СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD OF RECEIVING OF REFRACTORY PRODUCTS

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных безобжиговых изделий, может быть использовано при изготовлении футеровки тепловых агрегатов в металлургии, котлов, горелочных камней и т.д.
Известен способ изготовления безобжиговых огнеупорных изделий, применяемых в металлургической промышленности, патент РФ №2203247, С04В 35/14, 2003. Способ включает приготовление вяжущей суспензии, ее стабилизацию, приготовление формовочной массы путем подачи вяжущей суспензии в заполнитель, вибропрессование изделий и их сушку. Изделия, полученные данным способом, не отличаются высокой прочностью при температурах, необходимых для футеровки тепловых агрегатов в цветной металлургии.
Способ получения сухой огнеупорной керамобетонной массы для футеровки тепловых агрегатов преимущественно в цветной металлургии по патенту РФ №2303582, С04В 35/66, 2007, включает смешение глиноземосодержащего заполнителя и тонкомолотой составляющей. В качестве глиноземосодержащего заполнителя используют материал определенного фракционного состава с содержанием глинозема 15-70 мас.% из группы шамот, муллит, корунд. В качестве тонкомолотой составляющей используют высококонцентрированную керамическую вяжущую суспензию - ВКВС - влажностью 14-17%, полученную мокрым помолом дробленого глиноземосодержащего материала в щелочной среде с последующей стабилизацией. В огнеупорной керамобетонной массе содержание заполнителя составляет 50-60 мас.%, а содержание ВКВС составляет 40-50 мас.%. Недостатком является высокая пористость изделий, полученных из данной сухой огнеупорной керамобетонной массы.
В качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения выбран способ получения огнеупорных изделий для футеровки тепловых агрегатов преимущественно в цветной металлургии по патенту РФ №2303583, С04В 35/66, 2007. Способ включает получение формовочной смеси смешением глиноземосодержащего заполнителя и тонкомолотой составляющей, формование изделий и их отверждение сушкой с упрочнением жидким стеклом. Формовочную смесь готовят при следующем соотношении компонентов: содержание заполнителя составляет 50-60 мас.%, а содержание ВКВС составляет 40-50 мас.%. Прочность огнеупорных изделий, полученных данным способом, позволяет использовать их при температуре 700°С, но может быть недостаточной для изготовления изделий, работающих при температурах 1400-1800°С, применяемых в металлургической промышленности.
Технической задачей изобретения является повышение прочности изделий, получаемых заявляемым способом.
Технический результат, направленный на решение указанной задачи, заключается в снижении открытой пористости изделий, влияющей на их прочностные характеристики.
Технический результат достигается за счет того, что в способе получения огнеупорных изделий, включающем приготовление высококонцентрированной керамической вяжущей суспензии (ВКВС), приготовление заполнителя из дробленого глиноземосодержащего материала, получение формовочной смеси, формование изделий, сушку, упрочнение, согласно изобретению мокрым помолом дробленого глиноземосодержащего материала готовят вяжущую суспензию с поэтапной загрузкой материала в мельницу с добавлением жидкого стекла на каждом этапе загрузки в количестве 1-1,1% от массы сухого загружаемого материала, заполнитель готовят следующего фракционного состава, мас.%:
0-1 мм
6-8,
1-5 мм
38-40,
5-10 мм
54,
формовочную смесь готовят влажностью 6,5-9% со следующим соотношением компонентов, мас.%:
высококонцентрированная
керамическая вяжущая суспензия
33-45%,
заполнитель
55-67.
Технический результат обеспечивается тем, что вяжущую суспензию готовят мокрым помолом дробленого глиноземосодержащего материала влажностью 14-16% с содержанием частиц размером более 63 мкм не более 5%. Выполнение этих условий способствует получению большего количества частиц коллоидной фракции, а также обеспечивает механохимическую активацию частиц твердой фазы. Таким образом, увеличивается активная часть суспензии, влияющая на прочностные характеристики изделия. Кроме того, благодаря повышению в ВКВС коллоидного компонента с максимальной реакционной способностью и активностью повышаются вяжущие свойства материала огнеупорных изделий после их сушки, чем достигается их низкотемпературное упрочнение. Поэтапная загрузка материала в мельницу позволяет регулировать быстроту схватывания. Добавление жидкого стекла на каждом этапе загрузки в количестве 1,1% от массы загружаемого материала позволяет повысить стойкость ВКВС к расслаиванию и осаждению, увеличивает герметичность пор, что обеспечивает в конечном результате прочность огнеупорных изделий. Приготовление заполнителя следующего фракционного сотава, мас.%: 0-1 мм - 6-8, 1-5 мм - 38-40, 5-10 мм - 54, позволило повысить плотность формуемого изделия, уменьшить его пористость, повысить прочность изделия после низкотемпературной обработки. Соблюдение вышеуказанных режимов и условий при приготовлении ВКВС позволило изменить процентное соотношение содержания компонентов формовочной смеси по сравнению с ближайшим аналогом в сторону уменьшения ВКВС. Соотношение при замешивании формовочной смеси, мас.%: заполнитель 55-67%, ВКВС 33-45%, является более оптимальным для получения высокоплотного огнеупорного материала за счет повышения процентного содержания заполнителя, в качестве которого используют дробленый глиноземосодержащий материал, обладающий большей плотностью и твердостью, чем ВКВС. Снижением количества открытых пор, проницаемых для расплавов, добиваются повышения стойкости и прочности огнеупорных изделий, получаемых данным способом. Баланс модуля и количества загружаемого жидкого стекла является оптимальным для достижения технического результата, подобран опытным путем. Модуль жидкого стекла 2,3-2,7, количество жидкого стекла 1-1,1% от массы загружаемого сухого продукта.
2
3
3
Способ получения огнеупорных изделий осуществляют следующим образом. В качестве сырья используют глину Берлинского месторождения Челябинской области Троицкого района, характеризующуюся высоким содержанием глинозема. Готовят связующее - ВКВС - мокрым помолом в шаровой мельнице огнеупорной крошки алюмосиликатного состава с содержанием ALO от 15 до 17% и размером зерна до 10 мм в щелочной среде рН 8-11. Помол ведут до получения частиц размером до 5 мкм с содержанием 30-50%, более 63 мкм - до 5%. В качестве щелочного компонента используют натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,3-2,7 плотностью 1,4-1,51 г/см. Загрузку материала в шаровую мельницу проводят поэтапно. Загружают 70% огнеупорной крошки от общего ее количества, необходимого для получения ВКВС, 100% необходимого количества воды, 1,1% жидкого натриевого стекла от массы загружаемой огнеупорной крошки. Нагревают суспензию до температуры 45-60°С, размалывают частицы материала до прохода через сито. Далее загружают еще 15-20% огнеупорной крошки и 1-1,1% жидкого натриевого стекла от массы сухого загружаемого материала, нагревают суспензию до температуры 50-70°С, загружают оставшиеся 10-15% огнеупорной крошки и 1,1% от массы загружаемой огнеупорной крошки жидкого натриевого стекла, размалывают частицы до полного прохода через сито. При достижении ВКВС влажности 14-16% и содержания в ней частиц размером до 5 мкм 30-50%, а более 63 мкм до 5% суспензию сливают в стабилизатор - закрытую емкость, где при принудительном перемешивании в течение 7-20 часов проводят ее стабилизацию. Огнеупорный заполнитель рассеивают по фракциям. Фракцию 0-1 мм смачивают водой в количестве до 1% от общей массы загрузки для получения формовочной влажности 6,5-9%. Заполнитель готовят при следующем соотношении фракционного состава, мас.%:
0-1 мм
6-8,
1-5 мм
38-40,
5-10 мм
54.
3
Загружают в бетоносмеситель 33-45% ВКВС и 55-67% огнеупорного заполнителя, получают формовочную смесь, которая является виброналивной массой, заливают ее в разборные металлические формы. Проводят виброформование при следующих параметрах уплотнения смеси: частота вибрации 50 Гц, амплитуда 0,3-0,5 мм, время формования 1-3 мин. Проводят предварительную сушку изделий в формах при температуре 90-100°С в течение 7 часов. Скорость нагрева не регламентируется. После окончания предварительной сушки у форм раскрывают борта, проводят сушку в течение 1,5 часов при температуре 150-200°С. Извлекают изделия из формы и проводят окончательную сушку при температуре 150-200°С в течение 4 часов. Для обеспечения целостности в процессе транспортировки, монтажа и эксплуатации высушенные изделия подвергают упрочнению в водном растворе натриевого жидкого стекла плотностью 1,02-1,06 г/см, после чего сушат при температуре 150-200°С в течение 3 часов.
Испытания образцов изделий, полученных заявляемым способом, показали, что их значения открытой пористости и прочностные показатели превосходят подобные показатели образцов, выполненных способом, указанным в ближайшем аналоге данного изобретения. Также данные образцы по всем характеристикам превосходят образцы, изготовленные из огнеупорного бетона, где связующим является натриевое жидкое стекло, а заполнителем - огнеупорный порошок с различным содержанием
2
3
AlO, а также образцы из огнеупорного кирпича ША-1. Сравнительные результаты испытаний образцов приведены в таблице, где
материал изобрет.- материал образцов, полученных по способу заявляемого изобретения,
материал аналога - материал образцов, полученных по способу, указанному в ближайшем аналоге.
Показатели
Термообработка, °С
200
1000
Материал изобрет.
Материал аналога
Материал изобрет.
Материал аналога
Пористость открытая, %
15-18
17-20
16-19
18-21
Плотность кажущаяся, г/см<sup>3</sup>
2,35-2,6
2,35-2,6
2,36-2,65
2,36-2,65
Водопоглощение %
6,9-7,9
6,9-7,9
7,2-8,0
7,2-8,0
Напряжение на сжатие, МПа
22,4-26,5
6,4-8,5
51-65
51-65
Расплавопоглощение (2 часа в расплаве), %
4,6-5,5
5,3-6,2
5,6-6,3
5,6-6,3
Терморасплавостойкость, цикл
>40
>25
>40
>25
Термостойкость (1000°С - вода), цикл
>80
-
>80
-
Термостойкость (1000°С - воздух), цикл
-
>35
-
>35
Как видно из таблицы, осуществление заявляемого способа позволило получить более плотную «упаковку» формуемого изделия, что повлияло на уменьшение открытой пористости, при этом значительно сократилось количество пор до 5 мкм, а именно в 1,5 раза, за счет этого повысилась терморасплавоустойчивость. Возросла прочность изделия после низкотемпературной обработки и термостойкость изделия в более жестких условиях, чем у аналога (1000°С/вода взамен 1000°С/воздух) после низкотемпературной обработки. Изделия, полученные способом, описанным в аналоге, работают при температурах 650-800°С и используются в цветной металлургии. Изделия, полученные заявляемым способом, работают при температурах 1400-1800°С, спектр их применения гораздо шире, чем у изделий ближайшего аналога.
Таким образом, изобретение позволяет повысить прочность изделий, получаемых заявленным способом.