ОГНЕУПОР
REFRACTORY

Изобретение относится к области производства огнеупоров с высокой излучательпой способностью и предельной температурой длительного использования и может найти применение в металлургической теплотехнике, высокотемпературных установках и камерах сгорания.
2
3
2
2
3
2
2
3
2
3
Известен огнеупор корунд КЛ-1,3, который содержит по фазовому составу 74% корунда и 26% муллита (см. книгу Стрелов К.К. и др. Технология огнеупоров. - М.: Металлургия. - 1988 г., с.307, 313, 266). По химическому составу КЛ-1,3 состоит из 95% AlO (остальное - SiO). Фаза муллит - это эвтектика, условная формула которой 2AlO·SiO при предельном содержании AlO 78%. Фаза корунд представляет собой вещество с кристаллической решеткой α-AlO. Недостатки известного огнеупора:
1. Низкая излучательная способность, которая составляет 0,34 при температуре 1527°С.
2. Высокая стоимость огнеупора из-за дороговизны технического глинозема, используемого в качестве добавки при получении огнеупора.
2
3
2
2
3
2
Известен огнеупор шамот 40-30 по ГОСТ 390-83 (ГОСТ 390-83. Шамотные изделия. - М.: Изд-во стандартов, 1983, с.8), содержащий 40 массовых % AlO (остальное - SiO) и состоящий из 50% муллита и 50% кристобалита. Кристобалит - это эвтектическая фаза, которая содержит 5,5% AlO и 94,5% SiO.
Недостатки известного огнеупора:
1. Низкая излучательная способность, составляющая 0,43 при температуре 1527°С.
2
3
2. Относительно невысокая огнеупорность, составляющая 1740°С. Наиболее близким к заявляемому изобретению является огнеупор, содержащий, мас.%: 30…70 муллита, 20…69 кремнеземистого материала и 1…10 CrO (см. патент JP 56-48458, С04В 35/10, опубл. 16.11.1981 г.).
Недостатки известного огнеупора:
1. Невысокая излучательная способность, которая при оптимальном содержании 70% (мас.) муллита составляет 0,57 при температуре 1527°С.
2. Невысокая огнеупорность, составляющая при оптимальном содержании 70% (мас.) муллита, 1800°С.
Задачей изобретения является разработка состава готового муллитокремнеземистого огнеупора с высокой огнеупорностью и высокой излучательной способностью.
2
3
2
2
3
Технический результат достигается тем, что в огнеупор, содержащий эвтектические фазы муллит 3AlO·2SiO и кристобалит, согласно изобретению, дополнительно введена фаза хромит FeO·CrO при следующем содержании фаз, мас.%:
муллит
85…95
крнстобалит
1…15
хромит FeO·Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1…6
Исходная рецептура заявляемого огнеупора содержит следующие компоненты (см. табл.1):
Таблица 1
Рецептура заявляемого огнеупора по исходному минералогическому сырью
Компоненты и параметры
Значение
Технический глинозем (Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>=99,8%, размер частиц менее 0,07 мм), массовых %
66
Кварцит Первоуральского месторождения (SiO<sub>2</sub>=99,8%, размер частиц менее 0,09 мм), массовых %
30
Кимперсайский хромит (месторождение Южного Урала, содержание основного вещества по условной формуле* FeO·Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>=66,19%, подробный состав см. в табл.2, размер частиц менее 0,5 мм), массовых %
4
* - условная формула (см. кн. Стрелов К.К. и др. Технология огнеупоров. - М.: Металлургия. - 1988 г., с.392).
Таблица 2.
Состав Кимперсайского хромита (месторождение - Южный Урал):
Компоненты и параметры
Значение
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, массовых %
51,77
MgO, массовых %
14,75
FeO+Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> в пересчете на Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, массовых %
14,49
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, массовых %
10,15
SiO<sub>2</sub>, массовых %
6,73
Природные минералогические примеси, %
2,11
Способ получения заявляемого огнеупора
2
3
2
2
3
2
3
2
3
2
2
3
2
2
Плавка в электродуговой печи ДС-0,5 при окислительном режиме на открытой дуге при температуре 2100°С. Длительность плавки 1 час. По окончанию плавки жидкий расплав шихты выливается в форму, в которой он остывает. Технический глинозем AlO плавится при температуре 2050°С, кварцит SiO плавится при температуре 1770°С. В известном огнеупоре (см. патент JP 56-48458) чистый оксид хрома CrO плавится при температуре 1990°С. В заявляемом огнеупоре хромит FeO·CrO плавится при температуре 2180°С и в расплаве технического глинозема с кварцитом при температуре 2100°С присутствует в виде кристаллов, что повышает огнеупорность заявляемого огнеупора. Так как в исходной шихте содержится смесь технического глинозема AlO в количестве 66% и кварцита SiO в количестве 30% (см. табл.1), то при охлаждении расплава технического глинозема с кварцитом при температуре 1910°С затвердевает эвтектика муллит 3AlO·2SiO, то есть выпадают кристаллы муллита в жидком кварците SiO.
2
3
2
3
2
2
Гарантированный показатель огнеупорности заявляемой рецептуры готового огнеупора равен 1910°С, так как кристаллы хромита FeO·CrO, содержащиеся в шихте, плавятся при 2180°С. При дальнейшем охлаждении смеси кристаллов муллита 3AlO·2SiO и жидкого кварцита SiO при температуре 1585°С затвердевает эвтектическая фаза кристобалит.
2
3
2
2
3
2
В заявляемом готовом огнеупоре после электроплавки исходной рецептуры (см. табл.1) содержание муллита составило 95% и кристобалита 5% и определено по диаграмме состояния AlO-SiO по правилу рычага. Содержание чистого AlO в исходной рецептуре равно (0,998×66%) 65,868%, содержание чистого SiO равно (0,998×30) 29,94%.
2
3
2
2
3
2
2
3
2
3
2
3
Суммарное содержание в исходной рецептуре чистого AlO и чистого SiO составляет (65,868%+29,94) 95,808% и коэффициент приведения исходной рецептуры к 100%-ному содержанию AlO+SiO по диаграмме состояния равен 0,95808. Отсюда приведенное к диаграмме состояния содержание AlO в исходной рецептуре составит (65,868%/0,95808) 68,75 %. Приведенное содержание чистого AlO в исходной рецептуре необходимо лишь для определения количества муллита и кристобалита в готовом огнеупоре. Содержание чистого хромита FeO·CrO в готовом огнеупоре составляет (4%×0,6612) 65%.
пл
2
3
2
2
3
2
3
2
2
3
2
2
3
Результаты экспериментов по измерению излучательной способности ε при температуре 1600°С и огнеупорности t (°C) для различных составов по содержанию (мас.%) чистых фаз муллита 3AlO·2SiO, кристобалита и хромита FeO·CrO в готовых огнеупорах рецептур приведены в табл.3. В табл.3 муллит 3AlO·2SiO и кристобалит представляют собой фазы, в состав которых входят химические вещества AlO, SiO и которые с химическим веществом хромитом FeO·CrO и исходными примесями дают 100%.
Таблица 3
Излучательная способность ε и огнеупорность t<sub>пл</sub> (°C) рецептур в зависимости от содержания фаз
Содержание фаз, % по массе
ε
t<sub>пл</sub>, °C
3Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>·2SiO<sub>2</sub>=95%%, кристобалит = 5%, FeO·Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>=2,65%;
0,62
1910
3Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>·2SiO<sub>2</sub>=85%%, кристобалит = 15%, FeO·Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>=2,65%;
0,60
1885
3Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>·2SiO<sub>2</sub>=99%%, кристобалит = 1%, FeO·Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>=5,3%;
0,61
1900
3Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>·2SiO<sub>2</sub>=92,5%%, кристобалит = 7,5%, FeO·Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>=1%
0,59
1895
2
3
2
3
2
Технический результат - повышение огнеупорности ц излучательнои способности огнеупора - достигается тем, что в готовом огпеупоре содержится фаза хромит FeO·CrO с температурой плавления 2180°С, а также большое содержание фазы муллит 3AlO·2SiO. Присутствие кристобалита повышает излучательную способность муллита при высоких температурах.