СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БОЛЬШЕМЕРНЫХ БЕЗОБЖИГОВЫХ ОГНЕУПОРНЫХ КЕРАМОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
METHOD OF MANUFACTURING OVERSIZE UNBURNT FIRE-RESISTANT CERAMOCONCRETE PRODUCTS PRIMARILY INTENDED FOR METALLURGY

Изобретение относится к области получения большемерных огнеупорных безобжиговых изделий на основе керамической вяжущей суспензии (КВС), в частности монолитных алюмосиликатных фурм длиной 4-6 м, применяемых, в основном, в металлургической промышленности для продувки в сталеразливочном ковше инертными газами сверху.
Известен способ изготовления огнеупорных изделий из материала на основе КВС с применением вибрации путем виброукладки смеси или вибролитья [1]. Способ включает получение вяжущей суспензии с заданными характеристиками, приготовление смеси вяжущей суспензии с заполнителем, загрузку ее в форму, виброформование и сушку. Известным способом можно получить огнеупорное изделие практически любых геометрических параметров, в т.ч. и большемерное, однако, к его недостаткам следует отнести низкую производительность и недостаточную термостойкость из-за неизбежного появления во время вибролитья раковин и неоднородной структуры готового изделия.
Известен способ получения многослойных керамических изделий из композиционного материала, который может быть использован для изготовления большемерных керамических изделий [2]. Способ заключается в том, что готовят керамическую шихту по крайней мере двух составов, содержащую композицию нитрид кремния-оксид иттрия или нитрид кремния-оксид магния и нитрид бора с различными соотношениями компонентов, предварительно уплотняют на механическом прессе в металлических пресс-формах в брикеты из шихты из композоции на основе нитрида кремния со ступенчатым изменением содержания нитрида бора, количество брикетов и последовательность укладки определяются конкретным диапазоном свойств (брикеты могут укладываться вертикально, в стопы или горизонтально, встык), а горячее прессование проводят при температурах 1550-1700 градусов и давлении 10-20 МПа в течение 2-3 часов в среде азота.
Известный способ получения большемерных керамических изделий не обеспечивает необходимых качеств фурм, в частности термостойкость, прочность и долговечность изделия. При этом в известном способе в одном процессе совмещается операция прессования при достаточно высоких прессовых усилиях и высокотемпературный обжиг, когда соединение отдельных изделий обеспечивается за счет процесса твердофазного спекания, что не обеспечивает монолитности готового большемерного изделия, гарантирующей его прочность в местах соединения.
Известен также способ получения огнеупорных безобжиговых изделий на основе КВС путем вибропрессования [3]. Способ характеризуется небольшой подвижностью формовочной смеси (за счет уменьшения в ней доли вяжущей суспензии) по сравнению со способом [1], а также применением таких технических решений, как самовакуумирование суспензии на стадии стабилизации, приготовление формовочной массы в смесительных бегунах и конусная корректировка стенок матричной формы в пределах до 0,013. Затем изделия подвергают сушке. Способ обеспечивает достаточную производительность при изготовлении безобжиговых изделий как огнеупорного, так и строительного назначения. При соблюдении определенных оптимальных условий на всех фазах получения огнеупорного изделия достигается достаточная шлакостойкость и ударная прочность за счет снижения открытой пористости внутреннего и внешнего слоев, однако, получение большемерного изделия огнеупорного назначения с сохранением всех преимуществ данного способа является трудновыполнимым с технической точки зрения.
2
Наиболее близким по сущности и достигаемому результату является пособ получения большемерных огнеупорных изделий по безобжиговой технологии, преимущественно для металлургической промышленности [4], включающий приготовление вяжущей суспензии, ее стабилизацию, смешение с заполнителем путем подачи вяжущей суспензии в заполнитель до получения оптимального соотношения, виброформование первичных сырых элементов с удельным статическим давлением 0,05÷0,20кг/см в течение 15÷40 с и их сушку, в котором перед сушкой отформованные первичные сырые элементы соединяют до заданных геометрических параметров с обработкой стыкуемых поверхностей составом на основе вяжущей суспензии для получения монолитности изделия.
Однако, как показала практика, несмотря на повышение прочности изделия, при описанных условиях омоноличивания изделия не происходит.
Задача, решаемая с помощью способа, заключается в получении высокопрочного, монолитного большемерного безобжигового керамобетонного огнеупорного изделия, в частности, монолитной фурмы длиной 4÷8 м для продувки стали в сталеразливочном ковше инертными газами сверху, путем соединения первичных отформованных элементов в стадии сырца до требуемых геометрических параметров и последующей сушкой готового изделия.
2
Задача решается следующим образом. Для изготовления безобжиговой монолитной фурмы формуют отдельные сырые элементы меньшего размера по известному способу [3], т.е. приготовление вяжущей суспензии, ее стабилизация, смешение с заполнителем алюмосиликатного состава и виброформование, при этом в заполнитель с определенным фракционным составом постепенно добавляют вяжущую суспензию до получения оптимального соотношения компонентов, а вибропрессование ведут с виброускорением 10÷80 м/сек в течение 25÷40 сек. Новым в заявляемом способе является то, что соединение отформованных первичных сырых элементов с обработкой стыкуемых поверхностей составом на основе вяжущей суспензии [4] до получения заданных геометрических параметров фурмы производится путем омоноличивания, за счет воздействия на первичные сырые элементы удельным статическим давлением от 0,02 до 0,5 МПа, при соблюдении влажности сырца от 6 до 9%. При этом соединение первичных сырых элементов целесообразно вести в вертикальном положении (в целях повышения технологичности процесса), чему способствует качество сырца, полученного по описанному способу.
При указанных условиях (необходимо применять не только определенное статическое давление, но и соблюдать определенную влажность сырца) происходит диффузия вяжущей керамической суспензии, т.е. омоноличивание отдельных сырых элементов, и получение единого, прочного изделия. Сформированное т.о. изделие отправляют затем в сушильную камеру и сушат известным способом с общим временем сушки не менее 12 часов. По окончании сушки готовое омоноличенное изделие удаляют из сушильной камеры и укладывают на транспортировочные поддоны.
По вышеописанному способу были изготовлены опытные партии керамобетонных образцов следующих размеров: 40×40×60 мм.
Результаты испытаний этих образцов приведены в таблицах 1, 2, 3 и проиллюстрированы на фиг. 1.
На фиг.1 показаны варианты результатов процесса, происходящего внутри изделия при соединении стыкуемых поверхностей сырых образцов при различных режимах, отраженных в таблицах 1, 2, 3:
1а) - процесс соединения отдельных сырых керамобетонных образцов и направление приложения удельного статического давления;
1б) - пример полного омоноличивания отдельных образцов при оптимальных режимах;
1в) - пример деформации образцов в случае превышения применяемого давления выше 0,5 МПа или влажности сырца более 9%;
1г) - пример неполного омоноличивания образцов;
1д) - пример простого склеивания образцов при режимах, отличных от заявляемых (омоноличивания не происходит, как и в прототипе).
На фиг.2 показана схема испытания готовых изделий «на трехточечный изгиб», где на опорах размещено готовое высушенное изделие (в данном случае собранное из трех элементов), а стрелкой показано направление приложения разрушающего усилия Р.
Примеры выявления оптимальных параметров заявляемого способа показаны в таблицах 1, 2, 3.
По вышеописанной технологии были изготовлены опытные партии омоноличенных фурм.
Высушенные готовые изделия (находившиеся в одинаковых режимах сушки) были подвержены механическому нагружению с последовательным приложением разрушающих сил по схеме (см. фиг.2).
Испытания полученных большемерных изделий, в частности на прочность, производят на известном оборудовании (на трехточечный изгиб), путем определения прочности при изгибе и визуально - характера разрушения.
Влажность соединяемых элементов не должна выходить за вышеуказанные пределы.
Изделия, отличающиеся влажностью менее 6%, разрушаются по шву. Если изделие имеет влажность более 9%, оно деформируется (см. показатели на таблицах и фиг.1).
Таким образом, из вышеописанного можно сделать вывод, что изготовленное по описанному способу большемерное огнеупорное керамобетонное изделие, омоноличенное при указанных условиях: удельном статическом давлении 0,02÷0,5 МПа и при влажности 6÷9 %, под воздействием механических нагрузок работает как цельное, единое тело, обеспечивая достаточную механическую прочность для выполнения необходимых кантовочных работ и транспортирования изделий. Таким образом, можно сделать вывод, что задача изобретения выполнена.
Результаты прочности изделий, полученных заявляемым способом, отражены в таблицах 1, 2, 3.
Таблица 1
Влажность керамобетонного сырца 6%
Удельное статическое давление на сырые образцы, МПа
Прочность при изгибе после сушки, МПа
Примечание
0,01
0,3
Разрушение идет по шву соединения керамобетонных элементов (фиг.1д)
0,02
0,7
Разрушение идет частично по соединительному шву, частично по телу керамобетона (фиг.1г)
0,05
2,9
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,1
3,2
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,2
3,9
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,3
4,6
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,4
4,8
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,5
5,2
Разрушение идет только по телу керамобетона фиг.1б)
0,6
-
Имеет место деформация сырца (фиг.1в)
Таблица 2
Влажность керамобетонного сырца 7,5%
Удельное статическое давление на сырые образцы, МПа
Прочность при изгибе после сушки, МПа
Примечание
0,01
0,4
Разрушение идет по шву соединения керамобетонных элементов (фиг.1д)
0,02
1,0
Разрушение идет частично по соединительному шву, частично по телу керамобетона (фиг.1г)
0,05
2,3
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,1
3,2
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,2
3,9
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,3
4,2
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,4
4,4
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,5
4,0
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,6
-
Имеет место деформация сырца (фиг.1в)
Таблица 3
Влажность керамобетонного сырца 9%
Удельное статическое давление на сырые образцы, МПа
Прочность при изгибе после сушки, МПа
Примечание
0,01
0,5
Разрушение идет по шву соединения керамобетонных элементов (фиг.1д)
0,02
2,4
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,05
2,8
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,1
3,0
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,2
3,4
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,3
3,5
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,4
3,9
Разрушение идет только по телу керамобетона (рис.1б)
0,5
3,6
Разрушение идет только по телу керамобетона (фиг.1б)
0,6
-
Имеет место деформация сырца (фиг.1в)
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР № 1784609, М. кл. С04В 35/62, от 30.12.1992 г. «Тиксотропная керамобетонная смесь для вибролитья»
2. Патент РФ № 2112762, М. кл. С04В 35/596, опубл. 05.05.1996 г. «Способ получения многослойных керамических изделий из композиционного материала»
3. Патент РФ № 2203247, М. кл.С04В 35/14, опубл. 27.04.2003 г. «Способ изготовления безобжиговых огнеупорных изделий, применяемых в металлургической промышленности».
4. Заявка на изобретение № 200212556, М. кл. С04В 35/14, опубл. 27.03.2004 г. «Способ получения большемерных огнеупорных изделий по безобжиговой технологии, преимущественно для металлургической промышленности».