Способ получения пористых огнеупорных материалов

(5 ЗОБРЕТЕНИЯ ОПИСА ИЕ К ПАТЕНТУ 1(56) Авторское свидетельство СССР М 1444080, кл. В 22 Е 3/10, 15.12.88. (54) СПОСОБ. ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИААЛОВ ение фильтров и и тепловых агрещую из алюминия 6 и оксида хрома руют при темпе С, затем из 0,02 мм, Далее инициирование высокотемпераают на воздухе.более 1770 С и Изобретение относится к области по. рошковой металлургии, а.именно к производству пористых огнеупоров, и может быть использовано йри продувке газом расплава и для изготовления фйльтров, футеровки металлургических и тепловых агрегатов,Известен способ изготовления спеченных изделий, включающий формование пористой заготовки из металлйческого порошка путем свободной засыпки его в форму, заполнение пор заготовки мелкодисперсным. порошком с размером частиц 0,14-0,5 от размера частиц г)орошка заготовки при наложении вибрации сначала с ускорением 9 8-19,6 м/с, а затем с ускорег.нием 7-9 м/с .К недостаткам указанного способа относится неравномерная пористость соседних микроучастков в изделии,что вызывает неодинаковую огнеупорность этих микро- объемов, Наличие различных физических свойств по сечению образца способствует тому, что соседние микрообъемы будут различаться по прочности в горячем состоянии, что в конечном итоге приводит к возникноГОСУДАРСТВЕННОЕ .ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(57) Использование, изготовл футеровки металлургических гатов, Смесь (в мас.%), состоя 27-60, борного ангидрида 8-5 7-55, прокаливают и агломери ратуре, не. превышающей 60 мельчают до крупности менее смесь формуют, производят самораспространяющегося турног.о синтеза (СВС) и спек Изделия имеют огнеупорность пористостьдо 32%. 1 табл,вению термических напряжений и разрушению огнеупора.Наиболее близким по технической сущнбсти и достигаемому результату к данному изобретению является способ получения ке 3 ю. рамических изделий из порошка алюминия, включающий засыпку порошка в форму его окисления и сйекание на воздухе, причем окисление проводят в среде водяного пара при 110-150 С, а спекание осуществляютщ при 400-600 С. Недостатком данного спо- О соба является малая пористость. ДьВ известном способе окисление части- ф. чек алюминиевого порошка, которое проис-, (, ходит .под воздействием перегретого, (Д водяного пара, приводит к разрушению защитной оксидной пленки на этих частичках, В итоге, при последующем спекании на воз- фф духе при температуре 400 - 600 ОС.образует- ф ся малопористая керамика,Недостатком дайного способа также является неравномерность физико-механических свойств огнеупора, В составе смеси отсутствуют борсодержащие компоненты, например борнь 1 й ангидрид, который начи- нает плавиться при температуре 450 ОС и .1794103 борного ангидрида в составе исходной смеси делия. При повйшении содержания алюмиСникаетсятемпература реакции, Борныйан- ния в составе шихты более 60% большая гидрид усваивается йе полностью и содер- часть его, не прореагировав, попадает в жится в конечных продуктах реакции, Это 55 продукть реакции, поэтому изделие из-за обстоятельство взначительной степениухуд- малой прочности получить не удается, оно шает физико-механические свойства изде- рассыпается,лия, такие как прочность, пористость и Выбор фракции смеси, крупностью меогнеуйорность.нее 0,02 мм; в качестве оп ределя ю щей обуслоьлен различиями в твердости исходных 3, . 4может растворить остальные компоненты. При снижении количества оксида хромаКак известно, усреднение компонентов в в составе исходной смеси менее 7% спекарасплаве происходит гораздо интенсивнее, ние происходит с преобладанием реакциичем у механической смеси этих компонен- (3), т.е, реакции восстановления бора, Перетов. 5 ход оксида бора в газовую фазу при нагревеЦелью изобретения является повыше- дотемператур реакции 3 (Т - 2300 К) споние стабильности физико-механических собствует образованию пор, Однако прочсвойствогнеупора.указанная цельдостига- ность спеченного огнеупорного изделияется тем, что доя получения спеченного па- из-за чрезвычайно обильного порообразористого огнеупорного изделия применяют и "0 вания и отсутствия Сг 20 з снижается, Кромеспособ, включающий приготовление смеси: того, наличие неусвоенного в ходе реакциииз порошка металла-восстановителя; на- (3) борного ангидрида, имеющего очень низпримералюминйя,. и тугоплавкого оксида - кую температуру плавления, в продуктахметалла, и борсодержащий компонент, фор- этойреакции снижает огнеупорность издемирование, инициирование СВСиспекание 15 лия,в режиме горения на воздухе. Для этогоПриувеличении количестваоксидахросмесь, составляющую из 8 - 56% барного ан.- .ма в исходной смеси более 60.% спеканиегидрида, 7-55% оксида хрома и 27-60%: происходит с преобладанием реакции (1).алюминия прокаливают и агломерируют, за- . Равновесие этой реакции даже при повышетем измельчают до крупности0,02 мм и: 20 нии температуры будет сдвинуто вправо,формуют перед инициированием саморасп- поскольку концентрация оксида хрома знаространяющегося высокотемпературного чительно превышает необходимые стехиосинтеэа. При использовании данного спасо- . метрические. отноше ния. Реакцияба получения пористого огнеупорного изде- образования диборида хрома (реакцйя 2) булия улучшается стабильноСть 25 дет проходить при недостатке борного анфизико-мехайических свойств, также проч- гидрйда, Поэтому в продуктах реакцииность, пористостьи огйеупорность. будет мало тугоплавкого диборида хрома,Суменьшением в составесмесйколиче- Этоснижает прочность изделия. Кроме тоства борйого ангидрида менее 8% спекание .го, избыточное количество свинца хрома, впроисходит с преобладанием реакции вос: том числе и в продуктах реакции, входящеестановления хрома: в виде непрореагировавших частиц заметноСг 20 з+ 2 А 1 = 2 Сг+ А 20 з,(1) - : снизит пористость огнеупорного изделия.. ЬНя 9 в реакции =Ь. Н 29 в А 120 з -: ., Нижний предел содержания алюминияЬН 298 Сг 20 з=-127750 кал :в предлагаемом способе обусловлен огнеН 298 реакции . 35. упорностью и. прочностью изделия. Приермичность процесса;Массу шихты уменьшении содержания алюминия в соста=,620 ккал/кг = 2,59 МДж/кг,ве шихтй менее 27% нарушается синхронВоэможность протекания реакций: .: ность перемещения фронта горения6 А+ 2 В 20 з+ Сг 2 Оз = 2 СгВ 2+ ЗА 1 гОз: (2) алюмйния и тепловой волны, образованнойТермичность реакции - 852 ккал/кг =.3,56 4" избытком тепла в результате алюминотерМДж/кгмии. Иньгми словамй, уменьшается концен 620 з+2 А= 2 В+А 20 з; (3) ., трация тепла в единицу времени в узкойТермичность реакции ккал/кг = 3,36:. зоне горения:, а.сама зона горения становитМдкУкг уменьшается с уменьшением в со- ся шире Это уменьшение концентрации: ставе смеси борного ангидрида. При этом 45 тесла, менее 27% в составе шихты, связанпроисходит резкое снижение прочности и ное с уменьшением содержания, резко сни.огнеупорности иэделий, . ., " .жает прочность изделия, и егоПри увеличении количества борйого ан-: ".,огнеупорность.гйдрида в.составе смеси более 56% спекание, Верхний предел содержания алюминияпроисходит с преобладанием последующих 5 О в предлагаемом составе и способе такжедвух реакций (2) и (3), Причем из-за избыТка- . связан, в первую очередь, с прочностью изматериалов при совместном истирании. При крупности материалов более 0,02 мм полученный после спекания огнеупор будет неоднороден, т.к. будет обладать различными физическими свойствами в различных сечениях. А неоднородность свойств огне- упора снижает его прочность и огнеупорность.Анализ условий получения спеченного пористого огнеупора на основе предлагаемого состава и способа показывает его существенные отличия от известных. Эти отличия заключаются в агломерации трех- компонентной смеси (борного ангидрида, оксида хрома и алюминия), При совместном использовании двух компонентов (оксида хрома и борного ангидрида) и алюминия, в результате спекания, образуется агломерат, а после синтеза. в основном, два тугоплавких соединения: диборид хрома и корунд. Таким образом заявляемый состав и способ соответствуют критерию "Новизна",Применение известных составов и способов получения тугоплавких соединений не обеспечивает свойств, которые достигаются в предлагаемом способе получения спеченного огнеупора, а именно значительное увеличение стабильности физико-механических свойств, таких как йрочность, огнеупорность и пористость изделий,Предлагаемый способ получения пористого огнеупора. реализуют следующим образомП р и м е р 1. Смесь, состоящую из порошков, мас,ф:Борный ангидрид 5 Оксид хрома 5 Алюминий 90 прокаливают и агломерируют в электропечи при температуре не выше 600 С в течение нескольких часов, затем измельчают в шаровой мельнице, Контроль за крупностью помола производят по классу 0,02 мм с помощью пневмосепарации, После этого полученную смесь формуют, затем производят инициирование и синтез,Состав продуктов спекания, о,: Корунд 10,6 Диборид хрома 4,9 Алюминий 84,4 Бор 0,10 Термичность процесса 0,5568 кДж/кг, адиабатическая температура800 К, После инициирования реакции синтеза развития не получают, изделие рассыпается.П р и м е р 2. Условия и место испытаний те же.Состав смеси, мас. Оь:Борный ангидрид56,0 Оксид хрома 7,040 Алюминий 37,0Крупность смеси 0,02 мм.Состав продуктов спекания, ,6:Корунд69,95 Диборид хрома 6,8Борный ангидрид 11,3Бор 12,0Термичность процесса 3,02 кДж/кгАдиабатическая температура 2220 К10 Пористость около 3,3;Огнеупорность1750 ОС.Температура начала деформации поднагрузкой 1350 С.Среднее квадратическое атклонение тем 15 пературы начала деформации (ат,н.д)129 С.П р и м е р 3. Условия и место испытанийте же.Состав смеси, мас.Барный ангидрид 5520 Оксид хрома 13Алюминий 32Крупность смеси 0,03 мм,Состав продуктов спекания, :Корунд 60,425 Диборид хрома 12,7Борный ангидрид 19,5Бор 7,4Термичность 2,78 кДж/кгАдиабатическая температура2200 К30 ПористостьОгнеупорность1770 СТемпература начала деформации поднагрузкой 1340-1450 С.Среднее квадратическое отклонение35 о.н.д, 106 С,П р и м е р 4, Условия и место испытанийте же.Состав смеси, мас.,:Борный ангидрид 45Оксид хрома 24Алюминий 31Крупность смеси 0,02 мм.Состав продуктов спекания, о;Корунд 58,645 Диборид хрома 23,4Борныи ангидрид 15,9,Бор 2,1Термичность 2,97 кДж/кгАдиабатическая температура 2230 К50 Пористость 23-26Огнеупорность 1990 СТемпература начала деформации поднагрузкой 1420-1490 ОС.Среднее квадратическое отклонение55 %.н.д. 72 ОС.П р и м е р 5. Условия и место испытанийте же.Состав смеси, мас.,4:Борный ангидрид 235. Состав продуктов спекания, %.Корунд . . 58,4 5Диборид хрома 24,8Алюминий 9,6Хром 7,2Термичность 3,086 кДж/кгАдиабатическая температура 2390 К 10Пористость 28-30Огнеупорность1770 СТемпература начала деформации поднагрузкой. 1390-1490 С.Среднее квадратическое отклонение 15П р и м е р б. Условия и место испытанийте же,Состав смеси, мас.%:Борный айгидрид . 37Оксид хрома 36Алюминий 27Крупность смеси 0,03 мм.Срстав продуктов спекания, %:Корунд 51,0 25Диборид хрома 24,7Оксид хрома 11,7Борный ангидрид 12,6Термичность 2,696 кДж/кг .Адиабатическая температура 2200 К. 30Пористость 17 - 18%,Огнеупорность1770 С,Температура начала деформации поднагрузкой 1350-1470 С.Среднее квадратическое отклонение 35От.н.д, 510 С.П р и м е р 7, Условия и место испытанийте же.., Оксид хрома 9;9Хром 6,1Термичность 3,094 кДж/кг,Адиабатическая температура 2400 К. 50Пористость 28-32%.Огнеупорность 1900 - .21000 С,Температура начала деформации поднагрузкой 1800-1950 С,Среднее квадратическое отклонение 55д,н;д, 490 С.П р и м е р 8. Условия и место испытанийте же,Состав смеси, мас.%:: Диборид хрома 8,5Алюминий 11,3Хром 31,6Термичность 2,55 кДж/кг.Адиабатическая температура 2320 К;Пористость 7 - 12%,Огнеупорность1730 С,Температура начала деформации поднагрузкой 1350-1470 С.Среднее квадратическое отклонение%;н.д,94 С.П р и м е р 9. Условия и место испытанийте же.Состав смеси, мас,%:Борный ангидрид 17Оксид хрома 51Алюминий 32Крупность смеси 0,02 мм.Состав продуктов спекания, %;Корунд 59,0Диборид хрома18,0Алюминий 0,8Хром 22,21 ермичность 3,11 кДж/кг,Адиабатическая температура 2400 КПористость 20 - 22%.Огнеупорность1770 С,Температура начала деформации поднагрузкой 1390-1480 С,Среднее квадратическое отклонениео64 С,П р и м е р 10, Условия и место испытаний те же.Состав смеси, мас,%:Борныи ангидрид 0,0Оксид хрома . 50,0Алюминий 50,0Крупность смеси 0,02 мм,Состав продуктов спекания, %:Корунд 33,6Алюминий 32,2Хром 34,2Термичность 1,758 кДж/кг,Адиабатическая температура 1950 КПористость 60%,Спекание. идет вяло, изделие рассыпается, Огнеупорность и температура началадеформации под нагрузкой не нормироваП р и и е р 11. Условия и место испытанийте же,Состав смеси, мас,%:Борный ангидрид10 1794103 Корунд .81 6Алюминий 0,8Бор 17,6Термичность 3,358 кДж/кг, адиабати 5 ческая температура 2300 К,Пористость 17 - 20;4.Огнеупорность 1580 С.Температура начала деформации поднагрузкой 1120 - 1220 С,10 Среднее квадратическое отклонение(7 т.н.д. 186 С.Ниже, в таблице приведены результатыиспытаний предлагаемых составов и способа,15 Анализ таблицы показывает, что пористость огнеупора составляет от 17 до 32 Опротив 5-10 у прототипа, огнеупорностьболее 1770 С против 1730 С, а температураначала деформации под нагрузкой (характе 20 ризующая прочность) составляет, как правило более 1350 С. Ожидаемый годовойэкономический эффект около 5,0 млн,руб, вгод. 56,00,044,0 25 Формула изобретенияСпособ получения пористых огнеупорных материалов,.включающий приготовле- . ние порошковой смеси, содержащей алюминий, прокаливание ее и агломерацию на воздухе при температуре, не превышающей 600 С, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что при изготовлении порошковой смеси в нее дополнительно вводят борный ангидрид и оксид хрома при следующем соотношении компонентов смеси; мас,7 ь: Борный ангидридОксид хромаАлюминий 8 - 567-6527-60 Оксид хрома 17Алюминий 66Крупность смеси 0,02 мм,Состав продуктов спекания, :Корунд 36,1Диборид хрома 16,6Алюминий 46,9Бор 0,4Термичность 1,888 кДж/кг,Адиабатическая температура 1840 КПористость 1 - 5;.Огнеупорность не нормирована (мала).Температура начала деформации поднагрузкой не нормирована из-за разрушения образца.П р и м е р 12, Условия и место испытаний те же,Состав смеси, мас.о:Борный ангидридОксид хромаАлюминийКрупность смеси 0,02 мм.Состав продуктов спекания, о; а после агломерации проводят измельчение агломерата до размера его частиц менее 0.02 мм, затем проводят формование, инициирование самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и спекание в режиме горения на воздухе.1794103 П ипе Похататеан0 7 В 12 1 З тип Состав; %вориип анйхд.риА охспд хроца еаомнниа 56 7 ЗТ 45 24 З 1 23.5.36,0 40,5 З 724 В 45 55 31 Зу 17 Ь 6 7 О22.5 22,5 .55 1 Э 32 17 51 32 20 зо 60 Кмис хрупно. стн смеси, мм Состаа продпооз оог 60,4 58.6 12,7 23.4 О,оз 51.0 24.7 17 .2,5 оог 10,6 49 48,6 6,5 0.02 59,0 18,0 о.ог 33,6 о,ог 69.9 6,8 о,оззвп16,6 0.02 55,4 248.69 196 212 49 . 94 Редактор Заказ 525 . ТиражПодписное. ВНИИПИ Государственного комитета по изобретеним и рткрьтиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж;. Раушска наб 4 И Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,. улГагарина, 101.Термич ность МДх/хт, Тм, Пористость,ОтнеупОР нооть, фСТемпература начала дефор мвцин под натруахоп.мССреднее хевд. .рэтнч. отхаоиенйе. еС Составитель В.ЗаборовскийТек ред М.Моргентал Корректор М;Мвксимишинец