СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧИСТОГО ОТ УГЛЕРОДА И КАРБИДОВ ПЛАВЛЕНОГО ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ
METHOD FOR OBTAINING A FUSED ZIRCONIUM DIOXIDE PURE FROM CARBON AND CARBIDES

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к производству плавленых огнеупорных материалов, конкретно к получению чистого плавленого диоксида циркония со стабилизирующими добавками, который используются для производства огнеупорных изделий.
Известен способ получения диоксида циркония стабилизированного оксидом кальция по [1], в котором плавленый диоксид циркония получают плавкой на блок бадделеитового концентрата и медленным охлаждением расплава в ванне печи, при этом получается материал, который сильно науглерожен, содержит карбиды и плохо стабилизирован, содержание кубической фазы 60-70%, что не позволяет использовать данный материал для производства качественных огнеупоров.
Наиболее близким (прототипом) является способ получения плавленого диоксид циркония стабилизированного оксидом кальция по [2], в котором плавленый диоксид циркония получают плавкой на блок бадделеитового концентрата при продувке расплава сжатым воздухом через полые электроды, и медленном охлаждении расплава в ванне печи, при этом получается материал частично науглероженный с низким содержанием карбидов и плохо стабилизированный, содержание кубической фазы 60-70%, что не позволяет использовать данный материал для производства качественных огнеупоров.
Как следует из литературных источников, наплавленный на блок диоксид циркония из бадделеитового концентрата перед применением подвергали окислительному обжигу при температуре 1500 град. С или выше для окисления углерода, карбидов и восстановления стехиометрии диоксида циркония [3, 4].
Основными недостатками известных способов плавки является получение науглероженного плавленого диоксида циркония с низкой степенью стабилизации - содержание кубической фазы 60-70%, что не позволяет использовать данный материал для производства качественных огнеупоров без дополнительного окислительного обжига на 1500 град. С.
Задачей изобретения является - получение чистого от углерода и карбидов плавленого диоксида циркония с содержанием кубической фазы в пределах 70-85% без дополнительного обжига.
Для решения поставленной задачи и получения технического результата плавление шихты диоксида циркония со стабилизирующей добавкой проводят в окислительных условиях открытой дугой при напряжении 90 В и фазном токе 2,4-2,9 кА в течении 2 ч., после чего расплав дополнительно окисляют на воздухе путем его слива из печи в футерованную изложницу слоем 100-300 мм с получения 70-85% кубической фазы в плавленом материале.
Сущность изобретения состоит в том, чтобы снизить содержание углерода и карбида в плавленом стабилизированном диоксиде циркония за счет плавление шихты в окислительных условиях открытой дугой при напряжении 90 В и фазном токе 2,4-2,9 кА в течении 2 ч. и дополнительном окислении расплава на воздухе во время его слива из печи в изложницу и охлаждения в ней.
Если плавление шихты проводить при меньшем напряжении и больших токах электроды погрузятся в расплав и он науглероживается, а при больших напряжениях и меньших токах возникнет неустойчивый режим плавление и время плавки увеличиться больше 2 часов, что также приведет к науглероживанию расплава.
Одновременно можно регулировать содержание кубической фазы (степень стабилизации материала) изменением скорости охлаждения расплава на воздухе, которая зависит от толщины слоя расплава и скорости теплоотдачи от расплава к футерованной изложнице. Так при слое менее 100 мм скорость охлаждения и кристаллизации высокая и полученный материале содержит кубической фазы более 85%, что не позволяет использовать данный материал для производства качественных огнеупоров. Если слой расплава более 300 мм, скорость охлаждения и кристаллизации низкая и полученный материал содержит кубической фазы менее 70%, что также не позволяет использовать данный материал для производства качественных огнеупоров. Только слой расплава 100-300 мм имеет нормальную скорость охлаждения и кристаллизации и обеспечивает получение в материале 70-85% кубической фазы, что подходит для использования при производстве качественных огнеупоров.
Данный способ осуществляли следующим образом. Смешивали 92-96% бадделеитового концентрата, содержащего 96-98% диоксида циркония, и 4-8% стабилизирующей добавки, в качестве которой использовали окись кальция (строительный мел с пересчетом на СаО), окись магния (каустический магнезит, брусит, периклаз с пересчетом на MgO) и двуокись иттрия. Полученную шихту в количестве 500 кг загружали порциями в электродуговую печь РКЗ-1 (установленная мощность печного трансформатора 1250 кВА) и плавили при рабочем напряжении 90 В и фазном токе 2,4-2,9 кА в течении 2 часов, затем печь наклоняли и 500 кг расплава сливали в футерованную изложницу. Данного напряжения было достаточно для получения открытой дуги и окислительных условий плавки, что позволило избежать науглероживания расплава и образование карбидов, а при сливе расплава из печи в изложницу он дополнительно окислялся на воздухе. Охлаждение слитого расплава на воздухе слоем 100-300 мм в футерованной изложнице способствовало получение плавленого диоксида циркония с заданным количеством кубической фазы. Совокупность этих факторов позволила получить чистый плавленый диоксид циркония с заданными свойствами.
Полученный плавленый материал не содержал углерода и карбидов, имел светло-желтоватый цвет и требуемое количество кубической фазы. После охлаждения и измельчения плавленый материал использовали по назначению без каких либо дополнительных обработок и обжига.
Таким образом, предложенный способ получения плавленого диоксида циркония позволяет исключить науглероживания расплава и образование карбидов за счет окислительной плавки и дополнительного окисления расплава на воздухе во время слива из печи в изложницу и получить частично стабилизированный материал за счет различной скорости охлаждения и кристаллизации расплава в футерованной изложницы.
Источники информации:
1. RU. A.C. №893966, С04В 35/60, 30.12.1981 г. [1];
2. RU. А.С. №1590469, С04В 35/02, 07.09.1990 г. [2];
3. Освоение плавки бадделеита в электродуговой печи. А.Г. Караулов, А.Д. Малюк, В.Г. Дружинин и др. / Огнеупоры - 1983 г. №4, с. 34-36. [3];
4. Опыт плавки бадделеита в электродуговых печах типа ОКБ-955Н. А.Г. Караулов, Т.Е. Сударкина, Я.Г. Гапонов и др. / Огнеупоры - 1983 г. №6, с. 21-24. [4].