составное огнеупорное изделие

Формула изобретения

1. Составное огнеупорное изделие для разливки металла, содержащее, по меньшей мере, основную и эрозионно-стойкую части, при этом основная часть выполнена из шихты, включающей плавленый корунд фракции менее 1,0 мм, графит в качестве углеродсодержащего материала, антиокислительную добавку из кремния кристаллического фракции менее 0,088 мкм и карбида кремния фракции менее 0,2 мм, жидкое связующее и порошкообразное фенольное связующее, а эрозионно-стойкая часть выполнена из шихты, включающей графит в качестве углеродсодержащего материала, антиокислительную добавку из кремния кристаллического фракции менее 0,088 мкм, жидкое связующее и порошкообразное фенольное связующее, отличающееся тем, что шихта основной части дополнительно содержит огнеупорную глину в качестве пластифицирующей добавки и лигносульфонат технический при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Плавленый корунд	46,3-63,7
Графит	15,7-21,6
Кремний кристаллический	4,6-7,8
Карбид кремния	2,8-6,9
Глина огнеупорная	1,9-5,9
Связующее фенольное порошкообразное	2,7-4,6
Жидкое органическое связующее	0,9-4,6
Лигносульфонат технический	0,9-2,8

а шихта эрозионно-стойкой части дополнительно содержит плавленый корунд и огнеупорную глину при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Плавленый корунд	69,3-81,0
Графит	4,8-7,9
Кремний кристаллический	4,8-7,9
Глина огнеупорная	1,9-5,9
Связующее фенольное порошкообразное	1,9-4,0
Жидкое органическое связующее	1,0-5,0

2. Составное огнеупорное изделие по п.1, отличающееся тем, что жидкое органическое связующее представляет собой раствор новолачной смолы с добавкой уротропина в сложном органическом растворителе, включающем спирт фурфуриловый и этилцеллозольв при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Связующее фенольное порошкообразное	15-20
Уротропин	5-8
Спирт фурфуриловый	40-60
Этилцеллозольв	20-40

3. Составное огнеупорное изделие для разливки металла, содержащее, по меньшей мере, основную и эрозионно-стойкую части, при этом основная часть выполнена из шихты, включающей плавленый корунд фракции менее 1,0 мм, графит в качестве углеродсодержащего материала, антиокислительную добавку из кремния кристаллического фракции менее 0,088 мкм и карбида кремния фракции менее 0,2 мм, жидкое связующее и порошкообразное фенольное связующее, а эрозионно-стойкая часть выполнена из шихты, включающей графит в качестве углеродсодержащего материала, антиокислительную добавку из кремния кристаллического фракции менее 0,088 мкм и карбида кремния фракции менее 0,2 мм, жидкое связующее и порошкообразное фенольное связующее, отличающееся тем, что шихта основной части дополнительно содержит огнеупорную глину в качестве пластифицирующей добавки и лигносульфонат технический при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Плавленый корунд	46,3-63,7
Графит	15,7-21,6
Кремний кристаллический	4,6-7,8
Карбид кремния	2,8-6,9
Глина огнеупорная	1,9-5,9
Связующее фенольное порошкообразное	2,7-4,6
Жидкое органическое связующее	0,9-4,6
Лигносульфонат технический	0,9-2,8

а шихта эрозионно-стойкой части дополнительно содержит плавленый корунд и реактивный глинозем при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Плавленый корунд	61,8-69,3
Графит	4,8-7,9
Кремний кристаллический	4,8-7,9
Карбид кремния	4,8-7,9
Глина огнеупорная	1,9-5,9
Реактивный глинозем	2,9-4,0
Связующее фенольное порошкообразное	1,9-4,0
Жидкое органическое связующее	1,0-5,0

4. Составное огнеупорное изделие по п.3, отличающееся тем, что жидкое органическое связующее представляет собой раствор новолачной смолы с добавкой уротропина в сложном органическом растворителе, включающем спирт фурфуриловый и этилцеллозольв при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Связующее фенольное порошкообразное	15-20
Уротропин	5-8
Спирт фурфуриловый	40-60
Этилцеллозольв	20-40

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к технологии изготовления огнеупоров для непрерывной разливки металла, и может применяться для разливки жидкого металла, в частности для регулирования разливки металла.

Известно, что при непрерывной разливке металла применяются цельные, а также составные огнеупорные изделия, состоящие из двух частей: основной части изделия и эрозионно-стойкой части, служащей для предотвращения размывания изделия в зонах повышенного износа. Цельные изделия, выполненные на основе одного состава системы Al₂О ₃-С, уступают по стойкости составным изделиям с эрозионно-стойким слоем.

Огнеупорное изделие для разливки металла должно обладать следующими свойствами: основная часть должна иметь низкую пористость, высокую коррозионную стойкость, достаточную механическую прочность, эрозионно-стойкая часть - высокую эрозионную стойкость, которая обеспечивается высокой механической прочностью и низкой пористостью.

Известно составное огнеупорное изделие для разливки жидкого металла, состоящее из двух частей: основной на основе Al₂О₃-С (химический состав: Al ₂O₃ - 52%, С - 20%, SiO₃ - 13%) и эрозионно-стойкой части на основе MgO-С (MgO - 73%, С - 20%) (Fachberichte Huttenpraxis Metallweiterverarbeitung. Vol.23, N 4, 1985, c.256, табл.3).

Недостатком этого составного огнеупорного изделия является высокая пористость, низкая стойкость к окислению у тела изделия, а также невысокая эрозионная стойкость головной части.

Наиболее близким по совокупности признаков (прототипом) к предлагаемому является составное огнеупорное изделие для разливки металла, состоящее, по меньшей мере, из двух частей: основной и эрозионно-стойкой. Основная часть выполнена из шихты, содержащей следующие компоненты, мас.%: плавленый корунд фракции 1,0-0 мм 55-75, графит 15-28, кремний кристаллический фракции менее 0,088 мм 1-8, карбид кремния фракции менее 0,2 мм 1-6, боросиликатная стекольная фритта фракции менее 0,088 мм 1-6, фенольное порошкообразное связующее 2,5-4, жидкое органическое связующее (сверх 100%) 1-5. Кремний, карбид кремния и боросиликатная стекольная фритта являются антиокислительной добавкой. Шихта эрозионно-стойкой части содержит следующие компоненты, мас.%: плавленый периклаз фракцией 0,5-0 мм 65-80, графит 15-25, алюминий фракцией менее 0,5 мм и/или кремний кристаллический фракцией менее 0,088 мм 1-8, карбид кремния фракцией менее 0,2 мм 1-6, фенольное порошкообразное связующее 2,5-4, жидкое органическое связующее (сверх 100) 1-5 (Патент РФ №2226450, 06.08.2002, B/22 D 41/54)

Главным недостатком этого составного огнеупорного изделия, а также упомянутого аналога, является склонность к растрескиванию в процессе эксплуатации за счет разности в коэффициентах термического расширения материала основного и эрозионно-стойкого слоя, что приводит к аварийному прекращению процесса непрерывной разливки стали и, как следствие, большим экономическим потерям. Составное огнеупорное изделие, из-за содержания в материале основного слоя легкоплавкой боросиликатной фритты, проходит только низкотемпературную тепловую обработку (1150-1200°С), в ходе которой не удается выявить склонность изделий к растрескиванию по границе слоев. Используемые твердое и жидкое органические связующие относятся к группе фенолформальдегидных смол: связующее фенольное порошкообразное - смола новолачного типа, жидкий бакелит - смола резольного типа. При карбонизации эти смолы образуют очень прочный и жесткий углеродный каркас, неспособный противостоять изгибающим нагрузкам, возникающим при эксплуатации изделий, что также способствует их разрушению.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение пористости и повышение стойкости к окислению материала для тела, повышение эрозионной стойкости головной части составного огнеупорного изделия и повышение устойчивости изделий к растрескиванию.

Поставленная задача решается за счет того, что составное огнеупорное для разливки металла, состоящее, по меньшей мере, из двух частей: основной и эрозионно-стойкой, выполненных, в отличие от прототипа, из материала на основе Al₂O₃-C. Основная часть выполнена из шихты, содержащей следующие компоненты, мас.%: плавленый корунд фракции менее 1,0 мм 46,3-63,7; графит 15,7-21,6; кремний кристаллический фракции менее 0,088 мкм 4,6-7,8; карбид кремния фракции менее 0,2 мм 2,8-6,9; глина огнеупорная 1,9-5,9; связующее фенольное порошкообразное 2,7-4,6; жидкое органическое связующее 0,9-4,6; лигносульфонат технический 0,9-2,8. Шихта эрозионно-стойкой части дополнительно содержит огнеупорную глину при следующем соотношении компонентов, мас.%: плавленый корунд фракции менее 1,0 мм 69,3-81,0; графит 4,8-7,9; кремний кристаллический фракции менее 0,088 мкм 4,8-7,9; глина огнеупорная 1,9-5,9; связующее фенольное порошкообразное 1,9-4,0; жидкое органическое связующее 1,0-5,0. Решение этой же задачи достигается с добавкой в шихту эрозионно-стойкой части реактивного глинозема и карбида кремния, при следующем соотношении компонентов, мас. %: плавленый корунд фракции менее 1,0 мм 61,8-69,3; графит 4,8-7,9; кремний кристаллический фракции менее 0,088 мкм 4,8-7,9; карбид кремния фракции менее 0,2 мм 4,8-7,9; глина огнеупорная 1,9-5,9; реактивный глинозем 2,9-4,0; связующее фенольное порошкообразное 1,9-4,0; жидкое органическое связующее 1,0-5,0.

Вводимая в составы шихт основной и эрозионно-стойкой частей огнеупорная глина выполняет, при прессовании, роль дополнительного связующего, а при обжиге - антиокислительной добавки. Добавка лигносульфоната технического в шихту основной части повышает связующие свойства огнеупорной глины при прессовании, а при обжиге -за счет наличия в графите золы, содержащей низкоплавкие соединения натрия, калия и кальция, которые снижают ее температуру спекания.

Применение комбинированного органо-минерального связующего способствует образованию в изделиях двух взаимопроникающих матриц: углеродной и керамической, что приводит к повышению прочности материала при изгибе.

Добавка в шихту эрозионно-стойкой части реактивного глинозема - тонкодисперсного корунда со средним диаметром части около 2 мкм - снижает температуру начала образования муллита в связке, способствует повышению прочности, снижению пористости, за счет чего обеспечивается и высокая эрозионная стойкость. Введение в шихту карбида кремния - антиокислительной добавки повышает эрозионную стойкость, соответственно повышая прочность и снижая пористость изделия.

Получается составное огнеупорное изделие, обладающее необходимым набором эксплуатационных свойств. Кроме того, по сравнению с прототипом, материал эрозионно-стойкой части заявляемого состава более совместим с материалом основной части изделия за счет сходства их составов (все они - материалы одной системы Al₂O₃-С).

Процесс изготовления составного огнеупорного изделия реализуется следующим образом.

Для изготовления составных огнеупорных изделий использовали следующие материалы: плавленый корунд фракции 1,0-0 мм по ТУ 2-036-0224450-022-90, графит марки ГТ-1 по ГОСТ 4596-75, кремний кристаллический марок КР-1, КР-2 по ГОСТ 5279-74 фракции менее 0,088 мм, карбид кремния марок 54С зернистостью 160-6 по ТУ 2-036-0220937-004-90, фракции менее 0,2 мм, СФП - фенольное порошкообразное связующее ТУ 6-0575-1768-35-94 марки СФП-012 А с содержанием свободного фенола менее 1%, глина огнеупорная Новорайского месторождения ДН-1 по ТУ 4322-7-00190503-061-96, реактивный глинозем производства ОАО «БКО», этилцеллозольв технический по ГОСТ 8313-88, уротропин технический марки С по ГОСТ 1381-73, спирт фурфуриловый технический. Все компоненты промышленного производства.

Для изготовления основной части изделия готовят шихту следующего состава, мас.%:

Плавленый корунд	59,9
Глина огнеупорная	2,9
Графит	19,3
Кремний	5,8
Карбид кремния	4,9
Связующее фенольное порошкообразное	3,9
Лигносульфонат технический	1,4
Жидкое органическое связующее	1,9

В таблице 1 представлены составы шихт и технические характеристики образцов для основной части составного изделия.

Для изготовления эрозионно-стойкой части изделия готовят шихту следующего состава, мас.%:

Плавленый корунд	74,8
Графит	6,8
Кремний	7,8
Глина огнеупорная	4,8
Связующее фенольное порошкообразное	2,9
Жидкое органическое связующее	2,9

С добавкой в эрозионно-стойкую часть изделия реактивного глинозема и карбида кремния шихту готовят следующего состава:

Плавленый корунд	68,9
Графит	6,8
Кремний	6,8
Карбид кремния	3,4
Глина огнеупорная	4,8
Реактивный глинозем	2,9
Связующее фенольное порошкообразное	3,4
Жидкое органическое связующее	2,9

В таблице 2 представлены составы шихт и технические характеристики образцов для эрозионно-стойкой части составного изделия.

Приготовленные раздельно шихты основной и эрозионно-стойкой части раздельно засыпали в прессформу, вибрировали, вакуумировали. Формование изделий осуществляли с переходным слоем, состоящим из масс составов для основной и эрозионно-стойкой частей, взятых в соотношении 1:1. Сырец составного огнеупорного изделия прессовали методом гидростатического формования при давлении не менее 90 МПа. Обжиг сырца производили в муфеле с коксовой засыпкой при температуре 1450°С.

Готовое составное огнеупорное изделие - стопор-моноблок используют для регулирования разливки металла на установках непрерывной разливки стали. Изделия успешно опробованы на крупнейших металлургических комбинатах России («Северсталь», Новолипецкий, Магнитогорский), обеспечив непрерывную разливку металла разного сортамента в течение 15 часов и в количестве до 1900 тонн через один ручей.

Таблица 1
Составы шихт и технические характеристики образцов для основной части составного изделия.
Наименование сырьевых материалов	Составы шихт
	1	2	3	4	Прототип
Плавленный корунд, фр. 1,0-0 мм	48,1	52,7	59,9	62,5	52,4
Графит	22,1	21,1	19,3	17,3	26,6
Кремний кристаллический, фр.<0,088 мм	7,7	6,7	5,8	4,8	7,6
Карбид кремния, фр.<0,2 мм	6,7	5,7	4,9	3,8	3,8
Глина огнеупорная	6,7	5,7	2,9	4,8	-
Связующее фенольное порошкообразное	4,8	3,8	3,9	2,9	3,8
Жидкое органическое связующее	2,9	2,4	1,9	1,0
Лигносульфонат технический	1,0	1,9	1,4	2,9	-
Боросиликатная стекольная фритта, фр.<0,088 мм	-	-	-	-	1,0
Бакелит жидкий (сверх 100%)	-	-	-	-	4,8
Открытая пористость, %	10-12	9,5-11,5	8,0-9,0	11-13	11,3
Предел прочности при сжатии, МПа	38-45	40-48	42-62	35-40,5	23,3
Предел прочности при изгибе, МПа	10-13	11-14,5	16-18	12-15	Нет данных
Коэффициент линейного термического расширения, град-1 Х 10-7	50,51	49,58	49,49	55,45	56,34
Окисляемость 1300°С - 2 часа, %	4,8	4,0	2,0	4,5	4,9
Шлакоустойчивость, %	4,2	3,5	2,2	5,4	Нет данных

Таблица 2
Составы шихт и технические характеристики образцов для эрозионно-стойкой части составного изделия.
Наименование сырьевых материалов	Составы шихт
	1	2	3	4	Прототип
Плавленый корунд, фр. 1,0-0 мм	74,8	68,9	69,1	77,5	-
Плавленый периклаз, фр. 0,5-0 мм	-	-	-	-	64,0
Графит	6,8	6,8	7,7	4,9	17,5
Кремний кристаллический, фр.<0,088 мм	7,8	6,8	9,6	5,8	5,0
Карбид кремния, фр.<0,2 мм	-	3,4	3,8	2,0	6,0
Глина огнеупорная	4,8	4,9	1,9	5,8	-
Реактивный глинозем	-	2,9		-	-
Алюминий металлический (АПВП), фр.<0,2 мм	-	-		-	3,0
Связующее фенольное порошкообразное	2,9	3,4	3,8	2,0	3,5
Этиленгликоль	-	-	-	-	1,5
Жидкое органическое связующее	2,9	2,9	3,8	2,0	-
Лигносульфонат технический (сверх 100%)	-	-	-	-	-
Открытая пористость, %	12-13	11-12	15-16,5	14-15	14,7
Предел прочности при сжатии, МПа	63-68	65-70	50-60	45-55	18,3
Предел прочности при изгибе, МПа	8-9	9-10	8-9	7-8	Нет данных
Коэффициент линейного термического расширения, град-1 Х 10 -7	50,11	51,24	59,24	56,19	89,1
Металлоустойчивость, %	0,7	0,8	1,9	1,6	1,5