Способ изготовления огнеупорных изделий

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик пп 975679(22) Заявлено 180681 (21) 3306184/29-33с присоединением заявки МВ(И)М. Кп.зС 04 В 35/18 С 04 В 33/28 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ 1 О 20 25 30 Изобретение относится к технологии изготовления огнеупорных изделий, например крупногабаритных тиглей,. капселей, жаровых труб и др., методом холодного литья из тонкодисперс. ных водных шликеров с добавкой грубозернистого наполнителя и может найти применение в огнеупорной, керамической, металлургической и других отраслях промышленности. Необходимость изготовления крупногабаритных изделий из грубоэернистых водных масс диктуется повышением требований к их термостойкости. В частности, необходимы тигли, которые длительное время работали бы беэ разрушения в контакте с расплавами металлов при 1600-1650 С, испытывая длительные знакопеременные термические нагружения.Известен способ изготовления огнеупорных иэделий методом термопластичного литья под давлением с вибрационньм воздействием с частотой 8000 Гц и амплитудой колебаний 3 мкм 11.Однако такой способ обеспечивает получение изделий только иэ тонко- дисперсных суспензий. Известен способ изготовленияогнеупорных изделий, когда наполнитель в виде зерен 5-20 мм вводятпредварительно в форму, а затем проливают его суспенэией, полученноймокрым помолом при вибрации и обладающей вяжущими свойствами (жесткийкаркас), либо наполнитель непосредственно вводят в вяжущую суспенэию,готовят таким образом смесь, которойпотом заполняют форму (плавающийкаркас) ( 21.Однако по керамобетонной технологии могут быть изготовлены лишь иэделия на основе кремнеземсодержащих материалов (плавленньй кварц, муллит), где роль вяжущего играет ортокремневая кислота, образующая в процессе мокрого помсла. Что же касается суспензий с вяжущими свойствами на основе окиси алюминия, то до настоящего времени такие суспензии не были получены, Поэтому изготовить изделия на основе окиси алюминия по керамобетонной технологии не представляется возможным.Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ изготовления огнеупорных изделий иэ кремнеземистых, алюмосили 975679катных, магвеэиальных и цирконовыхзернистых масс на зтилсиликатнойсвязке. Технологический процесс характеризуется следующими особенностями. В мешалку заливают дистиллированную воду, подкисленную концентрированной соляной кислотой с плотностью 1,19 г/смиз расчета 0,50,8 мл НСС на 100 мл воды, затем приперемешивании добавляют этилсиликатТемпература раствора повышается до50-700 С. Гидролиэ считается завершенным после снижения температуры ипросветления раствора. Массу готовяттаким образом; порошок фракции 3,00,5 мм иэ цирконового брикета смачивают ГКЖ-.11, Цирконовый концентрат фракции мельче 0,05 мм смешиваютс гидролизованным раствором этилсиликата, затем вводят смесь порошка.цирконового брикета с ГКЖи массу вновь перемешивают, вакуумируюти после заполнения формы виброуплотняют 8-10 мин. Изделия сушат в Формах при 150-200 С или выдерживают1,5 ч при 200 С на воздухезатемизвлекают из форм и обжигают при1680 С. Состав массы; 20 фракции0,5-0,3 мм из цирконового брикета,30 такого же порошка Фракции мельче 0,5 мм, 38 цирконового концентрата Фракции мельче 0,06 мм, 12связующего раствора и 0,2 сверх100 ГКЖ. При изготовлении изделий известным способом с применением этилсиликатной связки в состав изделий с этилсиликатом вводят большое количество активной Я 10, которая на стадии спекания изделий взаимодействует с основным составом изделия с образованием легкоплавких эвтектик, понижающих рабочую температуру керамических изделий. Вот почему известный способ распространен в основном только для ЯХО-содержащих материалов (циркон, муллит, карбид кремния, плавленный кварц) . По данному способу из массы, состоящей из 45 спеченного муллита с размером зерна 0,63-2,0 мм и 55 тонкодисперсной корундовой составляющей с удельной поверхностью 4000 см/г, 10 гидролизованного раствора этилсиликата с добавкой 0,5 ГКЖ формуют тигли методом вибролитья в металлические формы с последующей стадией спекания при 1580 С в течение 4 ч, Основные свойства материала, полученного известным способом: термостойкость 40 теплосмен (1000 С - вода) до полного разрушения, открытая пористость 23, ресурс тиглей 80 эаливок 1 3.Недостатками известного способа являются высокая пористость получаемых иэделий, сравнительно высокая усадка и бодьшая трудоемкость технологического процесса.Целью изобретения является уменьшение пористости и усадки при одновременном упрощении технологичес 5 кого процесса.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу изготовления огнеупорных изделий, включающемуприготовление шликера путем введе 1 О ния в водный раствор соляной кислотытонкодисперсного корундового материала и грубодисперсного наполнителя, вибролитье в форму, сушку и обжиг, используют раствор соляной кислоты с рН 0,1-1,5, в который последовательно вводят углекислый стронций до плотности 1,05-13 г/см , за-,тем при подогреве раствора до 40550 С - тонкодисперсный корундовыйматериал и наполнитель, а вибролитье осуществляют в форму, подогретую до 55-65 С при влажности шликера6-10,По предлагаемому способу процесствердения обусловлен реакцией взаимодействия НС 1 с окисью алюминия иуглекислым стронцием с образованиемоксихлоридов. Экспериментальные исследования по изучению влияния температуры формы, температуры массыв момент введения тонкодисперснойсоставляющей в связку, плотностьсвязки, содержание углекислого стронция в ней, рН, влияние ее на плотность и усадку изделий показывают,35 что при использовании холодной формы подвижность массы недостаточна,чтобы полностью воспроизвести форму,Нагретая форма позволяет повыситьподвижность формовочной смеси при40 формовании и уменьшить время твердения изделия в форме после прекращения вибрации. Использование болееподвижной формовочной смеси даетвозможность снижения исходной влаж 45 ности, повышение упаковки твердойсоставляющей с сохранением качественной поверхности изделия и, какследствие, снижение усадок.оПри температуре формы ниже 55 Сподвижность массы еще недостаточна,чтобы обеспечить максимальную упаковку в сырце. При температуре формывьпае 65 С наблюдаются испарение соляной кислоты, потери текучести массыи увеличение усадки, При введениитонкодисперсной составляющей в связ.Фку при температуре меньше 40 Среакция взаимодействия НСВ с ЯгСОЗи АЗ 0 З замедляется, продолжает идтив процессе формования с газовыделе 60 нием, что приводит к увеличению пористости и усадки, При подогревеСмеси более 55 фС наблюдается испарение НС 1, что сопровождается замедлением процесса схватывания, про 65 теканием процесса газовыделения в25 30 35 40 45 50 момент затвердения массы в форме,что также приводит к увеличению пористости и усадки,Если содержание связки превышает10, то плотность полуфабрикатауменьшается, что сопровождается увеличением усадок при обжиге, При содержании связки менее 6 вязкостьформовочной массы настолько велика,что невозможно заполнение формы.Если плотность связки менее 1,05 г/см,10то оксихлоридов стронция становитсянедостаточно, в результате прочностьсырца уменьшается, сформованные иэделия разрушаются при извлечениииз Формы При плотности связки более1,3 г/см реакция взаимодействияЯРО с НСЯ смещается в сторонуобразования хлоридов стронция, непроявляющих вяжущих свойств, поэтомупрочность сырца также снижается иполуфабрикат разрушается при извлечении из формы,1При рН связки более 1,5 реакциявзаимодействия Яг СО 9 и АО ь с НСРзамедляется, потому что непременнымусловием ее протекания являетсяувеличенная концентрация ионов водорода, При рН связки менее 0,1 реакция взаимодействия НС 1 с ЯгСО 3 иАР ОЭ идет с образованием хлоридов,не проявляющих вяжущих свойств,чтоотрицательно сказывается на механической прочности сырца.Во всех указанных пределах технологических режимов и операцийпредлагаемый способ обеспечиваетдостижение поставленной цели,П р и м е р 1. Готовят смесь из89 глинозема, 4 углекислого стронция, 2 двуокиси титана, 3 кварцевого песка и 2 борной кислоты,увлажняют ее водным раствором декстрина, гранулируют, обжигают при1350 ОС измельчают сухим способомР2.до удельной поверхности 4000 см /г.Отдельно готовят связку, состоящуюиз смеси 500 мл соляной кислотыи 500 мл воды при соотношении1:1 по объему и 300 г углекислогостронция до конечной плотности раствора 1,25 г/см и рН 0,5. Углекислый стронций реагирует с солянойкислотой с образованием оксихлоридов,играющих роль вяжущего. Затем связку разбавляют водой при соотношениисвязка; вода 1:3 до рН 1,2, отмеряют600 мл и в нее порциями при постоянном перемешивании и подогреве до40 С вводят тонкодисперсный корундо-вый материал с удельной поверхностью4000 см/г в количестве 4,4 кг доостаточной влажности 15-20. Перемешивают до тех пор, пока непрекратится газовыделение, затем в полученную смесь вводят спеченный муллит с размером зерна 0,63-2,5 мм в количестве 3,6 кг до остаточнойвлажности 9.Приготовленной таким образомсмесью заполняют форму тигля, предварительно подогретую до 55 С приодновременном воздействии вибрационных колебаний с частотой 80 Гц иамплитудой 0,2 мм, Время воздействиявибрации от момента начала заполнения формы до полного ее заполнения4-5 мин, После заполнения нагретойформы формовочной смесью.ее в нагретом состоянии оставляют для твердения в течение 25 мин, после чегоформу разбирают и полуфабрикат подвергают сушке. Сушку проводят в сушильном шкафу, нагретом до 120 фСв течение 3 ч, что необходимо дляприобретения дополнительнбй прочности и удаления влаги. После сушкитигли подвергают спеканию при1580 С в окислительной атмосфере в течение 4 ч.П р и м е р 2. Связку готовятиэ смеси 500 мл НСР, 500 мл воды,200 г ЯгСО 5 до конечной плотности раствора 1,05 г/смз и рН 0,1. Затем связку разбавляют водой до рН 1,0, .отмеряют 600 мл и в нее порциями при перемешивании и подогреве до 50 С вводят тонкодисперсный спек,состоящий иэ смеси АРО, ЯгСО 3, Т 1 О , В О и обожженный при 1400 Ч", с удельйой поверхностью 3000 см /г в количестве. 4,4 кг и перемешивают до полного прекращения выделения пузырьков. В полученную смесь при постоянном пЕремешивании вводят 3,6 кг спеченного муллита с размером зерна 0,63-2,5 мм до остаточной влажности 10. Полученной смесью заполняют металлическую форму тигля, подогретую до 65 С.прн одновременном воздействии вибрационных колебаний с частотой 110 Гц и амплитудой 0,3 мм. После заполнения формы вибрацию прекращают, твердение массы в форме проходит в течение 30 мин, Затем форма разбирается, а полуфабрикат подвергают сушке в сушильном шкафу при 150 С в течение 1 ч, а заотем спеканию при 1580 С в течение 4 ч в окислительной атмосфере.П р и м е р 3. Измельчают глинозем до удельной поверхности 6000 см,г, готовят грубоэернистый наполнитель в виде спеченного муллита с размером зерна 0,63-5,0 мм и злектрокорунда с размером зерна 0,1-0,8 мм. Отдельно готовят связку, для чего в емкости смешивают 500 мл воды, 500 мл НСР, затем при перемешивании вводят 400 г углекислого стронция до конечной плотности раствора 1,3 г/см и рН3 0,1. Полученную свяэку разбавляют водой до рН 1,5, отмеряют 700 мл связки и в нее при перемешивании и нагреве до 55 вС сначала вводят тон975679 Способ Формования Свойства полученных материалов Тигли Капсели Пористость, Усадка,% %Плотностьг/см 3,053,1 8-10 3,2 16 Предлаг аемый Метод вибролитьяна этилсиликате 2,8 23-24 Изготовленные по предлагаемомуспособу изделия обладают большейплотностью, меньшей пористостью иосадкой. Таким образом можно изготавливать любые габаритные изоляторы,огнеупорные капсели, жаропрочныетрубы и другие изделия,Промышленная апробация тиглейпоказывает, что они не уступают поресурсу тиглям, изготовленным изтермопластичных суспензий. Химический состав металла на изменяетсяпри ресурсе 200-240 заливок. Приэтом технология изготовленияогнеупорных изделий намного упрощаетсяпо сравнению с ранее известной.Полностью отпадает необходимость виспользовании вредного и токсичноговещества - пиперидина. Связка может храниться неограниченное время;брак формования становится обратимьм, Понижаются требования к точности дозировки и условиям хранениясырьевых компонентов. Уменьшениеусадок в обжиге приводит к уменьшению брака изделий по деформации вобжиге, по этой причине предлагаемыйспособ более экономичен. Себестоимость изделий также снижается засчет исключения иэ калькуляции затрат на этилсиликат, уменьшения коэфФициента запуска, сокращения длительности режимов сушки и временитвердения в Формах, уменьшения потерь производства,ВНИИПИ Заказ 8922/37 Филиал ППП "Патент", г комолотый глинозем в количестве2,4 кг. Затем вводят 3 кг спеченногомуллита с размером зерна 0,63-5,0 мми 3 кг электрокорунда с размеромзерна 0,1-0,8 мм до остаточной влажности 6, После тщательного перемешивания приготовленной смесью заполняют металлическую форму капселя,подогретую до 50 фС при вибрационномвоздействии с частотой 2800 колебаний в минуту и амплитудой 0,5 мм,После заполнения формы вибрациюпрекращают, Затем по истечении20 мин после полного затвердевания массы сформованный капсель вынимают из формы, подсушивают в сушильном шкафу при 130 С в течение 2 ч,а затем спекают в окислительной атмосфере при 1580 С в течение 10 ч, 5 Для установления преимуществпредлагаемого способа проводят срав-нительные исследования методом вибролитья в металлические Формы на 10 этилсиликате по предлагаемому иизвестному способам. Сравнительныерезультаты исследований представленыв таблице.1 Плот- Порис- Усадка,ность, тость, Ъг/см В 6 3,1 24 5 1 формула изобретения Способ изготовления огнеупорныхиэделий, включающий приготовлениешликера путем введения в водныйраствор соляной кислоты тонкодисперс39 ного корундового материала и грубодисперсного наполнителя, вибролитьев форму, сушку и обжиг, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюуменьшения пористости и усадки при40 одновременном упрощении технологического процесса, используют растворсоляной кислоты с рН 0,1-1,5, в который последовательно вводят углекислый стрбнций до плотности 1,0545 1,3 г/см , а затем при подогревераствора до 40-55 С - тонкодисперсный корундовый материал и наполнитель, а вибролитье осуществляют вформу, подогретую до 55-65 фС при50 влажности шликера 6-10.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРР 473603, кл, В 28 В 1/24, 1973.2, Пивинский Ю.Е, Основы технологии керамбетона,-Огнеупоры,Металлургия, 1978, Р 2, с. 34-42,3, Немец И,И., Семченко Г,Д.,Мозговой А.Н. Исследования по созданию огнеупорных композиций с ис 6 О пользованием эфиров ортокремнневойкислоты.-Огнеупоры, Металлургия, 1976, М 5, с. 44-49 (прототип),Тираж 641ПодписноеУжгород, ул. Проектная, 4