Результат интеллектуальной деятельности: ДИНАСОВЫЙ ОГНЕУПОР И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к производству динасовых огнеупорных изделий для футеровки тепловых агрегатов.

Известны динасовые огнеупорные изделия, полученные из шихты, включающей заполнитель с кремнеземсодержащим компонентом, портландцемент и затворитель, например SU 409999, С04В 35/14, 1972 [1], SU 592799, С04В 35/14, 1978 [2], SU 627104, С04В 35/14, 1977 [3], SU 382594, С04В 35/14, 1971 [4]. В известных динасовых огнеупорах кремнеземсодержащим компонентом заполнителя, в том числе крупнозернистой его части, является кристаллический кварцит - горная порода, состоящая из зерен кварца. Недостатком известных огнеупоров является изменение объема (рост) во время обжига вследствие полиморфных превращений кварца исходного сырья в более легкие модификации - кристобалит и тридимит. Процесс превращения сопровождается увеличением пористости, разрыхлением огнеупора, изменением линейных размеров, появлением посечек и трещин и, как следствие, выходом большого количества бракованных изделий, особенно больших размеров и сложной формы. Кроме того, известные динасовые огнеупоры после обжига содержат значительное количество остаточного (непревращенного) кварца, в основном сконцентрированного в крупных зернах заполнителя, который продолжает перерождаться в процессе службы, вызывая дополнительный рост огнеупоров и нарушение целостности футеровки тепловых агрегатов. Наиболее близким по совокупности существенных признаков является динасовый огнеупор [4], изготовленный из шихты, содержащей, мас.%: 92,0-98,5 кристаллический кварцит фр.3-0 мм и 1,5-8,0 портландцемент. Способ изготовления известного огнеупора [4] включает смешение кварцитового заполнителя с портландцементом, увлажнение шихты затворителем в виде водного раствора сульфитно-спиртовой барды до влажности массы 6-7%, прессование сырца, сушку и обжиг.

Недостатками известного огнеупора [4] являются низкая прочность при сжатии (31 МПа), высокая пористость (22,6%), большое содержание остаточного кварца (до 10%) и нестабильность свойств в результате неравномерного распределения цемента в массе.

Известный способ изготовления огнеупора [4] методом полусухого прессования ограничивает возможность изготовления изделий больших размеров и сложных форм.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание динасового огнеупора с низким содержанием остаточного кварца. Для решения поставленной задачи и достижения технического результата согласно формуле изобретения масса для получения динасового огнеупора содержит кварцевое стекло фракции 5-0 мм, песок кварцевый, отмагниченный кварцит фр. менее 0,09 мм, портландцемент и затворитель в виде водного раствора полиметиленнафталинсульфоната натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: песок кварцевый 0,5-3,0, указанный кварцит 20-40, портландцемент 3-6, указанный затворитель 7,5-8,5 (сверх 100%), кварцевое стекло фракции 5-0 мм - остальное. Сущность изобретения состоит в том, что использование в крупнозернистой части заполнителя кварцевого стекла, имеющего малый коэффициент термического расширения и не содержащего реликтовых зерен кварца, исключает большие объемные изменения в обжиге и его негативные последствия. Полиморфные превращения претерпевает кварц только мелкозернистой части заполнителя, этот процесс сопровождается небольшим ростом, который компенсирует усадку массы при спекании. Заявленные пределы содержания тонкомолотого кварцита и кварцевого песка подобраны опытным путем и обеспечивают плотность укладки зерен заполнителя и баланс усадки и роста в обжиге, сохранение объемопостоянства огнеупора.

Тридимитизация в процессе обжига тонкомолотого кварца повышает механическую прочность огнеупора, компенсируя ее снижение в результате идущего в обжиге «расстекловывания» кварцевого стекла заполнителя в кристобалит. Повышению механической прочности огнеупора способствует также образование в обжиге волластонита (CaO*SiO₂), игольчатая структура которого служит армирующим компонентом.

Отсутствие непревращенного кварца в крупнозернистой части заполнителя и высокая степень перерождения кварца в мелкозернистой части заполнителя гарантируют низкое содержание остаточного кварца в предлагаемом огнеупоре. Отмагничивание тонкомолотого кварцита предотвращает образование в огнеупоре металлических выплавок.

Применение в качестве затворителя водного раствора полиметиленнафталинсульфоната натрия - поверхностно-активного вещества, адсорбирующегося на границе вода - твердая фаза, позволяет за счет его пластифицирующего (разжижающего) эффекта улучшить смачивание и равномерность диспергирования цемента в массе с невысокой влажностью. При этом не происходит вовлечения воздуха в массу (в отличие от ПАВ прототипа), что обеспечивает плотность сформованного сырца. Для получения заявляемого огнеупора использовали кристаллический кварцит (отмагниченный) месторождения «Гора Караульная» фр. менее 0,09 мм с содержанием SiO₂ не менее 98,0%, портландцемент по ГОСТ 10178, песок кварцевый по ГОСТ 22551, полиметиленнафталинсульфонат натрия по ТУ 5870-005-58042865-05, кварцевое стекло фракции 5-0 мм с содержанием SiO₂ не менее 99,0%.

Способ получения заявляемого динасового огнеупора реализуется следующим образом.

Массу готовят путем дозирования и смешения указанных сырьевых компонентов в смесителе интенсивного перемешивания. Полученную массу влажностью 7,5-8,5% постепенно загружают при работающем вибростоле в разъемные формы, штыкуя первый слой для предотвращения образования раковин на рабочей поверхности изделия. Сформованный сырец накрывают полиэтиленовой пленкой и выстаивают в форме в течение не менее 7 часов при температуре 28-35°C для набора прочности. Затем форму разбирают и производят естественное подсушивание сырца в течение 8 часов, после чего укладывают на стеллажи сушильной вагонетки и сушат в туннельном сушиле. Высушенный сырец обжигают в туннельной печи при температуре 1400-1420°C. Формование способом вибролитья, совмещающим процесс укладки, уплотнения массы и формообразования изделий, позволяет полностью реализовать разжижающий и диспергирующий эффект затворителя, а также изготовлять изделия больших размеров и сложных форм.

Примеры составов огнеупорной массы и свойства динасового огнеупора указаны в таблице, пример 5 относится к прототипу.

Определение показателей свойств проводили:

- массовую долю двуокиси кремния по ГОСТ 2642.3-97;

- плотность по ГОСТ 2211-65;

- открытая пористость по ГОСТ 2409-95;

- предел прочности при сжатии по ГОСТ 4071.1-94;

- остаточный кварц по методике МВИ №202-30-99.

Как видно из таблицы, патентуемый динасовый огнеупор по сравнению с прототипом имеет повышенную механическую прочность (не менее 45 МПа), открытую пористость в пределах 16,5-19,6%, содержание остаточного кварца не более 0,5%. Огнеупор позволяет минимизировать компенсационные швы, повысить качество кладки и стойкость футеровки тепловых агрегатов.

Источники информации

1. SU 409999, С04В 35/14, 1972.

2. SU 592799, С04В 35/14, 1978.

3. SU 627104, С04В 35/14, 1977.

4. SU 382594, С04В 35/14, 1971.