СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ
CRUDE MIXTURE FOR MAKING FIRE-RESISTANT ARTICLES

Изобретение относится к области производства огнеупоров и может быть использовано для изготовления керамических узлов высокотемпературных агрегатов, огнеприпасов, тиглей, коробов, охранных стаканов, литейных форм, работающих при температурах до 1750°С.
Известна сырьевая смесь для изготовления огнеупорных изделий (авт. св. СССР №1723070, МПК С 04 В 33/22, 1992 г.), включающая, % мас.:
электрокорунд фрации менее 0,05 мм
15-20
высокоглиноземистый шамот
с содержанием Al<sub>2</sub>О<sub>3</sub> 68% мас.
или плавленый муллит фракции 0,4-1,0 мм
35-50
этилсиликат
0,7-1,0
высокоглиноземистый шамот
с содержанием Al<sub>2</sub>О<sub>3</sub> 68% мас.
или плавленый муллит фракции менее 0,05 мм
остальное
Изделия из такой смеси получают следующим способом: сначала готовят шликер из плавленого муллита или высокоглиноземистого шамота и электрокорунда в шаровых мельницах методом мокрого помола, затем шликер смешивают с заполнителем из шамота или плавленого муллита, смоченного этилсиликатом. Смесь выливают в активные формы и оставляют до окончания формообразования. После окончания формообразования изделия сушат и обжигают при температурах             1550 – 1580°С.
Недостатком изобретения является относительно низкая огнеупорность материала, изготовленного из указанной смеси - не более  1600°С из-за высокого содержания в ней шамота или плавленого муллита (около 80%), которые содержат значительное количество стеклообразующих примесей, вызывающих деформацию изделий при температурах выше     1500°С.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является сырьевая смесь для изготовления огнеупорных изделий (патент РФ № 2267469,        МПК. С 04 В 33/22 от 10.01.2006), включающая, % мас.:
электрокорунд фракции менее 0,05 мм
45-50
электрокорунд фракции 0,5-0,8 мм
20-25
плавленый муллит фракции 0,4-1,0 мм
15-22
плавленый муллит фракции 1,0-2,5 мм
5-8
этилсиликат
1-2
графит
2-5
Для приготовления сырьевой смеси сначала получают фракцию электрокорунда менее 0,05 мм путем мокрого помола электрокорунда       (№ 50, 63 или 80) до получения шликера с вязкостью 4-9°Е, pH 8-10 и остатком на сите 005 - 10%, а затем смешивают его с зернистым заполнителем из электрокорунда, муллита разных фракций и графита, смоченным этилсиликатом. Изделия из указанной смеси формуют в активных (гипсовых) формах, затем сушат и обжигают при температурах 1450–1500°С.
Недостатком изобретения является разноплотность сырца по высоте заготовки, сформованной из указанной смеси, что обусловлено относительно низкой вязкостью шликера, приводящей к расслоению формовочной массы и оседанию частиц зернистого наполнителя на дно формы.
Расслоению массы в процессе формообразования способствует также присутствие в ней этилсиликата, который препятствует смачиванию зерен наполнителя, их связыванию межзеренной прослойкой шликера и  образованию частицами твердой фазы пространственной структуры, обеспечивающей седиментационную устойчивость смеси.
Еще одним фактором, приводящим к разноплотности заготовки, является присутствие в смеси графита, который, будучи покрытым этилсиликатом, всплывает на поверхность и приводит  к снижению плотности в верхней части формовки.
Кроме того, в сырьевой смеси отсутствует промежуточная фракция между фракциями шликера (менее 0,05 мм) и фракциями наполнителя (более 0,4 мм), что не обеспечивает высокую плотность упаковки твердой фазы и седиментационную устойчивость формовочной смеси и также усугубляет ее расслоение в процессе формования изделия.
Практически, по указанным причинам из смеси прототипа невозможно получить равноплотные формовки высотой более 100 мм.           С увеличением габаритов изделий их разноплотность только возрастает. При обжиге таких изделий в них возникают напряжения, которые обусловлены различной усадкой областей заготовки, отличающихся по плотности материала, что приводит к образованию трещин и разрывов в процессе спекания или разрушению огнеупора при повторных нагревах в процессе эксплуатации. Следствием этого является высокий уровень брака при изготовлении изделий, а также их низкий ресурс работоспособности.
Задачей настоящего изобретения является снижение расслоения сырьевой смеси в процессе формования крупногабаритных огнеупорных изделий (более 100 мм по высоте) за счет увеличения седиментационной устойчивости, повышение равноплотности, эксплуатационной надежности огнеупоров, а также сокращение брака при их производстве.
Технический результат достигается тем, что предложена сырьевая смесь для изготовления огнеупорных изделий, состоящая из корундового водного шликера на основе электрокорунда фракции менее 0,05 мм и зернистого заполнителя, включающего фракции электрокорунда 0,5-0,8 мм и плавленого муллита 0,4-2,5 мм, отличающаяся тем, что заполнитель дополнительно содержит фракцию электрокорунда 0,125-0,15 мм, шликер имеет вязкость  20-30°Е, остаток на сите 005 – 0,1-1,0% мас. и рН 10,2-11,2, при этом соотношение твердых компонентов в смеси составляет, % мас.:
электрокорунд фракции менее 0,05 мм
35-40
электрокорунд фракции 0,125-0,15
11-14
электрокорунд фракции 0,5-0,8 мм
8-10
плавленый муллит фракции 0,4-2,5 мм
36-41
Фракцию электрокорунда менее 0,05 мм получают путем мокрого помола электрокорунда в шаровой мельнице до получения шликера со следующими параметрами: вязкость 20-30°Е, остаток на сите 005 – 0,1-1,0 мас.% и рН 10,2-11,2. По сравнению с прототипом, указанный шликер имеет более высокую вязкость (20-30°Е против 4-9°Е у прототипа), что обусловлено большей тониной помола шликера (остаток на сите 005 менее 1,0% мас., у прототипа – 10% мас.). При вязкости шликера менее 20°Е происходит оседание зерен заполнителя на дно формы, а при вязкости более 30°Е – смесь малоподвижна, что делает затруднительным формование тонкостенных крупногабаритных изделий, например, тиглей.
Повышенная вязкость шликера в заявляемом изобретении объясняется также более высоким рН-фактором (10,2-11,2 против 8,0-10,0 у прототипа), благодаря которому снижается степень коагуляции микронных и субмикронных частиц шликера и повышается устойчивость его пространственной структуры.
Кроме того, по сравнению с прототипом в смеси снижена массовая доля шликера в среднем на 10% мас., что дополнительно обеспечивает седиментационную стабильность формовочной смеси и способствует снижению расслоения смеси на компоненты. При введении в смесь шликера более 40% мас. (в пересчете на твердый компонент) наблюдается расслоение формовочной смеси и выпадение зернистого наполнителя на дно формы; при содержании шликера менее 35 мас.% - смесь малоподвижна, что приводит к высокому уровню брака при формовании крупногабаритных изделий.
Также с целью повышения седиментационной устойчивости, в смесь введена промежуточная фракция корунда 0,125-0,15 мм, которая дополняет фракционный состав зернистого наполнителя смеси, обеспечивая более плотную упаковку твердой фазы формовочной массы. При содержании фракции 0,125-0,15 мм в смеси менее 11,0% мас. наблюдаются расслоение массы с оседанием крупнозернистого наполнителя и значительная миграция шликера к стенкам активной (гипсовой) формы. При содержании фракции 0,125-0,15 мм в смеси более 14,0% мас. снижается подвижность смеси, что приводит к непроливам при формовании крупногабаритных огнеупоров.
Подобранный таким образом состав сырьевой смеси обеспечивает возможность получения бездефектных крупногабаритных огнеупоров с однородной макроструктурой по всему объему изделий, минимальными объемными изменениями в материале вплоть до температуры 1750°С, а также высокими и стабильными ресурсными характеристиками.
3
Технология изготовления изделий из предлагаемой сырьевой смеси состоит из следующих операций. Корундовый шликер с плотностью 2,7-2,9 г/см, рН 10,2-11,2, остатком на сите 005 – 0,1-1,0%, и вязкостью – 20-30°Е готовят мокрым помолом электрокорунда фракции 0,5-0,6 мм в шаровых мельницах в течение 10-12 часов. Затем его смешивают с зернистым заполнителем, состоящим из электрокорунда и муллита разных фракций, после чего смесь выливают в гипсовую форму при воздействии вибрационной нагрузки. Смесь выдерживают в форме до твердения, потом заготовку извлекают из формы и сушат в сушильном шкафу при температуре 80-120°С; по окончании сушки, изделия обжигают при температурах 1450-1500°С.
Из предлагаемой сырьевой смеси можно изготавливать различные крупногабаритные огнеупоры массой до 100 кг для промышленной эксплуатации при температурах  до 1750°С.
Пример 1 (прототип). Сырьевую смесь готовили путем мокрого помола электрокорунда до получения шликера вязкостью 7°Е, pH 9 и остатком на сите 005-10%. Шликер в количестве 47% мас. смешивали с зернистым наполнителем, предварительно смоченным этилсиликатом, в количестве 1,5% мас. следующего состава, % мас.:
электрокорунд фракции 0,5-0,8 мм
24
плавленый муллит фракции 0,4-1,0 мм
18
плавленый муллит фракции 1,0-2,5 мм
6,5
графит
3
Из смеси формовали плавильные тигли высотой 220 мм, для чего смесь выливали в активные (гипсовые) формы соответствующего размера и выдерживали в них до окончания формообразования. Затем изделия извлекали из форм, сушили и обжигали при температуре 1490°С. Отмечено, что в процессе формования имело место оседание частиц зернистого заполнителя на дно формы. Контроль готовых изделий показал, что разноплотность изделий по высоте составляла 15-18%, у 50% изделий имелись дефекты в виде протяженных трещин и цека.
Пример 2. Сырьевую смесь готовили путем мокрого помола электрокорунда до получения шликера вязкостью 20°Е и pH 10,2, остаток на сите 005 – 1,0%. Шликер в количестве 38% мас. (в пересчете на твердый компонент) смешивали с зернистым наполнителем следующего состава,         % мас.:
электрокорунд фракции 0,125-0,15 мм
14
электрокорунд фракции 0,5-0,8 мм
10
плавленый муллит фракции 0,4-2,5 мм
38
Из смеси формовали плавильные тигли высотой 220 мм, для чего смесь выливали в активные (гипсовые) формы при вибрационном воздействии на форму и выдерживали в них до окончания формообразования. Затем изделия извлекали из форм, сушили и обжигали при температуре 1490°С. Контроль готовых изделий показал, что разноплотность изделий по высоте составляла менее 3%, дефекты в виде протяженных трещин отсутствуют. Отбраковка изделий по наличию небольшого цека составила около 7%.
Пример 3. Сырьевую смесь готовили путем мокрого помола электрокорунда до получения шликера вязкостью 30°Е и pH 11,2, остаток на сите 005-0,1%. Шликер в количестве 40% мас. (в пересчете на твердый компонент) смешивали с зернистым наполнителем следующего состава,         % мас.:
электрокорунд фракции 0,125-0,15 мм
14
электрокорунд фракции 0,5-0,8 мм
10
плавленый муллит фракции 0,4-1,6 мм
36
Из смеси формовали плавильные тигли высотой 300 мм, для чего смесь выливали в активные (гипсовые) формы при вибрационном воздействии на форму и выдерживали в них до окончания формообразования. Затем изделия извлекали из форм, сушили и обжигали при температуре 1490°С. Контроль готовых изделий показал, что разноплотность изделий по высоте составляла менее 2%, дефекты в виде протяженных трещин отсутствовали. Отбраковка изделий по наличию небольшого цека составила около 5%.
Пример 4 Сырьевую смесь готовили путем мокрого помола электрокорунда до получения шликера вязкостью 25°Е и pH 10,6, остаток на сите 005-0,6%. Шликер в количестве 38% мас. (в пересчете на твердый компонент) смешивали с зернистым наполнителем следующего состава,         % мас.:
электрокорунд фракции 0,125-0,15 мм
11
электрокорунд фракции 0,5-0,8 мм
10
плавленый муллит фракции 0,4-1,6 мм
41
Из смеси формовали плавильные тигли высотой 300 мм, для чего смесь выливали в активные (гипсовые) формы при вибрационном воздействии на форму и выдерживали в них до окончания формообразования. Затем изделия извлекали из форм, сушили и обжигали при температуре 1490°С. Контроль готовых изделий показал, что разноплотность изделий по высоте составляла менее 2%, дефекты в виде протяженных трещин отсутствовали. Отбраковка изделий по наличию небольшого цека составила около 7%.
Анализ приведенных выше примеров показал, что применение предложенного состава сырьевой смеси позволяет существенно сократить уровень брака при изготовлении и повысить эксплуатационную надежность огнеупоров за счет повышения седиментационной устойчивости формовочной массы.