Результат интеллектуальной деятельности: ОГНЕУПОРНАЯ МАССА ДЛЯ ФУТЕРОВКИ ЖЕЛОБОВ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для футеровки желобов доменных печей методом набивки (пневмотрамбования).

Известны огнеупорные массы для футеровки желобов доменных печей (далее огнеупорные массы) на основе алюмосодержащего огнеупорного заполнителя с карбидом кремния, огнеупорной глиной и каменноугольным пеком, например, огнеупорные массы по патентам RU 2189955 С2, С04В 35/528, С04В 35/66, 2002 [1]; RU 2135428 C1, С04В 33/22, С04В 35/66, 1999 [2]. Известные огнеупорные массы не обеспечивают эксплуатационных свойств желобов по стойкости из-за невысоких термомеханических свойств пековой связки.

Известны огнеупорные массы на основе алюмосодержащего огнеупорного заполнителя с карбидом кремния, огнеупорной глиной, графитом и вяжущей суспензией из плавленого кварца, например, по патентам US 5064787 А, С04В 35/18, С04В 35/63, С04В 35/66, 1991 [3] и US 5147834 A, С04В 28/24, С04В 35/63, С04В 35/66, 1992 [4]. Известные огнеупорные массы имеют повышенную прочность благодаря хорошим термомеханическим свойствам вяжущей системы, но вследствие полиморфизма SiO₂ футеровки из этих масс имеют недостаточную термостойкость.

По совокупности общих существенных признаков наиболее близкой к патентуемой является набивная огнеупорная масса для монолитных футеровок по патенту RU 2153480 С2, С04В 35/101, С04 В 35/66, 2000 [5]. Она содержит (по сухому), мас.%: 48-67 бокситовый заполнитель полифракционный, 0-18 карбид кремния полидисперсный, 33-40 бокситовую вяжущую суспензию, включающую 1-4 огнеупорной глины, которая вводится в виде предварительно подготовленной суспензии, и 0,5-1,0 лигносульфонат (сверх 100% по влажному). Известная огнеупорная масса для выполнения набивной футеровки имеет влажность в пределах 4,7-5,3%. Положительными свойствами известной огнеупорной массы являются высокие служебные свойства (механическая прочность при спекании, температура деформации под нагрузкой, шлакоустойчивость, термостойкость, объемопостоянство).

Недостатки известной массы - снижение формовочных свойств в течение времени вследствие потери влаги из-за впитывания заполнителем (пористость боксита составляет 7-11%), а также смерзание зимой в твердый монолит при транспортировке и хранении на холодном складе. Перед применением смерзшуюся массу размораживают в специальных камерах - тепляках, что ведет к дополнительным затратам и при этом возможно ухудшение формовочных свойств из-за локальных перегревов массы. Для контроля формовочных свойств массы у потребителя используют показатель формовочной плотности сырой массы. Кажущаяся плотность сырой массы, уложенной методом пневмотрамбования, должна быть не менее 2,65 г/см³.

Целью настоящего изобретения является повышение «живучести» и морозостойкости огнеупорной массы с сохранением положительных служебных свойств прототипа.

Поставленная цель достигается тем, что в огнеупорную массу, содержащую бокситовый заполнитель, карбид кремния, глину огнеупорную, лигносульфонат и бокситовую вяжущую суспензию, вводятся дополнительно алкандиол и углеродный концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбид кремния 14-30, глина огнеупорная 3-6, бокситовая вяжущая суспензия (по сухому) 27-30, лигносульфонат 1,5-2,0, алкандиол 0,5-0,8, углеродный концентрат 3-6, бокситовый заполнитель фр. 0-7 мм - остальное.

Из ряда алкандиолов (гликолей) предпочтительно применение 1,2-этандиола НОСН₂СН₂ОН - (этиленгликоль). Водный раствор этиленгликоля при одной и той же концентрации имеет самые низкие температуру замерзания и вязкость по сравнению с водными растворами на основе других гликолей. Введенный в огнеупорную массу в заявленных пределах этиленгликоль, соединяясь с влагой массы, образует незамерзающую пленку на поверхности зерен компонентов, предотвращающую смерзание массы в зимний период.

Кроме этого, этиленгликоль, обладая свойством хорошо смачивать углерод, при перемешивании массы с углеродным концентратом повышает пластичность и способствует образованию в массе равномерного углеродного «каркаса», обеспечивающего шлакоустойчивость. Благодаря низкой упругости паров и гигроскопичности этиленгликоль почти не испаряется и активно поглощает воду из окружающей среды, поддерживая «живучесть» массы. Введение в огнеупорную массу алкандиола менее 0,5% не обеспечивает положительного эффекта, а введение его более 0,8% снижает механическую прочность обожженной массы.

При введении в массу в заявленных пределах углеродного концентрата, содержащего в своем составе карбид кремния, углерод и кремнезем (мас.%: до 15 SiC, до 60 С и до 10 SiO₂) повышаются такие свойства обожженной массы, как шлакоустойчивость и механическая прочность. Углеродный концентрат применяется тонкомолотым.

Для компенсации дилатансии суспензии боксита (снижения подвижности при увеличении механического воздействия на дисперсную систему), в результате которой масса плохо уплотняется при трамбовании, в массу вводится огнеупорная глина в количестве 3-6 мас.%. Глина пластифицирует огнеупорную массу, улучшая ее формовочные свойства, а также участвует при обжиге в процессе образования муллита, повышающего температуру деформации под нагрузкой. Для упрощения технологического процесса глину огнеупорную вводят в массу в сухом состоянии. Предпочтительно использование тонкодисперсных фракций глины с электрофильтров, либо после дополнительного помола до полного прохода через сито 0,1 мм.

Повышению пластичности и «живучести» массы в условиях ее невысокой влажности (5-6%) способствует также введение в количестве 1,5-2,0% лигносульфоната, служащего поверхностно-активным веществом и временной связкой на стадии укладки массы в желоб.

Изобретение поясняется примером получения огнеупорной массы для футеровки желобов доменных печей.

Применяемые материалы: карбид кремния (ГОСТ 26327-84), глина огнеупорная (ТУ 14-8-336-80), лигносульфонат (ТУ 2455-028-00279580-2004), углеродный концентрат тонкомолотый (ТУ 1914-109-72-2000), этиленгликоль (ГОСТ 19710-83), боксит китайский обожженный марки MID D фракции 0-7 мм, предварительно приготовленная путем мокрого помола боксита в шаровой мельнице вяжущая суспензия плотностью не менее 2,70 г/см³.

Для получения огнеупорной массы используют указанные компоненты в количествах, приведенных в формуле изобретения.

В смеситель интенсивного перемешивания вначале загружают боксит, карбид кремния, глину огнеупорную, углеродный концентрат и смешивают их в сухом состоянии в течение 1-2 минут. Затем добавляют бокситовую вяжущую суспензию, и компоненты вновь перемешивают. Далее вливают лигносульфонат и на последнем этапе этиленгликоль с окончательным перемешиванием массы в течение 2-3 минут. Готовую массу затаривают в мягкие контейнеры типа МКР.

Образцы из предложенной огнеупорной массы после обжига при температуре 1300°С имеют открытую пористость в пределах 20-23% и механическую прочность при сжатии в пределах 85-100 МПА. Масса сохраняет «живучесть» и формуемость при длительном хранении и отрицательной температуре.

Формовочные свойства (кажущуюся плотность образцов из уплотненной массы) определяли по ГОСТ Р 52541-2006 после хранения массы на холодном складе в течение месяца при температуре до минус 20°С. Образцы из заявляемой массы, сформованные методом пневмотрамбования без предварительного разогрева массы, имели кажущуюся плотность в пределах 2,65-2,75 г/см³, а у массы по прототипу отсутствовали формовочные свойства из-за смерзания ее в монолит.

Таким образом, создана набивная огнеупорная масса для футеровки желобов доменных печей, сохраняющая формовочные свойства в условиях длительного хранения и воздействия низких температур и отвечающая требованиям по показателям качества.

Источники информации

1. Патент RU 2189955 С04В 35/528, С04В 35/66, 2002.

2. Патент RU 2135428 С04В 33/22, С04В 35/66, 1999.

3. US 5064787 A, С04 В 35/18, С04В 35/63, С04В 35/66, 1991.

4. US 5147834 A, С04В 28/24, С04В 35/63, С04В 35/66,1992.

5. RU 2153480 C2, С04В 35/101, С04В 35/66, 2000.