Плавлений литий вогнетривкий матеріал на основі оксиду алюмінію, діоксиду цирконію та діоксиду
Власники патенту UA 2584189:
Винахід відноситься до плавленого литого вогнетривкого матеріалу на основі оксиду алюмінію, діоксиду цирконію і діоксиду кремнію (АЦК) і може бути використане в плавильних резервуарах в контакті з розплавленим склом, а також у верхній частині та на зведенні резервуарів. Плавлений литий вогнетривкий матеріал містить 60-70 мас.% Al2O3, 13-19 мас.% ZrO2, 15,5-18 мас.% SiO2 і 2,0-2,6 мас.% Na2O. До складу склофази входить SiO2, а також Al2O3 та Na2O, при цьому молярне співвідношення між Al2O3 та Na2O знаходиться в діапазоні від 0,8 до 1,6. Технічний результат винаходу - підвищення стійкості вогнетривкого матеріалу до просочування. 2 зв. та 5 з.п. ф-ли, 2 іл., 2 табл.
Винахід стосується плавленого литого вогнетривкого матеріалу на основі оксиду алюмінію, діоксиду цирконію та діоксиду кремнію та застосування такого матеріалу.
Плавлені литі вогнетривкі матеріали, які включають оксид алюмінію (Al2O3), діоксид цирконію (ZrO2) та діоксид кремнію (SiO2) як основні компоненти, називаються плавленими литими АЦК (Алюмо-Цирконієво-Кремнієвими) продуктами або АЦКкірп.
АЦК цегла використовується в плавильних резервуарах і кінцевих зборках у склоплавильній промисловості на ділянках, які вступають у контакт з розплавленим склом, а також у верхній частині та на зведенні резервуарів.
Плавлені литі АЦК цеглини мають склоподібну фазу, що містить SiO2, Al2O3, ZrO2 і Na2O (оксид натрію) як основні компоненти. Коли використовується АЦК цегла, склоподібні фази утворюють фази плавлення з низькою температурою плавлення, які можуть випотівати з цегли тавходити в контакт із розплавленим склом через свою низьку в'язкість. Зазначене випотівання компонентів фази плавлення із склоподібної фази, також зване як просочування, може забруднювати розплавлене скло.
Тим не менш, плавлені литі АЦК цеглини, отримані з використанням даних способів, все ще демонстрували тенденцію до просочування у великій кількості при використанні у склоплавильних ванних печей, властивості, яке здатне істотно погіршити розплавлене скло.
Завданням винаходу є створення плавленого литого вогнетривкого матеріалу на основі оксиду алюмінію, діоксиду цирконію і діоксиду кремнію, зокрема у формі цегли АЦК, який демонструє знижену тенденцію до просочування при використанні у ваннах склоплавильних печей.
Для того щоб вирішити дану задачу, згідно з винаходом, передбачається плавлений литий вогнетривкий матеріал на основі оксиду алюмінію, діоксиду цирконію і діоксиду кремнію, що має фракцію склоподібної фази, що містить Al2O3 і Na2O, в якій молярне співвідношення між Al2O в діапазоні від 0,8 до 1,6 по відношенню до склоподібної фази.
Плавлений литий вогнетривкий матеріал у відповідності з винаходом являє собою плавлений литий сформований вогнетривкий матеріал у вигляді литого плавленого і певної форми АЦК продукту, зокрема у формі плавленого литого АЦК цегли.
Винятково низька тенденція до просочування, що демонструється матеріалом відповідно до винаходу, не відбувається за винятком випадків, коли компоненти матеріалу присутні в матеріалі в дуже вузько певних відносних вмістах відповідно до винаходу.
Винахід заснований, зокрема, на розумінніте, що тенденція до просочування плавленого литого АЦК цегли визначається щодо відносного вмісту Al2O3 і Na2O і зокрема щодо кількісному співвідношенню вмісту даних компонентів по відношенню один до одного у фракції склоподібної фази АЦК цегли.
Згідно з винаходом було виявлено, що існує можливість забезпечити плавлену литою АЦК цеглу з виключно низькою тенденцією до просочування, якщо відносні вмісту Al2O3 і Na2O в плавленій цегли литом знаходяться в діапазоні відносного вмісту, як представлено в даному документі.
Несподівано було виявлено, що матеріал відповідно до винаходу має особливо низьку тенденцію до просочування, коли молярне співвідношення між Al2O3 і Na2O у склоподібній фазі матеріалу знаходиться в межах характеристичного діапазону від 0,8 до 1,6 по відношенню до склоподібної фази. Мольне співвідношення між Al2O3 і Na2O в склоподібній фазі матеріалу, згідно з винаходом, особливо переважно може становити щонайменше 0,8, або 0,83, або 0,87, або 0,9, або 0,93, або 0,96, або 1,0, або 1,03, або 1,06, або 1,1 і не вище 1,6, або 1,58, або 1,53, або 1,5, або 1,46, або 1,43, або 1,4.
Склоподібна фаза може містити всі компоненти матеріалу відповідно до винаходу, зокрема компоненти Al2O3, Na2O та SiO2.
У встановленому раніше порядку винахід, зокрема, ґрунтується на розумінні того, що тенденція до просочування плавленої литої АЦК цегли визначається відносними вмістами Al2O3 і Na2O, і, зокрема, кількісним співвідношенням відносних вмістів даних компонентів по відношенню один до одного у відносному вмісті склоподібної фази АЦК цегли. Порівняно з кількісним співвідношеннямвідносних вмістів даних компонентів по відношенню один до одного у фракції склоподібної фази, згідно з винаходом, було виявлено, що існує можливість створити плавлену литу АЦК цеглу з виключно низькою тенденцією до просочування, якщо відносні вмісту Al2O3 і Na2O в плавленій цегли літій, тобто в об'ємному матеріалі знаходяться в діапазоні масового відносного змісту, представленого в даному документі.
Усі значення масових відсотках, передбачені в цьому документі, є масовими відсотковими значеннями по відношенню до загальної маси матеріалу відповідно до винаходу, якщо не зазначено інше в конкретних випадках.
Молярне співвідношення Al2O3 до Na2O у матеріалі згідно з винаходом переважно знаходиться в діапазоні від 14,0 до 21,3, особливо переважно молярне співвідношення становить щонайменше 15,0 або 15,6 і не вище 19,2 або 17, 8. Крім Al2O3 та Na2O, плавлений литий матеріал відповідно до винаходу може містити додаткові компоненти в діапазоні від 38,0 до 27,4% за масою. Такими додатковими компонентами є ZrO2 і SiO2, крім інших додаткових компонентів, якщо такі присутні.
Масові відносні вмісту компонента SiO2 у плавленому литому матеріалі згідно з винаходом можуть бути особливо важливими для утворення склоподібної фази і для поведінки просочування.
Fe2O3 менше 0,1 або 0,08% за масою;
TiO2 менше 0,06 або 0,05% за масою;
СаО менше 0,05 або 0,04% за масою;
К2О менше 0,04 або 0,03 за масою;
MgO менше 0,03 або 0,2% за масою;
LiO2 менше 0,1 або 0,01% за масою;
Cr2O3 менше 0,1 або 0,01% за масою;
В2О5 менше 0,1 або 0,01% замасі;
Р2О5 менше 0,1 або 0,01% за масою;
CuO менше 0,1 або 0,01% за масою.
Об'ємна щільність матеріалу відповідно до винаходу може бути відносно низькою. Згідно з одним варіантом здійснення, об'ємна щільність матеріалу відповідно до винаходу становить менше 3,7 г/см 3 наприклад, менше 3,6 або 3,56 г/см 3 . Об'ємна щільність матеріалу відповідно до винаходу може становити, наприклад, щонайменше 3,3 г/см 3 , іншими словами, наприклад, щонайменше 3,4, або 3,45, або 3,5, або 3, 53 г/см 3 . Об'ємна щільність матеріалу згідно з винаходом переважно знаходиться в діапазоні від 3,4 до 3,7 г/см 3 особливо переважно в діапазоні від 3,5 до 3,6 г/см 3 або в діапазоні від 3,53 до 3, 56 г/см 3 .
У наведеній нижче таблиці 1 перераховані компоненти шести різних АЦК цегли. Цегла, визначена буквою Е, означає АЦК цеглу відповідно до винаходу. Цеглини, визначені позначеннями від S1 до S5, є АЦК цеглою відповідно до попереднього рівня техніки.
Усі цифрові дані представлені у відсотках за масою, якщо не зазначено інше.
Цеглини від S1 до S5 та Е були досліджені щодо їх тенденції до просочування. Для цієї мети використовували ТС 11 Посібник з дослідження просочування (ТС 11 Test Guidelines) (Technical Committee 11; ТС 11), видане International Commission on Glass (ICG). Даний спосіб дослідження для визначення просочування, як правило, є загальновизнаним способом дослідження для визначення просочування з плавлених литих цегли АЦК. Спосіб дослідження відповідно до даного МС 11 Посібник з дослідження просочування полягає в наступному.
Дослідженими є зразкинаступних розмірів: циліндри з діаметром 50 мм та висотою 100 мм. Зразки нагрівають до 1550°С протягом декількох циклів (до десяти). Час витримки становить 96 годин для першого циклу та 2 години для всіх наступних циклів. Після кожного циклу зразки охолоджують до кімнатної температури. Для визначення збільшення обсягу за рахунок просочування застосовують принцип Архімеда, тобто обсяг в'язкої склоподібної фази на поверхні зразка після циклу нагрівання.
Загалом було проведено 10 циклів нагрівання, щоб визначити просочування. Втрата маси, яку зазнавали цеглини відповідно до Таблиці 1, як результат просочування наводиться в Таблиці 2 по відношенню до відповідної загальної маси цегли. Більше того, у Таблиці 2 наводиться молярне співвідношення між Al2O3 і Na2O у склоподібній фазі та в обсязі матеріалу, відповідно до цегли згідно таблиці 1.
Зменшення просочування в плавленому литом АЦК цегли у відповідності з винаходом порівняно з просочуванням у плавленому литом АЦК цегли відповідно до попереднього рівня техніки, таким чином, є істотним.
Кореляція між молярним співвідношенням між Al2O3 і Na2O у склоподібній фазі (Фігура 1) або об'ємі матеріалу (Фігура 2) відповідно, з одного боку, і просочування, з іншого боку, відповідно до таблиці 2 проілюстрована на Фігурах 1 і 2.
Плавлена лита вогнетривка АЦК цегла відповідно до винаходу може бути виготовлена відповідно до способів виробництва плавлених литих АЦК продуктів, відомими з попереднього рівня техніки. Відповідно до відомих способів виготовлення плавлених литих АЦК продуктів підходящими сировинними матеріалами є розплавлені та розплавленімасу відливають у форму. Розплавлена маса остигає у формі і при затвердінні утворюється плавлена литою АЦК цегла. Сировинні матеріали частково можуть бути розплавлені електрично, тобто, зокрема за допомогою електричної дуги.
Об'єктом винаходу, крім того, є спосіб, описаний раніше для отримання матеріалу відповідно до винаходу, і матеріал, отриманий відповідно до зазначеного способу.
Іншим об'єктом винаходу є застосування матеріалу відповідно до винаходу на ділянках апаратів, що використовуються в плавленні скла та/або при обробці розплавленого скла, які не вступають у контакт з розплавленим склом.
Такими апаратами для плавки скла або обробки розплавленого скла можуть, зокрема, бути ванні склоплавильних печей, зокрема плавильні резервуари і кінцеві зборки, наприклад ванні печі для плавки тарного скла або ванна піч для плавки полірованого листового скла.
Зокрема, матеріали у відповідності з винаходом можуть бути застосовані у верхній частині та на зведенні апаратів, зазначених раніше, іншими словами, на ділянках вище розплавленого скла у відповідних апаратах.
Всі характеристики винаходу, розкриті в даному документі, можуть бути реалізовані окремо або можуть бути використані в будь-якій комбінації один з одним.
2. Матеріал за п. 1, в якому молярне співвідношення між Al2O3 та Na2O знаходиться в діапазоні від 14 до 21,3.
4. Матеріал за п. 1 або 2, в якому масові відносні змісти наступних компонентів знаходяться у представлених діапазонах:
4.1. Al2O3: від 60 до 70% за масою;
4.2. Na2O: від 2,0 до 2,6% за масою.
7. Застосування матеріалу за будь-яким із пп. 1-6 на дільницях апаратівдля плавки скла або обробки розплавленого скла, які не вступають в контакт з розплавленим склом.