Способ изготовления набивных огнеупорных изделий

(501 С 04 В 35/58 Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам Яь(,", у"ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯи","(73) Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт"(56) Справочник, Огнеупорные иэделия, материалы и сырье. Под редакцией Карклита А.К. М.: Металлургия, 1977, с. 12 - 13, 162 - 165.Авторское свидетельство СССР йг 1121251, кл. С 04 В 35/38, 1979.(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАБИВНЫХ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к производству огнеупорови может быть использовано при Изобретение относится к производству огнеупорных изделий и может быть использовано при изготовлении защитной облицовки реакционных камер в термических аппаратах для извлечения алюминия из сплавов и другого металлического сырья отгонкой через летучие субгалогениды алюминия,Известно использование ортофосфорной кислоты в качестве связки. Эта кислота используется при изготовлении набивных иэделий из кварцеглинистой, муллитокорундовой и корундовой масс с введением ее в пересчете на оксид фосфора (Р 205) в количестве от 1 до 3,5 масТехническим решением наиболее близким к данному, является способ получения 2изготовлении защитной облицовки для реакционной камеры аппарата, предназначенного для извлечения алюминия иэ металлического сырья отгонкой через летучие субгалогениды алюминия или иных целей, Использование: материал увлажняют водой в пропорции 100:(8 - 10), затем вводят раствор ортофосфорной кислоты плотностью 1,38 г/см в соотношении Т:Ж =з=100:(16 - 21), Приготовленную таким обра. зом массу материала набивают в объемные формы, сушат на воздухе и подвергают термообработке, упрочняющей набивной материал. Готовый набивной материал выдерживает нагрев до 2000-2100" С беэ деформации, обладает прочностью на сжатие в пределах 180 - 245 кг/см и химически сто 2 ек к среде реакции М 9 Р 2 + 2 А = 2 АГ + М 9,проводимой при температуре 1580-1700"С,огнеупорных иэделий, включающий смешивание нитрида алюминия с фосфатным связующим в требуемом соотношении. прессование заготовок и полимеризацию при 80-100 С в течение 3-х часов 2 .Однако смешивание сухого с ортофосфорной кислотой вызывает их бурное взаимодействие и быстрое неравномерное твердение,Целью изобретения является повышение прочности и химической стойкости.Это достигается тем, что в способе изготовления набивных огнеупорных изделий из нитрида алюминия, включающего приготовление смеси нитрида алюминия с ортофосфорной кислотой, набивку смеси в объемные формы, сушку набивок на воэду 2000286т; рмообработку, нитрид алюминия перемешивают с водой в отношении а К . 100.(8 10) и вводят водный раствор ц т ф,ч 1 орной кислоты плотностью 1,38 , у, л;. и; новвнии Т:Ж = 100:(16-21),Б приведенном выше рецепте твердое эегцестео Т берется в весовых единицах ;г: ., т). жидкость - Ж - в соответствующих3 31 бьек;ных единицах (см, дм, м ),Сущность изобретения разъясняется в нижеприведенных описаниях подробностей способа,Вследствие увлажнения происходит как бы приглушениа интенсивности реакции взяиглодеиствия материала со связкой. Внесе 1 ие большего количества воды для увпажсния материала, чем указано в рецепте (8 10 об.ед.) приводит к снижению прочности гермообработанныхнабивок и даже к р.". трсскиванию поверхности изделий;,.л: некоторого количества А 120 з; п 1; 1 к "г:.кте А 120 з и НзРОл образуется алюглфо",Фатное соединение,Гл" нбсть водного раствора кислоты - 1 38 была выбрана опытным путем. При такой плотности обеспечивается удобство рабопл. Г неразбавленной кислотой трудно оперировать иэ-за малых необходимых количеств ее для ввода и равномерною смешивания с материалом, Большее разбавление кислоты также отрицательно влияет на качество набивки, делает ее после термообработки более рыхлой, пористой, слабой.В пересчете на твердый оксид (Р 20 ь) содержание связки в пределах 21 - 16 об.ед. водного раствора ортофосфатной кислоты плотности 1,38 составит в безводной смеси материала 8,08 - 10,35 мас. .Нарушение количественного содержа. ния связки(16 - 1 об.ед) в сторону повышения ее е материале приводит при термообработке набивки к увеличению обьема массы - вылезанию из формы или образованию шапки (в зависимости от количества избытка связки); уменьшение связки ниже указанного интервала - снижению прочности набивного изделия (например при вводе кислотного раствора в количестве 16,0 смз прочность образца на сжатие после прокалки при 1000"С составила 282 кг/см, а при вводе 12,0 сл - 89 кг/м ),Прочнос 1 ь огнеупорной продукции характеризуется пределол стойкости на сжатие, колеблющимся в пределах от 100 - 200 кг/см для рядовой продукции, до 500-700245 50 55 5 10 15 20 25 30 35 40 кг/смдля изделий отверственного назна 2чения.Опытным путем нами было установлено для полученных прессованием (без связки) при удельном давлении 1250 кг/см и термообработанных при 900 и 1100" С образцов удельное давление разд 2 авпивания соответственно 140 и 260 кг/см, Образцы набивок, полученные при использовании связующего раствора в пределах 16 - 21 об,ед, (смз), показывали прочность после термообработки при 1000 С соответственно 280-340 кг/см, после термооб 2 оаботки при 1900 - 1980" С - 180 - 245 кг/см, Достигнутые показатели прочности для набивных образцов из нитрида алюминия не уступают стандартам рядовой огнеупорной продукции и могут считаться удовлетворительными. По огнеупорности керамические иэделия делят на: огнеупорные (1580 - 1780 С), еысокоогнеупорные (1770 - 2000"С) и высшей огнеупорности (свыше 2000"С), Нитрид алюминиевые набивки выдерживали термообработку в пределах 1800-2100" С без деформаций, поэтому логут быть оценены как высокоогнеупорные.Термообработка образцов набивки до 1000" С проводилась без защитной атмосферы, выше - в вакууме или под защитой аргона, так как при высоких температурах нитрид алюминия окисляется е воздушной атмосфере, При термообработке при 105 С или немного выше удалялась практически вся вода - свободная и связанная, при высокотемпературных прокладках (1800- 2100" С) происходило удаление внесенного со связкой оксида фосфора, что подтверждается анализом термообработанных образцов. В них содержание фосфора составляло порядка 0,02/ Визуально газо- выделение (Фосфорного соединения) наблюдалось в виде дымка,Таким образом, высокотелпературная термообработка избавляет образцы набивок от внесенного ранее связующего вещества, необходимого на первых порах для обеспечения прочности образцов. Можно предполагать, что при высоких температурах роль упрочнителя играет начинающееся спекание самого нитрида алюминия. Удаление связки имеет как положительное значение, потому что основной материал при отсутствии примеси становится более огнеупорным (да и химически стойким), так и отрицательное - повышается пористость набивной массы,Объемный вес сырых набивок находится в пределах 2,2-2,3 г/см, прокаленных3при 1900-2000 С - 1,74 - 1,79 г/смДля получения образцов, необходимых для дальнейших испытаний, их приготавливали набивкой в графитовые цилиндрические стаканчики. Сырые набивки в стаканах до 2 - 3 суток сушили на воздухе и сутки - две 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 завершающую высокотемпературную (1800 - 2100 С) прокалку,Основное применение создаваемой нитридалюминиевой набивки предназначалось для изготовления защитной облицовки реакционных камер печей, служащих для отгонки алюминия через субфторид алюминия (АГ) иэ металлического алюминиевого сырья. Наряду с изготовлением набивной облицовки на стороне, формовка ее и термообработка могла производиться и в самой печи, Для формообразующих оболочек набивки может быть использована керамика, графит, металл, После низкотемпературной стадии термообработки они удаляются, так как уже после сушки при 105 С набивки приобретают достаточную прочность (240- 290 кг/см ), Дальнейшая термообработка набивной облицовки должна производиться по графику постепенного подъема температуры под вакуумом или защитной атмосферой аргона. Могут появиться другие варианты использования набивных изделий иэ нитрида алюминия, где удовлетворительным окажется иной, более низкотемпературный уровень термообработки.Термообработанные (при 1900 С и выше) набивные образцы испытывались в реакционной среде (М 9 Г 2 + 2 А = 2 АГ + М 9) процесса отгонки алюминия через субфторид, где М 9 Г 2 и А находятся в жидком состоянии через субфторид, где М 9 Г 2 и А находятся в жидком состоянии, АГ и М 9 парообраэной форме,Для осущестеления этой реакции необходимы температуры в пределах 1580- 1700 С, процесс ведется под защитной атмосферой аргона. Образцы выдерживались в реакционном расплаве при 1580 - 1640 С в течение 3 ч и выдержали испытание - недеформировались, не потрескались, но прибавили в весе порядка 76 эа счет насыщения пор набивной массы солью - Фтористым магнием. Для сравнения одновременно испытанные образцы заводского изготовления (прессование) прибавили в весе в среднем на 26 о , Повышенная пористость набивок объясняется улетом при прокалке связующего вещества и воды. Возможно уход Фосфора иэ набивки благоприятствовало сохранению химической стойкости образцов. Присутствие Фтористо 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 го магния в порах набивки неитпально и отношению к химическои стойкос 1 И нитри да алюминия. Прочность образцов на сжатие после испытания в реакчионной сред составила порядка 280 кг/смП р и м е р 1, Берут 100 г порошка нитрида алюминия, 21 см (мл) водного раствора НзРО 4 плотности 1,38 г/см и 10 см (мл) воды, Порошок нитрида алюминия смешивают с 10 см воды, затем в увлажненную массу материала вводят равномерно распределено 21 см" раствора кислоты Образующийся состав набивается ручной трамбовкой в цилиндрические графитовые стаканчики (с внутренним диаметром и высотой до 25 мм, толщиной стенок 2,5 мм) Объемный еес сырой набитой массы составляет 2,287 г/см, Набитые формы 3 сут выздержиеают на воздухе и 2 сут в сушильном шкафу при 105 С,После сушки образцы подвергают прокалке при 1000"С с ььдсржкои при этой температуре 1 ч. После этого образцы набивки освободили от графитоеой оболочки и подвергли высокотемпературному обжигу при 1900 - 1980 С с выдержкой 1 час под вакуумом, Объемный вес после обжига 1,74 г/см, прочность образца - 245 кг/см3 2 Содержание фосфора е образце составило 0,019 " , Набивку подвергали испытанию на химическую стойкость. Образцы выдерживали испытание, сохранили форму, но насытились фтористым магнием, объемный еес стал равным 3,06 г/см, Прочность образцазсоставила 280 кг/см,2П р и м е р 2, Компоненты набивного состава: 100 г порошка нитрида алюминия, 16 см водного раствора отофосорной кислоты плотности 1,38 г/см и 8 см воды. Исходный порошок нитрида алюминия равномерно увлажняли 8 см воды, затем в маззтериал вводили 16 см водного раствора кислоты. Образующийся увлажненный состав со связкой набивали трамбовкой вручную в графитовые стаканчики (с внутренними диаметрами и высотой по 25 мм). Набивки в течение 3 сут выдерживали на воздухе. Затем 2 сут сушили в сушильном шкафу при 105 С (продолжительность сушки зависит от веса загрузки образцов), Последующая прокладка образцов набивок при 1000 С и 1-часоеой выдержке привели к следующим показателям: объемный вес - 1,93 г/см, прочность 282 кг/см . Прокаленз 2ные при 1000 С образцы после освобождения от графитовых стаканчиков подвергали высокотемпературному обжигу в вакууме при температуре 1900-2000" С в течение 1 ч. После такого обжига, объемный еес стал равньм 1,794 г/см, прочность на раздаели 22000286 Составитель Н.СоболеваТехред М.Моргентал Корректор М Куль Редактор Л.Народная Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 3063 Производственно-издательский комбинат "Патент", г Ужгород Ул Гагарина, 101 вание - 179 кг/см, содержание фосфора вобразце составило - 0,02 .Термообработанный материал подвергли испытанию на химическую стойкость,объемный вес стал 3,11 г/см . Испытанныйв реакционной среде набивной материалпоказал прочность 274 кг/см,2Ф о р мул а и э о бр ете ни яСпособ изготовления набивных огнеупорных изделий, включающий приготовление смеси нитрида алюминия с фосфатным связующим, формование, сушку на воздухе, термообработку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве фосфатного связующего ис пользуют водный раствор ортофосфорнойкислоты плотностью 1,38 г/см, причем сначала нитрид алюминия перемешивают с водой в соотношении 100:(8 - 10), после чего вводят указанный раствор ортофосфорной 10 кислоты в соотношении Т;Ж = 100;(16-21).