Спосіб виготовлення вогнетривких мас для монолітних футеровок - патент Україна 2153480 - Пивінський Ю
Спосіб передбачає отримання вогнетривких мас для монолітних футеровок теплових агрегатів методом набивання, вібролиття або лиття. Маса складається з керамічного в'яжучого - керамічної в'яжучої висококонцентрованої суспензії (ВКВС) і вогнетривкого заповнювача при вмісті компонентів суміші по сухій речовині, мас.%: в'яжуче 25 - 50, заповнювач 50 - 75. Використовують керамічні в'яжучі частинок до 5 мкм 20 – 40%. Як заповнювач використовують боксит або електрокорунд, додатково містять до 18 мас.% карбіду кремнію. З метою поліпшення реологічних та технологічних властивостей вогнетривких мас та матеріалів на їх основі у вихідні ВКВС вводять пластифікуючі та спікаючі добавки. Спосіб дозволяє отримати вогнетривкі маси, термомеханічні властивості в'яжучої системи яких не поступалися б або перевершували б такі для вогнетривкого заповнювача. 1 з.п. ф-ли.
Винахід відноситься до вогнетривкої та металургійної промисловості, зокрема виготовлення монолітних футеровок з неформованих вогнетривів на основі різних мас. Останні можуть застосовуватися для монолітного футерування сталерозливних та проміжних ковшів, індукційних печей, жолобів доменних печей тощо.
У промисловості для зазначених цілей широко застосовуються неформовані вогнетриви типу кварцових наливних (віброналівних) або кварцеглинистих набивних мас [1] . У зазначених вогнетривких масах сполучною є рідке скло або глина. Монолітні футерування на основі цих мас характеризуються як зниженими термомеханічними властивостями, так і високою пористістю, а також низькою міцністю. Все це і обумовлює відносно низьку стійкість футеровок зцих мас.
Певне поліпшення вогнетривких мас зазначеного класу досягнуто у заявці [2]. Для кремнеземистих мас на основі кварцитів або кварцових пісків при цьому застосована пластифікована зв'язка на основі в'яжучих тих же матеріалів. Однак внаслідок поліморфізму SiO монолітні футерування з цих мас характеризуються недостатньою термостійкістю (наприклад, при службі в жолобах доменних печей), а також щодо низької механічної міцності. Інтервал значень показників межі міцності при стиску сж після термообробки при 800 і 1300 o C для цих вогнетривів знаходиться в межах 6 - 12 і 15 - 30 МПа.
Для монолітного футерування жолобів доменних печей широко застосовують набивні вогнетривкі маси в системі Al 2 O 3 -SiO 2 -SiC - C [4]. Якщо заповнювач цих мас представлений бокситом або електрокорундом і карборундом, то сполучна частина - каоліном і компонентом, що містить вугле (типу пеку) з графітом. Вміст вуглецю C цих масах становить 8 - 17%, а SiC - 8 - 19%. Пекові зв'язки, що застосовуються в цих масах, низькотемпературні, концерогенні, а їх випаровування при службі призводить до зростання пористості футерування і зниженої стійкості.
Таким чином, всі розглянуті аналоги характеризуються специфічними недоліками, що визначаються переважно поведінкою при нагріванні зі зв'язки (в'язкої системи). У всіх зазначених випадках термомеханічні властивості в'язкої системи вогнетривких мас істотно нижчі порівняно з матеріалом вогнетривкого заповнювача.
Показана [5] принципова можливість отримання характеристик в'яжучих на основі висококонцентрованих в'язких суспензій та вогнетривів з їх використанням.
Завданням цього винаходу є створення способу виготовлення таких вогнетривких мас, термомеханічні властивостів'яжучої системи яких не поступалися б або перевершували такі для вогнетривкого наповнювача. Показники сж таких мас навіть після низькотемпературної термообробки (1000 o C) повинні бути вищими за 60 - 80 МПа.
З метою регулювання реологічних та технологічних властивостей ВКВС, а також властивостей монолітних футеровок на їх основі, останні можуть мати складний склад. Наприклад, з метою надання пластичних властивостей сумішам, що формується методом набивання, вводяться добавки вогнетривкої глини в ВКВС кремнеземного та алюмінію силікатного складу. З метою підвищення механічної міцності бетонів після низькотемпературної обробки ВКВС високоглиноземистого складу вводять добавки високодисперсного плавленого кварцу. Завдяки останнім у процесі нагрівання у в'яжучій системі відзначається низькотемпературне мулітоутворення, що сприяє різкому зміцненню бетону.
Заповнювач вогнетривких мас, одержуваних за цим способом, може бути представлений тими ж вогнетривкими матеріалами, що і в'яжуча система. Він може мати складний склад, наприклад шамот або боксит з добавками карборунду, корундо-муллітовий і т.д.
Склад вогнетривких мас при цьому може бути як однорідним (наприклад, ВКВС бокситу і бокситовий заповнювач), так і різнорідним (ВКВС бокситу і шамотний заповнювач і т.д.).
Нижче на прикладі отримання та застосування жолобних мас для доменних печей проілюстровані особливості запропонованого способу отримання вогнетривких мас для монолітних футеровок.
Маси описаного складу застосовують при монолітному футеруванні жолобів доменних печей, що виконується як методом набивання (пневмотрамбування), так і віброналівним методом. Якщо набивання з описаних мас виконується при значенні їхньої вологості 4,7 - 5,3%, то для виготовлення віброналівних футеровок потрібно їхпопереднє додаткове зволоження на 0,3 - 0,5% з наступним перемішуванням та віброукладкою. Монолітні футеровки спочатку піддають природному сушінню з наступним розігрівом до 600 - 900 o C. Необхідні експлуатаційні характеристики вогнетривких мас формуються безпосередньо в службі.
Перевага розглянутих мас порівняно з аналогом очевидна з таких даних. Якщо відомі маси в системі Al 2 O 3 - SiO 2 - SiC - C - характеризуються пористістю 28-35%, то пропонована 16-18%. Показники межі міцності при стиску сж після термообробки при 1000 - 1300 o C у першому випадку коливаються в межах 8 - 20, у другому - 80 - 160 МПа. Після випалу (або служби) при 1500 o C показники підвищуються до 200 – 250 МПа. Крім того, пропоновані маси характеризуються високою об'ємністю і температурою початку деформації під навантаженням - більше 1650 o C.
Вогнетривкі маси, отримані за пропонованим способом, зберігають свої властивості в часі і допускають заморожування. Після останнього перед застосуванням потрібне розморожування.
З мас аналогічного складу може виконуватися монолітне футерування проміжних і сталерозливних ковшів. Остання може бути арматурною (для промківшої) і робочої (сталерозливний ківш). В останньому випадку дуже ефективними є монолітні футеровки, що містять шпінель. Для цього до складу зернистого заповнювача вводять середньозернисті (0,1 - 0,5 мм) фракції алюмомагнезіальної шпінелі або MgO, що є шпінелеутворюючою добавкою вогнетривких масах даного складу. Зміст MgO у масах варіює не більше 4 - 8%.
Для арматурного футерування може застосовуватися вогнетривка маса в системі ВКВС бокситу - шамотний заповнювач, для сталкої - ВКВС бокситу - щільний бокситовийзаповнювач або електрокорунд.
У певних випадках вогнетривкі маси розглянутих складів безпосередньо перед застосуванням (укладанням) можуть вводитися структуруючі добавки високоглиноземистого цементу в кількості 0,5 - 3%.
Вогнетривкі маси, отримані за пропонованим способом, можуть ефективно замінити алюмосилікатні набивні маси загального призначення, що випускаються вогнетривкою промисловістю. Останні, як правило, виробляють з використанням у вигляді зв'язки ортофосфорної кислоти.
З розглянутих мас при необхідності можуть виготовлятися великогабаритні фасонні вогнетривкі вироби типу гніздових блоків, пальників та ін. Методи формування - пресування, набивання (трамбування), вібролиття та ін
Футерування або вироби з пропонованих мас характеризуються не тільки підвищеною стійкістю в службі, а й зниженою заводською собівартістю, а екологічно нешкідливими.
Одержання суспензії бокситу здійснюють з використанням 5 - 10%-вої добавки високодисперсного плавленого кварцу, що вводиться у вигляді зливу-відходу виробництва відцентровоформованих кварцових вогнетривів. При цьому злив вводять разом з водою, яка розраховується на кінцеву вологість суспензії 11,5 - 13%. Разом із завантаженням матеріалу вводяться розчинні добавки, наприклад розчин рідкого скла, для підтримання значення pH в межах 8,5 - 10,0. Температура процесу досягає 60 - 80 o C. Помел здійснюють з 2 - 5-кратними довантаженнями матеріалу, що супроводжується поступовим зростанням щільності суспензії до 2,65 - 2,75 г/см 3 . Помел здійснюють до досягнення цієї щільності та дисперсності, що відповідає вмісту 3 - 10% частинок більше 63 мкм (20 - 40% частинок менше 5 мкм). Після помелу суспензію зливають у накопичувальний барабан - стабілізатор і піддають механічному.перемішування при окружній швидкості 1,2 - 1,8 м/с протягом щонайменше 6 - 10 год. Одночасно коригується значення pH суспензії задля досягнення максимального розрідження.
З використанням отриманої суспензії бокситу в бігунковому змішувачі готується формувальна суміш, що містить (по сухому): 32% тонкомолотого (із суспензії) бокситу; 55% вогнетривкого заповнювача на основі електрокорунду фракції 0,1 - 8 мм; 13% заповнювача з карбіду кремнію зернистістю 0,02 - 0,2 мм.
Понад 100% вводяться добавки вогнетривкої глини (0,5 - 1,5%) та 1,5 - 3% подрібненого (нижче 0,2 мм) кам'яновугільного пеку.
Якщо добавка глини у поєднанні з добавкою SiO 2 визначає підвищену температуру деформації під навантаженням, то добавка пеку сприяє підвищенню стійкості шлаків футеровки при службі.
Маси наведеного складу після змішування характеризуються вологістю 4 – 4,5%. Завантаження мас здійснюється в герметичні ємності – мішки. На заводі - споживачі маси перемішуються і додатковому зволоженню до вологості 5,3 - 5,8%. З цієї маси із застосуванням вібраційних пристроїв здійснюється процес виготовлення монолітного футерування жолобів доменних печей.
Джерела інформації 1. Великін Б.А., Каркліт А.К., Кузнєцов Ю.Д. та ін. Футерівка сталерозливних ковшів. - М: Металургія, 1990. - 246 с.
3. Пивінський Ю.Є. Нові вогнетривкі бетони. - Білгород: Бел ГТАСМ, 1996.
4. Пивінський Ю.Є. Нові вогнетривкі бетони та в'яжучі системи - основний напрямок у розробці, виробництві та застосуванні вогнетривів у XXI столітті. Частина IV. Низькоцементні бетони та безцементні неформовані вогнетриви.// Вогнетриви та технічна кераміка, 1998, N 5, с. 2 – 10.
5. Пивінський Ю.Є. Керамічні в'яжучі та керамобетони. -М.: Металургія, 1990. – 272 с.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб виготовлення вогнетривких мас для монолітних футеровок, що включає підготовку крупнозернистої складової і в'яжучого у вигляді попередньо отриманої висококонцентрованої суспензії вогнетривкого компонента, їх змішування, формування методом набивання, вібролитва або лиття, що відрізняється тим, що використовують висококон 18% при вмісті частинок до 5 мкм 20 - 40 мас.%, а як заповнювач використовують боксит або електрокорунд, додатково містить карбід кремнію до 18 мас.% при наступному вмісті компонентів по сухій речовині, мас.%: В'яжуче - 25 - 50 Заповнювач - 50 - 75 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в'яжучу суспензію вводять пластифікуючі та спекаючі добавки.