Способ изготовления огнеупорных изделий

(51 сийской Федерации товарным знака Комитет о патен ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АТЕНТУ ский скии гни, ма лита ится к ть ис,О вы- О С в,О ЬЭизделий и и атур 80-10 омпонентов, прессовали держки в интервале темп ечение трех часов 2. Цель изобретения -порности, прочности и х, что в способе изгоизделий иэ нитрида его приготовление вора на основе ортодрата окиси алюмисмеси с нитридом си в объемные фортермообработку наия перемешивают с = 100:(8-10) и вводят Это достигается тем товления огнеупорных алюминия, включающ алюмофосфатного раст фосфорной кислоты и ги ния приготовление его алюминия, набивку сме мы, сушку на воздухе и бивок, нитрид алюмин водой В отношении Т;Ж(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ(57) Назначение: изобретение относпроизводству огнеупоров и может бы Изобретение относится к производству огнеупорных изделий и может быть использовано при изготовлении защитного облицовочного материала реакционных камер в термических аппаратах для извлечения алюминия иэ сплавов и иного вторичного металлического сырья отгонкой через летучие субгалогениды алюминия.Известно использование алюмофосфатного раствора в качестве связки огнеупорных масс 1, Упрочняющее действие связки проявляется при термообработке и достигает высокого значения уже при нагреве порядка 100 С.елий из ивания Известен способ получения изднитрида алюминия путем перемеш., ЯО 2000285 С пользовано при изготовлении защитного облицовочного материала для реакционной камеры аппарата, предназначенного для извлечения алюминия отгонкой из металлического сырья через летучие субгалогениды алюминия. Нитрид алюминия увлажняют водой в пропорции 100:(8 - 10), затем вводят алюмофосфатную сдяэку, приготовленную из 880,-ного водного раствора ортофосфорной кислоты и 12% гидрата окиси алюминия, Подготовленную таким образом массу набивают в объемные формы, сушат на воздухе и подвергают термообработке, упрочняющей набивной материал. Готовый набивной материал выдерживает нагрев не менее 1700"С, обладает прочностью на сжатие (после испытания в реакционной среде) порядка 270 - 280 кг/см и химически стоек в среде реакции М 9 Р 2 + 2 А = 2 АР + М 9, проводимой при температурах 1580- 1700" СзлюмоОсфатный раствор в отношении1;Ж =- 100;(12-25), при этом алюмофосфатыи рдстоор илеет плотность 1,472 г/см и3г од=рхкит е себе 88 мас,% водного растворахг, т).:кидкость - Ж - в соотеегствующихз з зю6) ) с м 4 ы "; е д и н и ц д х (с л, дм, м ),С,юсь изобретения рззьясняется о ниже 1 с, - , .: 1. х г; 111 гзниях особенностей способа.У :.з-не;4 ие сухого материала водойсГ);.Оьс ЕУЕГ РЗВНОМЕРНОМУ РаСПРЕДЕЛЕ,у)11 аго дломофосфэтного раство.1 х)з 4,)ем массы без уелджненияр дл бурно ездилодействует вОНДК)Д С КЗ ПЕЛ Ь КЭМИ СВЯЗУЮЩЕГОкмку)тся и тдк быстро твердеето деномерно распределениес", к 1: еремееиодием становится очень111:С,1 ЫМ, Г,1 НЕ НЕВОЗМОЖНЫМ,-, .".; 41 ) у;,джнеНя происходит как бы)О.) .Л 1К)З 1 И 4 Л) 1 О СОЯЗ Г)И, ИНЕСЕи" 6 г)л 1 .Г О Олчесз еады дляуо,;л иязриала 14 м указано о ре,: ;е 8 10 обьалных елииц) приводит кпюноси г")мООГ)рдело)днныхс и г,." и дд ж рдс 1)ВГ к иван ик) позе)хнохии, 1 аньце 1О 14 ч 4:ео ззтРУД,- реклаидие связки11 Л: ОСЬ Гг)141 О рдстООрд ОртОфОС 1 ьсро 4исл)11 1 3)161 л 1 еыб,")энз опьтнымпутем, При такой плотнг ти обеспечиваетсяудобств) рдбоы, С неразбаоленнои кислотой трудно оперироодгь из-ээ л 4 длых коли.Е С 1 О : Е Д Л Я П Р Л О Г О Е Л Е 4 И Я СВЯЗКИ Ипоследуоцего равномерного еоодз связкиз мзтеридл, более разбавленный растворкислоть также отрицательно влияет на качество набивки, делает ее после термообрэбогки оыхлои. пористой, слабой.Приогоеление алк)мофосфатного связующео рдстеорз производилось нагревомнеобходимого (88% весовых) количестваводного раствора ортофосфорной кислотыплотности 1,38 до начала кипения и затемовода о этот раствор малыми порциями (чтобы снизить интенсивность кипения) порошка гидрата окиси алюминия (12 мдс.%), приэтом гидрат окиси аломиния бурно взаимодейс) оует с ортофосфорной кислотой и расгворяется в кислотном растворе, образуяалюмофосфатное соединение (напримерА(-2 РО 4)з или АРОл), В пересчете на твердые оксиды Р 20 и А)Оз содержание связкие пределах 12,0 - 25 обьемных единиц алюл 4 офосфатного раствора составит е безводнойсмеси набивного мзтеризлз 5,75 11 14%5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 весовых Р)05 и соответственно 1,29-2,49/,весовых А 20 з.Нарушение количественного содержания связки (12,0-25 об.ед.) в сторону повышения ее в материале приводит притермообработке набивки к увеличению объема массы - вылезание из формы или образованию шапки (в зависимости отколичества избытка связки); уменьшениесвязки ниже указанного интервала - к снижению прочности набивного изделия ибольшей его пористости (например при вводе связующего рзгтоорз В количестве 12,0см прочность образца нд раздавливаниеЭпосле прокзлки при 1000 С составляла порядка 140- 150 кг/см . для меньших коли 2често связующего Од Гылд меньше 100кг/см ),Образцы наб)иоок полуенные при использовании сеязуО 1 его раствора е пределах 12 25 об,ад, (сл), показывалии р о ч н О с т ь 11 о с л е т е р 1 ч г) 6 1) а Г) о т к и и р и1000"С соответственно 140 410 кг/см . Достигнутые ООкзэдтели и)Оос) и образцовнабиеок не у)тупдю гзндзрзм рядовойогнеупорной продукции и могут считзтьсяудовлетворительнымиОбразцы ндбиео; пг)д 1.)гдлись термооГ)рдботк 4 при 1550-1700 С и выдержали еебвз дЕфОрмдций, ТЕГ)мО.16 р 1 Гк) тки О 6 рдзцОВнабиеок до 1000 С 1 росд, лд.ь Г)ез здцитной зтмос еры, оыце -а,)кууме или дро-не, так как при еьсоких,с.пердтурзх А 1 х 1окисл яется в воздушной с)1 д . При ) ерлообработке при 105"С происходило удалениесвободной воды, внесенОй е збиоку, при1000 С практически уддлялдсь еся вода -свободная и связанная, при Высокотемпературных проколках(1550 1700" С) происходило, судя по потерям веса (11 п и ) образцов,удаление внесенного со с)язкгй оксидафосфора,Такил образом, высокотемпературнаятермообработка избзвляе Образцы набивокот фосфорного колпонентз связки. необходимого нд первых порах для обеспеченияпрочности набивных изделий Можно предполагать, что при высоких гемпературахроль упрочнителя играют дломиниевая составляющая связки и начиндк)щееся спекание самогон нитридэ аломиния, Удалениечасти связки имеет как положительное значение (при снижении примеги основной материал становится более огнеупорныл и,вероятно, более хилически стойким, )дк иотрицательное - повышдется пористостьнабивной массы, Обьемныи е.с сьрых ндбиеок находится е пределзх 2,14 2,43 г/см,прокаленных при 1550 17)О"С гоотеетстееннО 1 70 1 73 1/-.м510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Для получения образцов, необходимыхдля дальнейших испытаний, их приготавливали набивкой в графитовые цилиндрические стаканчики. Сырые набивки в стаканах 2 - 3 сут сушили на воздухе и сутки - двое выдерживали в сушильном шкафу при 105 С, затем вместе со стаканом прокаливали в течение 1 ч при 1000 С, освобождали от графитовой оболочки и проводили завершаощуо высокотемпературную (1550 - 1700 С) прокалку.Основное применение создаваемойАЮ-набивки предназначалось для изготовления защитной облицовки реакционных камер печей, служащих для отгонки алюминия через субфторид алюминия (А Г) из металлического алюминиевого сырья. Такие аппараты замышлялось создать на опытном уровне, Наряду с изготовлением набивной облицовки на стороне, формовка ее и термообработка могла проводиться и в самой печи. Для формообразующих оболочек набивки может быть использована керамика, графит, металл, После низкотемпературной стадии термообработки оболочки удаляются. так как уже после сушки при 105"С набивка приобретают достаточную прочность (в пределах используемого интервала связок - 137 - 560 кг/см ),Дальнейшая термообработка набивного изделия (облицовки) должна производиться при постепенном подъеме температуры под защитой аргона или вакуума. Могут возникнуть другие варианты использования набивных изделий из нитрида алюминия, где может удовлетворительным оказаться более низкотемпературный уровень термообработки.Термообработанные (при 1550 - 1700 С)набивные образцы испытывались в реакционной среде (М 9 Г 22 А 1.= 2 А 1 Г+ Мц) процесса отгонки алюминия через субфторид, где М 9 Г 2 и А 1 находятся в жидком состоянии, д А 1 Г и М 9 - в парообразной форме, Для осуществления этой реакции необходимы температуры в пределах 1580 - 1700 С; процесс ведется под защитой атмосферой аргона.Образцы выдерживались в реакционном расплаве при 1560-1600"С в течение 2-х ч и выдерживали испытание - не деформировались, не потрескались, не были разьедены, но прибавили в весе порядка 77 - 78 оза счет насыщения пор набивной массы солью - фтористым магнием. Этот результат говорит о большой пористости прокаленных набивок за счет ухода воды и части связки (фосфора) при прокалке,П р и м е р 1. Взяты компоненты набивного состава на основе нитрида алюминия: 100 г порошка нитрида алюми ия, 15,54 г водного раствора ортофосфорной кислоты плотности 1,38 г/см, 2;12 г гидрата окиг.и3алюминия и 10 см воды. Взятые вердье .зжидкие компоненты набивки соотвтствук" количественным отношениям, пг иведен ным в формуле изобретения.Нитрид алюминия представлял матери. ал 1 сорта по ТУ0-12-85 по химсоставу содержал в себе 30,9 М (в пересчете дает 90,6 Ач), примесиглавным об 1 аэ,мА 120 э) составили 9,4 о , ситовой состав по рошка; +0,08 мм - 13,51-0,080,05) мм - 60,4 , -0,05 мм - 25,7 . Раствор ортофосфорной кислоты нагрели до начала кипения и ввели туда гидрат окиси алюминия, Порпшок нитриуа алюминия равномерно увлажнили 10 см воды, затем в материал ввели 12см алюмофосфорного раствора. Тщательно3перемешанный увлажненный нитрид алюминия со связкой набивали трамбовкойвручную в графитовые стаканчики, объемный вес сырой набивк рзвн "лся 2,136зг/см . Набивки в течение 3 сут выдерживалина воздухе, затем 2 сут сушили в сушильномшкафу при 105"С, После сушки образцыпрокаливают в течение 1 ч при 1000 С, Усилие на раздавливание образца - 141 кг/см .2Затем провели высокотемпературную прокалку образцов при 1550- 1700"С в вакуумес выдержкой в 1 ч, Объемный вес послепрокалки 1,692 г/см, После прокалки обзраэцы набивок подвергали испытанию нахимическую стойкость по схеме, приведенной выше. Образцы выдержали испытание,сохранили форму, но насытились фтористым магнием, увеличение веса образцовсоставило в среднем 78 , объемный весполучился 3 01 г/см. Прочность образца составила 270 кг/см,В пересчете на оксиды содержание компонентов связки в безводном нитриде алюминия составляет для данного примера:Р 20., 5,65, А 120 З - 1 29. С включениемводы, внесенной связкой и увлажнением материала, состав будет такой: Р 205 - 4,85,А 20 э 1,085 о , Н 2015,735 о .Примечание; Если в приведенном здесьпримере внести для увлажнения исходногонитрида алюминия вместе 10 см воды 17зсм, то прочность образца после прокалкипри 100"С составит 116 кг/см .П р и м е р 2, Взяты компоненты набивного состава на основе нитрида алюминияпрежнего качества, приведенного в примере 1: 100 г порошк;а нитрида алюминия,32,38 г отофосфорной кислоты плотности1,38 г/см, 4,42 г гидрата окиси алюминия и8 см" воды,Порошок нитрида алюминия увлажнили8 см воды, затем в материал ввеФ 25 смэ2000285 Составитель Н.СоболеваТехред М,Моргентал Корректор М.Куль Редактор Л.НароднаяЗаказ 3063 Тираж ПодписноеНПО " Поиск " Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент". г Ужгород, Ул.Гагарина, 101 алюмофосфатного раствора. Равномерно перемешанный увлажненный нитрид алюминия со связкой набивали трамбовкой вручную в графитовые стаканчики. Набивки в течение 3 сут выдерживали на воздухе и затем 2 сут сушили при 105 С, Объемный вес после сушки 2,206 г/см, прочность -э559 кг/см, Затем образцы прокаливали в течение 1 ч при 1000 С, Прочность первично прокаленного образца на раздавливание - 369 кг/см, После повторной прокалки при условиях примера 1 об. вес - 1,736 г/см,з Прочность на раздавливание после испытаний на химическую стойкость 284 кг/см,гЭффективность изобретения состоит в том, что позволяет без сложного оборудования (прессы, пресс-формы и т,п.) изготовлять прочные огнеупорные набивные материалы иэ нитрида аЛюминия заданной формы и затем испольэовать их для облицовки камер печи или же формовать облицовку прямо на месте в печи, Это очевидно упрощает технологию и удешевляет испол нение футеровочных работ.Формула изобретения Способ изготовления огнеупорных изделий из нитрида алюминия, включающий смешивание алюмофосфатной связки с нит ридом алюминия, формование, сушку навоздухе и термообработку, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что нитрид алюминия предварительно смешивают с водой в соотношении 100:(8-10) и вводят алюмофосфатную связку 15 плотностью 1,472 г/см в соотношении Т;Жз100:(12 - 25), причем алюмофосфатнаясвязка содержит 88 мас.; водного раствора ортофосфорной кислоты плотностью 1,38 г/см и 12 мас. гидрата окиси алюминия.