RU2001369C1 - Огнеупорна футеровка плавильной печи - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени  огнеупорна  футеровка содержит кладку из огнеупорного кирпича с теплоизол ционной засыпкой между сло ми и покрытие на огнеупорной поверхности кладки, состо щее из оксидалюминиевого компонента и св зующего, при этом покрытие дополнительно содержит хромит лантана, циркон и строительный песок, а в качестве св зующего-каолин и фосфатную композицию при следующем соотношении компонентов, мас%: хромит лантана (La СЮ ) фр. 15-20 мкм - 8.5 - 13,4; циркон (Zrcf x OJ фр. 025 - 0,30 мм - 402 - 46,7, строительный песок (SiO ) 14,4 - 28,6; каолин - 7,1 - 152; фосфатна  композици  - 10,7 - 152; кроме того, фосфатна  композици  содержит алюмохромфосфат плотностью 12 г/см и сульфитно-спиртовую барду в соотношении 15 : 75 - 150. Изобретение позвол ет получить огнеупорную футеровку с повышенным сроком службы, высокими термостойкостью и излучательной способностью 1 ЗП.Ф-ЛЫ.

Description

Изобретение относитс  к области металлургии , в частности к футеровкам плавильных печей, и может быть использовано при плавке алюмини  и его сплавов, черных и благородных металлов.

Известна футеровка печи дл  выплавки алюмини , состо ща  из шамотного кирпича и облицованна  высокоглиноземистым кирпичом.

Недостатком данной футеровки  вл ет- с  малый срок службы ввиду того, что высо- коглиноземистый кирпич, которым облицована огнева  поверхность футеровки ,  вл етс  пористым, что вызывает диффузионное поглощение паров алюмини , взаимодействие со стеклофазой с образованием алюмокремниевого сплава с незначительной величиной излучательной способности.

Известна также керамическа  масса на основе А120з. Дл  снижени  температуры спекани  и улучшени  диэлектрических свойств она содержит шпинель МпСг204 в количестве 0,5-30 мас.%. Однако соединени  марганца значительно разъедают огне- упор и расшатывают его структуру.

Известно также покрытие, .которое с целью интенсификации теплоотдачи излучением готовитс  путем нанесени  на кладку методом распылени  минеральных соединений (сульфата железа или сульфата марганца) раствора кальцинированной соды .

При нагреве покрытых поверхностей до рабочих температур соли соответственно превращаютс  в закись-окись железа РезСм и марганца МпзСм с высокой степенью черноты , равной 0,93-0,95.

Дл  повышени  степени черноты поверхность покрывают раствором жидкого стекла, который при рабочих температурах (600-700°С) дает гладкую прочную пленку с высокой степенью черноты, состо щую из силиката железа.

Недостатком известных покрытий  вл - ютс  невысока  температура применени  и невозможность использовани  их в высокотемпературных печах ввиду разложени  указанных компонентов, разрыхлени  покрыти , разрушени  его и сокращени  вследствие этого срока службы футеровки.

Известна также огнеупорна  масса дл  футеровки плавильных печей, содержаща  хромитовую руду - 66-70%. огнеупорную глину (бентонит)- 10-12%, св зующее (сульфит- ный щелок, жидкое стекло) - 10-12%, молотый асбест - 9-11%. Данна  масса предназначена дл  повышени  шлакоустой- чивости. Недостатком данной массы  вл ютс  невысокие термостойкость и

прочность ввиду использовани  малостойких компонентов (как асбест, жидкое стекло) в услови х высоких температур.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  огнеупорна  футеровка плавильной печи, содержаща  кладку из огнеупорного кирпича с теплоизол ционной засыпкой между сло ми и покрытие на основе оксида алюмини  на огневой поверхности кладки и св зующего А(МОз)з.

К недостаткам данной футеровки следует отнести невысокую степень черноты 0,40- 0,45, котора  присуща оксидам алюмини , что приводит к снижению интенсивности теплопередачи излучением и соответственно снижает срок эксплуатации покрыти .

Целью, предлагаемого технического решени   вл етс  повышение срока службы футеровки за счет увеличени  термостойкости и интенсификации процесса теплопередачи излучением.

Это достигаетс  тем, что в огнеупорной футеровке плавильной печи, содержащей кладку из огнеупорного кирпича с теплоизол ционной засыпкой между сло ми и покрытие на огневой поверхности кладки, состо щее из оксидалюминиевого компонента и св зующего, согласно изобретению покрытие дополнительно содержит хромит лантана, циркон и строительный песок, а в качестве св зующего - каолин и фосфатную композицию при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хромит лантана (1 32СгОз)

фракции 15-20 мкм8,5-13,4

Циркон (Zr02 SI02) фракции

0,25-0,30 мм40,2-46,7

Строительный песок

(SiOz)14.4-28,6

Каолин7,1-15,2

Фосфатна  композици 10,7-15,2

кроме того фосфатна  композици  содержит алюмохромфосфат (АХФС) плотностью 1,2 г/см3 и сульфитно-спиртовую барду (ССБ) в соотношении 15:75-150.

Данна  футеровка обладает высоким сроком службы ввиду повышенных термомеханических характеристик покрыти  и позвол ет увеличить интенсивность процесса теплопередачи излучением в св зи с повышенным по сравнению с известными коэффициентом степени черноты используемой рецептуры.

Сущность изобретени  состоит в следующем .

Предложенна  огнеупорна  футеровка содержит кладку из огнеупорного кирпича марки ША, Поскольку поверхность данного кирпича не дает высокой излучательной

способности (степень черноты 0.50-0,55), что пригодит к повышенным тепловым потер м , предложено из кладку наносить слой покрыти  предложенного состава толщиной 1-2 мм.

Наличие в покрытии циклона повышает термостойкость массы. Циркон необходимо использовать с размером фракции 0,25-0,30 мм

Известно введение в качестве монокристаллического наполнител  стабилизированной двуокиси циркони  в виде частиц размером 10-2000 мкм.

Сочетание двуокиси циркони  с другими компонентами, такими, как хромит редкоземельного элемента, металлического хрома и фосфатного св зующего, приводит к повышению термостойкости материала, примен емого в качестве электропроводных изделий.

В нашем случае в качестве монокристаллического наполнител  использован циркон, дающий в сочетании с предложенными компонентами более высокие концентрационные характеристики при обычных и высоких температурах, привод щие к повышению срока службы футеровки.

Введение циркона в количестве 40,2- 46,7 мае. %  вл етс  наиболее оптимальным вариантом (установленным экспериментально ) дл  получени  высоких физико-ме- ханических характеристик покрыти  и позвол ем получить слой с высокой излучэ- тельнои способностью.

Вне уг-азанных интервалов знамений, iак видно из таблицы, показатели предложенном футеровки ухудшаютс , I.K. высока  химическа  стойкость циркона не позвол ет чор. гллть погерхностн парами металличе- гкпго anKj uiibifl, выдел ющеюс  при плавке чистого металла или злюмокремниеоых сплагзоо г резким уменьшением степени чернот.

Хромит лантана специально синтезируетс  сг -кзкием при температуре Солее 2000Г С и индукционных высокочастотных почах

П данном изобретении примен лс  виб- I . им р )г-иг лантана с фракционным

г -г- -, г г,м 1Г,-20 МКМ.

, i пи ии хромита лантачп ИЗРССТНО /.п. : ч ) иони  электрических на, реоате- ,i ч- ,e.nn из хромита лантана обпадают II , фопрочностыо и стойкостью tun

-л к же что использование его

,. ,14 лчом циркони  дл  этих

рс-лко повысить тормотой Рличивать срок из г, I Ч t M в I Г t С О Г , Т

покрыти  огнеупорной Ьу;срог ки не бы известно. Введение ото v сослав покрыти  менее 8,5 мас.% приводит к снижению сте пени черноты, э более 13,4 i-r-c % подет. к 5 удорожанию композиции, причем термом - ханические характеристик г повышаютс  (см.примеры на запред /1ьные )

Поскольку огнеупорна  футеровка подвергаетс  большим напр жени м от смены

0 температур, покрытие должно обладать PU- сокой устойчивостью к температурным колебани м и иметь одинаковый с кладкой (низкий) линейный коэффициент термичо- скогорасширени . Дл  этой цели прсдложе5 но ввести о состав покрыти  строительны песок фракции 0,1-1,0 мм ТУ 14-8-223-77.

Назначение песка в предла эемой композиции следующее. Во-первых, оч пвл ет- с  активным наполнителем Хромфосфатна 

0 св зка, как известно, активно захватывает свободные оксидкремниевые радикалы на поверхности зерен и композици  приобретает способность отвержд тьс  при 130°С (при комнатной температуре покрытие тол5 щиной 1 мм оысыхае за 2 ч с приобретением достаточной прочности при сдвиге 8-10 МПа, после обжиы при 1100°С - 450-500 МПа). Во-оторых, как инертный наполнитель в процесса.; смешений, нанесени 

0 сушки регулирует усадку и термофизические свойства за счет создани  плотной упа- копки и, n-третьил, SIO обладает при высоких темперзтургк онач.1тггп.чь|М коэффициентом степени черноты |0,80-и,( /)

5 Применение фракции п JCKO 0.1-1 ООммспо- собствует наиболее плотному сцеплению и получению монолитною опсч (пленки) по принципам состыкосанпч Нг гт/ -.и0 и гпста- г.о 1 },4-28,6 .% i сскл ч. ,Р|СЯ ианболре

0 оптимальным дл  по i Физико-меха- . иических харзктерисгпк ri сланного покрыти 

Применен:: каолина cnoc iCxmyer ппрЯДОЧОгШЮ СТр КТуПЫ. ППГП- CpHO .U ОГ-5 проделению нзпольтои г ч .мчп. Ш Г окоидоп стабильны i пзлузтс ты- м /ар ч- теристикам пскгз-iTiH, a T.V,K ji ciu-м чет xopCLiyio С(. мп-, , оо тки ,TI .

СЛО/лКО,1 Г/Ни,ОфОС||ч Г ОЙ С -. При ЗЛТВС) 0 pCHi-И аЛ| МОлПОГ . aiHl/М СВм0у .

Следует о .метить, что OKCI датюминие- вь:й г омпоиент по пыги , о дл.нном случае AbOj. содержитс  ь t:aor,iifHj в количестве

20-22 r- uc % R изностном решении (прото- 5 типе нстыи Г 1 си,: алю-п-т ,f,, ;

фИРОЦИИ 1 С П О Т ТО В Я Л С (   f OCHO i-lOTO kOMnOn hT, 1 i, . riPKT bMV :, E -i . ГЛ ПО . I i . СТГ ЧГГО HI CtJ . Г{ i X Г .

фат i-з  композици ) перед св зующим по прототипу - азотнокислым алюминием Al(Nfh)i следующие1 высока  адгези  к поверхности , образование прочного полимера после сушки при 100°С, отсутствие фазовых высокотемпературных переходов, лишь частична  потер  Р20$с увеличением соотношени  Al2Ch к P20s и повышением огнеупорности до 1550°С.

Каолин используетс  прос нооского месторождени  ОСТ. либо каолин обогащенный .

Наличие его менее 7,1 мас.% не приводит к матричной структуре покрыти  с высокой прочностью при сдвиге, применение (Алее 15,2% не способствует значительным усадочным низко- и высокотемпературным  влени м

Фосфатна  композици  содержит алю- мохромфосфатную св зку ЛХФС плотностью 1,2 г/см и сульфитно-спиртовую барду в определенном соотношении 15:75- 150 и готовитс  путем их простого смешени 

Состав злюмохромфосфатиой св зки (АХФС) вз т по ТУ МХП 6-18-166-78, сульфитно-спиртовой барды (ССБ) - по ОСТ 81- 79-74 (чта смесь водного раствора фосфатов AI и Сг с общей формулой Сг20з(х СгОз) уРгОв п НзО, где х и у - 1.2,3: п - степень разбавлени ).

Пои разбавлрчии АХФС водой в соот- ношежлм 1:1 получаетс  раствор плотно- ггыо 1 Г i/см

Введение АХФС упрощает в целом технологию приготовлени  массы и ее нанесени , снижает температуру сушки и обжига, повышает гпочность. снижает кажущуюс  пористость и газопроницаемость, хорошо пропитывает otнеупорную кладку, унос  в глубь покрываемого материала высокодис- порсние частицы каолина и хромита лантана , чго обеспечивает получение прочного переходного сло  и стабильного излучени  внутренними сто ми материала ультра- ИФК-спекфа. АХФС имеет высокую адгезионную способность к огнеупорам вплоть до 1750°С. Защитные покрыти  по огнеупорам на основе этой св зки не смачиваютс  рзс- ; аоами алюмини  АХФС получают растворением компонентов в ортофосфорной м..слоте с последующим восстановлением шестивалентного хрома.

Продуктами взаимодействи  наполни1 мр и жидкой фазы св зки  вл ютс  кислые

i-фогы либо их гидраты. При нагревании

i чие 100°С новообразовани  модоергаюти реакции поликонденсзции

Сульфитно-спиртова  барда (ССЬ)- производна  лигнинсульфокислот В цел х уво личени  пластичности сырой массы и уменьшени  усадки при сушке ее используют в виде готовой суспензии из расчета 0,1 - 0,2% на сухое вещество.

Пример. Изготовление Футеровки и нанесение покрыти .

После раздельного отвешивани  ука0 занных компонентов и тщательного поста- дийного смешени  в смесителе в сухую массу ввод т водный раствор алюмохром- фосфатног о св зующего с добавкой ССБ, полученный путем перемешивани  АХФС с

5 водой в соотношении 1:1. Сметанообразную массу слоем 1-2 мм нанос т кистью на огнеупорную кладку.

Эксплуатационные характеристики определены современными методами.

0Согласно результатам оптической микроскопии с параллельно проведенным рен- тгенофазовым анализом вы влено наличие значительного переходного сло , структура которого плотна  (кажуща с  пористость

Г 20%). Структура покрыти  весьма однородна . Открытые поры огнеупора практически все заполнены тонкодисперсными соединени ми AI , Сг и Сг . Ионы хрома продиф- фундировали на глубину до 6 мм с одинаковой

0 концентрацией (30-50 тыс.усл.ед.).

Таким образом, плотность структуры приводит к интенсивности теплопередачи излучением. Дифференциально-термический анализ в диапазоне 20-1500°С показал

5 отсутствие летучести после обжига, стабильность компонентов до 1550°С, отсутствие эндо- и экзоэффектов во всем температурном диапазоне, что также способствует высокой излучателы юй способноо сти сло  покрыти .

Технологи  получени  дана в примерах 1-3.

П р и м е р 1. В смеситель загружают сухие порошки: 8,5 кг хромита лантана. 4Ь,7

5 кг циркона, 14,4 кг песка, 15,2 кг каолин... Затем ввод т 15.2 кг фосфатной композиции из расчета 1,3 кг АХФС, 1.3 кг воды и I2.G кг ССБ (соотношение АХФС плотностью 1,2 г/см и ССБ 15:75). После перемешивани 

0 получают сметанообразную массу, котора  готова дл  нанесени  на огнеупорную клад ку. После высушивани  и прокалки предложенное покрытие имеет термостойкость 70 теплосмен, коэффициент черноты 0,970,

5 предел прочности на отрыв 12 кг/см .

П р и м е р 2. Состав покрыти  готов т по примеру 1 из расчета 11 3 «.г хромита лантана. 43.5 кг циркона. 19,1 кг песка. 13,1 кг каолина и 13 кг фосфатной компмлидии. изнреОЯкгАХФС 0 8 кг пи/Ч i 8 к1 CCS,

т.е. соотношение фосфатной композиции и ССБ 15:100 Покрытие имеет следующие показатели: термостойкость 75 теплосмем, степень черноты 0,980 и предел прочности на отрыв 11 кг/см ,

П р и м е р 3. Состав покрыти  готов т аналогично из расчета 13,4 кг хромита лантана , 40,2 кг циркона, 28,6 кг песка, 7,1 кг каолина и 10,7 кг фосфатной композиции, из нее 0,5 кг АХФС. 0,5 кг веды и 9,7 кг ССБ, т.е. соотношение фосфатной композиции и ССБ 15:150. Покрытие имеет следующие по0

казатели: термостойкость 80 теплоемок, коэффициент черноты 0,985, предел прочности на отрыв 10 кг/см2.

Составы и свойства образцов покрытий приведены в таблице,

Из таблицы видно, что срок службы футеровки по сравнению с прототипом увеличилс  на 0,5-1,0 год, термостойкость выше в 1,4-1,6, степень черноты - на 0,005-0,20 ед. и предел прочности на отрыв 2-4 кг/см2.

(56) Авторское свидетельство СССР № 1015223, кл. F 27 D 1/00, 1980.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   1 ОГНЕУПОРНАЯ ФУТЕРОВКА ПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ,

   содержаща  кладку из огнеупорного кирпича с теплоизол ционной засыпкой между сло ми и покрытие на огневой поверхности кладки, состо щее из оксида- люминиевого компонента и св зующего, отличающа с  тем, что покрытие дополнительно содержит хромит лантана, циркон и

   строительный песок, а в качестве сп зую- щего - каолин и фосфатную композицию при следующем соотношеьии компонентов , мас.%:

   Хромит лантана (1агСОз) фракции 15 - 20 мкм8.5-13

   Циркон (Zr 62 SI02) фракции 0,25 -0,30 мм40,2 -16,7 Строительный песок (SIOz) -14.4 - 28 6

   11200136912

   Каолин7,1 - 15,2элюмохромфосфат плотностью 1 ). f/см и

   Фосфатна  композици 10,7-15,2сульфитно-спиртовую барду в соотношу

   2 Футеровка по п.1, отличающа с нии15:75-150 тем. что фосфатна  композици  содержит