ДИНАСОВОЕ ОГНЕУПОРНОЕ ИЗДЕЛИЕ

Полезная модель относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных изделий для футеровки коксовых, стекловаренных, мартеновских, электросталеплавильных печей, воздухонагревателей доменных печей и других тепловых агрегатов.
Известны динасовые огнеупорные изделия, состоящие из зерен кристобалитизированного кварцита, реликтов (3-кварца и межзеренной матрицы, например, описанные в справочнике под редакцией Д.И.Гавриша «Огнеупорное производство», М., 1965, т.1, с.279, монографии М.С.Кайнарского «Динаса, М., 1961, с.320.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является динасовое огнеупорное изделие, представленное в монографии М.С.Кайнарского «Динас», М., 1961, с.320.
2
3
Фазовый состав известного изделия с известково-железистой добавкой (СаО 2,0 мас. % и FеO 0,5 мас. %), мас. %: кварц 18, тридимит 46, кристобалит 36. Микроструктура изделия состоит из зерен кристобалитизированного кварцита, содержащего реликты неперерожденного (остаточного) {3-кварца в количестве 18 мас. %, межзеренной матрицы, состоящей из кристаллов тридимита, местами образующих сростки, и расположенных между ними включений силикатного стекла.
Недостатками данного огнеупорного изделия являются большое содержание в фазовом составе остаточного кварца и недостаточная тридимитизация черепка. Остаточный кварц вызывает значительный дополнительный рост огнеупора при вторичном нагреве до температуры выше 1450°С при его полиморфных превращениях в кристобалит и тридимит. Во время этого процесса происходит разрыхление структуры и повышение пористости. При недостаточном образовании тридимита в динасовом огнеупоре не образуется плотная матрица, обеспечивающая прочность огнеупора.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков и создание динасового огнеупорного изделия с высокой степенью тридимитизации.
Техническим результатом является снижение в динасовом огнеупорном изделии содержания реликтов (3-кварца (остаточного кварца), повышение степени тридимитизации, с созданием прочной матрицы в виде непрерывного сростка кристаллов копьевидных двойников тридимита.
Для достижения этого, согласно формулы полезной модели динасовое огнеупорное изделие содержит кристобалитизированные зерна микрокристаллического кварцита с размером кристаллов 10-150 мкм, включающие 1-6 мас. % реликтов {3-кварца размером 3-20 мкм, и межзеренную матрицу, включающую непрерывный сросток кристаллов копьевидных двойников тридимита размером 10-30 мкм и стекловидное
2
2
3
2
3
2
вещество состава, мас. %: 60-80 SiO, 15-25 АlО, 5-15 FеO+СаО+RO при следующем соотношении фаз в изделии, мас. %:
указанный тридимит 40-56
указанные кристобалитизированные зерна микрокристаллического кварцита 36-48
стекловидное вещество указанного состава 8-12
Предложенное динасовое огнеупорное изделие, содержащее остаточный кварц в количестве не более 6 мас. % с реликтами β-кварца размером 3-20 мкм имеет дополнительный рост при повторном нагревании до 1450°С не более 0,4% и плотную структуру. Это обеспечивается микроскопическими размерами кристаллов в кварците и реликтов β-кварца, которые не создают больших термических напряжений при перерождении кварца, ведущих к существенному разрыхлению структуры изделия.
Кристаллы кварца в микрокристаллическом кварците имеют изометрическую, неправильную форму с извилистыми, зазубренными краями. Имеющиеся зазоры на границах между кристаллами играют роль компенсаторов объемных изменений при перерождении кварца. Рост реликтов β-кварца частично компенсируется также стеклофазой, которая не дает проявиться полному сжатию кристаллических модификаций кремнезема при охлаждении динасового огнеупорного изделия после первичного обжига, тем самым, уменьшая величину его расширения при последующем нагревании. Образующийся в достаточном количестве тридимит кристаллизуется в виде копьевидных двойников и образует
тонкокристаллический непрерывный сросток, обеспечивая высокую прочность черепку изделия.
Кристаллизация тридимита в виде копьевидных двойников характерна для динасового огнеупорного изделия, образующего в обжиге малое количество равновесного расплава. Увеличение количества расплава до 15-30 мас. % дает кристаллизацию тридимита в виде призмочек и пластинок и снижает устойчивость изделия к деформации при высоких температурах.
Указанный оптимальный состав стекловидного вещества обеспечивает максимальную степень перерождения кварца в кристобалит и тридимит и не снижает огневых свойств огнеупорного изделия. Он достигается введением в динасовое огнеупорное изделие минерализатора сбалансированного состава.
2
Полезная модель поясняется примером изготовления динасового огнеупорного изделия. Для получения динасового огнеупорного изделия заявляемой структуры и фазового состава использовали следующие материалы: микрокристаллический кварцит месторождения "Гора Караульная", имеющий размер кристаллов 10-150 мкм и содержание SiO 98,5 мас. %, фракции 0-3,2 мм, с содержанием фракции менее 0,5 мм в пределах 44-55 мас. % и в т.ч. фракции менее 0,09 мм в пределах 26-32 мас. %, известь (ГОСТ 9179-77), шламы конвертерные (ТУ 14-134-147-77), лигносульфонат технический (ТУ 54-028-00279580-97).
Из указанных компонентов готовится формовочная масса, причем известь и шламы конвертерные вводятся в массу в виде предварительно приготовленного минерализатора, представляющего собой смесь
2
3
известкового молока и шлама конвертерного с содержанием СаО не менее 24 мас. % и FеO в пределах 9,5-10,5 мас. %, при следующем содержании компонентов, мас. %:
минерализатор в расчете на СаО 1,2-2,8
лигносульфонат технический (на сухое) 0,4-1,0
указанный микрокристаллический кварцит остальное
3
Из массы влажностью 4,5-5,5% на гидравлических, коленорычажных или фрикционных прессах формуют сырец изделия с кажущейся плотностью 2,27-2,28 г/см, сушат в туннельном сушиле при температуре 100-220°С до остаточной влажности не более 1,0% и обжигают в туннельной печи. Продолжительность обжига в интервале температур 1380-1420°С составляет 66-84 часа. В процессе высокотемпературного обжига с длительной выдержкой при конечной температуре достигается большая степень перерождения кварца в динасовом огнеупорном изделии и формирование матрицы в виде непрерывного сростка кристаллов копьевидных двойников тридимита.
2
Динасовые огнеупорные изделия, выпускаемые ОАО "Первоуральский динасовый завод", по сравнению с прототипом содержат остаточный кварц в количестве не более 6 мас. %, имеют межзеренную матрицу в виде непрерывного сростка кристаллов копьевидных двойников тридимита размером 10-30 мкм, тридимито-кристобалитовый фазовый состав, средний предел прочности при сжатии 30 Н/мм, пористость в пределах 19-20% и обладают хорошей стойкостью в службе.
Источники информации:
1. Справочник под редакцией Д.И.Гавриша «Огнеупорное производством, М., 1965, т.1, с.279;
2.
Монография М.С.Кайнарского "Динас", М., 1961, с.320.