СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАВЛЕНОЛИТОГО МАТЕРИАЛА КОМСИЛИТ СТС ДЛЯ ФУТЕРОВКИ ТЕПЛОВЫХ АГРЕГАТОВ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
METHOD OF PRODUCING MOLTEN-CAST COMSILITE CTC MATERIAL FOR LINING NON-FERROUS METALLURGY THERMAL UNITS

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при изготовлении литого материала для футеровки тепловых агрегатов для работы с агрессивными средами, расплавами, преимущественно, для плавки цветных металлов.
Из существующего уровня техники известен способ получения плавленолитого материала для футеровки тепловых агрегатов, включающий подготовку шихты путем смешения песка, магнезита, глины, глинозема и фторсодержащего компонента, плавление полученной шихты при 1500-1550°C, получение отливок, их отжиг и охлаждение (SU 649669, опубл. 03.03.1979).
Наиболее близким аналогом для заявленного изобретения является способ получения плавленолитого материала для футеровки тепловых агрегатов цветной металлургии, включающий подготовку шихты путем смешения измельченных на молотковой дробилке и бегунах до прохода через сито 2 мм порошкообразных кварцевого песка, металлургического магнезита, глинозема и кремнефторида калия, в количестве, обеспечивающем, например, содержание, г: кремнефторид калия 27, оксид алюминия 13, оксид магния 29, оксид кремния 36, плавление полученной шихты при температуре 1500-1600°C, заливку расплава в форму, выдержку 3-15 мин, извлечение отливки из формы, отжиг при температуре 750-800°C и охлаждение вместе с печью до температуры 150-200°C, затем - до нормальной температуры. (Сб. научных трудов и статей «Проблемы каменного литья», Малявин А.Г. Технологические режимы изготовления фасонных отливок из фторсиликатных расплавов, Киев, Наукова думка, 1975, вып.342 3).
Недостатком известного способа является низкий предел температуры эксплуатации футеровки из полученного материала.
Техническим результатом изобретения является расширение диапазона температуры эксплуатации футеровки.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения плавленолитого материала для футеровки тепловых агрегатов цветной металлургии, включающем подготовку шихты путем смешения порошкообразных кварцевого песка, металлургического магнезита, глиноземсодержащего и фторсодержащего компонентов, плавление полученной шихты, заливку расплава в форму, выдержку, извлечение отливки из формы, отжиг и охлаждение, используют в качестве глиноземсодержащего компонента огнеупорную глину, в качестве фторсодержащего компонента - фторид алюминия или фторид магния, и дополнительно поташ, при следующем соотношении компонентов, мас,%:
кварцевый песок
23,8-38,9
металлургический магнезит
15,2-29,4
огнеупорная глина
4,3-31,5
фторсодержащий компонент
17,1-18,9
поташ
15,2-16,8,
осуществляют при подготовке шихты дополнительно окомкование с получением гранул диаметром 5-20 мм пластичной массы, полученной добавлением воды к смеси указанных компонентов, и сушку гранул, отжиг - при температуре 800-900°С, плавление - при температуре 1450-1500°С, охлаждение - со скоростью 35-45°С/час.
Приготовление шихты включает следующие операции: дозировку компонентов - взвешивание, смешивание компонентов шихты, которое может производиться в закрытом смесителе, увлажнение с получением пластичной массы - производилось в бегунах закрытого типа, формирование окомкованной шихты с получением шариков - гранул с диаметром 5-20 мм и их сушку. Возможно использование бракованных изделий, литников и прибыли фторфлогопитового литья, для чего их измельчают в щековой дробилке и полученный продукт переплавляют вместе со свежей шихтой, добавляя его к последней простым перемешиванием с окомкованной шихтой. При этом содержание отходов фторфлогопитового литья составляет 10-20% по отношению к свежей окомкованной шихте. Порошковые материалы - поташ, песок, фторсодержащие составляющие смешивали с порошком каолина. В полученную смесь добавляли воду до получения пластичной массы, из которой выкатывали гранулы диаметром 5-20 мм, которые высушивали и в таком виде использовали для загрузки в тигельки во время плавки. Технология получения расплава из окомкованной шихты не отличается от технологии плавления порошковой шихты, но при этом исключается пыление и просыпание материала, а также визуально отмечена меньшая интенсивность улетучивания фтора, температура расплава фторфлогопита составляет 1450-1550°С. Заливку форм производят непрерывной струей при достижении температуры расплава 1430°-1450°С. В условиях плавки шихты в дуговой электропечи образование расплава происходит форсированно, длительность всей плавки весом 100-150 кг составляет около 1 часа. Поэтому потери фтора в реальных условиях плавки не высоки и формирование необходимого строения материала происходит стабильно. Снижению потерь фтора при использовании фтористого алюминия также способствует применение огнеупорной глины, которая позволяет окомковать шихтовую смесь. Проведенные контрольные опыты показали, что при тех же температурно-временных параметрах плавки, что и порошковой шихты, формирование слюдокристаллического материала в случае применения окомкованной шихты происходит более успешно. Кристаллиты в виде сферолитов образуются диаметром 5-10 мм. Литые образцы имеют зональное строение, состоящее из трех зон: корковой зоны, промежуточной зоны и внутренней зоны.
Корковая зона имеет плотное мелкокристаллическое строение, промежуточная -слагается вытянутыми столбчатыми кристаллами слюды, а внутренняя состоит из равноосных кристаллитов. Цвет синтезированного материала желтоватый. В случае применения металлургического магнезитового порошка, содержащего примеси железа и других элементов, плавленолитой материал получается более темного черновато-серого цвета, однако и в этом случае он представлен в основном кристаллами фторфлогопита. Рентгенофазовый анализ образцов синтезированных материалов показал, что они слагаются в основном минеральной фазой, соответствующей показателям для калиевого фторфлогопита.
Использование фтористого магния, который является более термически прочным соединением в сравнении с фтористым алюминием, обеспечивает при плавке шихты с фтористым магнием снижение потерь фтора и, следовательно, эта шихта является более экологически чистой.
Использование окомкованной прокаленной (подвергнутой сушке) шихты создает предпосылки для изменения традиционной технологии приготовления шихты и процесса получения расплава в дуговой печи. При этом обеспечивается улучшение экологических условий производства фторфлогопитового литья за счет исключения пыления шихты во время загрузки в плавильную печь и в процессе плавки, а также за счет уменьшения потерь фтора при формировании расплава.
Для отливки рекомендуется применять песочно-глинистые разовые формы с просушенной, подогретой поверхностью, графитовые и металлические постоянные формы, подогретые до заданной температуры - 200-500°С. Целесообразно также использование литейных форм и стержней из жидконаливных самотвердеющих формовочных смесей на основе кварцевого песка и натриевого жидкого стекла, которые широко применяются в литейном производстве металлов и сплавов, а также при изготовлении фасонного бакорового литья.
Определяли основные технические показатели синтезированных слюдокристаллических материалов.
К таким показателям следует отнести: плотность материалов, прочность на сжатие, термический коэффициент линейного расширения, термостойкость, выраженную в количестве термоударов (теплосмен) до появления трещин при охлаждении образцов от температуры 900°С и последующего охлаждения в проточной воде с температурой 20°С, температуру плавления.
3
Плотность материалов определяли по стандартной методике на образцах размером (10×10×10) мм. Плотность слюдокристаллических материалов составила для калиевого фторфлогопита, в зависимости от вида сырьевых материалов - (2,65-2,85) г/м.
Прочность на сжатие определяли на кубиках с величиной ребра 5 мм. Образцы перед испытаниями шлифовали для обеспечения параллельности опорных граней. Прочность на сжатие составила 80-100 МПа.
-7
-1
Термический коэффициент линейного расширения составил для разных материалов (11-11,5)·10 град в пределах температур от 0°С до 1000°С, т.е. в указанном температурном интервале увеличение линейных размеров составит 0,1%.
Термостойкость материалов испытывали на кубиках с ребрами 12 мм при циклическом нагреве до 900°С и резким охлаждении в холодной воде. Кубики материала после охлаждения в воде высушивали и помещали в печь для повторного нагрева, где выдерживали при 900°С в течение 15 мин для полного прогрева, а затем сбрасывали в воду. Образцы всех плавленолитых слюдокристаллических материалов выдерживали более 200 термоциклов и не разрушились из-за появления или образования трещин.
Температуру плавления определяли на образцах в виде пластинок размером 20×20×5 мм, которые размещали на подложке из огнеупорного материала и нагревали до тех пор, пока не было отмечено размягчение и оплавление образцов, температура плавления натриевого фторфлогопита составила около 1200°С, а калиевого фторфлогопита, синтезированного с применением фтористого магния или фтористого алюминия, превысила 1380°С.
Составы шихты и результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2
Таблица 1
Составы шихты
№ пп.
Компонент
Содержание, мас.%
Шифр состава Ф-Мгл
Шифр состава Ф-Агл
Фторид магния
17/8
Фторид алюминия
18/0
3
Поташ
15/4
15/5
4
Металлургический магнезит
16/0
25/5
5
Кварцевый песок
23/8
36/5
6
Огнеупорная глина
27/0
4/5
Общий вес
100,0%
100,0%
Таблица 2
Результаты испытаний
Наименование показателя
Ф-Агл
Ф-Мгл
Предел прочности при сжатии, МПа, не менее:
- при температуре 20°С
80
95
Предел прочности при изгибе, МПа, не менее:
- при температуре 20°С
17
20
Плотность, г/см<sup>3</sup>
2,75-2,85
2,80-2,90
Пористость открытая, %
0,6
0,6
Термическая стойкость, водных теплосмен, не менее
200
200
Температура начала размягчения, °С, не ниже
1380
1380
Удельное электрическое сопротивление при 1000°С, Ом·см
1,2·10<sup>6</sup>
1,2·10<sup>6</sup>
Термический коэффициент линейного расширения, %
0,1
0,1