Вид РИД
Изобретение
Изобретение относится к области получения большемерных огнеупорных безобжиговых изделий на основе керамической вяжущей суспензии (КВС), в частности монолитных алюмосиликатных фурм длиной 4-6 м, применяемых, в основном, в металлургической промышленности для продувки в сталеразливочном ковше инертными газами сверху.
Известен способ изготовления огнеупорных изделий из материала на основе КВС с применением вибрации путем виброукладки смеси или вибролитья [1]. Способ включает получение вяжущей суспензии с заданными характеристиками, приготовление смеси вяжущей суспензии с заполнителем, загрузку ее в форму, виброформование и сушку. Известным способом можно получить огнеупорное изделие практически любых геометрических параметров, в т.ч. и большемерное, однако, к его недостаткам следует отнести низкую производительность и недостаточную термостойкость из-за неизбежного появления во время вибролитья раковин и неоднородной структуры готового изделия.
Известен способ получения многослойных керамических изделий из композиционного материала, который может быть использован для изготовления большемерных керамических изделий [2]. Способ заключается в том, что готовят керамическую шихту по крайней мере двух составов, содержащую композицию нитрид кремния-оксид иттрия или нитрид кремния-оксид магния и нитрид бора с различными соотношениями компонентов, предварительно уплотняют на механическом прессе в металлических пресс-формах в брикеты из шихты из композоции на основе нитрида кремния со ступенчатым изменением содержания нитрида бора, количество брикетов и последовательность укладки определяются конкретным диапазоном свойств (брикеты могут укладываться вертикально, в стопы или горизонтально, встык), а горячее прессование проводят при температурах 1550-1700 градусов и давлении 10-20 МПа в течение 2-3 часов в среде азота.
Известный способ получения большемерных керамических изделий не обеспечивает необходимых качеств фурм, в частности термостойкость, прочность и долговечность изделия. При этом в известном способе в одном процессе совмещается операция прессования при достаточно высоких прессовых усилиях и высокотемпературный обжиг, когда соединение отдельных изделий обеспечивается за счет процесса твердофазного спекания, что не обеспечивает монолитности готового большемерного изделия, гарантирующей его прочность в местах соединения.
Известен также способ получения огнеупорных безобжиговых изделий на основе КВС путем вибропрессования [3]. Способ характеризуется небольшой подвижностью формовочной смеси (за счет уменьшения в ней доли вяжущей суспензии) по сравнению со способом [1], а также применением таких технических решений, как самовакуумирование суспензии на стадии стабилизации, приготовление формовочной массы в смесительных бегунах и конусная корректировка стенок матричной формы в пределах до 0,013. Затем изделия подвергают сушке. Способ обеспечивает достаточную производительность при изготовлении безобжиговых изделий как огнеупорного, так и строительного назначения. При соблюдении определенных оптимальных условий на всех фазах получения огнеупорного изделия достигается достаточная шлакостойкость и ударная прочность за счет снижения открытой пористости внутреннего и внешнего слоев, однако, получение большемерного изделия огнеупорного назначения с сохранением всех преимуществ данного способа является трудновыполнимым с технической точки зрения.
Наиболее близким по сущности и достигаемому результату является пособ получения большемерных огнеупорных изделий по безобжиговой технологии, преимущественно для металлургической промышленности [4], включающий приготовление вяжущей суспензии, ее стабилизацию, смешение с заполнителем путем подачи вяжущей суспензии в заполнитель до получения оптимального соотношения, виброформование первичных сырых элементов с удельным статическим давлением 0,05÷0,20кг/см2 в течение 15÷40 с и их сушку, в котором перед сушкой отформованные первичные сырые элементы соединяют до заданных геометрических параметров с обработкой стыкуемых поверхностей составом на основе вяжущей суспензии для получения монолитности изделия.
Однако, как показала практика, несмотря на повышение прочности изделия, при описанных условиях омоноличивания изделия не происходит.
Задача, решаемая с помощью способа, заключается в получении высокопрочного, монолитного большемерного безобжигового керамобетонного огнеупорного изделия, в частности, монолитной фурмы длиной 4÷8 м для продувки стали в сталеразливочном ковше инертными газами сверху, путем соединения первичных отформованных элементов в стадии сырца до требуемых геометрических параметров и последующей сушкой готового изделия.
Задача решается следующим образом. Для изготовления безобжиговой монолитной фурмы формуют отдельные сырые элементы меньшего размера по известному способу [3], т.е. приготовление вяжущей суспензии, ее стабилизация, смешение с заполнителем алюмосиликатного состава и виброформование, при этом в заполнитель с определенным фракционным составом постепенно добавляют вяжущую суспензию до получения оптимального соотношения компонентов, а вибропрессование ведут с виброускорением 10÷80 м/сек2 в течение 25÷40 сек. Новым в заявляемом способе является то, что соединение отформованных первичных сырых элементов с обработкой стыкуемых поверхностей составом на основе вяжущей суспензии [4] до получения заданных геометрических параметров фурмы производится путем омоноличивания, за счет воздействия на первичные сырые элементы удельным статическим давлением от 0,02 до 0,5 МПа, при соблюдении влажности сырца от 6 до 9%. При этом соединение первичных сырых элементов целесообразно вести в вертикальном положении (в целях повышения технологичности процесса), чему способствует качество сырца, полученного по описанному способу.
При указанных условиях (необходимо применять не только определенное статическое давление, но и соблюдать определенную влажность сырца) происходит диффузия вяжущей керамической суспензии, т.е. омоноличивание отдельных сырых элементов, и получение единого, прочного изделия. Сформированное т.о. изделие отправляют затем в сушильную камеру и сушат известным способом с общим временем сушки не менее 12 часов. По окончании сушки готовое омоноличенное изделие удаляют из сушильной камеры и укладывают на транспортировочные поддоны.
По вышеописанному способу были изготовлены опытные партии керамобетонных образцов следующих размеров: 40×40×60 мм.
Результаты испытаний этих образцов приведены в таблицах 1, 2, 3 и проиллюстрированы на фиг. 1.
На фиг.1 показаны варианты результатов процесса, происходящего внутри изделия при соединении стыкуемых поверхностей сырых образцов при различных режимах, отраженных в таблицах 1, 2, 3:
1а) - процесс соединения отдельных сырых керамобетонных образцов и направление приложения удельного статического давления;
1б) - пример полного омоноличивания отдельных образцов при оптимальных режимах;
1в) - пример деформации образцов в случае превышения применяемого давления выше 0,5 МПа или влажности сырца более 9%;
1г) - пример неполного омоноличивания образцов;
1д) - пример простого склеивания образцов при режимах, отличных от заявляемых (омоноличивания не происходит, как и в прототипе).
На фиг.2 показана схема испытания готовых изделий «на трехточечный изгиб», где на опорах размещено готовое высушенное изделие (в данном случае собранное из трех элементов), а стрелкой показано направление приложения разрушающего усилия Р.
Примеры выявления оптимальных параметров заявляемого способа показаны в таблицах 1, 2, 3.
По вышеописанной технологии были изготовлены опытные партии омоноличенных фурм.
Высушенные готовые изделия (находившиеся в одинаковых режимах сушки) были подвержены механическому нагружению с последовательным приложением разрушающих сил по схеме (см. фиг.2).
Испытания полученных большемерных изделий, в частности на прочность, производят на известном оборудовании (на трехточечный изгиб), путем определения прочности при изгибе и визуально - характера разрушения.
Влажность соединяемых элементов не должна выходить за вышеуказанные пределы.
Изделия, отличающиеся влажностью менее 6%, разрушаются по шву. Если изделие имеет влажность более 9%, оно деформируется (см. показатели на таблицах и фиг.1).
Таким образом, из вышеописанного можно сделать вывод, что изготовленное по описанному способу большемерное огнеупорное керамобетонное изделие, омоноличенное при указанных условиях: удельном статическом давлении 0,02÷0,5 МПа и при влажности 6÷9 %, под воздействием механических нагрузок работает как цельное, единое тело, обеспечивая достаточную механическую прочность для выполнения необходимых кантовочных работ и транспортирования изделий. Таким образом, можно сделать вывод, что задача изобретения выполнена.
Результаты прочности изделий, полученных заявляемым способом, отражены в таблицах 1, 2, 3.
|
|
|
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР № 1784609, М. кл. С04В 35/62, от 30.12.1992 г. «Тиксотропная керамобетонная смесь для вибролитья»
2. Патент РФ № 2112762, М. кл. С04В 35/596, опубл. 05.05.1996 г. «Способ получения многослойных керамических изделий из композиционного материала»
3. Патент РФ № 2203247, М. кл.С04В 35/14, опубл. 27.04.2003 г. «Способ изготовления безобжиговых огнеупорных изделий, применяемых в металлургической промышленности».
4. Заявка на изобретение № 200212556, М. кл. С04В 35/14, опубл. 27.03.2004 г. «Способ получения большемерных огнеупорных изделий по безобжиговой технологии, преимущественно для металлургической промышленности».