CS265192B1

CS265192B1 - Charge for the production of refractory fibers

Info

Publication number: CS265192B1
Application number: CS878946A
Authority: CS
Inventors: Petr Ing Veselovsky; Stanislav Ing Zink; Jaroslav Ing Beran; Frantisek Ing Csc Novotny
Original assignee: Petr Ing Veselovsky; Stanislav Ing Zink; Beran Jaroslav; Novotny Frantisek
Priority date: 1987-12-08
Filing date: 1987-12-08
Publication date: 1989-10-13
Also published as: CS894687A1

Abstract

žáruvzdorná vlákna s odolností proti teplotám 900 až 1 500 °C na bázi oxidu křemičitého SÍO2 a hlinitého AL2O3, obsahují oxid fosforečný P2O5 v množství 0,01 až 2 % hmot. Účinky oxidu fosforečného P2O5 lze výhodně podpořit přítomností oxidu boritého B2O3, při jejich celkovém obsahu nejvýše do 2 % hmot. Vsázka může obsahovat rovněž oxid zirkoničitý ZrC>2 v množství 0,1 až 9 % hmot. a rovněž oxid vápenatý CaO v množství 0,1 až 1 % hmot. Výhodou složení vsázky je získání taveniny s nízkým poměrem povrchového napětí k viskozitě, což usnadňuje mechanické rozvlákněni a přispívá ke zvýšení výtěžnosti a lepší kvalitě vláken.refractory fibers with resistance to temperatures of 900 to 1,500 °C based on silicon dioxide SIO2 and aluminum AL2O3, contain phosphorus pentoxide P2O5 in an amount of 0.01 to 2% by weight. The effects of phosphorus pentoxide P2O5 can be advantageously supported by the presence of boron oxide B2O3, with their total content not exceeding 2% by weight. The charge may also contain zirconium oxide ZrC>2 in an amount of 0.1 to 9% by weight and also calcium oxide CaO in an amount of 0.1 to 1% by weight. The advantage of the charge composition is the obtaining of a melt with a low surface tension to viscosity ratio, which facilitates mechanical fiberization and contributes to an increase in yield and better quality of fibers.

Description

Vynález se týká vsázky pro výrobu žáruvzdorných vláken, odolných proti teplotám 900 až 1 500 °C, tavením vsázky a mechanickým rozvlákněním taveniny na bázi oxidu křemičitého SiO^ a hlinitého Α1·₂Ο₃·The invention relates to a charge for the production of refractory fibers, resistant to temperatures of 900 to 1,500 °C, by melting the charge and mechanical fiberization of the melt based on silicon dioxide SiO^ and aluminum oxide Α1· ₂ Ο ₃ ·

Složení vsázky pro výrobu žáruvzdorných vláken s teplotqu použití nad 900 °C a do 1 500 °C je popsáno v řadě vynálezů, modifikujících složení vsázky základního systému oxidu křemičitého SiO₂ a hlinitého Α1·₂Ο₃ k různým účelům, jako je zlepšení tavení, změny elektrické vodivosti taveniny, zlepšení tepelé odolnosti vláken atp.The composition of the charge for the production of refractory fibers with a temperature of use above 900 °C and up to 1,500 °C is described in a number of inventions modifying the composition of the charge of the basic system of silicon dioxide SiO ₂ and aluminum oxide Α1· ₂ Ο ₃ for various purposes, such as improving melting, changing the electrical conductivity of the melt, improving the heat resistance of the fibers, etc.

V patentu USA č. 3 449 137 je modifikováno základní složení 1 až 8 % hmot. oxidu chromitého Cr₂O₃· Sklovina pro výrobu žáruvzdorných vláken podle uvedeného složení je však korozivní vůči molybdenovým součástkám při elektrickém tavení.In US Patent No. 3,449,137, the basic composition is modified to 1 to 8 wt. % chromium oxide Cr ₂ O _3. However, the enamel for the production of refractory fibers according to the said composition is corrosive to molybdenum components during electric melting.

Přídavek oxidu hořečnatého MgO je uveden ve francouzských patentech, a to 4 až 25 % hmot. v patentu č. 1 357 393 a 7,5 až 22 % hmot. v patentu č. 1 538 727. Nevýhodou řešení je, že oxid hořečnatý MgO zhoršuje výtěžnost rozvlákňování.The addition of magnesium oxide MgO is mentioned in French patents, namely 4 to 25% by weight in patent No. 1,357,393 and 7.5 to 22% by weight in patent No. 1,538,727. The disadvantage of the solution is that magnesium oxide MgO worsens the pulping yield.

V patentu Francie č, 2 118 026 je uveden přídavek oxidu vápenatého CaO, hořečnatého MgO, hornatého BaO, berilnatého BeO, litného Li₂O ^a zirkoničitého ZrO₂ do 30 % hmot. , a v dalším francouzském patentu č. 1 412 790 přídavek oxidu vápenatého CaO, hořečnatého MgO a železitého Fe₂O₃ do 16 % hmot. V obou uvedených případech je však získané keramické vlákno náchylné k narušení vlhkostí.In French patent No. 2,118,026, the addition of calcium oxide CaO, magnesium MgO, montmorillonite BaO, beryllium BeO, lithium Li ₂ O ^and zirconium ZrO ₂ up to 30% by weight is mentioned, and in another French patent No. 1,412,790, the addition of calcium oxide CaO, magnesium MgO and ferric Fe ₂ O ₃ up to 16% by weight. However, in both cases, the obtained ceramic fiber is susceptible to damage by moisture.

Je však známo i složení vsázky bez přídavku modifikačních přísad. Např. ve francouzském patentu č. 1 086 670 je popsáno složení s obsahem 43 až 47 % hmot. oxidu křemičitého SiC>₂, až 55 % hmot. hlinitého A1₂O₃, přičemž obsah oxidu železitého Fe₂O₃, titaničitého TiO₂ a oxidů alkalických a oxidů alkalických zemin je do 0,5 % hmot. V Československém autorském osvědčení č. 182 471 je uvedeno základní složení s obsahem nejméně 98 % hmot. oxidu křemičitého a hlinitého, přičemž zbytek tvoří nečistoty v surovinách. V obou uvedených případech jsou vlákna vyrobena ze dvou poměrně levných a snadno dosažitelných surovin, avšak stupeň výtěžnosti je poměrně nízký.However, the composition of the charge without the addition of modifying additives is also known. For example, in French patent No. 1,086,670, a composition is described with a content of 43 to 47% by weight of silicon dioxide SiC> ₂ , up to 55% by weight of aluminum Al ₂ O ₃ , while the content of iron oxide Fe ₂ O ₃ , titanium dioxide TiO ₂ and alkali oxides and alkaline earth oxides is up to 0.5% by weight. In Czechoslovak author's certificate No. 182,471, a basic composition is given with a content of at least 98% by weight of silicon dioxide and aluminum oxide, the rest being impurities in the raw materials. In both cases, the fibers are made from two relatively cheap and easily available raw materials, but the degree of recovery is relatively low.

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezi vsázkou pro výrobu žáruvzdorných keramických vláken na bázi oxidu křemičitého SiO₂ a hlinitého AljOj podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že vsázka dále obsahuje oxid fosforečný P₂O₅ ^{v rozmez}í 0,01 až 2 % hmot.The above disadvantages are eliminated or substantially reduced by the charge for the production of refractory ceramic fibers based on silicon dioxide SiO ₂ and aluminum oxide Al 2 O 2 according to the invention, the essence of which lies in the fact that the charge further contains phosphorus pentoxide P ₂ O ₅ ^{in the range} of 0.01 to 2% by weight.

Je výhodné, když vsázka dále obsahuje oxid boritý B₂O₃, přičemž celkový obsah oxidu fosforečného Ρ₂°5 ^a boritého B₂O₃ je nejvýše 2 % hmot.It is preferable if the charge further contains boron trioxide B ₂ O ₃ , with the total content of phosphorus pentoxide Ρ ₂ °5 ^and boron trioxide B ₂ O ₃ being at most 2% by weight.

Pokud základní vsázka obsahuje oxid křemičitý SiO₂ a hlinitý A1₂O₃, je výhodné, aby jejich celkový obsah byl nejméně 97 % hmot.If the basic charge contains silicon dioxide SiO ₂ and aluminum oxide Al ₂ O ₃ , it is preferable that their total content is at least 97% by weight.

Je však možné, aby základní vsázka obsahovala ještě oxid zirkoničitý ZrO₂ v rozmezí 0,1 až 9 % hmot. Potom celkový obsah oxidu křemičitého SiO₂, hlinitého A1₂O₃ a zirkoničitého ZrO₂ ve vsázce je nejméně 97 % hmot.However, it is possible for the basic charge to also contain zirconium oxide ZrO ₂ in the range of 0.1 to 9% by weight. Then the total content of silicon dioxide SiO ₂ , aluminum oxide Al ₂ O ₃ and zirconium oxide ZrO ₂ in the charge is at least 97% by weight.

S výhodou obsahu oxidu křemičitého SiO₂ ve vsázce je v rozmezí 25 až 60 % hmot. a obsah oxidu hlinitého Al₂o₃ v rozmezí 37 až 65 % hmot.Preferably, the content of silicon dioxide SiO ₂ in the charge is in the range of 25 to 60 wt.% and the content of aluminum oxide Al ₂ O ₃ in the range of 37 to 65 wt.%.

Je výhodné, když vsázka dále obsahuje oxid vápenatý CaO v rozmez! 0,1 až 1 i hmot.It is advantageous if the batch further contains calcium oxide CaO in the range of 0.1 to 1% by weight.

Oxid fosforečný P₂°5 3^{e ve vs}4^zce vázán na oxid hlinitý A12O3, zirkoničitý ZrO2, vápenatý CaO či sodný Na2O. Oxidu fosforečného P2O5 j^e možno použít jako donoru kyslíku, nebot s oxidem hlinitým A12O₃ tvoří dvojici tetraedrů AIO^, PO^, která se může zabudovat do prostorové sítě namísto dvou tetraedrů SiO^, čímž se zvýší vhodnost taveniny pro rozvlákňování.Phosphorus pentaoxide P ₂ °5 3 ^{e ve vs} 4 ^z ce bound to alumina A12O3, zirconium ZrO2, calcium CaO or sodium Na2O. Phosphorus pentaoxide P2O5 ^can be used as an oxygen donor, because with alumina _A12O3 it forms a pair of tetrahedra AIO^, PO^, which can be incorporated into the spatial network instead of two tetrahedra SiO^, thereby increasing the suitability of the melt for pulping.

Výhodou složení vsázky podle vynálezu je získání taveniny s nízkým poměrem povrchového napětí k viskozitě, umožňující dobré mechanické rozvlákňování. Dlouhodobými zkušenostmi bylo ověřeno, že použitím složení vsázky podle příkladného provedení vynálezu se zvýší celková výtěžnost vlákna, vyjádřená jako podíl hmotnosti vyrobeného vlákna a utavených surovin, a dojde ke snížení tloušťky vlákna.The advantage of the charge composition according to the invention is to obtain a melt with a low surface tension to viscosity ratio, allowing good mechanical pulping. Long-term experience has shown that using the charge composition according to the exemplary embodiment of the invention increases the total fiber yield, expressed as a proportion of the mass of the produced fiber and the melted raw materials, and reduces the fiber thickness.

V soustavě oxid křemičitý SiO₂ a oxid hlinitý Al₂O₂ 3^e viskozita dána stupněm zesítování.In the system of silicon dioxide SiO ₂ and aluminum oxide Al ₂ O ₂ 3 ^, the viscosity is determined by the degree of crosslinking.

Prostorová síť je tvořena tetraedry, v jejichž středu je křemík Si a v rozích jsou atomy kyslíku které mohou být sdílené sousedními tetraedry. Hliník Al se do této prostorové sítě zabudovává tak, ža vytvoří také tetraedr se čtyřmi kyslíky a tento tetraedr se zapoií do síťové vazby. Protože však oxid hlinitý Al^O-j nemá dostatek kyslíku k tomu, aby veškerý hliník Al mohl vytořit tetraedry AIO^, je i množství oxidu hlinitého A^O^, které může být zabudováno do prostorové sítě, omezeno. Při zvyšování obsahu oxidu Al^O^ se prostorová síť postupně rozvolňuje, až při cca 64 % hmot. oxidu hlinitého A1₂O₂ by přešla na řetězové spojení a dále se rozpadla na izolované skupiny.The spatial network is formed by tetrahedra, in the center of which is silicon Si and in the corners are oxygen atoms that can be shared by neighboring tetrahedra. Aluminum Al is incorporated into this spatial network in such a way that it also forms a tetrahedron with four oxygens and this tetrahedron is involved in the network bond. However, since aluminum oxide Al^Oj does not have enough oxygen for all aluminum Al to form tetrahedra AIO^, the amount of aluminum oxide A^O^ that can be incorporated into the spatial network is limited. When the content of Al^O^ oxide increases, the spatial network gradually loosens, until at about 64 wt. % aluminum oxide A1 ₂ O ₂ would switch to a chain connection and further break up into isolated groups.

Přídavkem oxidu zirkoničitého ZrO₂, který se rovněž zabudovává do prostorové sítě a zvyšuje tak viskozitu taveniny především za nepřítomnosti alkálií, se dosáhne zlepšení způsobilosti taveniny k rozvlákňování.The addition of zirconium oxide ZrO ₂ , which is also incorporated into the spatial network and thus increases the viscosity of the melt, especially in the absence of alkalis, improves the ability of the melt to be pulped.

Zesítění lze dále zvýšit přídavkem oxidu boritého B₂O₂, který vytvoří trojúhelníky BO^, zapojující se svými vrcholy tetraedrů prostorové sítě. Hlavním důvodem přidávání oxidu boritého B2°3 3^{e v}®^ak snížení povrchového napětí taveniny, případně snížení její krystalizační rychlosti.Crosslinking can be further increased by adding boron trioxide B ₂ O ₂ , which creates BO^ triangles, connecting with their vertices of the tetrahedra of the spatial network. The main reason for adding boron trioxide B2°3 3 ^ev ® ^is to reduce the surface tension of the melt, or possibly reduce its crystallization rate.

Rovněž oxid vápenatý CaO je též schopen dodat potřebný kyslík na vytvoření tetraedrů AlO^ zabudovaných do prostorové sítě.Calcium oxide CaO is also able to supply the necessary oxygen to form AlO^ tetrahedra embedded in the spatial network.

Přídavek oxidu vápenatého nepřesahuje hranici 1 % hmot. neboť by mohlo docházet k narušování výsledného produktu vlhkostí. Přídavek oxidu fosforečného ^Ornezen požadavkem, aby nedocházelo k velkému úniku tohoto oxidu z taveniny za vysokých teplot.The addition of calcium oxide does not exceed 1% by weight because moisture could cause the resulting product to be damaged. The addition of phosphorus ^pentoxide is due to the requirement that this oxide does not escape from the melt at high temperatures.

Příklad provedení vynálezuExample of embodiment of the invention

Příklad Složky vsázky v % hmot.Example Batch components in % by weight.

1 1 Sio₂ 34,0 Sio ₂ 34.0 ^A12°3 56,0 ^A1 2°3 56.0 ZrO₂ 7,0 ZrO ₂ 7.0 ^P2°5 0,6 ^P 2°5 0.6 ^B2°3 1,0 ^B 2°3 1.0 CaO 0.6 CaO 0.6 Na₂O 0,3 Na ₂ O 0.3 nečistoty 0,5 impurities 0.5 2 2 46,2 46.2 51,0 51.0 - - 0,5 0.5 0,8 0.8 0,6 0.6 0,4 0.4 0,5 0.5 3 3 50,85 50.85 47,34 47.34 - - 0,25 0.25 0,18 0.18 0,29 0.29 0,44 0.44 0,65 0.65 4 4 52 52 46 46 - - 0,1 0.1 0,2 0.2 0,1 0.1 0,3 0.3 1,3 1.3 5 5 52,5 52.5 45,5 45.5 - - 0,7 0.7 - - 0,1 0.1 0,6 0.6 0,6 0.6 6 6 34 34 57 57 7 7 0,6 0.6 - - 0,6 0.6 0,3 0.3 0,5 0.5 7 7 52 52 46 46 - - 0,7 0.7 - - - - - - 1,3 1.3

Nečistoty, tvořící zbytek do 100 % hmot. jsou do vsázky vnášeny jednotlivými surovinami. Oxid křemičitý SiO₂ se vnáší do vsázky jako vysoce čistý sklářský písek, oxid hlinitý Al₂O₂ ve formě ρχ-áškového oxidu hlinitého technicky čistého, oxid zirkoničitý ZrO₂ se vnáší do vsázky např. ve formě jemně mletého zirkonu, oxid boritý B₂O₂ boraxem nebo kyselinou boritou a oxid fosforečný P₂O^ f°^sf°^recnanem vápenatým přírodním či umělým nebo fosforečnanem sodným. Oxid sodný Na₂O v příkladech provedení je vnášen do vsázky použitými surovinami, a jeho přítomnost není funkční.Impurities, forming the remainder up to 100% by weight, are introduced into the batch by individual raw materials. Silicon dioxide SiO ₂ is introduced into the batch as highly pure glass sand, aluminum oxide Al ₂ O ₂ in the form of technically pure ρχ-α alumina, zirconium oxide ZrO ₂ is introduced into the batch, for example, in the form of finely ground zircon, boron oxide B ₂ O ₂ with borax or boric acid, and phosphorus pentoxide P ₂ O^ f° ^with f° ^re calcium cyanate, natural or artificial, or sodium phosphate. Sodium oxide Na ₂ O in the exemplary embodiments is introduced into the batch by the raw materials used, and its presence is not functional.

Příkladná provedení neomezují rozsah vynálezu a je samozřejmé, že jsou možné různé obměny v rámci myšlenky vynálezu vyjádřené v předmětu vynálezu.The exemplary embodiments do not limit the scope of the invention and it goes without saying that various modifications are possible within the scope of the inventive idea expressed in the subject matter of the invention.

Claims

I will invent the object

A charge for the production of refractory fibers resistant to temperatures of 900 to 1500 ° C, by melting a batch and by mechanical melt spinning, based on SiO ₂ and Al ₂ O _3, characterized in that it contains 0.01 to 2% by weight. P ₂ O ₅ .

Second batch according to claim 1 characterized in that it further contains boron oxide B ₂ ° 3 'P ^ ič® ^m of the total content of phosphorus pentoxide P 2 O 5 ^and botitého B2O ₃ is not more than 2% by weight.

A charge according to claim 1 or 2, characterized in that the total content of SiO ₂ and Al ₂ O _{3 3} ® is at least 97% by weight.

4. The charge of claim 1 further comprising from about 0.1% to about 9% by weight. zirconium oxide ZrO _2, wherein the total content of silica SiO _2, alumina Al ₂ <3 ₃ ZrO ₂ and zirconium is at least 97% by weight.

5th batch according to claim 1 to 4, characterized in that the silica content of SiO ₂ is 25 to 60% by weight. and the Al ₂ O ₃ content is 37 to 65 wt.%.

6. The charge of claim 1 further comprising from about 0.1% to about 1% by weight. CaO.