Результат интеллектуальной деятельности: ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРУНДОВЫХ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к изготовлению огнеупорных изделий и может быть использовано для изготовления крупногабаритных изделий сложной конфигурации.

Огнеупорная оснастка для получения жаропрочных металлов и сплавов применяется для разливки сталей, к которым предъявляется ряд требований. Условия службы такой оснастки зависят от марки разливаемой стали, продолжительности разливки и температуры.

Повышение стойкости огнеупорного материала для получения жаропрочных сталей и сплавов осуществляется созданием огнеупорного материала с модифицирующими добавками с различным концентрационным содержанием.

Для повышения качества огнеупорного материала экспериментально определяют добавки и их содержание, а также концентрацию добавки для соответствия требованиям физико-механическим свойствам, термостойкости и химической стойкости.

Наиболее близким к изобретению - прототипом - является шихта, описанная в способе изготовления изделий из наноструктурированной корундовой керамики [RU 2341493 С1, МПК С04В 35/101], содержащая фракционированный электрокорунд, реактивный глинозем CL 370, глинозем Alphabond-300, кремнезоль «КЗ-ТМ» при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Недостатками изделий, изготовленных из известной шихты, является недостаточная прочность под воздействием тепловых потоков и химическая стойкость при смачивании огнеупорного материала с жаропрочными сплавами.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является устранение вышеуказанных недостатков прототипа.

Технический результат - повышение качества огнеупорного материала.

Техническое решение достигается тем, что шихта для изготовления корундовых огнеупорных изделий, включающая электрокорунд фракций 0,5-3,0 мм и 0,01-0,5 мм, глинозем реактивный тонкодисперсный (ГРТ), нанодисперсное технологическое связующее, глинозем Alphabond-500, пластификатор Castament FS-40 и воду при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Введение в состав шихты нанодисперсного технологического связующего позволяет образовывать подвижные жидкотекучие смеси при воздействии вибраций. При содержании менее 2% не достигается требуемой подвижности формовочной массы, а при содержании более 6% приводит к образованию микротрещин.

Приготовление нанодисперсного технологического связующего на основе оксида алюминия, который представляет собой серый порошок состава AlO(ОН) - Бемит (98%) и примесь Са(СО₃) - Кальцит (2%), заключается в следующем:

- осуществляют съем стружки со слитка (сплава Д16), состоящего из фрагментов площадью 140-175 мм² и толщиной 0,1-0,4 мм;

- обрабатывают полученные фракции водным раствором натриевой щелочи;

- промывают осадок до величины рН среды 8,5-9,0;

- осуществляют сушку осадка в сушильном шкафу при температуре 70°С;

- синтезируют в печи при температуре 400°С;

- осуществляют мокрый помол в планетарной мельнице в изопропиловой среде с последующей сушкой в сушильной камере при температуре 70°С.

Введение в состав шихты глинозема Alphabond-500 при содержании менее 1% не увеличивает транспортную прочность, а при содержании более 4% образует микротрещины. Глинозем Alphabond-500 представляет собой порошок белого цвета с химическим составом.

Введение в состав шихты фракционированного электрокорунда и ГРТ указанных диапазонов способствует образованию высокой плотности за счет укладываемости частиц при воздействии вибраций. Кроме этого, ГРТ экономически выгоднее глинозема CL 370.

ГРТ представляет из себя порошок белого цвета с химическим составом (по ТУ 14-194-280-07) оксида алюминия не менее 99,5%, оксида кремния не более 0,05 масс. %, оксида железа не более 0,1 масс. %, оксида натрия не более 0,35 масс. %, с размером частиц D50-2,5 мкм, D90-7,5 мкм. [Боровичский комбинат огнеупоров - http://aobko.ru/refractories/neformovannye_ogneupory/fine_grain_reactive_alumina/].

Глинозем CL 370 представляет из себя порошок белого или светло-серого цвета с химическим составом - оксид алюминия 99,8%, оксид кремния 0,05 масс. %, оксид железа 0,03 масс. %, оксид натрия 0,06 масс. %, с размером частиц D50-2,5 мкм [Horst Н. Pohland. Aluminium oxide. Production, properties, applications. - G.: Verlag modern industrie, 1999-72p.].

Введение в состав шихты пластификатора Castament FS-40 (органический водорастворимый порошок желтого цвета) увеличивает подвижность жидкотекучей массы при низком содержании влаги. При содержании менее 0,1% не образует достаточной подвижности формовочной массы, а при содержании более 0,3% способствует высокой пористости.

Введение в состав шихты затворяющей жидкости в виде воды при содержании менее 6% не образует подвижности смеси, а при содержании более 10% увеличивается открытая пористость и ухудшаются физико-механические параметры.

Схема изготовления шихты состояла в следующем: смешивали фракции электрокорунда 3-0,5 и 0,5-0 мм, отдельно смешивали ГРТ с нанодисперсным технологическим связующем, глиноземом Alphabond-500 и пластификатором Castament FS-40. Затем в полученную смесь добавляют смешанные фракции электрокорунда, после чего увлажняют водой и непрерывно перемешивают до получения однородной массы. Приготовленную шихту использовали для получения огнеупорных изделий.

Формование производили в форму методом вибролитья. Полученная заготовка подвергается естественной сушке, затем сушке с сушильной камере и обжигу в печи окислительного действия.

Пример 1

Для изготовления изделий приготавливали формовочную массу, содержащую компоненты в соотношении, масс %:

Порошковые смеси получали путем сухого перемешивания фракционированного электрокорунда, отдельного смешивания ГРТ, нанодисперсного технологического связующего, Alphabond-500 и Castament FS-40. В полученную смесь добавляли смешанные фракции электрокорунда и увлажняли водой с непрерывным перешиванием до получения однородной массы. Формование производили в форму при наложении вибраций с дальнейшей естественной сушкой, сушкой в сушильной камере и спеканием в печи окислительного действия.

Пример 2

Для изготовления изделий приготавливали формовочную массу, содержащую компоненты в соотношении, масс. %:

Последовательность операций, как в примере 1, изменялось только соотношение компонентов.

Свойства материалов изделий по предлагаемому составу в таблице 1.

Источник информации

1. Патент РФ №2341493, С04В 35/101, опубл. 20.12.2008, бюл. №35. Способ изготовления изделий из наноструктурированной корундовой керамики (прототип).