Результат интеллектуальной деятельности: ДИНАСОВЫЙ ОГНЕУПОР

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к производству огнеупорных изделий для футеровки различных высокотемпературных тепловых агрегатов, например стекловаренных и коксовых печей.

Известны динасовые огнеупоры, изготовленные из масс, содержащих кремнеземистый заполнитель, минерализатор на основе оксида кальция и временное связующее: например, из учебника Стрелова К.К. и др. «Технология огнеупоров» (М.: Металлургия, 1988, с.308-343) [1], справочника Кащеева И.Д. «Производство огнеупоров» (М.: Металлургия, 1993, с.136-145) [2], патента RU 2243953, C04B 35/14, 2005 [3], монографии Кайнарского М.С. «Динас» (М.: Металлургиздат, 1961, с.299-300) [4].

Кремнеземистым заполнителем в известных динасовых огнеупорах [1], [2], [3] является кварцит - плотная горная порода, состоящая из зерен кварца, сцементированных кремнеземистым веществом (кварцевым цементом). Недостатками данных огнеупоров являются: значительное увеличение объема изделий при обжиге вследствие полиморфных превращений кварца и большое содержание остаточного кварца, сконцентрированного в крупных зернах заполнителя, который в процессе эксплуатации огнеупоров продолжает превращаться и может привести к нарушению целостности футеровки теплового агрегата из-за больших объемных изменений массива кладки.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является огнеупор [4], изготовленный из массы, содержащей заполнитель в виде кварцевого стекла, минерализующую добавку на основе оксида кальция и временное связующее.

Положительными свойствами огнеупора по прототипу являются отсутствие остаточного кварца в изделиях после обжига и высокая температура начала деформации под нагрузкой. Недостатками огнеупора являются невысокая механическая прочность обожженных изделий (23 МПа), недостаточно низкая пористость (21,1%), повышенная температура обжига (1450°C). Кроме этого, сырец известного огнеупора (как свежесформованный, так и высушенный) имеет очень низкую механическую прочность из-за свойства кварцевого стекла плохо смачиваться. Это лишает массу пластичности и связанности, ухудшает прессуемость и процесс упрочнения при сушке и, как следствие, дает повышенный брак при производстве.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание динасового огнеупора с улучшенными характеристиками: высокой механической прочностью и низкой пористостью. Для решения поставленной задачи и достижения технического результата согласно формуле изобретения масса содержит кремнеземистый заполнитель, состоящий из кварцевого стекла фр. 0-3 мм с содержанием SiO₂ не менее 99,0% и отмагниченного кварцита фр. 0-0,09 мм, минерализующую добавку на основе оксида кальция и временное связующее при следующем соотношении компонентов, мас.%: отмагниченный кварцит фракции 0-0,09 мм 22-34, минерализующая добавка (по CaO) 1,8-3,3, временное связующее 2-4 (по сухому сверх 100%), указанное кварцевое стекло фр. 0-3 мм - остальное.

Сущность изобретения состоит в том, что введение в состав заполнителя тонкомолотого кварцита - более активного компонента, чем кварцевое стекло, обеспечивает в присутствии минерализатора раннее образование жидкой фазы, интенсивную кристаллизацию тридимита из расплава и спекание при температуре не выше 1420°C. Повышается механическая прочность огнеупора и компенсируется ее снижение в результате «расстекловывания» кварцевого стекла в кристобалит. Повышению механической прочности огнеупора способствует также образование в процессе обжига волластонита (CaO·SiO₂), игольчатая структура которого служит армирующим компонентом. Введение тонкомолотого кварцита в заявленных пределах улучшает формовочные свойства массы, повышает прочность сырца, обеспечивает высокую плотность укладки зерен заполнителя и снижение пористости изделий. При введении его менее нижнего предела снижаются механическая прочность и температура начала деформации под нагрузкой, при введении более верхнего предела ухудшается прессуемость массы (перепрессовка, образование посечек в обжиге) и повышается брак.

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.

Для получения заявляемого огнеупора использовали кристаллический кварцит (отмагниченный) месторождения «Гора Караульная» фр. менее 0,09 мм с содержанием SiO₂ не менее 98,0%, кварцевое стекло фракции 0-3 мм с содержанием SiO₂ не менее 99,0%, минерализатор в виде известкового молока (чистого либо с железистой добавкой) и лигносульфонат технический жидкий по ТУ 2455-028-00279580-2004.

Указанные сырьевые компоненты дозируют и смешивают в смесителе интенсивного перемешивания. Из массы влажностью 5,0-5,5% прессуют изделия, сушат и обжигают в туннельной печи при максимальной температуре 1420°C.

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;

- массовую долю оксида кальция по ГОСТ 2642.7-97;

- 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 42,5 МПа) и открытую пористость в пределах 17,5-18,5%. Присутствие остаточного кварца в обожженных изделиях (0,1-0,3%) дает положительный эффект в службе, т.к. небольшой дополнительный рост изделий уплотняет кладочные швы, повышая стойкость футеровки тепловых агрегатов.

Источники информации

1. Стрелов К.К. и др. «Технология огнеупоров» (М.: Металлургия, 1988, с.308-343) [1];

2. Кащеев И.Д. «Производство огнеупоров» (М.: «Металлургия», 1993 с.136-145) [2];

3. Патент RU 2243953 C04B 35/14, 2005 [3];

4. Кайнарский М.С. «Динас» (М.: Металлургиздат, 1961, с.299-300) [4].