ОГНЕУПОРНАЯ МАССА
REFRACTORY MASS

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к составам огнеупорных масс, применяющихся для набивки тиглей индукционных печей при выплавке чугуна и стали.
Известна масса для набивной футеровки индукционных печей (RU №2133719, опубл. 27.07.1999), включающая кристаллический кварцит и цирконовый концентрат, которая дополнительно содержит в качестве минерализатора - триполифосфат натрия, а в качестве пластификатора - каолин. Средний размер зерен, входящих в состав этой массы, мм: кварцит 0,14-0,23, цирконовый концентрат 0,05-0,063.
Недостатком этой массы является ее повышенная влажность, следствием чего является низкая термостойкость из-за появления трещин и высокая степень спекания в околоиндукторной зоне.
Наиболее близкой к предлагаемой огнеупорной массе является масса для набивной футеровки индукционных печей (SU №402522, опубл. 01.01.1973), включающая в себя кварцит с добавками борной кислоты и соединений хрома при следующем соотношении компонентов, вес.%: кварцит-97,5-98,7, борная кислота-0,5-1,0, соединение хрома-0,3-1,5.
Недостатком указанной огнеупорной массы является низкая стойкость, из-за наличия в соединениях хрома железа, которое способствует быстрому увеличению спекаемого слоя, а следовательно, ведет к уменьшению количества проведенных плавок при установившихся режимах металлургического процесса.
В индукционной печи спекание массы уменьшает буферный (рыхлый) слой, контактирующий с водоохлаждаемым индуктором печи и защищающий индуктор от проникновения расплава металла через трещины. Интенсивный процесс спекания массы для набивной футеровки (огнеупорной массы) способствует также образованию усадочных трещин, что снижает безопасность эксплуатации индукционных печей. Наличие в шихте компонентов с низкой температурой плавления приводит в процессе службы огнеупоров к более быстрому износу футеровки, изготовленной путем набивки приготовленной массы.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении стойкости футеровки, изготовленной путем набивки предлагаемой огнеупорной массы, к расплавам металлов и сплавов при температурах службы 1550-1600°C. Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении плотности и металлоустойчивости футеровки, а также в повышении безопасности эксплуатации печей из-за низкого содержания свободного и связанного железа, обеспечивающем снижение интенсивности спекания и тем самым увеличение количества плавок при установившихся металлургических процессах.
Поставленная задача решается тем, что огнеупорная масса, включающая кристаллический кварцит, борную кислоту и добавку, согласно изобретению, в качестве добавки содержит электрокорунд белый фракции 0,315 мм и электрокорунд белый фракции 0,125 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
кристаллический кварцит
93,43-96,07
борная кислота
0,67-1,21
электрокорунд белый фракции 0,315 мм
2,75-4,15
электрокорунд белый фракции 0,125 мм
0,51-1,21
3
Использование в качестве огнеупорной массы указанного состава с заданным соотношением фракций создает оптимальные условия для спекания набивной футеровки с образованием плотной и прочной структуры, устойчивой к высокотемпературным расплавам. Указанный состав имеет температуру плавления 1650-1680°C, что позволяет получить плотную и прочную структуру в процессе спекания при температуре 1550-1600°C, причем процесс спекания начинается при температуре 1300-1400°C. Сочетание вещественного и зернового составов материала, используемого в предлагаемой огнеупорной массе, позволяет получить качественную набивную футеровку с высоким уровнем физико-керамических свойств, устойчивую к выплавке высоколегированных сталей. Наличие в составе электрокорунда белого, гранулометрический состав которого включает разные фракции, способствует повышению плотности, приводит к получению прочного оплавленного слоя футеровки за счет образования в результате реакции с кварцитом силиката алюминия с t° плавления 1860°C и плотностью 3,23 г/см, увеличивающего ее износостойкость и огнеупорность.
Предлагаемую огнеупорную массу изготавливают путем смешивания порошков указанных фракций в заявляемом соотношении до получения однородной массы. Продолжительность перемешивания в смесителе составляет 50-60 мин. При изготовлении футеровки тигельной индукционной печи огнеупорную массу уплотняют с помощью пневмотрамбовки. Спекание тигля производят по специальному графику с выдержкой при максимальной температуре металла 0,5-2,0 ч.
В таблице приведены исследованные составы огнеупорной массы.
Таблица
Компоненты
Состав, мас.%
1
2
3
Кварцит
96,07
96,07
93,43
Борная кислота
0,67
0,89
1,21
Электрокорунд белый 0315 мм
2,75
3,35
4,15
Электрокорунд белый 0125 мм
0,51
0,83
1,21
Стойкость футеровки, плавок
340
360
350
Как видно из таблицы, огнеупорная масса №2 из указанного состава обеспечивает получение более стойкой футеровки, что снижает вероятность проникновения расплава на индуктор и повышает безопасность печи при эксплуатации. Указанное соотношение компонентов и размера зерен обеспечивает возникновение в процессе плавки металлов в индукционных печах барьерного слоя, отличающегося аномально высоким значением относительной диэлектрической проницаемости по сравнению с окружающими слоями футеровки. Образующийся барьерный слой препятствует проникновению продуктов взаимодействия расплава металла и шлака с футеровкой в околоиндукторную зону, что приводит к существенному снижению степени спекания набивной огнеупорной массы в этой зоне, а, следовательно, и к повышению термостойкости футеровки при ее эксплуатации. Последнее обстоятельство имеет очень важное значение, так как предлагаемую (набивную) огнеупорную массу предполагается использовать в индукционных плавильных печах для выплавки стали.
Для экспериментальной проверки заявляемого состава огнеупорной массы были изготовлены методом набивки по выплавляемому шаблону непосредственно в печи футеровки для индукционной тигельной печи промышленной частоты типа ИЧТ с емкостью тигля 1 т. В качестве кварцита использовался первоуральский кварцит молотый ПКМВИ-2 по ТУ 1511-022-00190492-2003, в качестве электрокорунда белого использовался электрокорунд по ТУ 2-036-00221066-013-93, в качестве минерализатора использовалась борная кислота по ГОСТ 18704-78. Перечисленные компоненты тщательно перемешивали в бегунах в указанном выше соотношении. Затем полученную огнеупорную массу послойно трамбовали по шаблону ручной и пневматической трамбовкой. В качестве критерия термостойкости использовалось количество циклов плавки металла (получение расплава при температуре 1955-1960°С, слив и загрузка новой металлозавалки, при этом происходило охлаждение футеровки до 750°С), которые она выдерживает до образования сквозных трещин. Стойкость футеровки отслеживалась для чугуна, выплавляемого из металлозавалки, состоящей только из стального лома и ферросплавов.
3
На основании проведенной работы установлено, что применение предлагаемой огнеупорной массы позволяет выплавлять чугун из металлозавалки, состоящей из одного стального лома при сохранении стойкости, аналогичной для общепринятой металлозавалки (стальной лом, литейный или передельный чугун и чугунный лом). Достигаемый технический результат выражается в повышении плотности огнеупорной массы, чему способствует использование в качестве добавки электрокорунда белого, гранулометрический состав которого содержит разные фракции, и повышении металлоустойчивости футеровки, чему способствует получение прочного оплавленного слоя футеровки за счет протекания реакции между кремнеземом (кварцитом) и электрокорундом с образованием силиката алюминия с температурой плавления 1860°C и плотностью 3,23 г/см, а также в снижении интенсивности процесса ее спекания, повышении безопасности эксплуатации печи из-за более низкого содержания свободного и связанного железа, что увеличивает количество плавок печи при установившихся металлургических процессах.