющая) - 30-40%.

Недостатком этого изобретения является низкая плотность и, вследствие этого, высокая пористость. Кроме того, технология производства такого огнеупора предусматривает проведение обжига изделий при температуре 1700-1800°С, что значительно осложняет ее реализацию.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение пористости и повышение прочности при сохранении термостойкости.

Поставленная задача решается за счет того, что тонкодисперсная составляющая массы на основе зернистого периклазового наполнителя содержит, мас.%:

Периклаз фракции менее 0,088 мм	79,0-98,7%
Диоксид циркония и/или циркон
фракции менее 0,088 мм
и/или Al2O 3 фракции менее 0, 010 мм	1-20%
Борную кислоту фракции менее 0,088 мм	0,3-1%

при соотношении компонентов массы, мас.%:

периклаз фракции 3-0 мм	основа
тонко дисперсная составляющая	15-35%
временное связующее (сверх 100%)	3-7

Известно, что введение добавки диоксида циркония ZrO ₂ способствует повышению термостойкости за счет образования микротрещиноватой структуры, формирование которой обусловлено полиморфными превращениями кристаллов диоксида циркония из кубической модификации в моноклинную и обратно. Полиморфные превращения ZrO₂ сопровождаются изменением объема при перепадах температур от 0 до 1600°С и образованием микротрещин. Добавка циркона в магнезиальные массы способствует повышению термостойкости за счет новообразований форстерита, при этом снижается пористость и повышается прочность огнеупора. Введение добавки глинозема повышает термостойкость магнезиального огнеупора в результате образования алюмомагнезальной шпинели и так как этот процесс сопровождается увеличением объема, то пористость снижается. Добавка борной кислоты улучшает спекание огнеупора и тем самым также способствует снижению пористости огнеупора и повышению прочности.

Таким образом, совместное или раздельное введение этих добавок в состав тонкодисперсной составляющей позволяет снизить пористость и повысить прочность и при этом сохранить, а в некоторых случаях и повысить термостойкость. Заявляемая огнеупорная масса при заявляемом соотношении компонентов позволяет получить огнеупорное изделие с необходимым набором свойств.

Из литературы неизвестно использование тонкодисперсной составляющей предлагаемого состава в сочетании с зернистым наполнителем в заданных соотношениях.

Для изготовления образцов использовали порошок периклазовый плавленый марки ППБС-95,5 по ТУ 14-8-234-77 с изменениями №1-3 фракций 3-0,5 мм, 2-05 мм, 0,5-0 мм и менее 0,088 мм, периклаз спеченный китайский с содержанием MgO - 96,5% фракций 3-0,5 мм, 2-05 мм, 0,5-0 мм и менее 0,088 мм, бадделеитовый концентрат ТУ 1762-003-001 86759-2000 марки ПБ-1, цирконовый концентрат ТУ У 14-10-015-98 марки КЦП, реактивный глинозем STS - 30 (Alcoa), борную кислоту по ГОСТ 9565-75, лигносульфонат технический по ТУ 13-0281036-029-94, поливиниловый спирт. Все компоненты промышленного производства.

Массы готовили в смесительных бегунах. Сначала загружали периклаз фракций 3-0,5 или 2-0,5 и 0,5-0 мм и перемешивали 1-2 минуты. Затем увлажняли раствором ЛСТ (плотностью 1,22-1,24 г/см³) или раствором поливинилового спирта (плотностью 1,20-1,22 г/см³) и перемешивали 3-5 минут. Затем добавляли компоненты тонкодисперсной составляющей и перемешивали еще 5-7 минут. Общий цикл смешения 15-20 минут.

Составы приготовленных огнеупорных масс представлены в таблице 1, а свойства образцов, изготовленных из этих масс, - в таблице 2.

Прессование изделий производили на гидравлическом прессе при давлении 180 МПа. Далее изделия сушили при 100-120°С, а затем обжигали при температуре 1650°С. Из полученных изделий выпиливали образцы и проводили определение свойств.

Определение открытой пористости и кажущейся плотности проводили по ГОСТ 2409-95. Определение предела прочности при сжатии по ГОСТ 4071.1-94. Определение термостойкости проводили по ГОСТ 7875-85 при температуре 1000°С с последующим воздушным охлаждением за 10 теплосмен. В связи с тем, что за 10 теплосмен посечки и трещины на образцах не появились, термостойкость оценивали по остаточной прочности (потери прочности) при сжатии после проведения этого испытания.

Согласно описанию к патенту-прототипу термостойкость образцов оценивали по изменению модуля упругости до и после испытания на термостойкость. В связи с отсутствием описания этого метода определения изготовленные образцы прототипа были испытаны на прочность при сжатии после 10 теплосмен 1000°С - воздух.

Из таблицы 2 видно, что предлагаемая масса имеет более низкую пористость и более высокую прочность при сохранении высокой термостойкости.

Применение предлагаемой массы для изготовления огнеупоров, в частности плит для шиберных затворов, позволит увеличить их стойкость и повысить срок службы, что позволит обеспечить безаварийность работы устройств для разливки жидкого металла.

Таблица 2
Состав, №	Пористость открытая,%	Кажущаяся плотность, г/см3	Предел прочности при сжатии, Н/мм2	Термостойкость (10 теплосмен) 1000°С-воздух
				Внешний вид	Предел прочности при сжатии после 10 теплосмен, Н/мм2	Снижение прочности,%.
1	12,2	3,14	130	Трещин и посечек нет	110	15
2	11,5	3,15	158	Трещин и посечек нет	163	-
3	14,5	3,05	95	Трещин и посечек нет	78	18
4	12,6	3,10	110	Трещин и посечек нет	102	7
5	11,7	3,15	139	Трещин и посечек нет	142	-
6	10,7	3,16	128	Трещин и посечек нет	131	-
аналог	7,1	3,31	96	Образование посечек после 3 теплосмены	30	69
прототип	16,4	2,94	85	Трещин и посечек нет	68	20